Kan vi påskynda rymdfarkoster till lämplig interstellär färdhastighet med hjälp av oscillerande tyngdkraftsassister på planeter på motsatta sidor av solsystemet?

Ed Kideys

2017-11-06 21:35:31 UTC

view on stackexchange narkive permalink

Jag beräknade nyligen med $ E = 0,5mv ^ 2 $ att ett kilo massa som färdades med en tiondel av ljusets hastighet skulle ha en kinetisk energi på 449,4 biljoner joule. Relativistiska effekter är obetydliga vid denna hastighet. Detta är den mängd energi som motsvarar en jordbävning av 7 i Richterskalan eller en stor vätgasbombe.

Detta är en enorm mängd energi ur perspektivet att utforma ett framdrivningssystem för att påskynda detta 1 kg rymdskepp till denna hastighet från vila även om det startas från rymden utanför jordens gravitation. Konventionella kemiska raketer skulle vara uteslutna och mycket långsammare accelerationer med hjälp av alternativa framdrivningssystem skulle behövas och till och med då utgöra en mycket betydande utmaning för att så småningom uppnå nämnda hastighet.

Vi vet att Voyager 1 och 2 har använt tyngdkraftsassistansflygplan från planeterna Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptun för att så småningom öka deras hastigheter till 17000m / sek för Voyager 1 och 15000m / sek för Voyager 2. Även om det här går bra att fly från solsystemet och komma in i rymden, är det fortfarande mycket långsamt för att nå Proxima Centauri, närmaste stjärngrupp efter vår sol, under någon praktisk tid. Även vid en tiondel av ljusets hastighet, 29 979 246 m / sek, skulle detta ta 40 år. 40 år är fortfarande lång tid men ett praktiskt och hanterbart långsiktigt mål.

Jag undrade om många kedjade tyngdkraftsassistenter i vårt solsystem skulle kunna användas för att så småningom påskynda 1 kg rymdskepp till nämnda fart. Denna artikel förklarar tyngdkraftsassistenter väl och hur de kan användas för att påskynda eller sakta ner rymdfarkoster i förhållande till solens referensram.

Jag tänker på oscillerande tyngdkraftsassister på planeter i banor på motsatta sidor av solen, fram och tillbaka för att så småningom nå denna hastighet. Jag inser att rymdfarkosten bara kan få fart om det är utgångsbanan för tyngdkraftsassistenten i den främre banetangenten från planeten. Detta skulle utgöra en utmaning om vi vill fortsätta att svänga allvarassistenterna från planet till planet, men det verkar inte omöjligt.

Det är inte riktigt så att relativistiska effekter är obetydliga vid 0,1c; de skulle vara ganska märkbara i en hel del olika aspekter av design, men sannolikt inte överväldigande.

Varför motsatta sidor av solen? Varför inte bara hoppa fram och tillbaka mellan, säg, Jupiter och Saturnus några gånger?

Efter att ha funderat över frågan skulle det vara alltför tidskrävande att behöva vänta mellan planeterna i allmänhet. Det skulle vara mycket mer tidseffektivt att använda hundratals månar av Saturnus för mindre men mycket mer frekventa tyngdkraftsassister. Tricket skulle vara att fortsätta att accelerera med Saturnus satellitbana utan att gå åt fel håll och fly Saturnus. Det måste finnas några regressiva hjälpmedel för att hålla båten inom gränserna, men så länge hastigheten fortsätter att öka i balans kan vi snabbare få 0,1c.

@0tyranny0poverty: Mängden banan kan böjas med hjälp av tyngdkraften är direkt proportionell mot flyby hastighet och omvänt till flyby kroppsmassa. Månarna, som är relativt lätta, skulle inte kunna vända hantverket mot nästa måne och förhindra dess flykt från Saturnus SOI.