La fionda gravitazionale è una tecnica di volo spaziale che utilizza la gravità di un pianeta per alterare il percorso e la velocità di un veicolo spaziale.
È comunemente usata per i voli indirizzati verso i pianeti esterni, il cui arrivo a destinazione sarebbe altrimenti proibitivo sia dal punto di vista dei costi che dei tempi troppo lunghi. Per ottenere questo effetto fionda occorre che il veicolo spaziale effettui un sorvolo ravvicinato (fly by) del pianeta massivo.
Per capire un po’ come funziona prendiamo ad esempio la sonda Cassini che aveva come destinazione finale Saturno. Venne lanciata dalla Terra il 15 ottobre 1997 con troppo poco carburante per poter raggiungere la sua destinazione. Questa insufficienza venne compensata con una serie di fionde gravitazionali: una prima volta attorno a Venere, il 26 aprile 1998; una seconda volta attorno a Venere, il 24 luglio 1999; poi attorno alla Terra, il 18 agosto 1999; e quindi attorno a Giove, il 30 dicembre 2000, per arrivare infine a Saturno il 1 luglio 2004 rallentando con l’aiuto di una fionda gravitazionale attorno alla luna del gigante gassoso più vicina, Io.
In funzione della traiettoria, il veicolo spaziale può guadagnare fino a due volte la velocità orbitale del pianeta. Nel caso di Giove, questa è di oltre 13 km/s. In questo modo, il pianeta presta al veicolo la quantità di momento angolare supplementare che gli permette di raggiungere Saturno usando poco o nessun combustibile in più rispetto a quello usato per raggiungere Giove.
Per utilizzare questa tecnica di navigazione occorre prestare molta attenzione alle finestre di lancio delle sonde che rappresentano un fattore cruciale per la riuscita della missione. Ci sono ovviamente dei limiti nell’utilizzare la tecnica della fionda gravitazionale o gravity-assist come viene chiamata in inglese. Il principale limite pratico dell’uso di una fionda gravitazionale è la quantità di massa disponibile per ricevere la spinta, in altri termini occorrono oggetti piuttosto massivi per avvertirne sostanziali benefici.
Un’altra limitazione è causata dall’atmosfera del pianeta. Più si è vicini al pianeta, maggiore è la spinta che si ottiene, ma se una sonda è troppo vicina all’atmosfera, l’energia persa per effetto dell’attrito aerodinamico dovuta all’interazione con l’atmosfera planetaria può essere superiore a quella guadagnata per effetto fionda.
Questo svantaggio, tuttavia, può essere utile se l’obiettivo cercato è quello di perdere energia. E’ stato il caso dell’ultima fionda gravitazionale utilizzata da Cassini intorno ad Io, la luna di Saturno, qui lo scopo non era dare un’accelerazione alla sonda ma rallentarla in vista del posizionamento in orbita del gigante gassoso.
