Könnte man Flugzeuge auf Jupiter fliegen?

Es scheint mir, dass der Trick darin besteht, tiefer in Jupiter einzudringen, um eine dichtere Atmosphäre zu bekommen, und nicht zu versuchen, zu klettern, um die Anziehungskraft zu verringern.

Da der Auftrieb der gleichen Gravitationskraft entspricht, beschäftigen wir uns mit:

Woher$S$ist die Flügeloberfläche,$v$die Geschwindigkeit,$m$die Flugzeugmasse,$g$Schwerkraft und$\rho$Dichte.

Dies sagt im Grunde aus, was Sie erwarten würden: Mehr Schwerkraft macht es schwieriger zu fliegen, und höherer Druck macht es einfacher.

Für die Jupiter-Atmosphäre siehe zum Beispiel Wikipedia .

Jupiter hat nicht wirklich eine Oberfläche, zumindest bis man tief in den metallischen Wasserstoffkern vordringt.

"Das Druckniveau von 10 bar in einer Höhe von etwa 90 km unter dem 1 bar bei einer Temperatur von etwa 340 K wird üblicherweise als Basis der Troposphäre angesehen."

In Anbetracht dessen, dass der Radius des Jupiters über 70.000 km beträgt, wird diese Höhe effektiv immer noch die gleiche Schwerkraft haben wie das 1-Bar-Niveau, dh etwa 2,5 g.

Mit dem 10-fachen Druck und fast der gleichen Temperatur wie die Erde, aber einer Wasserstoffzusammensetzung, wird die atmosphärische Gesamtdichte immer noch um etwa ein Drittel geringer sein.

In dieser Höhe haben Sie also keine Arbeit mehr. Es scheint mir jedoch machbar zu sein; ähnlich dem Fliegen mit Erdgravitation bei 0,25 Atmosphären, was etwa 50.000 Fuß entspricht.

Es ist jedoch nicht dasselbe wie hier in 50.000 Fuß zu fliegen: Denken Sie daran, dass der Druck 10x höher ist. Dies wird Auswirkungen auf die Tragwerksplanung haben.

Alternativ kann das Verhalten, wenn man tiefer geht, eher dem eines U-Bootes in einer Flüssigkeit ähneln: Bauen Sie einen Druckbehälter mit neutralem Auftrieb.

Nachbemerkung.

Das Hauptproblem beim Fliegen ist, dass es keinen Landeplatz gibt. Das "Flugzeug" muss den "Flug" auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten oder auf eine Ebene absinken, auf der es neutral schwimmt.

Etwas, das andere Antworten noch nicht erwähnt zu haben scheinen: Jupiter hat einige ziemlich wilde Winde. Der rote Fleck, den Sie auf den Bildern sehen, ist ein Sturm, der buchstäblich die Größe der Erde hat. Ich denke also, die wichtige Frage hier ist nicht, ob man ein Fahrzeug entwerfen könnte, das sich in Jupiters Atmosphäre bewegen kann, sondern ob es stabil bleiben kann. Aus diesem Artikel habe ich nach der Eingabe von "Jupiter Winds" bei Google gefunden:

Jupiter hat Windbänder und Jetstreams, die sich über die Oberfläche des Planeten kreuzen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren – manchmal mit Abweichungen von bis zu 220 Meilen pro Stunde (100 Meter pro Sekunde). Viele dachten, diese Ströme könnten nur auf der Außenseite des Planeten existieren, ein bisschen wie die Winde auf der Erde. Aber jetzt glauben Forscher, dass sich die Jetstreams tatsächlich tief in den Planeten erstrecken

Link: https://www.theverge.com/2018/3/7/17085462/nasa-juno-spacecraft-jupiter-fluids-winds

Insgesamt: Ich würde sagen, dass Motorflug auf Jupiter am Rande des Machbaren liegt. Wie würden Sie ein Flugzeug für Jupiter entwerfen?

1) Luftschiff mit erhitztem Wasserstoff zum Auftrieb. Während Sie den Auftrieb steuern könnten, wäre das Endergebnis nicht brauchbar. Ich bin mir nicht sicher, wie Ihre schwimmenden Städte funktionieren sollen, aber selbst die Verwendung des Unobtaniums zum Heben hat immer noch ein Problem. Das Landen kann aufgrund der hohen Windgeschwindigkeit (350 km/h sind üblich) unmöglich sein.

Wenn die Städte sich mit den Luftströmungen bewegen dürfen, haben Sie immer noch Probleme, den Flug im dazwischen liegenden Raum zu kontrollieren, um nicht vom Kurs abgetrieben zu werden. Aufgrund der Größe des Jupiter wird der Ballonflug sehr langsam sein, um erhebliche Teile des Planetenumfangs abzudecken.

2) Flugzeug. Sie benötigen ein Massenverhältnis von Auftrieb zu Flugzeugzelle von mehr als 2,5, um in der Luft zu bleiben und Fracht zu transportieren. Ein Schwerlastflugzeug C-5 Galaxy hat ein maximales Startgewicht von 769.000 Pfund und ein Trockengewicht von 380.00 Pfund ein Verhältnis von 2,02:1 – s, eine 747-400 ist 2,22:1, ein Airbus A310-300F ist auch 2,21:1

Bei etwas mehr Aufmerksamkeit für bessere Materialien usw. ist ein Auftriebsverhältnis von über 2,5 wahrscheinlich machbar (wenn auch etwas teuer), nicht dass die Nettoladekapazität wahrscheinlich ziemlich schlecht sein wird.

Sie haben jedoch immer noch ein ziemlich marginales Design. Gibt es irgendetwas, was Sie tun können? Ja, helfen Sie dem Flugzeug beim Start und bei der Landung, genau wie auf einem Flugzeugträger. Es mag teuer sein, aber es ist billiger als der Bau von Himmelsbrücken.

Was ist mit Kraftstoff? Für eine Wasserstoffatmosphäre müssen Sie ein Oxidationsmittel mitführen. Aber Sie haben ein echtes Problem, das Gewicht arbeitet wirklich gegen Sie. Verbrennt man Kohlenwasserstoffe auf der Erde, trägt man nur einen geringen Massenanteil der Endprodukte der Verbrennung mit sich. Sowohl CO2 als auch H2O bestehen hauptsächlich aus Sauerstoff, sodass Sie den größten Teil der Masse aus der Atmosphäre erhalten. Und auf der Erde können Sie mit einem Auftriebsverhältnis von 2,2 viel Treibstoff (vielleicht 30 Tonnen oder so) transportieren und dennoch eine angemessene Menge Fracht transportieren. Auf Jupiter arbeiten sowohl die Physik als auch die Chemie ziemlich hart gegen Sie.

Vielleicht ist es an der Zeit, ein Atomflugzeug zu bauen. Die US-Luftwaffe wollte einige davon in den Tagen vor ICBM, damit sie Flugzeuge wochenlang in der Luft halten. Das Kernkraftwerk, das ihnen gefiel, verwendete einen Salzschmelzreaktor – kein Schwerdruck-Sicherheitsbehälter, und andere Vorteile ließen dies zumindest machbar erscheinen. Eine 747 benötigt etwa 90 MW für den Start, etwa 45 MW für den Reiseflug – das ist wenig im Vergleich zu einem kommerziellen Kernkraftwerk.

Wie dem auch sei, GE baute einen kleinen (2,5 MW) Salzschmelzreaktor zu Testzwecken , der allgemein als machbar angesehen wurde. Leider konnte ich keine Daten finden über: die Masse dieses Versuchsreaktors. Sie flogen tatsächlich mit dem Reaktor herum, obwohl sie ihn nicht zum Betrieb des Flugzeugs benutzten.

Auch für diejenigen, die die Daumen drücken, Lockheed Martin behauptet, bis 2025 einen kleinen Fusionsreaktor in einem 100-MW-Prototypen verfügbar zu haben. Die einzige Größenangabe, die ich gesehen habe, wird in dem Artikel erwähnt, dass er auf einen Lastwagen passen würde.

Ich würde also sagen, dass Motorflug auf Jupiter am Rande des Möglichen liegt. Insbesondere größere Konstruktionen können machbar sein, da ein Kernkraftwerk nicht unbedingt linear skaliert. Angesichts der Größe von Jupiter wären Flugzeuge sicherlich sehr wünschenswert, um die Transportzeiten zu verkürzen.

Schließlich einige Dinge, die für einen Flug auf Jupiter wünschenswert wären - die Schallgeschwindigkeit wäre ungefähr dreimal so hoch wie die der normalen Erdatmosphäre (bei gleicher Temperatur), da die Moleküle sehr leicht sind, und die Viskosität. Wasserstoff hat weniger als die Hälfte der Viskosität von Luft, obwohl Helium etwas höher als Luft ist, die Gesamtmischung sollte etwas weniger als die Hälfte aus Luft bestehen. So können Sie bei gleichem Energieverbrauch viel schneller fahren.

Brauchbare Flugzeuge auf Jupiter sind sehr, sehr unwahrscheinlich.

Laut diesem Informationsblatt der NASA tritt ein atmosphärischer Druck von 1 bar bei einem Äquatorradius von etwa 71 km auf, aber die lokale Schwerkraft beträgt etwa 2,5$g$s. In dieser Höhe beträgt die atmosphärische Dichte etwa 0,13 der der Erde, und die lokale Temperatur beträgt etwa -108 °C.

Um die lokale Schwerkraft auf 1 g zu senken, muss man auf eine Höhe von steigen

Dies geschieht übrigens bei einem Atmosphärendruck von 0,1 bar und einer Temperatur von -161 °C.

Unter Vernachlässigung von Temperatureffekten deutet dies darauf hin, dass die Dichte der Jupiteratmosphäre bei 0,1 bar etwa 0,013 der Dichte der Erde auf Meereshöhe betragen wird. Als Vergleich,

zeigt eine ähnliche Dichte, die bei etwa 90 km für die Erdatmosphäre auftritt.

Da die NASA-Grenze zum Weltraum 100 km beträgt, ist es schwer vorstellbar, wie ein Flugzeug, sei es leichter oder schwerer als Luft, funktionieren könnte. Die Atmosphäre ist in Höhen mit angemessener Schwerkraft einfach zu dünn.

Es gibt keinen Grund, warum sich ein Fahrzeug nicht durch eine Flüssigkeit bewegen kann, indem es diese Flüssigkeit als Reaktionsmasse verwendet und die Flüssigkeitsdynamik verwendet, um Formen zu haben, die schwerer oder einfacher in verschiedenen Ausrichtungen durch die Flüssigkeit zu passieren sind.

Das umfasst sowohl Schwimmen als auch Fliegen , und das Aussehen dessen, was für den gewählten Druck, die Schwerkraft und andere Flüssigkeitseigenschaften funktioniert, könnte etwas sein, das Sie wieder als etwas anderes charakterisieren würden.

Eine Grundform des Segelflugzeugs hat einen Gleiteffekt. Fügen Sie genügend Leistung hinzu und alles kann fliegen, unabhängig von der Aerodynamik. Dazwischen liegt ein praktisches Design.

Für plausible SF-Ideen auf dem Fahrzeug müssen Sie genauer in Bezug auf die Tiefe (Außendruck und Zusammensetzung) und den Bereich der Betriebsumgebungen sein. Eine frühere Antwort ging von einem nahen Vakuum aus. Ich würde mir eher eine hohe Dichte vorstellen, bis hin zum überkritischen Zustand.

Sie könnten ein speziell entwickeltes Flugzeug auf Jupiter fliegen, aber es wäre nicht wie eines, das auf der Erde fliegt. Die Höhe ist eine Frage des Designs, schwebt sie auf einer Grenze der Dichte? oder Prinzipien des Auftriebs anwenden? Eine Blase aus weniger dichtem Gas würde schwimmen, müsste aber stark genug sein, um nicht zerdrückt zu werden. Hier geht es nicht wirklich um das „Können“, sondern um die Frage „Welche Parameter müssen bestimmt werden, damit ein Flugzeug fliegen kann?“.

Da Ihre Frage dies stellt, würde ich anbieten:

• Eine rundere oder kugelförmigere Form, möglicherweise wie ein Ei, um die Kräfte besser auf den Rumpf zu verteilen.

• Starre Delta-Flügel wie bei einem B2 Stealth, anstatt hervorstehende vogelähnliche Flügel wie bei einem Verkehrsflugzeug.

• Der Antrieb würde wahrscheinlich Raketentriebwerke sein, um die Kraft zu gewinnen, die benötigt wird, um sich in der atmosphärischen Suppe zu bewegen.