Ja konnten sie. Ganz einfach.

Im Gegensatz zum Mythos ist der Asteroidengürtel fast leer. (Siehe https://physics.stackexchange.com/questions/26712/what-is-the-average-distance-between-objects-in-our-asteroid-belt für eine verwandte Diskussion.)

Die Planer der Dawn-Mission, die viele Jahre damit verbrachte, sich durch den Asteroidengürtel zu bewegen und sowohl Vesta als auch Ceres zu besuchen (und die sich immer noch in der Umlaufbahn um Ceres befindet), schätzten, dass sie während dieser gesamten Zeit einem katalogisierten Asteroiden am nächsten kam eine Million Kilometer – mehr als die doppelte Entfernung zum Mond. Der Weltraum ist wirklich, wirklich groß.

Im Grunde gibt es nichts, was groß genug ist, um es zu sehen, bevor es zu spät ist, um es zu manövrieren, um es zu verpassen. Das Problem wird sich wahrscheinlich in der Entwicklung wirksamer Mikrometeor-Schilde herausstellen. (Es besteht eine gute Chance, dass die Technologie, die wir heute verwenden, auch bei Hypervelocity-Einschlägen funktioniert. Im Grunde gibt es eine dünne äußere Aluminiumhaut, dann einen Luftspalt (na ja, Vakuumspalt!), dann eine sehr dünne, sehr starke Verbundschicht, dann noch eine Spalt dann die eigentliche Hülle. Ein kleines, schnelles Projektil verdampft beim Auftreffen auf die Außenhaut, die Gase breiten sich aus und treffen auf die Mittelhaut, die fast alles stoppt und den Rest verdampft, und die Hülle wird von nichts Festem berührt.

Wenn Sie erwarten, einen anderen Asteroiden zu treffen, müssen Sie daran arbeiten.

Was hatte Alan Stern, Hauptermittler von New Horizons , zu sagen ?

Glücklicherweise ist der Asteroidengürtel so riesig, dass trotz seiner großen Population kleiner Körper die Wahrscheinlichkeit, einem zu begegnen, verschwindend gering ist – weit weniger als eins zu einer Milliarde. Das heißt, wenn Sie einem Asteroiden nahe genug kommen wollen, um ihn detailliert zu untersuchen, müssen Sie einen anstreben.

Bei einer zweistündigen Reise im Vergleich zu Monaten, die die Sonde von New Horizons benötigt, um den Gürtel zu durchqueren, liegt Ihre Wahrscheinlichkeit von Problemen eher bei 1 zu Billionen.

Es ist weitaus wahrscheinlicher, dass Sie an einem unerwarteten Herzinfarkt sterben, wenn Sie während eines bestimmten Zeitraums von 2 Stunden „vollkommen gesund“ sind.

Stützen Sie Ihre Erwartungen nicht auf Kollisionschancen basierend auf den Ratschlägen eines goldfarbenen Protokolldroiden .

Lasst uns rechnen und Annahmen machen

Angenommen, der Asteroidengürtel ist$3\times10^{21}$kg. Nehmen Sie nun an, dass der Asteroidengürtel vollständig aus 100-g-Kugellagern besteht, den kleinsten Objekten, die Ihren Whipple-Schild durchdringen und Ihr Raumschiff töten können. Der Asteroidengürtel besteht dann aus$3\times10^{22}$kleine Schiffskiller.

Der Asteroidengürtel ist ungefähr ein Torus, der sich von 2,3 bis 3,3 AE von der Sonne entfernt erstreckt. Das heißt, der „Torus“ hat einen Radius von 0,5 AE. Bei einem Abstand von 2,8 AE beträgt dieser Abstand 0,5 AE$\arcsin{\frac{0.5}{2.8}} = 10.3$Grad über der Rotationsebene. Wenn Sie sich diese Grafik ansehen, können Sie sehen, dass dies eine Unterschätzung der tatsächlichen vertikalen Trennung von Asteroiden ist. Die folgende Volumenschätzung ist also eine Unterschätzung des Raums, den der Asteroidengürtel einnimmt.

Das Volumen eines Torus mit Radius 2,8 AE und Rohrradius 0,5 AE beträgt

Wenn Ihr Raumschiff einen Querschnitt von 100 m hat$^2$und muss eine Distanz von 1 AE zurücklegen, um den Asteroidengürtel zu überqueren, dann beträgt das Volumen seiner Bahn 14960 km$^3$. Angesichts der obigen Partikeldichte bedeutet dies, dass sich auf dem durchschnittlichen Weg durch das Herz des Asteroidengürtels etwa 10 Schiffskiller befinden.

Bei 1000 Kilometern pro Sekunde würde man den Asteroidengürtel in etwa 42 Stunden durchqueren, müsste also alle 4 Stunden einem Objekt ausweichen. Sie müssten nur weniger als 100 Meter vom Kurs abweichen, um jedes Objekt zu verfehlen, da die durchschnittliche Entfernung zwischen Objekten im Kugellager-Szenario etwa 23 km beträgt. Alle 14.440.000 km den Kurs um 100 Meter zu ändern ist … nun, der Winkel ist nicht wirklich wichtig. Vibrationen können Sie um so viel vom Kurs abbringen, der Schub, der für eine Kursänderung benötigt wird, ist trivial.

Fazit

Wenn die Masse eines Asteroidengürtels als Minenfeld eingesetzt würde, wäre eine kleine Anzahl von Kurskorrekturen mit nahezu vernachlässigbarem Winkel erforderlich, um ein Auftreffen auf die Minen zu vermeiden. Aber der Asteroidengürtel ist kein Minenfeld, und es gibt weit weniger als$3\times10^{22}$Objekte zu vermeiden. Wenn Sie die Anzahl der Objekte um eine Größenordnung verringern, müssen Sie im Durchschnitt eine Kurskorrektur vornehmen. Wenn Sie es um zwei weitere Größenordnungen senken, haben Sie eine Änderung von 1%, um etwas zu treffen usw.

Ich habe keine Zählung von Objekten in schiffsgefährdender Größe zur Verfügung. Aber basierend auf der Worst-Case-Schätzung können wir sehen, dass die Dichte solcher Objekte sehr gering ist. Im tatsächlichen Asteroidengürtel ist es sehr unwahrscheinlich, dass ein Pfad, der gerade durchgezeichnet ist, etwas trifft.

Sie sprechen eine Reihe von Problemen an, daher besteht diese Antwort aus mehreren Teilen.

Könnte ein Astronaut in einem Raumschiff der nahen Zukunft den Transit durch unseren Asteroidengürtel überleben?

Das Bild eines Feldes voller Felsen ist ein Mythos. Der Asteroidengürtel ist größtenteils leerer Raum.

Es sind 4% der Masse des Mondes, verteilt auf 50 Billionen Billionen Kubikkilometer. Von dieser Masse ist das meiste in nur einer Handvoll Objekten eingeschlossen. Etwa ein Drittel entfällt auf Ceres , während Vesta , Pallas und Hygiea 9 %, 7 % bzw. 3 % ausmachen. Damit bleibt knapp die Hälfte der Masse des Asteroidengürtels (1,9 % der Mondmasse) für den Rest dieser 50 Billionen Billionen Kubikkilometer übrig.

Innerhalb des Gürtels gibt es nur geschätzte 800 Billionen Asteroiden, die größer als ein Meter sind. Das mag auf den ersten Blick nach viel klingen, aber 800 Billionen Asteroiden geteilt durch 50 Billionen Billionen Kubikkilometer sind knapp ein Asteroid pro 50 Milliarden Kubikkilometer.

Sich Sorgen zu machen, einen von ihnen zu treffen, während man durch den Gürtel reist, wäre vergleichbar mit dem Fahren über Salzebenen in der Gegend der Vereinigten Staaten mit nur 2000 Menschen, die darüber verstreut sind und sich Sorgen machen, jemanden zu treffen.

Man könnte gut sagen "Was ist mit kleineren Objekten?", aber die Situation ändert sich nicht sehr. 4 % der Mondmasse über 50 Billionen Billionen Kubikkilometer betragen nur 60 mg pro Kubikkilometer (60 Pikogramm pro Kubikmeter). Es gibt keine Worst-Case-Verteilung, bei der immer etwas Gefährliches zu treffen ist, und da der größte Teil dieser Masse tatsächlich in großen Objekten konzentriert ist, die selbst dazu neigen, sich in mehreren Orbitalgruppen zu konzentrieren, ist es extrem einfach, nichts zu treffen Asteroidengürtel.

Das sollte nicht schockieren. Wenn im gesamten Gürtel eine nennenswerte Massenkonzentration verstreut wäre, würde er schnell zu einem Planeten zusammenbrechen. Deshalb kollabierte viel von der wenigen Masse, die es dort gibt, in Ceres.

TL;DR: In der Fiktion müssen Schiffe, die durch den Gürtel reisen, Asteroiden ausweichen. In Wirklichkeit haben die vielen Raumsonden, die wir durch den Gürtel geschickt haben, Kollisionsrisiken nur minimal Beachtung geschenkt. Daran ändert sich auch bei höheren Geschwindigkeiten nicht viel.

In naher Zukunft finden wir vielleicht Frachtschiffe, die vor Weltraumpiraten fliehen!

...

Die Thruster-Technologie ist so beschaffen, dass das Schiff mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 1.000 km/s erfolgreich durch den Asteroidengürtel von Sol manövrieren kann.

Denken Sie daran, dass Schiffe, die mit konstanter Geschwindigkeit fahren, per Definition ihre Motoren / Triebwerke nicht verwenden. Im Weltraum müssen Sie sich nicht anstrengen, um in Bewegung zu bleiben. Sie müssen nur drücken, um zu beschleunigen und zu verlangsamen.

Ein einziges Merlin-Triebwerk (derzeit in SpaceX-Raketen verwendet) kann bereits fast 1000 kN Schub erzeugen. Das bedeutet, dass 8 oder 9 moderne Motoren 30 Tonnen (30000 kg) auf 1000 km/s beschleunigen könnten, wenn der Kraftstoff nicht das Problem wäre, das es derzeit ist. Solange die Menschen in Ihrer nahen Zukunft nicht immer noch mit Treibstoffmasse und Energiequellen kämpfen, wie wir es heute tun, gibt es keinen Grund anzunehmen, dass irgendein Schiff in Ihrem Universum mehr als Minuten brauchen würde, um auf Geschwindigkeit zu kommen. Mit anderen Worten, die überwiegende Mehrheit ihrer Reisezeit sollte nicht mit Strom versorgt werden.

1. Dies wirft ein Problem für Piraten auf. Wie erkennen sie Schiffe ohne Antriebsfahnen in einer Region, die (buchstäblich) viele Billionen Mal größer ist als das Volumen der Erde? Verdammt, selbst wenn die Schiffe während ihrer gesamten Reise heiß liefen, wäre es ohne leistungsstarke bodengestützte Ortung immer noch nahezu unmöglich, sie in einem so großen Gebiet zu entdecken.

   • Wenn Piraten Frachtschiffe über diese Entfernungen sehen können, warum sollten die Frachtschiffe diese Piratenschiffe nicht sehen können? Denken Sie daran, dass sie auf das Frachtschiff brennen müssen, nachdem sie es entdeckt haben. Das würde dem Frachtschiff reichlich Warnung geben (und Zeit, seine eigene Geschwindigkeit zu erhöhen). Ich meine, es ist nicht so, dass Piratenschiffe einfach neben "Schifffahrtsstraßen" sitzen und warten können. (Es gibt kein Sitzen im Weltraum. Es gibt nur Fallen um die Sonne, Planeten, Monde usw.) Die einzige Möglichkeit, in einer Spur zu bleiben, besteht darin, tatsächlich entlang ihrer Umlaufbahn zu reisen. Was noch schlimmer ist, die Wege, die Frachtschiffe nehmen müssen, ändern sich, wenn die Planeten die Sonne umkreisen. Schlimmer noch, die Spur für jede gegebene Orbitalkonfiguration ist stark geschwindigkeitsabhängig. Das bedeutet, dass ein Schiff, das mit 950 km/s fährt, eine völlig andere "Schifffahrtsspur" hätte. von einem Schiff, das mit 1300 km/s fährt. Es gibt also keine einfache Möglichkeit für einen Piraten, langsamer entlang einer Schifffahrtsroute zu reisen und darauf zu warten, dass andere Schiffe aufholen.

2. Wenn ein Schiff keine Energie benötigt, um bei 1000 km/s zu bleiben, kann es natürlich mit dieser Geschwindigkeit manövrieren. Sie müssen definieren, welche Art von Kurskorrektur "erfolgreich" ist. Der Erfolg ist nur eine Frage der Vorwarnzeit und der Beschleunigungsfähigkeit eines Schiffes. Wenn Sie sagen, dass diese Schiffe Hindernisse mit genügend Vorlaufzeit erkennen können, um ihre Motoren kurzzeitig für Kurskorrekturen einzusetzen, dann haben Sie Ihre eigene Frage bereits beantwortet.

Frage: Könnte unser Astronaut einen zweistündigen Raumflug (ein Lauf von 7.200.000 km oder 180-mal dem Erdumfang) innerhalb des Asteroidengürtels überleben, ohne bei den Manövern zu sterben, die notwendig sind, um Einschläge zu vermeiden?

Angesichts der Tatsache, dass die Wahrscheinlichkeit, dass man manövrieren muss, nahezu nicht vorhanden ist, müsste sich der Astronaut keine Sorgen machen. Doch selbst wenn Manöver erforderlich sind, es sei denn, Sie sind zufällig direkt auf einem Planeten gelandet, sind nur kleine Schubser erforderlich.

Nach zwei Stunden machen die Piraten einen Fehler, schlagen mitten in die Windschutzscheibe ein und finden sich aufgrund der Kraft der explosiven Dekompression wieder, wie kleine menschliche Torpedos tiefer in den Gürtel geschleudert werden. Unser Held kann langsamer werden und alle zukünftigen Auswirkungen vermeiden.

Vielleicht möchten Sie dies in Saturns Ringe setzen? Das ist der einzige Ort im Sonnensystem mit der Art von Trümmerdichte, die Sie sich vorstellen. Natürlich müssten Sie einen Grund finden, warum zwei Schiffe so lange in den Ringen bleiben wollen.

Es tut mir leid. Ich will keine Löcher in Ihre gesamte Idee reißen. Dinge im Weltraum funktionieren einfach nicht wie Dinge auf der Erde. Wenn Sie faktenbasierten Input wollen, dann ist die Tatsache, dass die meisten traditionellen Konfliktformen im Weltraum nicht funktionieren.

• Der Kraftstoff bestimmt die Fahrgeschwindigkeit, nicht die Fahrstrecke.
• Die Geschwindigkeiten, die Sie erreichen und verlangsamen können, bestimmen, zu welchen Zielen Sie reisen können.
• Die Besuchbarkeit von Zielen (für Ihre Geschwindigkeitsfähigkeiten) hängt von Umlaufbahn und Masse ab.
• Der Weltraum ist groß und es ist schwierig, mit Menschen oder Dingen zusammenzustoßen.
• Wenn Sie nah genug sind, um andere Personen zu sehen, kann jeder jeden sehen.
• Schiffen nachzulaufen (oder wegzulaufen) ist wie mit einer Waffe zu schießen. Sie können kurzfristig einen signifikanten Effekt erzielen, aber Sie können es nicht sehr lange tun. Bei Raumschiffen geht Ihnen der Treibstoff aus.
• usw. usw.

Mein Bauchgefühl ist, dass Ihr Astronaut, wie in anderen Antworten angegeben, eher an Langeweile als an einem Aufprall stirbt.

Um das Bauchgefühl jedoch mit etwas Mathematik zu untermauern, versuchen wir den Ansatz der durchschnittlichen freien Bahn, als wären Ihr Astronaut und der Asteroidengürtel ein Gas.

Wir haben das

$\lambda =$$1 \over \sqrt{2}\pi\sigma ^2 n$

wo$\lambda$ist der durchschnittliche freie Weg,$\sigma$der Kollisionsdurchmesser, die doppelte Partikelgröße (Astronaut ist etwa 2 Meter), die wir auf 5 Meter aufrunden können, oder$5 \times 10^{-3} km$, und$n$die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit, für die wir den Kingledion- Wert von 0,00065 wiederverwenden können$km^{-3}$

Wenn wir diese Werte in die obige Formel einsetzen, erhalten wir$\lambda = 14 \times 10^6 km$, was ungefähr der doppelten Entfernung entspricht, die Sie in diesen zwei Stunden zurücklegen möchten.

Was mein Bauchgefühl bestätigt und Ihrem Astronauten die angemessene Sicherheit gibt, sich nur um eine Verlangsamung zu kümmern.

Zusätzlich zu den von anderen geposteten Antworten (der Asteroidengürtel ist fast vollständig leerer Raum) bewegt sich der gesamte Asteroidengürtel ziemlich nahe an der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung.

Wenn der Astronaut auch mit der gleichen Geschwindigkeit auf der gleichen Umlaufbahn unterwegs ist, würde der gesamte Asteroidengürtel (fast) stationär erscheinen. Dies bietet viel Zeit zum Reagieren sowie niedrige Aufprallgeschwindigkeiten.

Sie können wahrscheinlich damit davonkommen, auf Glück zu vertrauen, da (wie von anderen erwähnt) der Asteroidengürtel größtenteils leerer Raum ist.

Abgesehen davon brauchen wir noch ein paar Informationen, um dies zu beantworten:

1. Da Sie im Vergleich zum Asteroidengürtel "schnell" unterwegs sind, spielt das Volumen Ihres Schiffes keine Rolle. Alle Ihre Auswirkungen werden auf der Vorderseite Ihres Schiffes sein. Sie müssten die Oberfläche der Vorderseite Ihres Schiffes angeben (oder entscheiden). Ein Schiff mit einer Frontfläche von 10 x 10 m und einer Länge von 1 m hätte eine 100-mal höhere Wahrscheinlichkeit, einen Asteroiden zu treffen, als eine 1 x 1 m große Frontfläche von 100 m Länge (beide sind 100 Kubikmeter groß).
2. Sie müssen angeben, wie weit Sie ein potenziell schädliches Objekt sehen können.
3. Sie müssen angeben, wie schnell Sie den Kurs ändern können. Sicher, ein paar G (kurzzeitig, in Situationen, in denen es um Leben und Tod geht) wären wahrscheinlich in Ordnung, aber wie ist Ihre Sensorreaktionszeit, Reaktionszeit, Warnzeit (für Menschen zum Anschnallen)? Muss Ihr Schiff drehen und dann beschleunigen oder kann es sich seitlich bewegen? Ungeachtet dessen, was Space Opera uns sagt, wird es mit ziemlicher Sicherheit von einem Computer gemacht. Es ist nicht kompliziert - wenn Sie etwas treffen wollen, bewegen Sie sich in eine beliebige Richtung.
4. Sie erwähnen, dass Sie sich mit 1000 km / s bewegen, aber vergessen Sie nicht, dass die tatsächliche Geschwindigkeit für den Insassen bedeutungslos ist - es ist nur die Beschleunigung / Verzögerung, die sie erkennen können. Bei 1000 km/s glauben die Insassen zu schweben. Wenn Sie über genügend Reaktionsmasse verfügen, ist der schnellste Weg von A nach B normalerweise, genau die Hälfte der Zeit mit maximaler Leistung zu beschleunigen, das Schiff umzudrehen und dann für den Rest der Reise mit maximaler Leistung zu verzögern.

Wenn Sie beispielsweise eine vordere Fläche von 1 Quadratmeter haben und ein minimal gefährliches Objekt in einer Entfernung von 1000 km sehen können und Sie mit 1000 km/s unterwegs sind, hätten Sie nur 1 Sekunde Zeit, um sich nach oben zu bewegen bis zu einem halben Meter (unter der Annahme einer kreisförmigen Vorderfläche) + der Breite des Objekts.

Umgekehrt, wenn Sie das kleinste gefährliche Objekt bei 1 AU (der Breite des Gürtels) erkennen können und es 2 Stunden dauert, um den Gürtel zu durchqueren, dann hätten Sie 2 Stunden Zeit, um zu reagieren und sich umzudrehen.

Ich vermute, dass, wenn alle anderen gleich sind, ein Objekt, das doppelt so groß ist, doppelt so weit entfernt gesehen wird und weniger als doppelt so weit braucht, um sich zu drehen; Früher wenden bedeutet auch, weniger wenden zu müssen. Je größer das Objekt ist, desto leichter ist es zu übersehen.