Hat jemals ein Raumschiff die Schwerkraft der Sonne zur Beschleunigung genutzt?

So geht das nicht wirklich. Wir können die Sonne verwenden, um die Richtung zu ändern , aber wir brauchen Raketenschub, um die Geschwindigkeit mit dem msneuver zu erhöhen.

Zunächst einmal sind die nächsten Sterne (außer der Sonne) nicht nah. Wenn wir irgendwie die Fluchtgeschwindigkeit aus dem Sonnensystem erreichen würden (was diese Methode nicht tut, siehe unten), würden wir uns immer noch nur mit einem kleinen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen, es sei denn, wir entwickeln ein Antriebssystem, das intern Energie erzeugt oder von dem, was im Raum selbst ist. Und Sterne wie Proxima Centauri würden selbst bei voller Lichtgeschwindigkeit Jahre auf der Erde brauchen, um sie zu erreichen.

Nehmen wir an, es gibt eine Raumsonde, die auf eine "Schleuder"-Begegnung mit Jupiter zusteuert, um ihn zum äußeren Sonnensystem und darüber hinaus zu schicken. Wir wissen, dass, wenn die Sonde mit ausreichender Beschleunigung nach außen geschleudert wird, um schließlich der Sonne zu entkommen, Jupiter verlangsamt werden muss und (sehr leicht) näher an die Sonne fallen muss. Wir haben wirklich Energie aus Jupiters Orbitalbewegung gezogen.

Wo ist also die Umlaufbahn der Sonne für eine Schleuderbeschleunigung um diesen Körper? Technisch gesehen umkreisen die Dinge in unserem Sonnensystem nicht die Sonne, sie umkreisen den Schwerpunkt, der normalerweise knapp außerhalb der Sonne liegt. Die Sonne hat also eine gewisse Umlaufbewegung – aber sehr wenig im Vergleich zu der Bewegung eines Planeten, die alle viel weiter vom Schwerpunkt entfernt sind und viel längere Bögen und höhere Umlaufgeschwindigkeiten machen. Es ist allgemein bekannt, dass, wenn Körper mit unterschiedlichen Massen (wie die Sonne und Planeten) interagieren und potentielle in kinetische Energie umwandeln, der größte Teil der kinetischen Energie, vom Massenmittelpunkt aus gesehen, in die leichteren Körper geht - in diesem Fall nicht die schwere Sonne. Daher haben die Planeten und nicht die Sonne die Bewegungsenergie, die wir für eine Schleuderbeschleunigung benötigen.

Außerdem müssten wir, ausgehend von unserer nahezu kreisförmigen Erdumlaufbahn, auch eine stark exzentrische, im Grunde fast parabelförmige Umlaufbahn schaffen, um der Sonne nahe zu kommen. Selbst ohne eine Änderung der Netto-Orbitalenergie erfordert eine solche Änderung der Orbitalform ein großes Delta-v. Planeten sind leichter zu erreichen, und für diesen Zweck wurden sowohl innere als auch äußere Planeten (einschließlich der Erde) verwendet.

Mit den richtigen Startfenstern und Planetenausrichtungen ist es viel einfacher, Planeten zu verwenden, um die gewünschte Geschwindigkeit und Richtung zu erreichen, um Ziele innerhalb des Sonnensystems zu erreichen. Daher sind Planeten das Mittel der Wahl für den Energieaustausch innerhalb des Sonnensystems.

Nachtrag:

Während eine Sonnenschleuder ein Raumschiff nicht aus dem Sonnensystem herausbeschleunigen kann, kann sie verwendet werden, um die Richtung zu ändern , während der Raketenschub am Perihel Ihre Geschwindigkeit erhöht, wenn die Schwerkraft der Sonne Ihre Richtung ändert. Da die Schwerkraft der Sonne nur für die Richtungsänderung und nicht für die Nettogeschwindigkeitserhöhung verwendet wird (letzteres kommt vom Raketenschub), entzieht sie der Sonne keine kinetische Energie, sodass sie mit guter Wirkung unter Verwendung der überlegenen Masse der Sonne ausgeführt werden kann . Das Projekt Lyra (dank David Tonhofer) wurde als Machbarkeitsstudie für eine Mission zum interstellaten Weltraumasteroiden ʻOumuamua gestartet. Bislang ist dies jedoch nur eine Vorstufe, weit davon entfernt, tatsächlich eine Rakete zu starten, um diese Idee in die Tat umzusetzen.

Bei den „Gravitationsmanövern“ (Schleudermanövern), die Raumsonden ausführen, geht es eigentlich nicht so sehr um die Schwerkraft. Die Schwerkraft ist eine Methode, um diese beiden Körper vorübergehend zu "binden", aber Sie könnten (natürlich rein hypothetisch) etwas anderes verwenden, ein superstarkes Halteseil oder so ... "Schleudermanöver" ist in dieser Hinsicht tatsächlich ein viel besserer Name.

Was tatsächlich passiert, ist Impulsaustausch. Die Raumsonde tauscht eine gewisse Menge an Schwung mit dem Planeten aus. Aber Momentum ist keine absolute Größe, man braucht einen Referenzrahmen, um darüber zu sprechen.

Das Gravitationsfeld ist konservativ. Wenn Sie sich in einem Gravitationsfeld eines einzelnen Körpers bewegen, der in Ihrem Referenzrahmen stationär ist, werden Sie an jedem festen Punkt immer mit der gleichen Impulsmenge (im selben Referenzrahmen) enden, unabhängig davon, welche Flugbahn Sie genommen haben, um dorthin zu gelangen. Also nichts zu gewinnen.

Was wir mit Raumsonden machen, ist, dass wir trotz der Tatsache, dass wir relativ zum Planeten keinen Schwung gewonnen haben, herumschleudern, wir haben eine gewisse Menge an Geld ausgetauscht, das dieser Planet relativ zur Sonne hat.

Und das ist der Punkt. Sie können keine zusätzliche Energie relativ zur Sonne erhalten, wenn Sie Gravitationsmanöver um die Sonne herum ausführen. (Dies gilt natürlich allgemein. Sie können beispielsweise kein Gravitationsmanöver um einen Planeten X herum verwenden, um auf demselben Planeten zu bremsen und anzuhalten.)

Hinweis: Es gibt einige Möglichkeiten, Energie aus dem Schwerkraftfeld zu gewinnen, wenn Sie unterwegs (erhebliche) Antriebsverbrennungen machen, aber mir ist nicht bekannt, dass eine solche in der Realität durchgeführt wurde.

Ich denke, die Frage basiert auf einem Missverständnis darüber, wie die Schwerkraft funktioniert.

Wenn Sie sich einfach zu einem entfernten Objekt ziehen lassen und dann auf der anderen Seite weiter hinausgehen, wird die gleiche Schwerkraft, die Sie angezogen hat, Sie dann wieder zurückziehen. Sie werden einfach wie ein springender Ball um ihn herum oszillieren.

Die Schwerkraft unterstützt die Arbeit, da sich das Ziel selbst (z. B. Jupiter) bei seiner Umlaufbahnbewegung ebenfalls bewegt. Es "zieht" Sie kurz mit, während Sie sich stark unter seinem Gravitationseinfluss befinden. Sie stehlen ein wenig von seinem Orbitalimpuls (als hätte der Planet Ihnen auf Ihrem Weg vorbei einen kleinen Tritt versetzt) ​​und los geht's. Der Planet versucht immer noch, dich zu sich zurückzuziehen, aber du hast genug zusätzlichen Schwung, um dem entgegenzuwirken.

Die Sonne hat so etwas nicht (zumindest nicht innerhalb des Bezugsrahmens des Sonnensystems selbst), und ihre relativ große Anziehungskraft ist für Sie nicht nützlich. Du kannst schnell darauf fallen, ja, aber du würdest wieder nur zurückgezogen. Und es gibt keinen Orbitalimpuls, den Sie stehlen könnten (na ja, sehr wenig).

Also, nein, das ist kein Ding.

Im Gegensatz zu den anderen Antworten hier möchte ich darauf hinweisen, dass Sie mit dem Oberth-Effekt kinetische Energie aus einem Schwerkraftbrunnen gewinnen können , ohne ihm den Impuls rauben zu müssen ... wenn Sie Ihren Raketenmotor auf Periapsis abfeuern.

Atomic Rockets hat eine ausgezeichnete Diskussion darüber, was der Oberth-Effekt bewirken kann.

Wenn Sie also 6 km/s von Δv verbrennen, erhalten Sie eine tatsächliche Δv-Zunahme von 46,8 km/s. Das sind 40,8 km/s umsonst. Süss!

Im Vergleich dazu können Gravitationsschleudern Energie ohne Verbrennung (oder eine triviale) erhalten:

Jupiter, mit einer 318-fachen Masse der Erde, kann einem vorbeifliegenden Raumschiff einen Geschwindigkeitsschub von bis zu 30 km/s geben.

Es scheint also, dass bei richtiger Hebelwirkung ein naher Vorbeiflug an der Sonne höhere Tritte erzeugen könnte als eine Schleuder am Jupiter vorbei.