È la tecnica usata dalle sonde spaziali che sfrutta l'incontro ravvicinato (o flyby) con un oggetto molto più pesante, ad esempio un pianeta, al fine di utilizzarne la spinta gravitazionale (fornita come "rifornimento" di energia cinetica) per modificare in maniera rilevante sia la propria velocità che la traiettoria.
L'effetto fionda è anche detto gravity assist o gravity swing-by.

Questo espediente fa in modo che parte dell'enorme momento angolare dei pianeti che ruotano attorno al Sole venga trasferito alla sonda; per ottenere ciò la sonda deve sorvolare il pianeta a quote relativamente basse, in modo da essere attratta dalla forza di gravità ed aggiungere alla sua velocità angolare parte di quella relativa alla rivoluzione del pianeta attorno al Sole. Ad esempio una sonda diretta verso Giove, nelle fasi di avvicinamento cadrà verso il pianeta, attratta dal suo forte campo gravitazionale; se la sonda possiede una velocità sufficiente a non restare "imbrigliata" in un'orbita attorno al pianeta, proseguirà il suo cammino allontanandosi da questo con una velocità leggermente superiore a quella che aveva prima. Dopo aver superato Giove la sonda rallenterà nuovamente, a causa dell'attrazione del pianeta, però la sonda si sarà assicurata una spinta "gratis", che le garantirà un notevole risparmio di propellente.

Ciò che rende efficente questa tecnica è che il pianeta si muove rispetto al Sole, nel caso di Giove con una velocità di circa 48.000 km/h attorno al Sole; se la sonda si muove nella stessa direzione di Giove, si può "agganciare" ad esso ed essere accelerata fino a raggiungere la stessa velocità del pianeta.
Affichè ci sia sincronia, cioè la sonda incontri il pianeta nel punto giusto per sfruttare al massimo l'effetto fionda, le sonde devono essere lanciate entro intervalli di tempo ben precisi, chiamati "finestre di lancio".

Quando una sonda sfiora un pianeta c'è uno scambio d'impulso fra il pianeta e la sonda (o meglio il pianeta cede una piccolissima quantità di energia gravitazionale alla sonda). Un osservatore sul pianeta vede arrivare la sonda a velocità v e andarsene alla stessa velocità v, quindi il movimento della sonda è perfettamente simmetrico: la sonda viene accelerata con la forza di gravità del pianeta per un certo tempo poi, aggirato il pianeta, essa viene rallentata dalla stessa forza per lo stesso periodo di tempo.

Per un osservatore posto sul Sole la sonda arriva da sinistra con una velocità V vicino al pianeta e poi si perde nello spazio con velocità V'(>V), in quanto il pianeta si muove rispetto al Sole con velocità Vp. Quando la sonda si avvicina al pianeta la velocità vista dall'osservatore sul pianeta sarà: v=V+Vp. Analogamente quando la sonda si allontana dal pianeta avremo: v=V'-Vp, quindi avremo: V+Vp=V'-Vp => V'=V+2Vpianeta cioè la velocità della sonda rispetto al Sole è aumentata di 2Vp.

O meglio, avendo posto Msonda=massa della sonda:δimpulso=2*Msonda*Vp Naturalmente tale aumento di impulso della sonda viene compensato dalla perdita di impulso del pianeta, il quale perderà un pò di energia cinetica (girerà più lentamente attorno al proprio asse, o rallenterà la sua corsa attorno al Sole); ma considerando che Mpianeta>>Msonda tale variazione di velocità del pianeta può essere considerata nulla. Oggi quasi tutte le sonde che vengono lanciate nello spazio usano l'effetto fionda, anche più volte.

Tra le sonde che hanno effettuato dei flyby ricordiamo ad esempio la Cassini, che ne ha effettuati due con Venere (nell'aprile 1998 e nel giugno 1999) oltre a uno con la Terra e uno con Giove. La sonda Ulisse ha sfruttato il flyby con Giove, non tanto per aumentare la propria velocità, ma per uscire dal piano dell'eclittica e osservare le regioni polari del Sole; la sonda Galileo, che per due volte ha usato la Terra e poi Venere. Tra le ultime NEAR, la Deep Space 1, lo Stardust (animazione del flyby con la Terra); ma le prime a sfruttare tale effetto sono state il Voyager 1 e il Voyager 2.

Un esempio di tale utilizzo del flyby si è avuto con la sonda Galileo, che nel 1995 per entrare nella orbita di Giove, utilizzò l’azione frenante del suo satellite Io.

Bibliografia
Riferimenti e figure tratti dal sito www.jpl.nasa.gov/basics/