Könnte ein Schiff im interstellaren Raum von einem Mutterschiff gestartet werden? [abgeschlossen]

Ich habe mich hier registriert, um dem OP zu helfen, da diese langen Antworten eine wichtige Feinheit der Frage nicht zu beantworten scheinen :

Wie gesagt kann man in der Segelphase die Feinträgheit gleich lassen .

Aber in der Bremsphase - nein, man kann nicht davon ausgehen, dass man das Mutterschiff in einem Aufklärungsschiff verlassen kann, wenn das Mutterschiff zu diesem Zeitpunkt beschleunigt oder abbremst, hätte es sofort eine andere Relativgeschwindigkeit, weil die Trägheit des Aufklärungsschiffs dies tun würde nur die gleiche sein wie die des Mutterschiffs im Moment des Ablegens, und sofort würde die Beschleunigung oder Verzögerung des Mutterschiffs offensichtlich werden, sobald der Start erfolgt. Was auch immer die Beschleunigungs- oder Verzögerungsrate zum Zeitpunkt des Verlassens des Mutterschiffs war, es scheint, als würde es mit dieser Geschwindigkeit vom Aufklärungsschiff weg beschleunigen.

Wenn die Beschleunigungs- oder Verzögerungsrate jedoch nicht groß war, kann es möglich sein, das Mutterschiff buchstäblich zu verlassen und zurückzukehren, dh die einzige Möglichkeit für das Aufklärungsschiff, dem entgegenzuwirken, besteht darin, die gleiche (oder größere) Beschleunigung oder Verzögerung anzuwenden zum Aufklärungsschiff, das Treibstoff aufnehmen würde.

Wenn das Mutterschiff ausreichend massiv wäre, könnte es außerdem das Scout-Schiff in seinem Gravitations-"Wachlauf" bis zu einem gewissen Grad mitziehen, wodurch die Probleme mit der relativen Geschwindigkeit gemildert würden.

Im Vakuum des interstellaren Raums gibt es nichts, woran man an Schwung verlieren könnte (es sei denn, Sie treffen etwas, was unwahrscheinlich ist), also nein, ein Aufklärungsschiff würde nicht zu schnell an Schwung verlieren und alle im Inneren in Borschtsch verwandeln. Es würde genau wie sein Mutterschiff auf Trägheit kreuzen und sich neben ihm bewegen, es sei denn, eine äußere Kraft wirkt anders als das Mutterschiff auf es ein (z. B. Eintritt in eine Atmosphäre, die das Aufklärungsschiff bremst) oder das Aufklärungsschiff tauscht Schwung mit aus eine andere Materie (zB Reaktionsmasse des eigenen Antriebssystems, Schwerkraftunterstützung, Magnet- oder Sonnensegel usw.) oder das Mutterschiff selbst (irgendeine Art von Abstoßung, wie Magnetismus, Photonendruck, ...).

Dies ist tatsächlich ein großes Problem für vorgeschlagene Methoden der interstellaren Reise, wobei die vielleicht praktikabelste Methode auch in der Lage ist, solche immensen Entfernungen in angemessener Zeit zu überqueren, nämlich ein strahlbetriebener Antrieb , bei dem die Impulsquelle am Ausgangspunkt bleibt und das Schiff ist angetrieben durch die Kraft abgelenkter Photonen ($\mathrm{F} = 2\times \mathrm{P} / c$, in Newton, für 100 % Segelreflexion, wobei$\mathrm{P}$ist die gesamte reflektierte Leistung von der Quelle in Watt, und$c$die Lichtgeschwindigkeit. Teilen Sie das mit der Masse des Fahrzeugs in Kilogramm und Sie haben die Beschleunigung, die es davon bekommen würde. ZB würde ein 100 kg schweres Segel, das 50 GW bei 100 % Reflexion reflektiert, mit 3,36 m/s² beschleunigen, also etwa 1/3 der Fallbeschleunigung auf der Erdoberfläche).

Das bringt natürlich seine eigenen Probleme mit sich, und ich werde hier nicht zu sehr ins Detail gehen, aber die meisten dieser vorgeschlagenen Konstruktionen erfordern auch ein Bremssegel, das sich vom Mutterschiff löst und als Reflektor dient, um die Richtung des Strahls umzukehren und verlangsamen das Mutterschiff im entgegengesetzten Vektor relativ zu seiner Bewegung (manchmal als Brachistochronendrehung bezeichnet )., da es ein System mit konstanter Beschleunigung wäre, aber es ist ein bisschen ein Bissen und im Ernst, ich habe die Aussprache dieses Begriffs immer noch nicht gemeistert). Natürlich wird das Verzögerungssegel immer noch in Richtung des Strahls getrieben, während es ihn reflektiert, sodass der Abstand zwischen dem Mutterschiff und der Verzögerungsstufe ständig zunehmen würde. Und hier geht der ausgetauschte Schwung hin, um das Mutterschiff in einem solchen System zu verlangsamen. Es ist zwar nur ein Beispiel, aber ich habe es ausgewählt, weil es direkt auf Ihre Frage anwendbar ist und vielleicht nicht so intuitiv, wie die Dynamik darin ausgetauscht wird, und gleichzeitig die Notwendigkeit dafür demonstriert.

Wichtig ist, dass alle Newtonschen Bewegungsgesetze natürlich auch im interstellaren Raum gelten:

Erster Hauptsatz : In einem Trägheitsbezugssystem betrachtet, bleibt ein Objekt entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter, es sei denn, es wirkt eine äußere Kraft auf es ein.

Zweiter Hauptsatz : Die Vektorsumme der äußeren Kräfte$\mathrm{F}$auf einem Objekt ist gleich der Masse$m$dieses Objekts multipliziert mit dem Beschleunigungsvektor$\mathrm{a}$des Objektes:$\mathrm{F} = m\mathrm{a}$.

Drittes Gesetz : Wenn ein Körper eine Kraft auf einen zweiten Körper ausübt, übt der zweite Körper gleichzeitig eine Kraft gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung auf den ersten Körper aus.

Die Folge davon ist, dass ein kleinerer Massenkörper wie ein vom Mutterschiff losgelöstes Aufklärungsschiff weniger Kraft zum Abbremsen benötigt oder umgekehrt bei gleicher Kraft, die im Vektor entgegengesetzt zu seiner Bewegungsrichtung aufgebracht wird, schneller abbremsen würde als ein massiverer Körper, aber Solange keine externe Kraft darauf einwirkt, wird dies nicht passieren und nur neben seinem Mutterschiff kreuzen, bis sich etwas für es in Bezug auf das Mutterschiff ändert.

Sie hätten wahrscheinlich bereits eine unterschiedliche Masse, sodass Sie dann dieselbe Quelle der Verzögerungskraft auf jeden anders anwenden könnten (z. B. mit Oberfläche pro Masse für passive Segel, Verbrennungsrate pro Masse für den eigenen Antrieb usw.), und sie beginnen sich zu entfernen von gegenseitig. Aber die Kraft dieser verzögernden Kraft, die auf ihre Bewohner wirkt, wäre wahrscheinlich klein im Verhältnis zu ihrem Nettoimpuls, sodass die von ihren Bewohnern gefühlte Beschleunigung ebenfalls gering wäre. Wiederum, es sei denn, Sie treffen einen festen Körper mit einer stark unterschiedlichen Relativgeschwindigkeit. Dann würden sie sich in Borschtsch verwandeln und die beim Aufprall freigesetzte Energie wäre gleich$E_\text{k} =\tfrac{1}{2} mv^2$, wie Sie sehen können, ist die Relativgeschwindigkeit viel wichtiger als die Masse des Objekts, obwohl sie auch immer noch relevant ist. Aber das ist eine andere Sache (kein Wortspiel beabsichtigt).

Zunächst einmal ist der Weltraum größtenteils leer, und das einfache Abwerfen einer Sonde führt nur dazu, dass das Mutterschiff und die Sonde in Formation fliegen (während der Freilaufphase). Während der Bremsphase fliegt die Sonde glücklich und ohne mechanische Komplikationen vorwärts (denken Sie nur daran, sie von der Seite des Schiffes zu starten und einen seitlichen Abstand einzuhalten).

Zweitens gibt es mögliche körperliche Komplikationen, die tatsächlich von der Geschwindigkeit des Mutterschiffs abhängen. Ein Mutterschiff, das relativ schnell mit beträchtlicher Geschwindigkeit fährt$c$, der Lichtgeschwindigkeit, trifft auf interstellare Materie, die eine unangenehme Bremsstrahlung verursacht. Der Schutz bemannter Aufklärungsschiffe ist masseintensiv. Natürlich möchten Sie kein Scout-Schiff starten, wenn es nicht langsamer werden kann, um eine Umlaufbahn innerhalb des Ziel-Sonnensystems oder um einen der Planeten zu erreichen. Es muss möglicherweise entweder Aerobremsen in einer Planetenatmosphäre oder Sonnenbremsen (wenn es leicht genug ist) um den Zielstern herum verwenden, zusätzlich zu dem Treibmittel, das es selbst hat.

Und hier ist der Haken: Aerobraking erfordert eine genaue Kenntnis der Dichte und des chemischen Eigenschaftsprofils der Atmosphäre, sonst springt die Sonde entweder heraus und wird nicht auf Umlaufgeschwindigkeit abgebremst, kehrt nie zurück oder brennt, wenn die Sonde zu tief eintaucht. Die Fähigkeit zum aerodynamischen Bremsen wird außerdem durch die thermische Abschirmung, die maximal zulässigen Innentemperaturen, die strukturelle Festigkeit und die Wärmeabsorptions-/Abweisungskapazität begrenzt. Man kann sich in naher Zukunft ein Aerobremsen ab 13 km/s vorstellen und vielleicht etwas später.

Wenn Sie also wirklich in einem riesigen Mutterschiff dorthin fliegen, ist es sinnvoll, unter die Fluchtgeschwindigkeit des Sterns abzubremsen oder sogar in die Umlaufbahn um einen der Planeten zu gelangen und erst dann Sonden zu starten - zuerst unbemannt, um bestimmte Planeten auszukundschaften, dann ein Shuttle (höchstwahrscheinlich mehrstufig), um die Erkundungsmannschaft für einige Fotosessions und das Setzen von Flaggen vor Ort zu bekommen.

Andere Antworten erklären die Probleme mit einem bemannten Scout-Schiff ausreichend, aber es ist tatsächlich sehr sinnvoll, vor der Verzögerungsphase eine kleine unbemannte Sonde zu starten. Es wird mit interstellarer Geschwindigkeit durch das System rasen, kann aber verschiedene Arten von Daten im System sammeln und an das Mutterschiff zurücksenden, was Kurskorrekturen in letzter Minute usw. ermöglicht oder sogar nur die Möglichkeit bietet, einige der nicht- Zielkörper im System, in Bezug auf Delta-V wird es viel billiger sein, eine (Vorbeiflug-)Sonde zu starten, während Sie sich noch im interstellaren Raum befinden - Sie haben bereits viel Geschwindigkeit, um schnell an Orte zu gelangen.

Da die Wahrscheinlichkeit, dass eine Hochgeschwindigkeitssonde durch Trümmer ausgelöscht wird, nicht zu vernachlässigen ist, würden Sie wahrscheinlich tatsächlich einen Schwarm kleiner Sonden starten - sie müssen nicht sehr groß sein, nur verschiedene Instrumente, ein Sender und eine begrenzte Lagekontrolle.