Vraag:
Kan de zon worden gebruikt als een zwaartekrachthulp buiten het zonnestelsel (met de huidige technologie)?
AlanSE
2013-07-30 01:31:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik denk dat ik misschien heb begrepen wat deze XKCD-strip probeert te doen. Het diagram stelt voor om het Oberth-effect te gebruiken bij dichtstbijzijnde benadering van de zon om aan het zonnestelsel te ontsnappen!

xkcd comic

(afbeeldingslicentie: CC BY-NC 2.5)

Met de huidige technologie (zoiets als de New Horizons- of Voyager-engines), zou dit soort assistentie het daadwerkelijk buiten de zonnestelsel?


Aanvullende opmerking: ik dacht dat de onderste planeet in de strip bedoeld was om Jupiter aan te duiden. Dit is blijkbaar een minderheidsstandpunt op andere forums - hun logica is dat "Kuiper" zou kunnen verwijzen naar een manoeuvre die uiteindelijk de Kuipergordel doorkruist.

Het idee zou kunnen zijn om een ​​zwaartekrachtassistentie uit te voeren rond een gasreus om in een zeer excentrische zonbaan te komen en vervolgens het oberth-effect te gebruiken tijdens een verbranding in het perihelium.
Maar eenmaal in de interstellaire ruimte zou men in staat moeten zijn om een ​​extreem strakke binaire witte dwerg / neutronenster te gebruiken om een ​​zeer goede zwaartekrachtassistentie te krijgen.
@LocalFluff Met behulp van realistische technologie is er een vrij harde limiet op de Delta v die onze motor kan bieden. Zelfs als we zoiets geks als 50 km / s zouden kunnen krijgen, zal het millennia duren voordat we die binaire paarboost kunnen gebruiken!
De fundamentele verwarring met de antwoorden is dat u "zwaartekrachtassistentie" in de titel van de vraag en "Oberth-manoeuvre" in de betreffende body bundelt. Kort gezegd: "zwaartekrachtassistentie: nee, Oberth-manoeuvre, ja." Niet dat het erg praktisch zou zijn (vanwege missietijden), maar zeker mogelijk.
Het ruimtevaartuig zou sowieso vernietigd worden als het op een kleine afstand de zon passeert vanwege de extreme concentratie van zonlicht.
Vier antwoorden:
#1
+17
PearsonArtPhoto
2013-07-30 02:00:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nee. Wat een zwaartekrachtassistent doet, is de snelheid veranderen ten opzichte van andere objecten, maar niet degene die je naderde. Nasa leverde een mooi diagram om dit te helpen begrijpen. enter image description here

In feite zou het, in meer gewone termen, kunnen zijn zoals het onderstaande diagram laat zien. Het honkbal wordt met 30 mijl per uur naar de trein gegooid. Vanuit het gezichtspunt van de trein komt de bal er eerst met 80 mijl per uur op af en vertrekt vervolgens met maximaal 80 mijl per uur. Vanuit het perspectief van de trein is de relatieve snelheid hetzelfde. Echter, vanuit het perspectief van de persoon, beweegt de bal veel sneller nadat hij de trein heeft geraakt.

enter image description here

Dus, voer het idee in om de zon te gebruiken als een zwaartekrachtkatapult om het zonnestelsel te verlaten. Het zal niet werken, omdat de relatieve snelheid van het vliegen door de zon niet verandert door er dichtbij te vliegen. Men zou langs de zon kunnen vliegen, een raket kunnen gebruiken om zijn beweging te versnellen en het zonnestelsel achter zich kunnen laten (vanwege het eerder genoemde Oberth-effect), maar dat is ongeveer het beste dat kan worden bereikt door een langsvlucht van de zon. Dit werd zelfs voorgesteld in een artikel, waarin staat dat als er snel een grote versnelling optreedt nabij de zon, het ruimtevaartuig een snelheid van 20 AU / jaar zou kunnen bereiken. Dat zou het mogelijk maken om het interstellaire medium te verkennen, maar het nog steeds moeilijk maken om een ​​andere ster te verkennen.

Ja, dat was mijn gedachte, dat raketten zouden worden afgevuurd op korte afstand van de zon. Ik denk dat het misschien te veel drijfgas kost om te werken.
@AlanSE: Het zou waarschijnlijk geen drijfgas redden. Als dat zo was, zouden we het zeker al hebben geprobeerd met enkele missies van de buitenplaneet ...
@AlanSE - natuurlijk zouden zonnezeilen er baat bij hebben als ze dicht bij de zon passeren. Het kan ook zijn wat je nodig hebt om uit het ecliptische vlak te komen.
Is dat laatste wat het orbitale diagram op [dia 10 van deze NASA Institute for Advanced Concepts-presentatie] (http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/misc/trieste_may02_mtg/McNutt_Ralph.pdf) laat zien?
Maar een ruimtevaartuig zou een ster kunnen gebruiken om zijn snelheid te veranderen ten opzichte van het centrum van de melkweg?
@gerrit: Ja, eigenlijk, ervan uitgaande dat je al ontsnappingssnelheid had. Het passeren van een ster zou de baan van een ruimtevaartuig aanzienlijk veranderen.
@gerrit: Ja, ik heb nog nooit van dat concept gehoord. Zal mijn antwoord bewerken en opnemen.
@gerrit Dat traject lijkt genoeg op elkaar dat ik vermoed dat het deel uitmaakte van Randals inspiratie.
@gerrit Ik moedig u aan om het als antwoord toe te voegen. Het enige dat vaag klinkt, is dat ze 14 km / s van de motor claimen voor de zonne-assistentie. Dat klinkt te veel. Maar als je die motor zou kunnen gebruiken, zou je misschien als een vleermuis uit de hel kunnen vliegen.
20 AU per jaar? Dat is 1/6 van de lichtsnelheid! Van een geweldige oberthmanoeuvre?
Eigenlijk is 1 ly = 63,239.7263 AU, dus [20 AU is _only_ 0.000316256903 ly] (https://encrypted.google.com/search?q=20+au+in+light+year), of [0.000316256903 c] (https : //encrypted.google.com/search? q = 0.000316256903% 20c% 20in% 20au / jaar), of 1/3162 c. of 527 keer minder dan 1/6 c. ;)
-1. Het antwoord zou goed zijn als Alan naar een zonne-zwaartekrachtassistent zou vragen. Maar de vraag ging over het Oberth-effect, niet over een zwaartekrachtassistent.
Dat treinvoorbeeld is geweldig!
@ChuckClaunch Behalve dat de vraag over het Oberth-effect gaat in plaats van over de zwaartekracht.
#2
+14
HopDavid
2014-04-08 10:29:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Krachtige zwaartekrachtputten kunnen een gezond Oberth-voordeel opleveren. Diep in de put van Neptunus branden is logisch. Het suggereren van een Oberth-manoeuvre in de buurt van een object ter grootte van Pluto is best gek. Weet niet of Randall Munroe dit weet. Misschien is dat een deel van zijn grap.

Het duurt 30 jaar om helemaal terug te gaan van de Kuipergordel naar het binnenste zonnestelsel. Ga dan weer een paar decennia terug. Aangezien een missie naar het uiterlijke systeem al decennia duurt, denk ik niet dat missieplanners hiervoor zouden gaan. Ze vinden het leuk om te zien dat hun sonde gegevens retourneert tijdens hun leven. En het is mogelijk om een ​​sonde het systeem uit te sturen met bestaande raketten en assistenten van Jupiter. Dit is al aangetoond.

De zon biedt echter potentieel enorme Oberth-voordelen als we het zonnestelsel op een goede manier willen verlaten.

Op 0,1 A.U. van de zon is de ontsnappingssnelheid van de zon ongeveer 133,2 km / s. Als een object van Neptunus valt, beweegt het 133 km / s tegen de tijd dat het een 0,1 A.U. bereikt. perihelium. Van daaruit zou het slechts 0,2 km / s nodig hebben om te ontsnappen aan de zon. Een verbranding van 4,2 km / s in dit perihelium zou een zonne-V-oneindigheid van 33 km / s opleveren.

Om van de aarde naar Neptunus te gaan, zou een LEO-verbranding van 8,3 km / s nodig zijn. Eenmaal op een 30 A.U. aphelion, zou een zwaartekracht voorbij Neptunus meer dan voldoende kunnen zijn om het schip terug te werpen naar een .1 AU perihelium.

Om een ​​zonne-Vinfinity van 33 km / s te krijgen, een 18 km / s LEO-verbranding nodig zou zijn.

Bewerken: Een zonne-energie van 33 km / s zou goed kunnen zijn om een ​​binnenste Oort Cloud-object binnen een redelijke tijd voorbij te laten vliegen. Maar 33 km / s is slechts iets meer dan .0001 c. Het zou bijna 40.000 jaar duren om Alpha Centauri te bereiken.

Munroe werkte vroeger voor NASA, ik verwacht dat het een deel van de grap is.
#3
+4
Royce
2015-07-09 03:30:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het antwoord is nee, omdat de zon en planeten allemaal met dezelfde snelheid door de melkweg bewegen. U kunt echter een Oberth-manoeuvre uitvoeren (ook wel een aangedreven zwaartekrachtassistent genoemd), maar die verschilt van de zwaartekrachtassistent. Als je naar buiten wilt klimmen om Neptunus te zeggen en dan terug wilt vallen, zou je daar vrij kunnen komen (de zwaartekracht van de aarde niet meegerekend) door verschillende zwaartekrachtassistenten te gebruiken, bijvoorbeeld Venus / aarde / Jupiter / Saturnus (zonder kracht) en gebruik dan Neptunus om je te sturen achteruit en voer een Oberth-manoeuvre uit met behulp van de zon. De zwaartekrachtassistent op Jupiter zou je voorbij de break-even brengen omdat je het zonnestelsel verlaat, maar als je meer snelheid wilt, kun je de Oberth-manoeuvre uitvoeren met behulp van de zon.

#4
+4
FKEinternet
2017-07-16 02:18:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

OK, we hebben hier drie problemen: ten eerste, in de titel van je vraag, vraag je naar "een zwaartekrachthulp buiten het zonnestelsel", maar in de kern van de vraag die je stelt over het passeren van dicht bij de zon van binnen het zonnestelsel. Ik denk dat de titel van deze vraag moet worden aangepast als: "Kan de zon worden gebruikt als een zwaartekrachthulpmiddel om te ontsnappen uit het zonnestelsel (met de huidige technologie)?"

Het tweede probleem is met PearsonArtPhoto's geaccepteerd antwoord waarin wordt aangenomen dat de zon een stationair object is, maar in feite in een baan rond het centrum van de melkweg draait. Daarom zwaaien rond de zon in de richting van zijn baan zal precies dezelfde soort zwaartekrachtassistentie produceren als voorbij Jupiter (of een ander relatief zwaar object).

Het derde probleem is dat een zwaartekrachthulp van de zon niet nodig is om ontsnappingssnelheid van het zonnestelsel te bereiken - we hebben al VIER sondes die vertrekken, maar nooit meer terugkeren - twee Pioneers (10 en 11, gelanceerd in 1972 en 1973) en twee Voyagers (gelanceerd in 1977).

Het laatste, zeer zwakke signaal van Pioneer 10 werd ontvangen op 23 januari 2003. NASA-ingenieurs berekenden dat de radio-isotoop-stroombron is vervallen tot waar het niet genoeg vermogen heeft om extra transmissies naar de aarde te sturen.

Pioneer 10 zal geruisloos als een spookschip door de diepe ruimte de interstellaire ruimte in blijven varen, in het algemeen op weg naar de rode ster Aldebaran, die het oog van Taurus (The Bull) vormt. Aldebaran is ongeveer 68 lichtjaar verwijderd en het zal Pioneer meer dan 2 miljoen jaar kosten om het te bereiken.

Pioneer 11 bestudeerde energetische deeltjes in de buitenste heliosfeer.

De missie van Pioneer 11 eindigde op 30 september 1995, toen de laatste uitzending van het ruimtevaartuig werd ontvangen. Sindsdien is er geen communicatie meer geweest met Pioneer 11. De beweging van de aarde heeft het buiten het zicht van de antenne van het ruimtevaartuig uitgevoerd. Het ruimtevaartuig kan niet worden gemanoeuvreerd om terug naar de aarde te wijzen. Het is niet bekend of het ruimtevaartuig nog steeds een signaal uitzendt. Er zijn geen verdere nummers van Pioneer 11 gepland. Het ruimtevaartuig is op weg naar het sterrenbeeld Aquila (de Adelaar), ten noordwesten van het sterrenbeeld Boogschutter. Pioneer 11 zal over ongeveer 4 miljoen jaar nabij een van de sterren in het sterrenbeeld passeren.

Voyager 1 bevindt zich al in de interstellaire ruimte en Voyager 2 bevindt zich in de heliosheath, en beide ruimtevaartuigen zijn nog steeds het versturen van wetenschappelijke informatie over hun omgeving via het Deep Space Network.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...