Können wir Raumfahrzeuge auf eine geeignete interstellare Reisegeschwindigkeit beschleunigen, indem wir oszillierende Schwerkraftunterstützungen auf Planeten auf gegenüberliegenden Seiten des Sonnensystems verwenden?

Ich habe kürzlich mit berechnet E = 0,5 m v 2 dass ein Kilogramm Masse bei einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit eine kinetische Energie von 449,4 Billionen Joule hätte. Relativistische Effekte sind bei dieser Geschwindigkeit unbedeutend. Das ist die Energiemenge, die einem Erdbeben der Stärke 7 auf der Richterskala oder einer großen Wasserstoffbombe entspricht .

Dies ist eine enorme Energiemenge aus der Perspektive des Entwurfs eines Antriebssystems, um dieses 1-kg-Raumschiff aus dem Ruhezustand auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen, selbst wenn es aus dem Weltraum außerhalb der Schwerkraft der Erde gestartet wird. Herkömmliche chemische Raketen kämen nicht in Frage, und es wären viel langsamere Beschleunigungen unter Verwendung alternativer Antriebssysteme erforderlich, und selbst dann würde es eine sehr große Herausforderung darstellen, schließlich diese Geschwindigkeit zu erreichen.

Wir wissen, dass Voyager 1 und 2 schwerkraftunterstützte Vorbeiflüge an den Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun verwendet haben, um ihre Geschwindigkeiten schließlich auf 17000 m/s für Voyager 1 und 15000 m/s für Voyager 2 zu erhöhen. Während dies in Ordnung ist, dem Sonnensystem zu entkommen und den Weltraum betreten, ist es immer noch sehr langsam, Proxima Centauri, die nächste Sternengruppe nach unserer Sonne, in praktisch jeder Zeit zu erreichen. Selbst bei einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit, 29.979.246 m/s, würde dies 40 Jahre dauern. 40 Jahre sind noch eine lange Zeit, aber ein praktisches und überschaubares langfristiges Ziel.

Ich habe mich gefragt, ob viele verkettete Schwerkrafthilfen in unserem Sonnensystem verwendet werden könnten, um das 1-kg-Raumschiff schließlich auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen. Dieser Artikel erklärt gut, wie die Schwerkraft hilft und wie sie verwendet werden kann, um Raumfahrzeuge relativ zum solaren Bezugsrahmen zu beschleunigen oder zu verlangsamen.

Ich denke an oszillierende Gravitationshilfen auf Planeten in Umlaufbahnen auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne, hin und her, um schließlich diese Geschwindigkeit zu erreichen. Mir ist klar, dass das Raumschiff nur dann an Geschwindigkeit gewinnen kann, wenn die Austrittsbahn der Schwerkraftunterstützung in der vorderen Orbitaltangente des Planeten liegt. Dies würde eine Herausforderung darstellen, wenn wir die Gravitationshilfen von Planet zu Planet weiter oszillieren möchten, aber es scheint nicht unmöglich zu sein.

Es ist nicht wirklich so, dass relativistische Effekte bei 0,1c unbedeutend sind; Sie würden in vielen verschiedenen Aspekten des Designs ziemlich auffällig sein, obwohl sie wahrscheinlich nicht überwältigend sind.
Warum gegenüberliegende Seiten der Sonne? Warum nicht einfach ein paar Mal zwischen, sagen wir, Jupiter und Saturn hin und her springen?
Nachdem Sie über die Frage nachgedacht haben, wäre es viel zu zeitaufwändig, zwischen den Planeten im Allgemeinen warten zu müssen. Es wäre weitaus zeiteffizienter, die Hunderte von Saturnmonden für kleinere, aber viel häufigere Gravitationsunterstützungen zu nutzen. Der Trick wäre, mit der Umlaufbahn des Saturn-Satelliten weiter zu beschleunigen, ohne in die falsche Richtung zu gehen und Saturn zu entkommen. Es müsste ein paar regressive Gravitationshilfen geben, um das Fahrzeug in Grenzen zu halten, aber solange die Geschwindigkeit im Gleichgewicht weiter zunimmt, könnten wir die 0,1c schneller erreichen.
@ 0tyranny0poverty: Der Betrag, um den die Flugbahn durch die Schwerkraftunterstützung gekrümmt werden kann, ist direkt proportional zur Geschwindigkeit des Vorbeiflugs und umgekehrt zur Körpermasse des Vorbeiflugs. Die Monde, die relativ hell sind, könnten das Fahrzeug nicht zum nächsten Mond drehen, was seine Flucht aus Saturns SOI verhindern würde.

Antworten (1)

Das Ansammeln von 0,1 c (30000 km / s) mit Schwerkraftkurven allein innerhalb der Grenzen des Sonnensystems ist nicht möglich. Der Grund dafür ist: Die Fluchtgeschwindigkeit des Systems (manchmal als dritte kosmische Geschwindigkeit bezeichnet) beträgt etwa 42 km/s (im Erdorbit, und je weiter desto niedriger). Sobald das Fahrzeug diese Geschwindigkeit erreicht, kann es mit dem richtigen Fluchtweg immer noch etwas mehr ansammeln, aber im Allgemeinen nicht viel mehr.

Ich glaube, ich verstehe. Sobald die Fluchtgeschwindigkeit überschritten ist, muss Energie aufgewendet werden, um das Fahrzeug innerhalb der Umlaufbahnen des Systems zu halten. Der Energieaufwand verfehlt den Zweck.
@0tyranny0poverty: Ansonsten sind Gravitationshilfen Möglichkeiten, die Sie ein wenig unterstützen können, indem Sie Ihre Flugbahn ändern. Je höher Ihre Geschwindigkeit, desto weniger können Sie Ihre Flugbahn mit einem vernünftigen Budget ändern und desto unwahrscheinlicher ist es, dass Sie einen anderen Assist finden. Über die Fluchtgeschwindigkeit hinaus können Sie immer noch einige Unterstützungen verwenden, um den Abflug zu verzögern, aber Sie können nicht länger ein oder zwei Orbits auf eine Begegnung warten. Sie müssen mehreren Planeten innerhalb einer einzigen Umlaufbahn begegnen, nur um innerhalb des Systems zu bleiben. Und es gibt nur so viele Planeten...
Können wir Raumfahrzeuge auf eine geeignete interstellare Reisegeschwindigkeit beschleunigen, indem wir oszillierende Schwerkraftunterstützungen auf Planeten auf gegenüberliegenden Seiten des Sonnensystems verwenden?
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