Суть вкратце: если космический корабль пролетает наперерез планете, то он замедляется, а если за ней -- то ускоряется (и немного меняет направление). Это очень полезно, потому что позволяет менять направление и скорость без расхода топлива. А чем меньше топлива нужно для полёта, тем лучше.
Тем не менее, у нас действует закон сохранения энергии (на макро уровне), поэтому можно догадаться, что ускорение откуда-то берётся. А берётся оно из орбитальной энергии планеты. То есть, если планета летит справа налево, а мы пролетаем за ней в прямом направлении (перпендикулярно орбите), то мы её чуть-чуть замедляем. А значит, её орбита становится чуть-чуть ниже. Если мы пролетим перед планетой, то мы её наоборот ускорим и, таким образом, поднимем орбиту.
Это всё, конечно, микроскопические количества энергии по сравнению с общей орбитальной энергией планеты. Я даже расчётов проводить не буду. Когда ты делаешь максимум 10 манёвров в год, этого никакая планета не заметит. Одна из причин для этого -- что мимо планет летают разные астероиды, и они тоже проводят свои незапланированные "гравитационные манёвры". Вторая причина -- незначительность массы и количества манёвров космических аппаратов.
Но всё-таки следует помнить, что это не бесплатно. В ближайшем будущем не следует ожидать серьёзного роста количества манёвров. Но что будет через тыщу лет? Если проводить не 10 манёвров в год, а 100 000? Если аппараты будут весить не 10 тонн а 10 000 тонн? (а именно при таких массах манёвры становятся ещё выгоднее). А если маневрировать не мимо планеты, а мимо спутника?
Я размышляю над тем, что искусственное изменение орбит космических тел может стать "экологической" проблемой XXX (XXXXXX) века.
***
Есть более близкая проблема, вращение Земли. Мы помним, что запускать ракеты с экватора выгоднее, потому что мы получаем бесплатно 0.5 км/с к скорости аппарата. Но на самом деле эти 0.5 тоже не бесплатны. Пока идёт транспортировка на экватор всех деталей ракеты, они плавно приобретают эти 0.5 км/с по сравнению с той скоростью, которая была у них на месте изготовления. Классическая аналогия -- это фигурист, который разводит и прижимает руки, меняя свою скорость вращения. То есть, отправляя ракету в космос, мы замедляем вращение Земли. Причём ещё до старта.
Этот эффект, конечно, тоже крайне незначительный, однако замедлением вращения Земли люди уже интересуются. Недавно проскакивала новость о том, как китайская ГЭС замедлила вращение Земли. Почему новость проскакивала недавно -- непонятно. Расчёты проводились НАСА ещё в 2005 году, об этом можно прочитать тут (EN). Вкратце, землетрясения на Земле могут замедлить вращение на 3 микро (!) секунды в сутки, в то время как китайская ГЭС "Три ущелья" замедлила вращение только на 0.06 микросекунды (в переводах почему-то иногда пишут про 0.06 секунды, что в миллион раз больше, чем на самом деле).
Сколько же ракет надо запустить, чтобы эффект стал заметен? Наверное, миллиарды. Это всё равно очень много, но это уже представимые сценарии. Мы живём в космическкую эпоху меньше 100 лет и за это время запустили около 6000 ракет. Темпы запусков растут, но пусть не растут (по статистике там плавающие результаты). Пусть 100 запусков в год. Миллиард запусков это всего 10 млн лет.
Я надеюсь, что человечество изобретёт достаточно мощные и компактные двигатели быстрее, чем эффекты от гравитационных манёвров и экваториальных разгонов станут заметны.