Gravitationsschleudern: Könnten sie verwendet werden, um ein Raumschiff abzubremsen, das sich mit einem kleinen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegt?

Ja, theoretisch.

Bremsen mit Schwerkraftunterstützung ist eine Sache

Das Problem ist die Geschwindigkeit. Wenn Sie so schnell fahren, müssten Sie viele Manöver durchführen, um genug Geschwindigkeit zu verlieren, um in die Umlaufbahn um die Sonne zu gelangen, und das bedeutet, dass die Planeten genau an den richtigen Stellen sein müssten.

In dem Buch Aurora muss ein Schiff, das um .1c herumfährt, so etwas tun, und am Ende macht es im Laufe von 20 Jahren etwa 14 Überfahrten, wobei es allmählich langsamer wird, bis es einen Punkt erreicht, an dem es keinen Planeten mehr gibt Pfad für das nächste Manöver.

Also nicht unmöglich.

Edit: verrückt werden

OK, sagen Sie, dass Ihre Crew wirklich sehr verzweifelt ist. Es gibt einen sehr riskanten Weg, sehr schnell viel Geschwindigkeit zu verlieren, aber nur, wenn Sie von Anfang an wirklich schnell sind ...
Der Trick besteht darin, durch den Stern zu fliegen.

Wenn die strukturelle Integrität wirklich sehr gut ist und alle Passagiere vor der plötzlichen Verzögerung geschützt sind und Sie schnell genug fahren, könnten Sie so schnell durch die Sonne fahren, dass das Schiff hoffentlich keine Zeit hätte, viel zu versengen genug Geschwindigkeit verlieren, um im Sonnensystem zu bleiben und es nicht einfach auf die andere Seite zu schießen. Dies würde den Bremsvorgang um Jahre verkürzen. Und hoffentlich würden ein paar Passagiere nicht von den Gezeitenkräften zu Brei zerquetscht.

Bearbeiten 2:

Die Sonne ist in der Nähe der Oberfläche nicht sehr dicht . Indem Sie außermittig zielen, können Sie den schlimmsten Druck vermeiden. Die Hitze wäre kein Problem, wenn Sie ein ablatives Material haben, das den Rumpf abschirmt, da die Hitze entfernt würde, bevor sie Schaden anrichten kann, vorausgesetzt, Sie kommen schnell genug durch, damit sie nicht vollständig verbrennen kann.

Es wurde beobachtet, dass Kometen, die die Sonne streifen, die äußeren Schichten der Sonne durchdringen und überleben.

Wenn Sie bei 0,1 ° C ohne Antrieb in ein Sternensystem kommen, sind Sie am Arsch. Die einzige Möglichkeit, wie Planeten Ihnen helfen können, tatsächlich anzuhalten, ist das Lithobremsen, was bei diesen Geschwindigkeiten bedeutet: "Vielleicht werden sie den Krater nach mir benennen?"

Sie können durch Gravitationsschleudern an Geschwindigkeit verlieren, aber Sie können nicht annähernd genug verlieren. Die maximale Geschwindigkeit, die Sie verlieren können, ist die doppelte Umlaufgeschwindigkeit des Planeten. Das hört sich nach viel an, aber 0,1c ist lächerlich schnell, 30.000 Kilometer/Sekunde. Der sich am schnellsten bewegende Planet ist Merkur mit 47,3 km/s, Venus mit 35 km/s und so weiter. Wenn Sie sie zusammenzählen und eine perfekte Begegnung mit allen Planeten des Sonnensystems arrangieren könnten, für deren Wahrscheinlichkeit wir einen Ausdruck benötigen, der extremer als "lächerlich unwahrscheinlich" ist, könnten Sie etwa 340 km / s verlieren.

Dadurch würden Sie etwa 1,1 % Ihrer Geschwindigkeit verlieren. Das hat nicht wirklich gut getan, oder? Die gute Nachricht ist, dass die G-Kräfte dieser Begegnungen Ihrer Crew keinen Schaden zufügen werden, sie sind ziemlich schwach. Dies ist ein begrenzter Komfort, wenn Sie in den interstellaren Raum hineinzoomen.

Nein

• in angemessener Zeit, weniger als 100 Jahre als Beispiel

Aber

siehe Seite 42 des Handbuchs, dort geht es um Notbremsung in Situationen mit fast keinem Kraftstoff, ich zitiere:

Drücken Sie die Taste des Notbremssystems, um das Magnetsegel des Notbremssystems auszulösen, es ist genau dort, wo die Taste für das Standard-Bremsverfahren in Sternensystemen ist, die nicht mit Standard-Bremssystemen für intergalaktische Sternensysteme ausgestattet sind (gelesen wie ein Außenposten der Menschheit, kein Körper zu Hause am Moment)

Ende des Zitats.

Drücken Sie also die Taste und RTFM.

Ja, aber um es mit einem einzigen Körper so zu machen, dass tödliche Gezeitenkräfte vermieden werden, bräuchte man ein Schwarzes Loch mit der 10.000-fachen Masse der Sonne oder mehr, und es müsste wahrscheinlich ein viel größeres " supermassives Schwarzes Loch"

Zunächst einmal sollte beachtet werden, dass alle Gravitationstheorien, die Physiker verwenden (sowohl die Newtonsche Gravitation als auch die genauere Allgemeine Relativitätstheorie ), zeitsymmetrisch sind , was in diesem Artikel diskutiert wirdbedeutet, dass wenn Sie einen Film von einigen Körpern machen, die unter dem Einfluss der gegenseitigen Schwerkraft agieren, und ihn rückwärts laufen lassen, ein Physiker keine Möglichkeit hat zu sagen, ob der Film rückwärts oder vorwärts abgespielt wird (oder äquivalent dazu impliziert die Zeitsymmetrie, dass dies möglich ist). ein zweites System mit anderen Anfangsbedingungen aufstellen, so dass, wenn Sie das Verhalten beim Vorwärtslaufen der Zeit unter Verwendung derselben Gravitationsgesetze berechnen, die zeitlich vorwärts laufende Dynamik dieses zweiten Systems genauso aussieht wie die rückwärts abgespielte Dynamik des ersten Systems). Einige umgekehrte Filme sind möglicherweise unwahrscheinlicher als die Vorwärtsversion, wenn die Vorwärtsversion einen signifikanten Anstieg der Entropie aufweist, aber dies würde normalerweise eine große Anzahl verschiedener Objekte erfordern (z. B. eine Ansammlung von Staubpartikeln, die aufgrund der gegenseitigen Schwerkraft nach innen kollabieren), wenn Sie es nur mit zwei Körpern zu tun haben, die nicht zusammenstoßen oder die Änderung anderweitig aufbrechen in Entropie wird wahrscheinlich klein sein. Wenn Sie sich also eine Situation einfallen lassen, in der sich ein Objekt anfänglich nur mit einem kleinen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit relativ zu einem größeren Körper bewegt, aber eine Gravitationsschleuder verwendet, um seine Geschwindigkeit relativ zu dem größeren Körper auf einen viel größeren Bruchteil zu erhöhen Lichtgeschwindigkeit, dann sollte auch das umgekehrte Szenario möglich sein.

Und die Frage der Verwendung einer Gravitationsschleuder, um einen großen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit relativ zu dem in der Schleuder verwendeten Körper zu erreichen, wird in dem Buch The Science of Interstellar des Gravitationsphysikers Kip Thorne behandelt , der den Film konsultierte. In Kapitel 7, "Gravitationsschleudern", stellt er fest, dass das Schiff im Film (die 'Ranger') keine ausreichend starken Raketen hatte, um alleine auf erhebliche Bruchteile der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, aber das

Glücklicherweise bietet die Natur einen Weg, um die enormen Geschwindigkeitsänderungen, c/3, zu erreichen, die in Interstellar erforderlich sind : Gravitationsschleudern um Schwarze Löcher herum, die viel kleiner als Gargantua sind.

Gargantua war das supermassive Schwarze Loch im Film (es sollte eine 100 Millionen Sonnenmasse haben), aber Thorne schreibt, dass er sich kleinere Schwarze Löcher vorstellte, die Gargantua umkreisen. Er stellt auch fest, dass ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch mit stellarer Masse zwar möglicherweise die erforderliche Geschwindigkeitsänderung bewirken könnte, dies jedoch erfordern würde, dass man ihnen so nahe kommt, dass die sogenannten Gezeitenkräfte – die Menschen aufgrund der Gravitationskraft – die Dehnung spüren würden merklich stärker auf der Seite ihrer Körper, die näher am Zentrum des Neutronensterns oder des Schwarzen Lochs liegt, als auf der Seite, die nur ein bisschen weiter entfernt ist – wäre für Körper dieser Masse tödlich, so dass ein viel massereicheres Schwarzes Loch mit mittlerer Masseerforderlich wäre, um nicht durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen zu werden (was Astrophysiker farbenfroh als Spaghettifizierung bezeichnen ).

Um die Geschwindigkeiten um bis zu c/3 oder c/4 zu ändern, muss der Ranger nahe genug an das kleine Schwarze Loch und den Neutronenstern herankommen, um ihre starke Schwerkraft zu spüren. Wenn der Deflektor ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch mit einem Radius von weniger als 10.000 Kilometern ist, werden der Mensch und der Waldläufer bei diesen geringen Entfernungen von den Gezeitenkräften auseinandergerissen (Kapitel 4). Damit der Ranger und die Menschen überleben können, muss der Deflektor ein schwarzes Loch mit einer Größe von mindestens 10.000 Kilometern sein (ungefähr so ​​groß wie die Erde).

Nun, schwarze Löcher dieser Größe kommen in der Natur vor. Sie werden als Intermediate-Masse Black Holes oder IMBHs bezeichnet, und trotz ihrer Größe sind sie im Vergleich zu Gargantua winzig: zehntausend Mal kleiner.

Er erwähnt auch, dass "ein 10.000 Kilometer langes IMBH ungefähr 10.000 Sonnenmassen wiegt", so dass dies ungefähr die untere Massengrenze dessen wäre, was verwendet werden könnte, um eine Geschwindigkeitsänderung von c / 3 oder c / 4 zu erreichen, ohne von zerrissen zu werden Gezeitenkräfte, wenn Sie nur eine Änderung von c / 10 benötigen, könnte es etwas kleiner sein, aber ich vermute, es wäre nicht mehr als eine Größenordnung.

@Aron macht auch einen hervorragenden Punkt in einem Kommentar zur Antwort von @ AndyD273 - nämlich, dass Gravitationsunterstützungen die Geschwindigkeit eines Schiffes im Ruherahmen des massiven Körpers, den ein Schiff erhält, nicht wirklich langfristig steigern können ab, wird der Geschwindigkeitsschub nur in einem anderen Referenzrahmen gesehen. Der Grund dafür ist, dass die Gesamtenergie des Schiffs im Ruhesystem des Körpers nur die Summe seiner potentiellen und kinetischen Energie ist, und wenn das Schiff eine große Entfernung D vom Körper entfernt ist, bevor es nahe kommt und eine Unterstützung erhält, ist es Die potenzielle Energie ist genau die gleiche wie wenn sie danach den gleichen Abstand D vom Körper entfernt hatdie Unterstützung, also muss auch ihre kinetische Energie gleich sein. Daher erhöht eine Gravitationsunterstützung die Geschwindigkeit eines Schiffes nur in einem Referenzrahmen, in dem der massive Körper selbst eine große Geschwindigkeit hat, wie die Erhöhung der eigenen Geschwindigkeit im Referenzrahmen der Sonne, indem man nahe an Jupiter vorbeifährt. In The Science of Interstellar ging Thorne davon aus, dass sich die IMBHs in einer Umlaufbahn um das supermassive Schwarze Loch Gargantua befanden, und Umlaufbahnen um ein schnell rotierendes supermassives Schwarzes Loch können erhebliche Bruchteile der Lichtgeschwindigkeit erreichen, siehe meine Antwort hierfür Details. Wenn Sie also relativ zur Galaxie abbremsen möchten und Ihre Anfangsgeschwindigkeit relativ zur Galaxie 0,1 c beträgt, müssen Sie wahrscheinlich einen IMBH finden, der sich selbst mit irgendwo nahe 0,1 c (oder mehr) relativ zur Galaxie bewegt , wobei das plausibelste astrophysikalische Szenario dafür ein IMBH ist, das ein supermassereiches Schwarzes Loch umkreist.

Da Sie mit Geschwindigkeiten reisen, die viel höher sind als die Fluchtgeschwindigkeit des Sonnensystems relativ zu einem Punkt in der Nähe des Sterns, werden Sie nicht in der Lage sein, innerhalb des Sonnensystems anzuhalten. Stattdessen müssen Sie die überschüssige kinetische Energie loswerden, indem Sie an nahen Sternen vorbeifliegen, bis die Geschwindigkeit niedrig genug ist, um in das Sonnensystem einzudringen, und dann einen Vorbeiflug an einem Planeten machen, um genug Energie zu verlieren, um im Sonnensystem eingefangen zu werden.

Eine Mega-Engineering-Struktur könnte verwendet werden, um Schiffe zu starten und zu fangen, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen. Die Verwendung der Schwerkraft bedeutet, dass die Beschleunigung vom Inhalt nicht gespürt wird und auf einem viel höheren Niveau liegen könnte als bei einfacheren Magnetsystemen.

Aber wir sprechen von Torussen aus hyperdichtem Material. Die Ringe drehen sich so, dass ein Punkt auf dem Torus einen Pfad nachzeichnet, der durch das Loch geht. Die gravitomagnetischen Kräfte können jedes Objekt beschleunigen, das durch das Loch fliegt.

Ordnen Sie nun eine Reihe davon in einer Linie an, wie ein Gewehrlauf.

Ich habe ein ähnliches Design gesehen, das in Robert L. Forwards Starquake beschrieben wird , zusammen mit der fantastischen Substanz „Monopol-stabilisierter Schwarzlochstaub“. Forward war ein echter Physiker, der die Schwerkraft kannte.

Wie stark werden Sie das Schiff verlangsamen?

Gravitationsbremsung funktioniert irgendwie, auf die Art und Weise "verlangsamen Sie ein paar Prozentpunkte". In der Zwischenzeit betreten Sie den dichten Weltraum in der Nähe eines Sterns, also stellen Sie sich vor, dass die bequeme Welt, in ein Wasserstoffatom pro Kubikmeter zu stürzen, einfach wackelig geworden ist. Wenn der größte Teil Ihres Schiffes ablativ ist, können Sie die Gravitationsschleuder mit dem Gleiten in der Nähe eines Planeten koppeln, den Sie sowieso nie mochten.

Ich habe die Zahlen nie durchlaufen, aber das Herumfliegen im System sollte Sie verlangsamen, indem Sie einfach durch den schweren Partikelraum rennen. Natürlich gibt es viele Probleme mit Strahlung, Durchdringung usw. Vergessen Sie auch alle Schwarzkörperversuche: Bei dieser Geschwindigkeit wird Sie der Flaum wahrscheinlich überholen und alles Schwarze wird erschossen.