Con el estado actual de la tecnología, si quisiéramos, ¿cuánto tardaría la sonda recién lanzada en superar a las Voyagers?

No literalmente en el sentido de que debe ir en la misma dirección que ellos, sino en la distancia a la Tierra.

Entiendo que esta pregunta puede ser un poco vaga (¿el presupuesto es 500M o 5B?), así que siéntete libre de asumir: gran presupuesto: decenas de miles de millones.

La Voyager-1 no obtuvo de las asistencias de la gravedad tanto delta-V como podría. El propósito de la asistencia de gravedad de Júpiter era apuntar a Saturno, y el sobrevuelo de Saturno fue diseñado para volar cerca de su satélite Titán. La asistencia por gravedad es más efectiva cuando están más cerca del centro del planeta. Por lo tanto, con las tecnologías existentes, no es tan difícil diseñar una nave espacial para superar a la Voyager-1 simplemente con la asistencia de gravedad de sobrevuelo cercano de Júpiter diseñada específicamente. Si sería el único propósito de la nave espacial, por supuesto.
¿Qué tan pesado? Sin el peso de la carga útil, no hay respuesta posible a esta pregunta. Podríamos enviar una pequeña roca para adelantarnos muy rápidamente, o una sonda pesada puede que nunca nos alcance.
Suponiendo la misma masa que la de la Voyager 1
@GdD: ¿Cómo aceleras tu "pequeña roca"? Incluso si nuestra nueva sonda no tuviera ninguna carga útil, aún necesitaría un medio de propulsión. Creo que la pregunta es buena tal como está.
Randal Munroe en realidad respondió eso en what-if.xkcd.com/38 (y bastante entretenido de leer)

Respuestas (1)

Con la tecnología razonablemente actual, hay básicamente tres opciones, creo:

  1. Una asistencia de gravedad de Júpiter similar a cómo las Voyagers obtuvieron la mayor parte de su velocidad. Esto podría hacer un poco más acercándonos a Júpiter (ahora sabemos más sobre el entorno allí y nuestra navegación es mejor); o impulsando activamente en el acercamiento más cercano (cuánto puede hacer esto depende de su presupuesto y su masa de carga útil). Podemos ahorrar algo de combustible para un impulso en Júpiter mediante el uso de múltiples sobrevuelos de la Tierra y Venus de la manera que ahora es estándar.
  2. Una maniobra de pozo de gravedad solar: use Júpiter para dejarnos cerca del Sol y luego use tanto impulso como podamos manejar en el acercamiento más cercano. Si puede llegar a Júpiter con una reserva delta-V lo suficientemente grande, es mejor que usarla en Júpiter.
  3. Sistemas de bajo empuje de larga duración como motores iónicos. Un vehículo propulsado por iones de propulsión nuclear con un gran tanque de xenón y algunos propulsores de repuesto para cambiar cuando se agoten los primeros podría eventualmente acumular una velocidad muy alta.

En todos los casos, creo, la respuesta sería unas pocas décadas.

Si realmente tiene prisa, podría considerar la "escopeta nuclear", tal vez en la Luna. Eso podría lanzar una carga útil razonablemente grande y muy resistente a una velocidad inicial muy alta.

De acuerdo con las opciones 1-3, pero ¿qué es una "escopeta nuclear"? ¿Es un cañón de riel?
¿Qué tal calcular el delta-V máximo que se puede lograr con, digamos, el BFR y ninguna otra carga útil, o tal vez maximizar la carga útil en forma de un motor y combustible adicionales para usar exoatmosféricamente?
@Heopps Cava un agujero profundo del ancho de tu carga útil y abre una cámara en la parte inferior. Pon una bomba nuclear y un poco de hielo o agua en la cámara y luego tu carga útil en la base del agujero recto. Detona la bomba nuclear. Su carga útil se dirige muy rápidamente.
@Heopps re: escopeta nuclear: consulte también Proyecto Orión (ha habido varios proyectos con ese nombre, pero sabrá que encontró el correcto cuando menciona el uso de bombas nucleares como mecanismo de propulsión), básicamente en la parte trasera de su nave tiene un disco parabólico realmente grande y sólido que puede sobrevivir a la fuerza de repetidas explosiones nucleares "cercanas", y asegurarse de que toda la nave tenga suficiente integridad estructural, luego dispare una bomba nuclear detrás de usted (idealmente una bomba nuclear de carga en forma donde la mayor parte del boom está enfocada en una dirección, que en este caso pretende ser su dirección). Cerca cerca.
@Heopps, la prueba Pascal-B de la Operación Plumbbob usó accidentalmente una explosión nuclear en el fondo de un agujero para lanzar una placa de acero de una tonelada a una velocidad muy alta; si sobrevivió a su paso por la atmósfera, iba lo suficientemente rápido como para vencer a las Voyagers y Pioneers en el espacio interestelar. Una mejor planificación le permitirá hacerlo deliberadamente y obtener una velocidad aún mayor.
@Mark: ahora veo, ¡gracias! Efectivamente muy interesante.
Con el estado actual de la tecnología, si quisiéramos, ¿cuánto tardaría la sonda recién lanzada en superar a las Voyagers?
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