Asistencia gravitatoria
Una nave puede acelerar sin quemar combustible. El truco es pasar rozando un planeta. Vista desde un sistema que se mueve con el planeta, la rapidez de la nave no cambia en absoluto: sale tan deprisa como llegó, solo que desviada. Si se pasa a un sistema fijo en el Sol, la historia cambia. La velocidad propia del planeta se suma a la de la nave, así que pasar por detrás del planeta la acelera y pasar por delante la frena. Un mismo suceso da rapideces distintas según el sistema de referencia en que se mida.
Aquí está el mismo sobrevuelo visto en paralelo desde dos sistemas. En el del planeta, la nave rodea el planeta dorado y sale tan rápido como llegó, de modo que vin y vout, en verde, solo difieren en dirección. Elige con el botón el sistema del Sol y aparece desde el origen una flecha dorada vp: es la velocidad del planeta, que se suma por igual a las dos. Ahora la flecha azul vout es claramente más larga que vin, y la lectura muestra más rapidez a la salida que a la entrada. La física es una sola; el sistema en que se mide decide la rapidez.
Lo cerca que pasa la nave lo decide todo. El parámetro de impacto b mide cuánto se desvía la nave del centro del planeta; en la figura es la separación entre el planeta y la línea discontinua. Si reduces b con el deslizador, la nave se acerca más, la gravedad la atrapa con más fuerza y la trayectoria azul se curva un ángulo δ mayor. Cuanto mayor es la curva, mayor es el impulso respecto al Sol. Pero si se acerca demasiado choca con la atmósfera o con la superficie, así que las misiones reales eligen un b seguro que curve la trayectoria solo lo necesario.
Según hacia dónde se curve, un sobrevuelo puede acelerar la nave o frenarla. El planeta de la figura se mueve hacia la derecha; si la nave pasa por detrás, el planeta la arrastra en su sentido de avance y le suma rapidez. Si pasa por delante, tira de ella hacia atrás y la nave pierde rapidez. Al alternar los dos casos con los botones, en las dos barras de abajo vout pasa de ser más larga que vin a ser más corta, porque el signo del cambio de rapidez se invierte. Por eso las misiones a los planetas exteriores usan pasos por detrás para acelerar, y las que se dirigen hacia el Sol, pasos por delante para frenar.
Las velocidades son vectores, así que se suman formando un triángulo. Al pulsar Siguiente, el triángulo se levanta lado a lado. Primero está la velocidad relativa en el sistema del planeta (la flecha verde); al sumarle la velocidad del planeta vp se obtiene la velocidad de entrada vin respecto al Sol. El sobrevuelo gira la velocidad relativa sin cambiar su longitud, y al sumar de nuevo vp al vector girado sale la velocidad de salida vout. Como la dirección ha girado hacia el sentido de avance del planeta, vout es más larga. La energía cinética extra se toma prestada del movimiento orbital del planeta: el planeta se frena una cantidad ínfima y la nave acelera sin combustible.
Si una sola ayuda no basta, se encadenan varias. Cada vez que pulsas Añadir sobrevuelo, la nave roza el siguiente planeta, su rapidez respecto al Sol se acumula y la barra de abajo crece. En el segundo paso la rapidez acumulada supera el umbral de escape marcado con la línea discontinua, y desde entonces la órbita apunta al sistema solar exterior. Las sondas reales hacen exactamente esto: toman prestada la gravedad de varios planetas para llegar mucho más lejos de lo que permitiría el combustible que pueden llevar.