Kürzeste Zeit, um eine Sonde weiter als Voyager 1 zu platzieren?

Voyager 1 erhielt Gravitationsunterstützung, die seine Geschwindigkeit sowohl von Jupiter als auch von Saturn erhöhte.

Gelegenheiten für eine solche Jupiter-Saturn-Flugbahn ergeben sich etwa alle 20 Jahre, sodass wir mit dem Start zumindest nicht zu lange warten müssen; Um Voyager zu übertreffen, müssen wir lediglich eine Sonde mit etwa der gleichen Gesamtmasse wie Voyager, mit der gleichen Anfangsgeschwindigkeit und mit den gleichen Gravitationsunterstützungsparametern starten, aber mit einem Antriebssystem anstelle der 105 kg wissenschaftlicher Instrumente, die von ihm getragen werden die frühere Sonde. Ein Ionentriebwerk würde das meiste ∆v für die Masse liefern; so etwas wie ein NSTAREin Triebwerk von 25 kg plus 80 kg Xenon-Treibmittel bei einer Gesamtmasse des Raumfahrzeugs von 773 kg und einer Brenndauer von etwa einem Jahr würde eine zusätzliche Geschwindigkeit von 3 km / s über der Geschwindigkeit von Voyager erzielen. (Die Leistung wäre ein kleines Problem; Voyager produzierte nur ~430 W von seinen radiothermalen Generatoren, während NSTAR 2100 W für maximale Effizienz wünscht, aber wir können dies von Hand wegwinken, indem wir davon ausgehen, dass ein kleineres Triebwerk für einen längeren Zeitraum arbeitet.)

Verbesserungen bei Computer- und anderen Technologien in den letzten 40 Jahren sollten es natürlich ermöglichen, zusätzliche Masse von der Sonde zu entfernen. Diese Masseneinsparungen könnten für zusätzliches Treibmittel an der Sonde bezahlt werden.

Der Titan IIIE -Booster, der die Voyager gestartet hat, ist nicht mehr in Betrieb; Die Atlas V 551-Konfiguration, mit der New Horizons gestartet wurde, übertrifft die Titan in Bezug auf Masse-zu-LEO leicht, daher gehe ich davon aus, dass sie diese Rolle erfüllen könnte.

Voyager 1 hat jedoch einen beträchtlichen Vorsprung, sodass es ungefähr 200 Jahre dauern könnte, bis diese schnelle kleine Sonde sie überholt hat.

Ein größerer Booster – Delta IV Heavy, Falcon Heavy, SLS oder die zukünftigen Raketen von SpaceX – könnte natürlich eine sehr starke Oberstufe anheben, die der Sonde einen weiteren erheblichen Schub geben und vielleicht die Überholzeit halbieren oder weiter verkürzen könnte.

Ohne größere technologische Fortschritte sollte es also meiner Meinung nach nicht mehr als 20 Jahre von der Genehmigung des Budgets bis zur Markteinführung und 100 bis 200 Jahre von der Markteinführung bis zur Markteinführung dauern, je nach Budget.

APL untersucht eine interstellare Mission mit einem Geschwindigkeitsziel von 20 AE/Jahr, fünfmal schneller als die Voyagers. Dies ist mit minimaler Entwicklung der aktuellen Technologie machbar.

Bei dieser Geschwindigkeit würde es ungefähr 9 Jahre dauern, um die Voyagers zu überholen.

Wir wissen, wie man Massenfahrer baut (im Grunde eine Magnetschwebebahn mit sehr hoher Leistung, die nicht aufhört zu beschleunigen, bis sie aus dem Gleis gerät).

Vor langer Zeit habe ich im Fernsehen eine 100-g-Version gesehen. Es gibt im Grunde keine Probleme, es länger zu machen, bis die Oberflächenkrümmung des Körpers, auf dem Sie es montiert haben, eine Rolle spielt.

So könnten wir ein solches System auf dem Mond bauen und etwas starten, das die Voyager überholen kann. Es gibt nichts, was wir nicht können, aber es ist ein ziemlich massives Engineering-Projekt. (Wenn es jedoch nicht veraltet ist, bevor es gebaut wird, denke ich, dass es etwas ist, das getan wird. Während es eine Verschwendung wäre, es zu verwenden, um die Voyager zu überholen, kann es die Nutzlast an anderer Stelle im Sonnensystem erhöhen.)