Würde das Verlassen der Ekliptikebene einen Vorteil für interstellare Reisen bieten?

Abgesehen von der offensichtlichen Antwort, den größeren Körpern im Sonnensystem leicht ausweichen zu können. Ich bin in erster Linie neugierig auf die Mechanik dieses Unterfangens – würde es irgendeinen Vorteil geben, zu versuchen, das Sonnensystem zu verlassen, sagen wir … senkrecht zur Ekliptik?

Welche Richtung würde Sie am schnellsten aus dem Einfluss der Sonne bringen, und könnten Sie diese Umgebung auf dem Weg nutzen, um die Dinge zu beschleunigen?

Antworten (5)

Der schnellste Weg, das Sonnensystem zu verlassen, besteht darin, an so vielen Gasriesen wie möglich vorbeizukommen und ihre Schwerkraft zu nutzen, um dich schneller zu schleudern. Da es außerhalb der Ekliptik keine Planeten gibt, wäre es nicht vorteilhaft, die Ekliptikebene zu meiden. Das gilt, bis wir beginnen, wirklich schnelle Raumsonden zu bekommen.

Darüber hinaus würde Ihnen das Vorbeigehen an den Planeten die Möglichkeit geben, abzubrechen, indem Sie um sie herumschleudern, um zur Erde zurückzukehren, im Falle eines schnellen katastrophalen Ausfalls (durchaus möglich).

Nur um diesen Punkt zu beweisen, verließ New Horizon die Erde als das schnellste Raumschiff, das jemals die Erdumlaufbahn verlassen hat, und erreichte die Umlaufbahn des Mondes in nur 9 Stunden. Dennoch wird es die Voyager-Sonden nie einholen, weil sie die Schwerkraft von sowohl Jupiter als auch Saturn nutzten, um schneller zu werden. Ich kann es nicht besser ausdrücken als Wikipedia , also hier ist:

New Horizons wird oft der Titel „Schnellstes jemals gestartetes Raumschiff“ verliehen, obwohl die Helios-Sonden aufgrund der Geschwindigkeit, die beim Fallen in Richtung Sonne gewonnen wurde, wohl die Inhaber dieses Titels sind. New Horizons erreichte jedoch die höchste Startgeschwindigkeit und verließ die Erde damit schneller als jedes andere Raumschiff bisher. Es ist auch das erste Raumfahrzeug, das direkt in eine solare Fluchtbahn gestartet wird, was eine ungefähre Geschwindigkeit von 16,5 km / s (59.000 km / h; 37.000 mph) plus Verluste erfordert, die alle vom Träger bereitgestellt werden müssen. Es wird jedoch nicht das schnellste Raumschiff sein, das das Sonnensystem verlässt. Dieser Rekord wird von Voyager 1 gehalten, die sich derzeit mit 17,145 km / s (61.720 km / h; 38.350 mph) relativ zur Sonne bewegt. Voyager 1 erreichte durch die Gravitationsschleudern von Jupiter und Saturn eine größere hyperbolische Überschussgeschwindigkeit als New Horizons.

Darüber hinaus wird die Menge der Objekte in der Ekliptikebene stark überschätzt. Der Weltraum ist wirklich sehr groß, und wir müssen sehr sorgfältig planen, um ein Raumschiff absichtlich zu einem anderen Planeten zu bringen. Selbst ein kleiner Fehler wird Probleme verursachen. Es gibt dort nicht viel, und es gibt viel zu gewinnen, wenn man durch die Ekliptikebene geht.

An dem Tag, an dem wir Raumfahrzeuge haben, die über längere Zeiträume sehr hohen Schub leisten können, werden wir diese Abkürzung wahrscheinlich nicht mehr brauchen, aber im Moment ist sie ein unschätzbares Werkzeug.

Könnten Sie nicht eine Schwerkraftunterstützung des Gasriesen verwenden und über oder unter einen der Pole gehen? Sie effektiv senkrecht zur Ekliptik schleudern?
@Fezter: Absolut.
Nein, das ist nicht der schnellste Weg, das Sonnensystem zu verlassen. Siehe Antwort von Deer Hunter.

Es gibt zwei Hauptgründe, warum Sie möglicherweise die Ekliptikebene verlassen:

  • Sie möchten zu einem bestimmten Stern gelangen.
  • Sie möchten die Sonne auf eine direkte Linie zwischen Ihrem Fahrzeug und einem anderen Punkt am Himmel (normalerweise einem Sternensystem oder einer interstellaren Sonde zu diesem Sternensystem) platzieren, um die Gravitationslinse der Sonne auszunutzen (das heißt, Ihr Ziel beginnt bei etwa 550-740 AE). von der Sonne), um eine beeindruckende zusätzliche Verstärkung des empfangenen/gesendeten Funksignals zu erreichen (z. B. 57 dB bei 1,42 GHz).

In jedem Fall muss die Flugbahn, um Sie schnell und richtig aus Dodge herauszuholen, ein Perihel-Antriebsmanöver in der Nähe der Sonne verwenden (so nahe, wie es Ihre Wärmeabweisung zulässt), nachdem die Schwerkraft von Saturn und Jupiter unterstützt wurde (die Krafft-Arnold-von-Ehricke- Flugbahn) . . Sie würden den Perihelpunkt wählen, um Ihren Geschwindigkeitsvektor in die erforderliche Richtung zu drehen.

Verweise:

  • Deep Space Flight and Communications: Nutzung der Sonne als Gravitationslinse Claudio Maccone. Springer, 2009.
  • Krafft Arnold von Ehricke, "Saturn-Jupiter Rebound. Eine Methode zum Hochgeschwindigkeitsauswurf von Raumfahrzeugen aus dem Sonnensystem". Zeitschrift der British Interplanetary Society, Bd. 25, 1972. S. 561-571.
Diese Antwort ist viel besser als die akzeptierte. Um auch nur in die Nähe brauchbarer interstellarer Geschwindigkeiten zu kommen, müssten Sie einen treibenden Sonnenvorbeiflug verwenden. Der Voyager-Ansatz ist also bei weitem nicht der schnellste Weg, um das Sonnensystem zu verlassen, wie in dieser anderen Antwort behauptet.
Ich mag diese Antwort. Es schien mir immer, dass die Sonne einen erstaunlichen Oberth-Vorteil liefern könnte, wenn eine Verbrennung in der Nähe des Perihels durchgeführt werden könnte. Ich freue mich, dass es einen Namen hat: Die Kraft-Arnold-von-Ehricke-Trajektorie. XKCD hatte ein Bild , aber Randall war nicht so gut.

Die Ekliptikebene unseres Sonnensystems liegt in einem Winkel von etwa 60º relativ zur galaktischen Ebene unserer Galaxie.

Die Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Ly (30 kpc) und ist im Durchschnitt etwa 1.000 Ly (0,3 kpc) dick. Das bedeutet, wenn Sie das Sonnensystem entlang unserer Ekliptik verlassen, können Sie die Sterne in unserer Nachbarschaft besuchen, aber Sie verlassen die Galaxie "schnell". Sie können eine Schwerkraftunterstützung von einem der Gasriesen verwenden, um Ihre Flugbahn in die galaktische Ebene zu lenken, wodurch Sie viel mehr Sterne besuchen können.

Vorausgesetzt, Sie haben ausreichend Energie für einen konstanten Schub von 1 g .

Auf einer interstellaren Reise hat die Ebene der Ekliptik wenig bis gar keine Bedeutung. Wenn Ihre Fahrtrichtung im Allgemeinen im rechten Winkel (90°) zur Ebene ist, macht es wenig Sinn, alle Hindernisse im Sonnensystem zu umfahren.

@Erik Wenn Sie einen konstanten Schub von 1 g haben, warum sollten Sie für eine Schwerkraftunterstützung umleiten? Wäre das nicht so, als würde man 50 Meilen aus dem Weg fahren, um einen Cent Kraftstoff zu sparen?
@Erik - Wie überträgt man das auf der Ebene mit Schleudern in eine Senkrechte zur Ebene ? Sie beschleunigen nur in die falsche Richtung und müssten dieselbe Menge Treibstoff verbrauchen, um Ihr Raumschiff senkrecht zum Flugzeug zu lenken, egal wie lange oder schnell Sie parallel dazu beschleunigen. Was vermisse ich?
@JamesJenkins – Sie werden immer die zusätzliche Energie wollen, die die Schleuder liefert. Vielleicht möchten Sie Sol schneller entkommen, oder Sie möchten die Schwerkraftunterstützung der Notausstiegsluke nutzen, wenn Ihr 1g-Laufwerk nicht startet ...
@TildalWave Alles, was Sie tun, ist, sagen wir, Jupiter mit einer Jupiter-Neigung von 90 Grad herumzuschleudern.
@Erik - Verdammt, du hast recht. Ich bin mir nicht sicher, wie ich das vermisst habe, als ich ausgeruht war, und es scheint ein Kinderspiel zu sein, jetzt, wo ich kurz davor bin, ins Koma zu fallen. Ich glaube, all das Gerede über Ebenen hat mich dazu gebracht, auf 2D umzusteigen. :)

Wir könnten diese Frage mit größerer Klarheit beantworten, wenn wir jedes Teilchen der Materie in unserem Sternensystem kennen würden. Zusätzlich zur Schwerkraftunterstützung könnten Geschwindigkeitsübertragungen über Stöße (geführt oder nicht) auftreffen. Somit könnten wir mit genauer Kenntnis der Umlaufbahnen jedes Asteroiden mit wenig Aufwand eine Kette von Gravitationsunterstützungen und/oder Körperaufprallereignissen erzeugen, die zu einer maximalen interstellaren Geschwindigkeit führen würden, die mit gegenwärtigen Mitteln erreichbar wäre.

Diese Methode leidet unter extrem abnehmenden Rückflüssen bei winzigen Massen, der enormen Schwierigkeit, Impulse aus Kollisionen mit mehreren zehn Kilometern pro Sekunde elastisch zu übertragen, und dem unglaublich großen Zeitaufwand, der erforderlich ist, um alle möglichen Mikrooptimierungen auszunutzen und zu berechnen .