旅行者2号探测器 NASA照片
大约每176年，外太阳系的四个巨行星——木星、土星、天王星和海王星——会排列成一种让单一航天器在一次旅程中访问所有行星的方式，利用每个星球的引力将其弹射到下一个星球，而无需消耗燃料。上一次这个窗口开启是在1970年代末，那是人类历史上第一次拥有足够的火箭和导航能力来使用它们。美国国家航空航天局（NASA）的反应几乎是放弃了这个机会。
原本雄心勃勃的外行星巡航计划在1971年被取消，以帮助支付航天飞机的费用，并缩减为一个更便宜、更安全的任务，仅限于木星和土星。
任何人能够到达天王星和海王星的唯一原因是喷气推进实验室的工程师们建造了两颗探测器之一的旅行者2号，它足够耐用且适应性强，能够完成整个巡航，保持通往外行星的路径开放，并在证明其能力后获得批准继续前进。旅行者2号成为历史上唯一一艘访问所有四个巨行星的航天器，也是唯一一艘到达天王星或海王星的航天器。自那以后我们没有再回到这两个星球，而使这次旅行成为可能的排列要到2150年左右才会再次出现。
每176年出现一次的排列
1964年，喷气推进实验室的一名暑期学生加里·弗兰德罗被指派研究通往外行星的可能路线，他发现了一件了不起的事情。1970年代末，木星、土星、天王星和海王星的排列将允许一艘航天器从一个行星摆动到下一个行星，利用每个星球的引力作为免费的助推。这种外行星的特定排列仅每176年出现一次。
时机是不可谈判的。行星设定了时间表，发射必须在1970年代末进行，否则要再等一个半世纪，这就是为什么两艘旅行者航天器都在1977年离开地球。旅行者2号首先发射，日期是8月20日，旅行者1号在其双胞胎之后16天，即9月5日，走上了一条更快的轨道，能够更早到达木星和土星。
行星如何成为免费的引擎
使这次旅程成为可能的技术是引力助推。当航天器经过一颗行星时，行星的引力会弯曲其轨迹，并相对于太阳增加其速度，将行星巨大的轨道动量的一小部分转移给探测器，并将其弹射得更快，所有这一切都不需要消耗燃料。弗兰德罗本人用简单的术语总结了这种交易，即航天器加速，而行星减速的幅度小到无法测量。收益是巨大的。
直接飞往海王星，消耗常规燃料，约需30年，但通过依次利用每颗行星的引力，旅行者2号在12年内完成了这次旅行。这种方法不仅仅是理论。NASA已经测试了弹射原理，使用金星的引力在1974年将探测器重新定向到水星，证明航天器可以利用一颗行星的引力到达另一颗行星……