¿Podemos acelerar las naves espaciales a una velocidad de viaje interestelar adecuada utilizando asistencia de gravedad oscilante en planetas en lados opuestos del sistema solar?

Recientemente calculé usando mi = 0.5 metro v 2 que un kilogramo de masa viajando a una décima parte de la velocidad de la luz tendría una energía cinética de 449,4 billones de julios. Los efectos relativistas son insignificantes a esta velocidad. Esta es la cantidad de energía equivalente a un terremoto de 7 en la escala de Richter oa una gran bomba de hidrógeno .

Esta es una enorme cantidad de energía desde la perspectiva del diseño de un sistema de propulsión para acelerar esta nave espacial de 1 kg a esta velocidad desde el reposo, incluso si se inicia desde el espacio fuera de la gravedad terrestre. Los cohetes químicos convencionales estarían fuera de discusión y se necesitarían aceleraciones mucho más lentas utilizando sistemas de propulsión alternativos, e incluso entonces presentarían un desafío muy importante para finalmente obtener dicha velocidad.

Sabemos que las Voyager 1 y 2 han utilizado sobrevuelos asistidos por gravedad de los planetas Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno para eventualmente aumentar sus velocidades a 17000 m/seg para la Voyager 1 y 15000 m/seg para la Voyager 2. Si bien esto está bien para escapar del sistema solar y entrar en el espacio profundo, todavía es muy lento para llegar a Próxima Centauri, el grupo de estrellas más cercano después de nuestro sol, en un tiempo práctico. Incluso a una décima parte de la velocidad de la luz, 29 979 246 m/seg, esto llevaría 40 años. 40 años es todavía mucho tiempo, pero una meta práctica y manejable a largo plazo.

Me preguntaba si una gran cantidad de asistencias de gravedad encadenadas dentro de nuestro sistema solar podrían usarse para acelerar la nave espacial de 1 kg a dicha velocidad. Este artículo explica bien las ayudas de la gravedad y cómo se pueden usar para acelerar o desacelerar las naves espaciales en relación con el marco de referencia solar.

Tengo en mente que la gravedad oscilante ayuda a los planetas en órbitas en lados opuestos del sol, de un lado a otro para alcanzar eventualmente esta velocidad. Me doy cuenta de que la nave espacial solo puede ganar velocidad si la trayectoria de salida de la asistencia gravitatoria está en la tangente orbital hacia adelante del planeta. Esto presentaría un desafío si quisiéramos seguir oscilando las asistencias de gravedad de un planeta a otro, pero no parece imposible.

No es realmente el caso que los efectos relativistas sean insignificantes en 0.1c; serían bastante notables en muchos aspectos diferentes del diseño, aunque probablemente no abrumadores.
¿Por qué lados opuestos del sol? ¿Por qué no saltar de un lado a otro, digamos, entre Júpiter y Saturno unas cuantas veces?
Después de reflexionar sobre la pregunta, sería demasiado lento tener que esperar entre planetas en general. Sería mucho más eficiente usar los cientos de lunas de Saturno para asistencias de gravedad más pequeñas pero mucho más frecuentes. El truco sería seguir acelerando con el satélite orbital de Saturno sin ir en la dirección equivocada y escapar de Saturno. Tendría que haber algunas asistencias de gravedad regresiva para mantener la nave dentro de los límites, pero mientras la velocidad siga aumentando en equilibrio, podríamos obtener más rápidamente el 0.1c.
@0tyranny0poverty: la cantidad de trayectoria que se puede curvar con la asistencia de la gravedad es directamente proporcional a la velocidad del sobrevuelo e inversamente a la masa corporal del sobrevuelo. Las lunas, al ser relativamente ligeras, no podrían girar la nave hacia la siguiente luna, evitando que escape del SOI de Saturno.

Respuestas (1)

No es posible acumular 0.1c (30000 km/s) solo con giros de gravedad dentro de los límites del sistema solar. La razón es: la velocidad de escape del sistema (a veces denominada tercera velocidad cósmica) es de aproximadamente 42 km/s (en la órbita terrestre, y cuanto más lejos, más baja). Una vez que la nave alcanza esta velocidad, aún puede acumular un poco más con la ruta de escape correcta, pero generalmente no mucho más.

Creo que lo entiendo. Una vez que se supera la velocidad de escape, se debe usar energía para mantener la nave dentro de las órbitas del sistema. El gasto de energía derrota el propósito.
@0tyranny0poverty: o de lo contrario, las asistencias de gravedad son oportunidades que puede ayudar a que ocurran modificando su trayectoria. Cuanto mayor sea su velocidad, menos podrá cambiar su trayectoria con un presupuesto razonable y, por lo tanto, es menos probable que encuentre otra asistencia. Más allá de la velocidad de escape, aún puede usar algunas asistencias para retrasar la salida, pero ya no puede esperar una órbita o dos para un encuentro; debes encontrar múltiples planetas dentro de una sola órbita solo para permanecer dentro del sistema. Y solo hay tantos planetas...
¿Podemos acelerar las naves espaciales a una velocidad de viaje interestelar adecuada utilizando asistencia de gravedad oscilante en planetas en lados opuestos del sistema solar?
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