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重力勾配安定化または潮汐安定化は、軌道上の物体の質量分布と重力場のみを使用して、人工衛星や宇宙テザーを一定の姿勢に安定させる 受動的な方法です。推進剤、ジャイロスコープ、またはリアクションホイールを使用した能動的な安定化と比較した場合の主な利点は、電力と資源の使用量が少ないことです。また、敏感な部品への推進剤の汚染のリスクを低減または防止することもできます。[ 1 ]
この技術は、地球の重力場と潮汐力を利用して、宇宙船を所望の向きに維持します。地球の重力は逆二乗法則に従って減少するため、軌道に対して垂直な長軸を延長することで、軌道上の構造物の「下部」が地球に強く引き寄せられます。その結果、衛星は慣性モーメントが最小となる軸を垂直に揃える傾向が生まれます。
1964年に打ち上げられたGGSE-1は、低軌道衛星[ 2 ]で、 8.5m （28フィート）の金属テープの棒を介して宇宙船に取り付けられた受動振動減衰機構を備えていた。機構全体と棒を合わせた重量は4.5kg （9.9ポンド）未満だった。ゼネラル・エレクトリック社が開発した減衰機構は、直径12.7cm （5.0インチ）の金属球で、その間にシリコン減衰流体を挟んだ別の金属球が入っていた。内側の球に取り付けられた小さな棒磁石が、その球を地球の磁場に合わせていた。衛星が重力勾配力によって局所的な垂直軸を中心に振動すると、減衰器の外側の球が内側の球の周りを回転し、流体の粘性抵抗による熱の形で振動エネルギーを散逸させた。このシステムは、以前打ち上げられたトランジット衛星で使用されていたダンピングスプリングアンドウェイトシステムよりも効果的で、衛星の3軸すべてに対して均等な減衰を提供しました。一方、旧式のダンパーはヨー軸に対して減衰がなく、ロール軸の減衰はピッチ軸よりも少なかったです。また、新しいダンパーはすぐに効果を発揮しましたが、旧式の技術ではスプリングと質量が動作位置に圧縮されるまでに数週間かかりました。GGSE-1は期待どおりに機能しました。その安定化システムは、衛星を5°以内の精度で局所的な垂直方向に向け、軌道投入後3日以内に振動を減衰させることに成功しました。[ 3 ]
1966年から1969年にかけて、重力勾配安定化は、米国空軍のOV-1シリーズのいくつかの衛星で、Vertistatと呼ばれるシステムを使用して低地球軌道でテストされました。3本の15.5m （51フィート）の水平ブームが「y」字型を形成し、2本の19m （62フィート）の垂直ブームで構成されるVertistatは、OV1-7、 OV1-86、およびOV1-17では失敗しましたが、OV1-10（1966年12月11日打ち上げ）では成功しました。[ 5 ]
衛星の重力勾配安定化は、1966年から1969年にかけて打ち上げられたアプリケーション技術衛星ATS-2、ATS-4、ATS-5の静止軌道上で試みられたが成功しなかった。 [ 6 ] 1967年7月に打ち上げられた 国防総省重力実験（DODGE）衛星は、静止軌道に近い軌道でこの方法を初めて成功裏に使用した例である。[ 7 ]
1973年に打ち上げられた月周回探査機エクスプローラー49号は、重力勾配方向（Z軸が局所的な鉛直方向に平行）に設計されていた。[ 8 ]
長時間曝露施設（LDEF）はこの方法を3軸安定化に用い、垂直軸周りのヨーを安定化させた。[ 9 ]： 7
重力勾配安定化は、1992年7月のNASAのTSS-1ミッション中に試みられたが、テザー展開の問題によりプロジェクトは失敗に終わった。[ 10 ] 1996年には、別のミッションであるTSS-1Rが試みられたが、テザーが切れたため失敗に終わった。テザーが分離する直前のテザーの張力は約65N（14.6 ポンド）であった。[ 11 ]
この技術を有人宇宙飛行に初めて使用しようとしたのは、1966年9月13日、アメリカのジェミニ11号ミッション中であった。ジェミニ宇宙船は、100フィート（30メートル）のテザーでアジェナ標的機に繋がれた。テザーを張った状態に保つのに十分な勾配が得られなかったため、この試みは失敗に終わった。[ 12 ]
1978年8月11日、ソユーズ29号のサリュート6号ミッション中に、宇宙ステーションはクリスタル炉とスプラヴ炉を用いた材料加工実験のために重力勾配安定飛行に移行した。[ 13 ]
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