Schwerkraftunterstützung für bemanntes Reisen

Im Allgemeinen reduzieren Gravity Assists die Zeit nicht, es sei denn, Sie gehen wirklich weit da draußen. Zum Beispiel brauchte Galileo 6 Jahre, um es zum Jupiter zu schaffen, nachdem er 3 Vorbeiflüge gemacht hatte, einen an der Venus, zwei an der Erde. Im Vergleich dazu hat es New Horizons in etwas mehr als einem Jahr dorthin geschafft, Voyager in 18 Monaten und Pioneer in etwa 2 Jahren. Es gibt jedoch erhebliche Kraftstoffeinsparungen durch die Vorbeiflüge.

Wenn Sie jedoch bereits die Umlaufbahn eines Objekts passieren, kann Sie ein Vorbeiflug beschleunigen. Daher fliegen Voyagers schneller durch den Weltraum als New Horizons jemals sein werden, wegen des zusätzlichen Vorbeiflugs von Saturn, den die Voyagers erhalten haben.

Um zum Mars zu gelangen, gäbe es keine Kandidaten, um die Reisezeit zu beschleunigen, außer vielleicht dem Mond, da der Mars der am einfachsten von der Erde aus zu erreichende Planet ist. Ein Vorbeiflug von Jupiter würde wahrscheinlich eine Mission zum Saturn schneller machen, wenn Sie es genau richtig ausrichten.

Eine Schwerkraftunterstützung (oder eine Schleuder) ist einer der vielen Kompromisse beim Missionsdesign. Anstatt direkt irgendwohin zu gehen, gehen Sie zuerst woanders hin und nutzen den Schwung eines Planetenkörpers, um Ihre eigene Bewegung zu beschleunigen und so in ein Delta-V-Budget zu passen.

Der Kern des Problems ist also, dass Schwerkraftunterstützung Zeit braucht. Für unbemannte Missionen ist dies akzeptabel, da Avionik- und Wissenschaftsinstrumente abgeschirmt sind und abgeschaltet werden können, wenn sie nicht benötigt werden.

Bei bemannten Missionen bedeutet das Vorhandensein einer unerbittlichen Strahlungsumgebung aufgrund von Sonnenwind und galaktischer kosmischer Strahlung, dass Sie die Reise so kurz wie möglich machen müssen. Muskeldekonditionierung und Knochenschwund sind ebenfalls Bedrohungen, die in der Mikrogravitation auftreten. Wenn die Reise kürzer ist, brauchen Sie außerdem nicht so viel Masse für die Lebenserhaltung (Sauerstoff, Nahrung, Kleidung, Toilettenpapier). Daher sind Gravitationshilfen im Allgemeinen nicht für bemannte Flüge geeignet.

Es gibt Ausnahmen :

• Schleudern um riesige Planeten (und ihre schwereren Monde), wenn Sie die Monde studieren möchten,

• freie Rückflugbahnen (falls Ihr Antrieb ausfällt) und

• Buzz Aldrins Cycler-Orbit- Optionen (mit oder ohne angetriebene Schwerkraftunterstützung - dies sind die Umlaufbahnen, die beispielsweise Mars und Erde ohne großen Treibstoffaufwand erneut besuchen) - eine kleine Variation der "freien Rückkehr".

Rein persönlich (und wenn Sie mich fragen), würde ich eine brachistochrone konstante Beschleunigungs- / Verzögerungsbahn von 1 g jedem Gimmick vorziehen, um die Probleme der künstlichen Schwerkraft und des Strahlenschutzes gleichzeitig zu lösen.

Die Optionen für gute Schwerkrafthilfen sind begrenzt. Das Höchste, was man gewinnen kann, ist die Relativgeschwindigkeit des Objekts, an dem man vorbeigeht. Die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes beträgt nur 1 km/s. Objekte mit geringer Masse sind auch weniger effizient zu verwenden. Einige Sonden, die sich in Erdnähe aufhielten, wie die STEREO-Sonden, nutzten den Mond zur Unterstützung der Schwerkraft. Dawn und RosettaMars verwendet. Aber Jupiter ist mit 13 km/s im Orbit perfekt. Alle sechs Sonden, die über Jupiter hinausgingen, nutzten es zur Gravitationsunterstützung (ohne Rosetta zu zählen, die sich vorübergehend etwas außerhalb von Jupiters Umlaufbahn befindet). Und man könnte einen zusätzlichen Schub von Io bekommen, der den Jupiter mit 17 km/s umkreist. Aber hilfreich wäre es natürlich nur für die zweite Hälfte einer Reise zum Saturn 10 AE entfernt. Allerdings ist bemanntes Reisen so weit sehr futuristisch. Heute gibt es überhaupt keine Pläne, jemals Menschen über den Mond zu schicken. Mehrere notwendige Technologien wie Weltraum-Kernkraft und zentrifugale "Schwerkraft" bleiben völlig unerforscht und stehen außerhalb der Tagesordnung.