Gravitaatiopunasiirtymä

Gravitaatiopunasiirtymä on avaruusaluksen reittimuutos, jossa planeetan gravitaatiota ja sen omaa liikettä käytetään hyväksi aluksen nopeuden ja suunnan muuttamiseen ilman merkittävää polttoaineen käyttöä. Menetelmä mahdollistaa pitkiä välimatkoja saavutettavaksi tai reitin optimoinnin siten, että alus voi kiertää suuria etäisyyksiä helpommin.

Periaate perustuu kolmiyhteistoimintaan: planeetan massiivinen gravitaatio, planeetan nopeus suhteessa Aurinkoon sekä aluksen lähestyminen ja ohitus. Kun alus kulkee planeetan läheisyydessä, sen nopeus vektorina planeettaa kohti muuttuu. Loppuvaiheessa alus poistuu planeetan lähistöltä uudella nopeudella ja suunnalla. Näin ollen heliosentrisessä (aurinkokeskisessä) koordinaatistossa alus voi saavuttaa suuremman nopeuden tai muuttaa suuntaansa merkittävästi. Keinona energia siirtyy planeetan liikemäärään, ja käytännössä planeetta menettää siinä yhteydessä vain erittäin pienen osan energiastaan.

Käytännön sovellukset kattavat useita historiallisia ja nykyisiä avaruuslentoja. Gravitaatiopunasiirtymiä on hyödynnetty esimerkiksi Voyager-luotaimien, New Horizonsin sekä Cassini-Huygensin matkoilla voittamaan pitkiä matkoja ja parantamaan läpimatkansa reittejä. Myös MESSENGER- ja muita Mercury- sekä Venus-lentoja on suunniteltu käyttämään useita planeettagravitaatiopunasiirtymiä.

Suunnittelu ja rajoitukset ovat ratkaisevia: punasiirtymät vaativat tarkkaa suunnittelua, tarkan aikataulun ja tarkan navigoinnin, koska pienikin poikkeama voi johtaa reitin epäonnistumiseen. Lisäksi voimakas nopeuden lisäys riippuu planeetan orbitalisesta nopeudesta ja lähestymiskulmasta, ja energia siirtyy pienessä määrin planeetalle aiheuttaen epäsuorasti erittäin pienen muutoksen planeetan rataliikkeessä.