Flyby의 한계가 목성까지라는 뜻은 아닐 겁니다. 현존하는 가장 큰 발사체의 한계가 지구궤도를 탈출할 수 있는 수준이라는 뜻이겠지요. 굳이 한계라면 비용의 측면일 겁니다.

Wiki 사전에 찾아보니 Flyby 에 대한 아이디어는 1918년경에 제안되었고 1938년에 러시아 과학자가 논문으로 냈다고 합니다. 우주 탐사선에 처음 적용된 것은 1959년 소련의 루나3호로 달 뒷면 사진을 처음 찍은 탐사선이라고 합니다. 아마 이때는 지구 달 사이의 중력을 이용한 궤도 였겠지요. 그 이후 행성 탐사선에 꾸준히 사용되었습니다. 우주선의 추력을 거의 사용하지 않고 중력을 활용해 행성간 비행을 해야 하기 때문에 매우 정밀한 계산을 필요로 했을 겁니다. 50~60년대에는 실패도 많이 했더군요. 이론은 중력과 원심력을 포함한 고전적인 역학 이지만 워낙 고려할 요소가 많으니 복잡한 방정식이 동원 되었을 테고 계산이 쉽지 않았을 겁니다. 전자 계산기가 발전한 지금은 행성 탐사선의 궤도는 Flyby가 기본입니다.

FlyBy 궤도의 "발명"은 우연이 아니라 완벽한 물리법칙과 방정식 풀이법을 기반으로 한 창의적 "아이디어"의 결과라 하겠습니다. 영화 "마션"에도 Flyby가 등장하죠. 골방에 계산지 더미와 컴퓨터 스크린에 뭍혀있던 천체역학 공학자가 화성으로 돌아갈 궤도를 찾아내는 장면이 나옵니다. 아마 예전에는 "컴퓨터"라고 불리던 뒷방 여성 과학자들이 지금은 인도계 괴짜의 모습으로 그려 집니다. 결정적인 해법을 찾아내고도 중요한 순간에는 빠지라는 명령을 받습니다. 그때나 지금이나(어쩌면 미래에도) 골방신세와 조연의 역활로는 변함이 없군요.

"중력의 도움"을 받는 Flyby는 지구에서 발사 하여 태양을 향해 가속하다 내행성 금성의 도움을 받기위해 방향을 틀고 태양을 돌아 속도를 얻은 후 외행성으로 나가는 경로군요. 중력이 강한 물체(태양과 행성)에 접근 하면서 회전 반경이 짧아지고 원운동을 유지하기 위해 선속도가 증가하는 원심력이 "중력도움"의 원리입니다. 보이져 1호는 목성과 토성의 중력을 받았지만 보이져 2호는 토성과 목성은 물론 이후 명왕성과 해왕성의 중력에 이끌려 태양계 탈출속도를 유지했다고 합니다. 그러니까 경로상에 덩치가 있는 행성이 있어야 하는 시기를 잘 잡기만 하면 Flyby는 가능한 거겠지요.

카시니호는 덩치가 큰 탓에 한번의 "스윙"으로 부족했던지 두번에 걸쳐 금성의 중력 덕을 봅니다. 궤도를 설명한 그림을 보면 지구-금성-금성-지구-목성-토성으로 향하는 궤도 더군요. 지구에서 출발하여 금성으로 한번 방향을 틀고는 그 이후 행성의 중력에 맞겨집니다. 놀라운 궤도 계산과 정밀한 자세제어 기술 입니다.

참고:
행성간 플라이바이(Planetary flyby)
https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_flyby

중력도움(Gravity assist)
https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_assist

카시니 궤도(Cassini Orbit)
https://saturn.jpl.nasa.gov/resources/7393/

자세하고 상세한 답변 정말 감사합니다. 잘 이해가 되었습니다.