Warum funktioniert ein Swing-by-Manöver?

Ja, beim Annähern wird man stark beschleunigt und wenn man wieder wegfliegt, genauso stark wieder abgebremst. Insofern ist die Bezeichnung leicht verwirrend (Gravity assist)

Natl. wird man durch die Gravitation angezogen, aber die effektive Geschwindigkeitsändern kommt durch die Bewegung des Himmelskörpers auf dessen Flugbahn! Man lässt sich durch die Gravitation 'mitziehen', also in die gewünschte Richtung beschleunigen, bzw. ablenken, ODER eben entgegen der eigenen Flugrichtung abbremsen!

Die Idee, dass, wenn sich ein Raumschiff einem Planeten nähert, die Schwerkraft dieses Planeten dieses Raumschiff anzieht und es beschleunigt, ist ziemlich einfach. Aber wenn das Raumfahrzeug bei seiner Annäherung beschleunigt wird, sollte dies bedeuten, dass es bei seiner Entfernung abgebremst wird.

Und das ist richtig. Es ist ein Nullsummenspiel aus dem Referenzsystem des Planeten. Und hier kommt der Trick ins Spiel – uns interessiert, was nicht aus Sicht des Planeten, sondern aus Sicht der Sonne passiert. Der Planet ist während der Zeit, in der sich das Raumfahrzeug innerhalb seines Gravitationsschachts befindet, nicht stationär - der Planet umkreist die Sonne. Der Planet bewegt seinen Gravitationsschacht. Wenn das Raumfahrzeug also abfliegt, wird sich sein Momentum aufgrund dieser Interaktion geändert haben. Je nach Annäherungsrichtung kann diese Änderung das Momentum erhöhen und das Momentum verringern.

In Wirklichkeit ist dies auch ein Nullsummenspiel. Schwung kommt nicht aus dem Nichts. Wenn die Raumsonde ihre Dynamik erhöht hat, muss der Planet diese Dynamik aufgegeben haben. Aber Planeten sind groß - sie haben viel Schwung, also ist es uns egal.

Es ist ziemlich üblich, Schwerkraftunterstützungsmanöver für Raumfahrzeuge durchzuführen, die die Erdumlaufbahn verlassen. Raumschiffe wie Galileo, Cassini, Juno und Rosetta haben alle die Erde als Schwerkraftunterstützung verwendet. Galileo nutzte die Erde tatsächlich für zwei Schwerkraftunterstützungen. Cassini führt regelmäßig Schwerkraftunterstützungen durch, indem er die Monde des Saturn verwendet, um seine Perspektive auf das Saturnsystem zu ändern.

Die Gravitation greift ja nicht in Bewegungsrichtung der Sonde an, sondern seitlich dazu.

Der Trick ist eine Abklenkung um rund 90 Grad. Die Sonde nähert sich etwa aus Richtung Sonne quer zur Bahn des Planeten und entfernt sich etwa in Richtung der Bahn des Planeten. So tauschen Sonde und Planet ein wenig Bewegungsenergie. Die Sonde wird beschleunigt, der Planet abgebremst. Jupiter & Co verkraften das.

Tolle Erklärung auf Wikipedia mit bewegten Bildchen: https://de.wikipedia.org/wiki/Swing-by