Энергозатраты на создание спутников Марса и Венеры: движущиеся спутники газового гиганта или захват планеты-изгоя?

Как многие здесь, вероятно, знают, одним из факторов, делающих Марс и Венеру непригодными для жизни людей, является отсутствие у них магнитосферы, защищающей от солнечных ветров.

В сеттинге, над которым я работаю, я хотел, чтобы Марс и Венера были терраформированы. Среди шагов, предпринятых в процессе терраформирования; у каждого из них будет луна, выведенная на орбиту, чтобы ввести приливные силы на планеты.

Я придумал три возможных решения подарить луну:

  • Ученые обнаруживают окно, в котором они могут запустить газовый гигант-луну с орбиты по траектории, которая, с возможными корректировками, внесенными по пути, приведет к тому, что она попадет на новую орбиту, не нарушая никаких других планетарных тел. Земля отправляет бригады для установки автоматизированных систем, которые будут действовать, как только появится окно. Возможно, он может создать два мира, готовых к колонизации, за один раз, в зависимости от того, какие луны будут захвачены.
  • Небольшая планета-изгой замечена на пути через нашу солнечную систему или рядом с ней, и беспилотные корабли отправляются, чтобы скорректировать ее курс, чтобы вывести ее на стабильную орбиту вокруг Венеры или Марса. (Только один из них будет терраформирован в этом сценарии, и это нормально.)
  • Карликовые планеты и более крупные астероиды собираются для создания искусственной луны, которая затем выводится на орбиту вокруг своего нового дома. Сборка может происходить либо на орбите, перед перемещением, либо по пути к новому месту назначения. Как оказалось, в поясе астероидов недостаточно материала для использования этого метода. Что привело бы нас к отрыву лун с орбиты, но к множеству меньших, а не к одной большой.

Предполагая, что двигатели в масштабе для безопасного перемещения планет созданы (даже если они кажутся несколько нелепыми в мире) и что предполагаемые спутники всех трех методов имеют одинаковую пропорцию массы к каждой из планет, которые они будут отправлены на орбиту, какой из этих методов был бы наиболее энергоэффективным?

Я знаю, что у всех трех будут сумасшедшие затраты энергии/времени, но я хочу знать, какой из трех наименее сумасшедший.

Примечание автора: смехотворные масштабы и повышенные налоги для финансирования этого масштабного проекта должны быть частью предыстории и одним из факторов, побуждающих внешние колонии провозглашать независимость от межзвездного правительства Земли.

В качестве побочного вопроса, можно ли будет использовать вывод упомянутой луны на орбиту Венеры, чтобы также увеличить ее удивительно медленную скорость вращения? Убить двух зайцев одним выстрелом. (Просто как то, чтобы сэкономить время/топливо/деньги.)

Я видел несколько ответов о движущихся планетах / лунах / и т. д., и, о боже, расход энергии огромен. Планета-изгой потребует еще больше энергии. С другой стороны, перемещение астероидов потребовало бы значительных, но значительно меньших по масштабу затрат энергии и чрезмерного количества времени.
Какую массу вы хотите? Я думаю, что единственными известными объектами, достаточно большими, чтобы быть осмысленной луной, уже являются луны. Все карликовые планеты и все астероиды вместе взятые — это не половина нашей луны.
Я думал, что в поясе астероидов и карликовых планетах может быть достаточно материала, но если это так, то я могу вычеркнуть это из списка. На самом деле, если разобраться, оказывается, что общая масса пояса астероидов составляет 4% от массы нашей Луны!
Шаг 1: рассчитайте дельту-v, необходимую для перемещения вашей луны-кандидата с ее текущей орбиты A на новую орбиту B. Шаг 2: умножьте на массу луны-кандидата. Подумайте, это количество джоулей необходимой энергии (точное преобразование не имеет значения, даже если это 1000 в 1, вы все равно получите глупо большое количество 0 за вашей самой значимой цифрой).
Думали ли вы о том, чтобы дать им луны, как мы получили свои, путем сильного воздействия на них, генерируя выбросы, которые затем сливаются в прекрасную луну? отнимает много времени, но, возможно, меньше энергии?
Не превратит ли это планету в расплав на долгое время? Где-то в диапазоне от тысяч до миллионов лет?
«Разве это не превратит эту планету в расплав на долгое время?» И люди думают, что НАША полная луна освещает ночь. Направление планеты-изгоя на луну для генерации значительной части требуемой дельта-v поможет расчетам. Это также разбросало бы планетарные обломки по всей системе, что могло бы стать собственной точкой сюжета.
Приливная энергия не проблема. Вам нужно удалить плотную атмосферу от Венеры. Луны не играют должной роли в терраформировании.

Ответы (1)

Вы можете сравнить с помощью delta-v

Бюджет дельта-v миссии говорит вам об общем изменении скорости, которое вам потребуется, чтобы вывести объект с одной орбиты на другую. Это изменение скорости связано с расходом топлива ракетным уравнением .

Δ в знак равно в е Икс час а ты с т журнал ⁡ м 0 м ф

Энергия горения delta-v может быть рассчитана как кинетическая энергия выхлопа топлива. Скорость выхлопа в е Икс час а ты с т , а расход топлива м 0 − м ф . Тогда энергия поездки

1 2 ( м 0 − м ф ) в е Икс час а ты с т 2 .

Таким образом, энергия, необходимая для перемещения по орбите, во многом зависит от средств движения. Поскольку вы не указали двигательную установку или ее характеристики, нам следует рассчитать потребность в энергии с точки зрения дельта-v.

Требования к переходной орбите

Орбита Хомана — это эллиптическая орбита, используемая для перехода между двумя другими вращающимися объектами (например, планетами). У Atomic Rockets довольно полные трансферные таблицы Хомана .

Для Венеры и Марса от четырех газовых гигантов, пояса астероидов и глубокого космоса вот потенциальные дельта-v. Итоговый столбец — это общая дельта-v; Вставка - это запуск, чтобы вывести Луну на переходную орбиту, а прибытие - это запуск, чтобы покинуть переходную орбиту и начать движение по орбите вокруг планеты. Обратите внимание, что объект глубокого космоса не вращается вокруг Солнца, он стартует на своего рода переходной орбите. Все единицы измерения в км/с.

                  Insert    Arrive       Total
Asteroid-Venus       6.1       6.4        12.5
Jupiter-Venus       18.0       8.1        26.0
Saturn-Venus        11.1       9.1        20.2
Uranus-Venus         6.8       9.8        16.6
Neptune-Venus        7.3      10.0        17.3
Deep Space-Venus              17.8+       17.8+

Asteroid-Mars        2.5       2.4         5.0
Jupiter-Mars        17.8       4.2        22.0
Saturn-Mars         10.9       5.5        16.4
Uranus-Mars          6.7       6.5        13.2
Neptune-Mars         7.2       6.9        17.3
Deep Space-Mars               11.2+       11.2+

Комментарий

Во-первых, орбитальный переход дельта-V вообще не рассказывает всей истории. Существуют также орбитальные характеристики того, что вы движете. Например, предположим, что вы хотели переместить Тритон , спутник Нептуна. Его орбита одновременно ретроградна (назад) и сильно наклонена. Так что это отнимет у вас гораздо больше энергии, чем простая передача Хомана. Так что это всего лишь рекомендации в лучшем случае.

При этом добраться до Марса легче, чем до Венеры, независимо от того, откуда вы отправляетесь. С Юпитера труднее вывести спутники, поскольку это самый массивный газовый гигант. Уран, наименее массивный, легче всего смещает спутники со своей орбиты.

К расчету дальнего космоса тоже следует относиться с долей скептицизма. То, что я перечислил, — это скорость убегания от Солнца для объекта, находящегося на орбите этой планеты. Это означает минимальную скорость для выхода из Солнечной системы, которая также является минимальной скоростью для захвата объекта, который не вращается вокруг Солнца (как в случае с планетой-изгоем). Однако планета-изгой может двигаться значительно быстрее, поэтому требование дельта-v будет увеличиваться вместе со скоростью планеты-изгоя (неизвестно). То, что я перечислил, это просто минимум.

Наконец, вы не приняли во внимание пояс астероидов как источник луны, но учтите, что в Солнечной системе не так уж много массы, ожидающей захвата. Есть только 2 объекта пояса Койпера (Плутон и Эрида) и семь лун (Луна, Титан, Тритон и четыре Юпитера), которые определенно больше, чем пояс астероидов. После пояса астероидов следующее место, куда легче всего переместить что-либо, — это Уран. Но четыре самых больших спутника Урана не намного лучше, чем то, что вы можете получить из пояса астероидов. По сравнению с 10 21 кг массы:

Titania        3.5
Oberon         3.0
Asteroid Belt  3.0
Ariel          1.3
Umbriel        1.2
Ceres          0.9

Так что, что касается получения луны, вам почти лучше получить астероиды, чем спутники Урана. Вы получаете около 1/3 общей массы, и это намного дешевле с точки зрения энергии.

Заключение

Лучшим вариантом, вероятно, является пояс астероидов, даже если Луна может быть маленькой. Следующим лучшим вариантом является прохождение планеты-изгоя, если она движется медленно и имеет правильный размер. Шансы на это практически равны нулю, но для этого и существуют истории. После этого, если вы действительно хотите луну хорошего размера, Титан — практически единственный вариант. У Тритона плохие орбитальные характеристики, спутники Урана слишком малы, а спутники Юпитера довольно трудно вырвать из гравитационного колодца Юпитера.

Это лучший ответ, который я видел в WB в этом году :)
Спасибо за этот полезный ответ! Часть меня думала, что Титан был хорошим кандидатом на перемещение. На самом деле любая газовая гигантская луна с атмосферой по той причине, что теперь у вас будет ДВЕ планеты в обитаемой зоне по цене одной. Однако, насколько я мог судить, предполагаемая общая масса пояса астероидов составляла всего 4% от массы земной Луны. Это не звучит как достаточно материала для меня.
@Arvex Просто чтобы вы знали, если вы переместите Титан ближе к солнцу, он нагреется. Как только он прогреется, его атмосфера будет иметь достаточно кинетической энергии, чтобы избежать гравитации Луны. Таким образом, вы на самом деле не получите атмосферу, если пойдете за Титаном, она в основном будет потеряна в космосе к тому времени, когда вы доставите Титан туда, куда он направляется (или вскоре после этого).
@kingledion Не думал об этом. В своем планировании я больше беспокоился о том, чтобы планетарные двигатели сами по себе наносили ущерб атмосфере. Но я полагаю, что это будет представлять проблему.
Я полагаю, что также будет потрачено много энергии на сборку упомянутой искусственной луны после того, как вы очистите пояс астероидов. Я не уверен, что вы можете просто собрать их вместе и «позволить гравитации сделать всю работу», чтобы превратить их в луну.
Возмущающие орбиты таким образом вполне могут оказать негативное воздействие, вызвав новую эру столкновений астероидов, аналогичную ранним дням Солнечной системы. Мы не можем решить гравитационные уравнения, это проблема N тел. Раньше Юпитер был гораздо ближе к Солнцу, и, если я правильно помню, его выбросило на его нынешнее место, положив конец той эпохе бомбардировок. Это не случайное решение.
Энергозатраты на создание спутников Марса и Венеры: движущиеся спутники газового гиганта или захват планеты-изгоя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v