מקלעת כבידתית

מקלעת כבידתית היא שיטה לתמרון גשושיות על ידי שימוש בהשפעת כוח הכבידה של כוכב לכת בחליפה קרובה. ניתן להשתמש במקלעת כבידתית להאטת הגשושית או להאצתה וכן לשנות את מסלולה ביחס לשמש, באופן החוסך שימוש בדלק ומקצר את זמן ההגעה. לעיתים השימוש במקלעת כבידתית הוא הדרך היחידה האפשרית להגעה ליעד תוך שימוש בטכנולוגיות השיגור הקיימות. בהתאמה לחוק שימור האנרגיה, האנרגיה הקינטית המתווספת לגשושית או נגרעת ממנה מתקזזת עם שינוי זעיר במהירות בה מקיף כוכב הלכת את השמש. שיטת המקלעת הכבידתית פותחה בשנת 1959 במכון סטקלוב למתמטיקה בברית המועצות. המימוש הראשון של השיטה בוצע על ידי ארצות הברית במשימת מארינר 10 של נאס"א, שבמסגרתה חלפה גשושית על פני כוכב הלכת נוגה בפברואר 1974 ועשתה שימוש בכח הכבידה שלו כדי להאט את מהירותה ולשנות את מסלולה במטרה להגיע ליעדה הסופי - כוכב חמה. על מנת להעצים את ההאצה במקלעת כבידתית ניתן להפעיל את המנוע הרקטי של הגשושית בקרבת הפריגיאה, בה המהירות היא בשיאה והעלייה באנרגיה הקינטית היא מקסימלית. כמו כן, במקלעת כבידתית ממונעת התאוצה שמפעילה כבידת הכוכב בשלב ההתקרבות אליו קטנה מהתאוטה בשלב ההתרחקות כתוצאה מאובדן מסת הדלק שנשרף בתמרון. השימוש במקלעת כבידתית מוגבל למועדים נדירים בהם מיקומם של כוכבי הלכת ביחס לכדור הארץ וזה ביחס לזה מאפשר שימוש באחד מהם על מנת להגיע לשני, וזאת מאחר שמשך ההקפה של כל כוכב לכת סביב השמש הוא שונה ומיקומים יחסיים מסוימים חוזרים על עצמם לעיתים רק אחת לעשרות רבות של שנים. ב-20 באוגוסט 1977 שוגרה הגשושית וויאג'ר 2 שעשתה שימוש בצירוף נדיר של מיקומי כוכבי הלכת שאיפשר לה לחלוף על פני צדק, שבתאי, אורנוס, ונפטון תוך שימוש במקלעת כבידתית בכל כוכב על פניו חלפה. הצירוף המאפשר סדרה כזו של מקלעות כבידתיות מתקיים רק אחת ל-176 שנים. באותה שנה עשתה שימוש גם הגשושית וויאג'ר 1 במקלעות כבידתיות סביב צדק ושבתאי על מנת להגיע למהירות מילוט ולעזוב את מערכת השמש. בשנת 1990 שיגרה סוכנות החלל האירופית את הגשושית יוליסס לחקר קטבי השמש. מסלול הגשושית התבסס על מקלעת כבידתית סביב צדק שהביאה להסטה של מעל 80 מעלות ממישור המילקה והיוותה את הדרך האפשרית היחידה להגעה למסלול כזה באמצעות טכנולוגיית המשגרים שהייתה קיימת בעת השיגור. במשימת קאסיני לשבתאי שיצאה לדרכה בשנת 1997 נעשה שימוש בסדרה מורכבת של מקלעות כבידתיות בה חלפה הגשושית פעמיים על פני נוגה, חזרה וחלפה על פני כדור הארץ ואחריו על פני צדק. מסלול המקלעות המורכב היה הדרך היחידה בה הגשושית הכבדה יכלה להגיע למטרתה אף שהיא שוגרה באמצעות המשגר החזק ביותר בזמנו - טיטאן IV. ב-19 בינואר 2006 שוגרה הגשושית ניו הורייזונס. ב-28 בפברואר 2007 היא חלפה ליד צדק, ונעזרה בכוח המשיכה שלו ובטכניקת מקלעת כבידתית להאצה. היא הגיעה לקרבת צדק במהירות של 21 ק"מ לשנייה והתרחקה ממנו במהירות של 25 ק"מ לשנייה. האצה זו הביאה לחסכון של שלוש שנים בטיסתה לפלוטו. אליו הגיעה ב-14 ביולי 2015. ב-27 בספטמבר 2007 שוגרה הגשושית שחר מכדור הארץ, ובשנת 2009 חלפה ליד מאדים והשתמשה בו כמקלעת כבידתית. ב־5 באוגוסט 2011 שוגרה הגשושית ג'ונו מכדור הארץ, ובאוקטובר 2013 השתמשה ג'ונו בשיטת המקלעת הכבידתית כאשר חלפה על פני כדור הארץ במטרה להאיץ את מהירותה למהירות הנדרשת כדי להגיע לצדק. הגשושית Parker Solar Probe שוגרה ב-12 באוגוסט 2018. היא תוכננה לבצע כמה תמרונים סביב לנוגה על מנת להוריד את התנע הזוויתי שלה, וכך להגיע למסלול יותר קרוב לשמש. סוכנות החלל היפנית JAXA יחד עם סוכנות החלל האירופית שיגרו ב־20 באוקטובר 2018 את הגשושית BepiColombo שצפויה להגיע בשלהי דצמבר 2025 אל כוכב חמה עם שתי מקפות מחקר. הגשושית תבצע תמרונים אליפטיים סביב לכדור הארץ (פעם אחת), וסביב לנוגה (פעמיים). הגשושית קרויה על שמו של ג'וזפה קולומבו (אנ'), הוגה הרעיון של שימוש במקלעת כבידתית עבור גשושיות. הגשושית לוסי שוגרה בהצלחה לחלל ב-16 באוקטובר 2021. היא תסתייע בכדור הארץ, בתמרון מקלעתי שיתרחש ב-16 באוקטובר 2022, לשם הגעה אל האסטרואידים הטרויאניים, המקיפים את כוכב הלכת נפטון. בסרט להציל את מארק וואטני צוות ההרמס משתמש במקלעת סביב כדור הארץ על מנת להשיג מספיק מהירות לחזרה בזמן למאדים, כדי להציל את מארק וואטני. בסרט מסע בין כוכבים 4: השיבה הביתה צוות האנטרפרייז משתמש במקלעת סביב השמש על מנת לנסוע חזרה בזמן לסוף המאה ה-20 כדי להביא לווייתן גדול-סנפיר למאה ה-23. בסרט בין כוכבים קופר ואמיליה מתכננים להיעזר במקלעת סביב החור השחור "גרגנטואה", כדי שתכוון אותם לעבר הכוכב של אדמונדס. מדיה וקבצים בנושא מקלעת כבידתית בוויקישיתוף הסבר ואנימציה של מסלולי קאסיני ויוליסס באתר סוכנות החלל האירופית מאמר להורדה מאוניברסיטת דורהם מקלעת כבידתית - כיצד נוסעות חלליות בהאצת כבידה?, באתר אנציקלופדיה אאוריקה ?How Do Gravitational Slingshots Work, סרטון באתר יוטיוב תמרונים חינמיים בחלל - פוסט של מדע גדול, בקטנה Slingshot effect Slingshot effect