Ist es möglich, die Sonne zu erreichen, ohne Brennstoff/Reaktionsmasse zu verbrauchen?

Stellen Sie sich vor, ich entwerfe eine Raumsonde, die zunächst in eine erdähnliche Umlaufbahn um die Sonne gebracht wird.

Mein Ziel ist es, die Sonde in die Sonne fliegen/fallen zu lassen; es darf sich so viel Zeit nehmen, wie es dafür braucht, solange es schließlich dort ankommt.

Jetzt der schwierige Teil: Da der Brute-Force-Raketenansatz viel Treibstoff verbrauchen würde, möchte ich, dass meine Sonde ihr Ziel erreichen kann, ohne irgendeine Art von Raketen zu verwenden (außer denen, die erforderlich sind, um es zu bekommen). natürlich in die Ausgangsposition).

Gibt es eine Möglichkeit, dies zu tun, indem man zB ein Sonnensegel verwendet und gegen den Sonnenwind wendet? Wenn ja, wie lange könnte das dauern? (Ich weiß, dass die Parker-Sonnensonde die Schwerkraft der Venus nutzt, um ihr zu helfen, aber vermutlich erfordert diese Technik eine anfängliche Flugbahn, die sie in die Nähe der Venus bringt, was meine Sonde nicht haben wird.)

Antworten (1)

Wenn Sie sich bereits in einer Sonnenumlaufbahn befinden, dann ja. Sie können ein Segel schräg verwenden und die Reflexionen prograd senden. Das Ergebnis ist, Ihre Orbitalenergie zu reduzieren und Sie schrauben sich hinein.

Ich erinnere mich, dass es ein Standardproblem der Physik war, den Winkel zu finden, der die Energieübertragung maximiert (es sind nicht 45 Grad).

Die Reisezeit hängt von der Masse Ihres Gegenstands und der Größe Ihres Segels ab. Es hängt auch vom Sonnenfluss ab, der zunimmt, wenn Sie sich der Sonne nähern.

Die Wiki-Seite über Sonnensegel hat einen Abschnitt über die Zeit, um die inneren Planeten von der Erde mit einigen möglichen Fahrzeugen zu erreichen. Mit vernünftigen Nutzlasten sind es noch ein paar Jahre bis zum Mercury. Das ist mehr als der halbe Weg zur Sonne, und dort ist die Leistung viel höher. Also wahrscheinlich weniger als zusätzliche 25 % der Zeit, um die nächste Annäherung zu erreichen.

Optimaler Segelwinkel

Dies ist eine geringfügige Ergänzung (weil sie bei allen Entfernungen konstant ist), aber um die Ableitung hinzuzufügen:

Die Leistung, die Sie vom Segel erhalten, ist die auf das Segel einfallende Gesamtstrahlung multipliziert mit der Komponente der Impulsänderung in V-Balkenrichtung.

P = ich Δ p v
Die eingehende Intensität ist proportional zum Kosinus des Segelwinkels, während die V-Balken-Komponente des reflektierten Lichts proportional zum Sinus des doppelten Winkels ist.

P = cos ⁡ ( θ ) Sünde ⁡ ( 2 θ )
Das Maximum wird an einer Wurzel der Ableitung gefunden
d P d θ = 2 cos ⁡ ( θ ) cos ⁡ ( 2 θ ) − Sünde ⁡ ( θ ) Sünde ⁡ ( 2 θ )
2 cos ⁡ ( θ ) cos ⁡ ( 2 θ ) = Sünde ⁡ ( θ ) Sünde ⁡ ( 2 θ )
Über Wolfram
θ = 2 π − 2 bräunen − 1 ⁡ ( 5 − 2 6 ) = 35.26 ∘

"Leistung ist dort viel höher" Aber auch der Energieunterschied. Ich habe nicht nachgerechnet - das könnte eine andere Frage sein.
Als Randbemerkung: Sie könnten möglicherweise schneller zur Sonne gelangen, indem Sie zunächst die Orbitalenergie erhöhen und dann eine Jupiter-Unterstützung erhalten, um den größten Teil Ihrer Orbitalgeschwindigkeit zu töten, und möglicherweise eine letzte Unterstützung auf dem Weg zurück zum Ziel der Sonne . Das war der ursprüngliche Missionsplan von Parker Solar Probe!
@Jack, stimmt für eine chemische Verbrennung, aber wahrscheinlich nicht hier. Die verfügbare Sonnenenergie wird durch Jupiter ziemlich schwach. Es würde wirklich lange dauern, Jupiter zu erreichen, indem man sich nur mit der Sonne herauswindet. Die Wiki-Seite schlägt vor, dass Mars und Merkur zu ähnlichen Zeiten erreichbar sind.
Warum nehmen Sie an, dass es Jupiter erreichen muss, indem es sich spiralförmig ausbreitet? Sie wollen eine Highspeed-Begegnung, kein Rendezvous. "Brennen" Sie prograd, während Sie sich in der Nähe der Sonne befinden, um Ihre Apoapsis anzuheben, "brennen" Sie retrograd, während Sie weit draußen sind, um Ihre Periapsis zu senken. Der größte Teil Ihrer Beschleunigung tritt viel näher auf als Jupiter.
Ist es möglich, die Sonne zu erreichen, ohne Brennstoff/Reaktionsmasse zu verbrauchen?
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