지구에서 출발한 탐사선이 태양계 끝에 있는 해왕성을 가려고 한다면 어떻게 가는 것이 가장 경제적으로 갈 수 있을까? 대부분의 사람은 지구와 해왕성을 일직선으로 두고 최단거리로 가는 것이 가장 경제적이라 생각할 것이다.
지구에서는 그 방법이 가장 경제적이고 빨리 갈 수 있는 방법이지만 우주에서는 그렇지 않다.
직선으로 가는 방법은 생각보다 연료도 많이 들고 현재 인류가 가진 우주선의 최대 속도 이상 낼 수 없기 때문에 그리 효과적인 방법이 아니다.
그렇다면, 어떻게 가는 것이 가장 효과적이고 경제적일까? 바로 스윙바이(Swing by)또는 플라이 바이(Fly by)라 말하는 방법으로 태양계를 이리 돌고 저리 돌아가야 가장 빠르게, 그리고 가장 경제적으로 도착할 수 있다.
최단거리로 가는 것이 가장 좋은 것이 아니라 이리저리 돌아서 가야지 좋다라는 게 이해가 잘 안 되겠지만 우주는 우리의 생각보다 훨씬 넓고 우주선이 보유할 수 있는 연료의 양이 그리 충분하지 않다라는 것을 알면 이해가 될 것이다.
지구에서 해양성까지 일직선으로 비행하게 되면 우주선은 우주선이 가진 자체 추진력 이상의 속도를 낼 수 없다.
즉 초기 획득한 속도 그대로만 비행을 해야 한다.
하지만, 플라이바이 비행의 경우 우주선은 자체 속도로 비행을 하다가 주변에 달이나 화성, 목성이나 토성과 같은 중력이 작용하는 행성이 있으면 그 행성의 인력을 이용한다.
즉, 일부러 행성의 인력권 안에 들어가 우주선이 가진 추진력과 인력의 힘을 더하여 속도를 증가시킨 다음 행성을 비켜 지나가며 다시 그 행성의 인력권을 벗어난다.
이런 방식으로 2~3개의 행성을 지나게 되면 원래 가지고 있던 추진력보다 훨씬 더 강한 추진력을 얻어 보다 빨리 해왕성에 도착할 수 있게 되는 것이다.
실제로 지구에서 발사되는 모든 우주선은 플라이바이 방식으로 속도를 얻고 있다.
특히 인류 역사상 최초로 태양계를 벗어난 탐사선인 보이저 1호도 목성과 토성을 플라이바이 하여 속도를 얻은 뒤 태양계 벗어났는데 목성을 플라이바이 할 당시 보이저1호의 속도는 시속 7만 4,000km로 지구 탈출 속도인 시속 4만 km에 비해 3만 km 이상의 추가적인 속도를 얻은 셈이다.