Questão:
O sol poderia ser usado como uma ajuda da gravidade fora do sistema solar (com a tecnologia atual)?
AlanSE
2013-07-30 01:31:34 UTC
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Acho que entendi o que este quadrinhos XKCD está tentando fazer. O diagrama propõe o uso do efeito Oberth na abordagem mais próxima do sol para escapar do sistema solar!

xkcd comic

(licença de imagem: CC BY-NC 2.5)

Com a tecnologia atual (algo como os motores New Horizons ou Voyager), este tipo de assistência poderia realmente levá-lo para fora do sistema solar?


Observação adicional: Eu pensei que o planeta mais inferior da história em quadrinhos deveria indicar Júpiter. Esta é aparentemente uma opinião minoritária em outros fóruns - a lógica deles é que "Kuiper" pode se referir a uma manobra que cruza o Cinturão de Kuiper.

A ideia poderia ser realizar um auxílio da gravidade ao redor de um gigante gasoso para entrar em uma órbita solar altamente excêntrica e, em seguida, usar o efeito oberth durante uma queima no periélio.
Mas, uma vez no espaço interestelar, deve-se ser capaz de usar uma estrela anã branca / de nêutrons binária extremamente compacta para obter uma ajuda gravitacional muito boa.
@LocalFluff Usando tecnologia realista, há um limite bastante rígido no Delta v que nosso motor pode transmitir. Mesmo que conseguíssemos algo maluco como 50 km / s, levará milênios até que possamos usar o aumento de par binário!
A confusão básica com as respostas é você agrupar "assistência de gravidade" no título da pergunta e "Manobra de Oberth" no corpo da pergunta. Em suma, "assistência por gravidade: não, manobra de Oberth, sim." Não que fosse muito prático (devido aos tempos de missão envolvidos), mas definitivamente possível.
A espaçonave seria destruída de qualquer maneira ao passar o sol em uma pequena distância devido à extrema concentração de luz solar.
Quatro respostas:
#1
+17
PearsonArtPhoto
2013-07-30 02:00:06 UTC
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Não. O que o auxílio da gravidade faz é mudar a velocidade em relação a outros objetos, mas não ao que você estava se aproximando. A Nasa forneceu um belo diagrama para ajudar na compreensão disso. enter image description here

Na verdade, em termos mais comuns, poderia ser como o diagrama abaixo mostra. A bola de beisebol é lançada no trem a 30 milhas por hora. Do ponto de vista do trem, a bola chega primeiro a 80 milhas por hora e depois sai a até 80 milhas por hora. Da perspectiva do trem, a velocidade relativa é a mesma. No entanto, da perspectiva da pessoa, a bola está se movendo muito mais rápido depois de atingir o trem.

enter image description here

Então, entre na ideia de usar o sol como um estilingue de gravidade para deixar o sistema solar. Não vai funcionar, porque a velocidade relativa de voar pelo sol não será alterada voando perto dele. Alguém poderia voar pelo sol, usar um foguete para acelerar seu movimento e deixar o sistema solar para trás (devido ao efeito Oberth mencionado anteriormente), mas isso é o melhor que poderia ser alcançado por um sobrevoo de o sol. Na verdade, isso foi proposto em um artigo, que afirma que se uma grande quantidade de aceleração ocorrer perto do Sol rapidamente, a espaçonave poderia atingir uma velocidade de 20 UA / ano. Isso permitiria explorar o meio interestelar, mas ainda dificultaria a exploração de outra estrela.

Sim, era o que eu pensava, que os foguetes seriam disparados perto do sol. Só acho que pode ser necessário muito propulsor para funcionar.
@AlanSE: Provavelmente não salvaria nenhum propelente. Se tivesse, tenho certeza de que já teríamos tentado com algumas das missões de planetas externos ...
@AlanSE - é claro, as velas solares se beneficiariam de passar perto do sol. Sair do plano da eclíptica também pode ser o que você precisa.
É o último o que o diagrama orbital no [slide 10 desta apresentação do Instituto de Conceitos Avançados da NASA] (http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/misc/trieste_may02_mtg/McNutt_Ralph.pdf) mostra?
Mas uma espaçonave poderia usar uma estrela para mudar sua velocidade em relação ao centro da galáxia?
@gerrit: Sim, na verdade, supondo que você já tenha velocidade de escape. Passar perto de uma estrela alteraria significativamente a trajetória de uma espaçonave.
@gerrit: Sim, nunca ouvi falar desse conceito. Irá editar minha resposta e incluí-la.
@gerrit Essa trajetória parece tão semelhante que suspeito que foi parte da inspiração de Randal.
@gerrit Eu encorajo você a adicioná-lo como uma resposta. A única coisa que soa superficial é que eles reivindicam 14 km / s do motor para a assistência solar. Isso soa muuuito muito. Mas, se você pudesse usar aquele motor, talvez pudesse voar como um morcego saindo do inferno.
20 UA por ano? Isso é 1/6 da velocidade da luz! De uma manobra de oberth estelar?
Na verdade, 1 ly = 63,239,7263 AU, então [20 AU é _apenas_ 0,000316256903 ly] (https://encrypted.google.com/search?q=20+au+in+light+year) ou [0,000316256903 c] (https : //encrypted.google.com/search? q = 0,000316256903% 20c% 20in% 20au / ano) ou 1/3162 c. ou 527 vezes menos que 1/6 c. ;)
-1. A resposta seria correta se Alan estivesse perguntando sobre uma assistência solar de gravidade. Mas a questão era sobre o efeito Oberth, não uma ajuda da gravidade.
Esse exemplo de trem é ótimo!
@ChuckClaunch Exceto que a questão é sobre o efeito Oberth ao invés de assistências de gravidade.
#2
+14
HopDavid
2014-04-08 10:29:55 UTC
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Poços de gravidade robustos podem fornecer um benefício saudável para Oberth. Fazer uma queimadura bem no fundo do poço de Netuno faz sentido. Sugerir uma manobra de Oberth perto de um objeto do tamanho de Plutão é muito bobo. Não sei se Randall Munroe sabe disso. Talvez isso seja parte de sua piada.

Voltar do cinturão de Kuiper ao sistema solar interno leva 30 anos. Depois, volte por mais algumas décadas. Visto que uma missão para o sistema externo já leva décadas, não acho que os planejadores de missão aceitariam isso. Eles gostam de ver seus dados de retorno de sonda dentro de suas vidas. E é possível enviar uma sonda para fora do sistema com foguetes existentes e assistências de Júpiter. Isso já foi demonstrado.

No entanto, o sol oferece benefícios potencialmente enormes de Oberth, se quisermos deixar o sistema solar em um bom ritmo.

Em 0,1 A.U. do sol, a velocidade de escape solar é de cerca de 133,2 km / s. Caindo de Netuno, um objeto estaria se movendo 133 km / s no momento em que atinge 0,1 A.U. periélio. De lá, seriam necessários apenas 0,2 km / s para alcançar o escape solar. Fazer uma queima de 4,2 km / s neste periélio daria uma infinidade de V solar de 33 km / s.

Ir da Terra a Netuno levaria uma queima de LEO de 8,3 km / s. Uma vez em 30 A.U. afélio, uma oscilação gravitacional de Netuno poderia ser mais do que suficiente para lançar o navio de volta a um periélio de 0,1 UA.

Para obter um Vinfinity solar de 33 km / s, uma queima de LEO de 18 km / s seria necessário.

Editar: Um Vinfnity solar de 33 km / s pode ser bom para fazer um objeto da Nuvem Oort interior voar dentro de um tempo razoável. Mas 33 km / s é apenas um pouco mais de 0,0001 c. Levaria quase 40.000 anos para chegar a Alfa Centauro.

Munroe trabalhava para a NASA, acho que faz parte da piada.
#3
+4
Royce
2015-07-09 03:30:41 UTC
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A resposta é não, porque o Sol e os planetas estão todos se movendo pela galáxia na mesma velocidade. No entanto, você pode fazer uma manobra de Oberth (às vezes chamada de auxílio da gravidade), mas que é diferente do auxílio da gravidade. Se você quiser escalar para dizer Netuno e depois cair para trás, poderá chegar lá gratuitamente (sem contar com a saída da gravidade da Terra) usando vários assistentes de gravidade, Vênus / Terra / Júpiter / Saturno, por exemplo, (sem energia), então use Netuno para enviá-lo para trás e faça uma manobra de Oberth usando o sol. A ajuda da gravidade em Júpiter o colocaria além do ponto de equilíbrio para deixar o sistema solar, mas se você quiser mais velocidade, pode fazer a manobra de Oberth usando o Sol.

#4
+4
FKEinternet
2017-07-16 02:18:23 UTC
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OK, temos três problemas aqui: Primeiro, no título da sua pergunta, você está perguntando sobre "uma assistência à gravidade fora do sistema solar", mas no corpo da pergunta você faz sobre como passar perto do Sol de dentro do sistema Solar. Eu acho que o título desta questão deve ser editado para ser "O Sol poderia ser usado como uma ajuda da gravidade para conseguir uma fuga do sistema solar (com a tecnologia atual)?"

O segundo problema é com PearsonArtPhoto's resposta aceita em que o Sol é considerado um objeto estacionário , mas na verdade está em órbita ao redor do centro da galáxia. Portanto, girar em torno do Sol na direção de sua órbita irá produzir exatamente o mesmo tipo de assistência gravitacional de passar por Júpiter (ou qualquer outro objeto relativamente grande).

O terceiro problema é que a ajuda da gravidade do Sol não é necessária para atingir a velocidade de escape do sistema solar - já temos QUATRO sondas que estão saindo, para nunca mais voltar - dois Pioneers (10 e 11, lançados em 1972 e 1973) e dois Voyagers (lançados em 1977).

O último sinal muito fraco do Pioneer 10 foi recebido em 23 de janeiro de 2003. Os engenheiros da NASA calcularam que sua fonte de energia de radioisótopos decaiu para onde não tem energia suficiente para enviar transmissões adicionais para a Terra.

A Pioneer 10 continuará a navegar silenciosamente como uma nave fantasma através do espaço profundo para o espaço interestelar, indo geralmente para a estrela vermelha Aldebaran, que forma o olho de Touro (o Touro). Aldebaran está a cerca de 68 anos-luz de distância e a Pioneer levará mais de 2 milhões de anos para alcançá-la.

A Pioneer 11 estudou partículas energéticas na heliosfera externa.

A missão Pioneer 11 terminou em 30 de setembro de 1995, quando a última transmissão da espaçonave foi recebida. Não houve comunicação com a Pioneer 11 desde então. O movimento da Terra levou-o para fora da visão da antena da espaçonave. A espaçonave não pode ser manobrada para apontar para a Terra. Não se sabe se a espaçonave ainda está transmitindo um sinal. Não há mais faixas do Pioneer 11 programadas. A nave espacial se dirige para a constelação de Aquila (A Águia), a noroeste da constelação de Sagitário. A Pioneer 11 passará perto de uma das estrelas da constelação em cerca de 4 milhões de anos.

A Voyager 1 já está no espaço interestelar, e a Voyager 2 está na bainha do heliossomo, e ambas as espaçonaves ainda estão enviando informações científicas sobre seus arredores por meio da Deep Space Network.



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