Использовал ли когда-нибудь космический корабль гравитацию Солнца для ускорения?

На самом деле это так не работает. Мы можем использовать Солнце, чтобы изменить направление , но нам нужна ракетная тяга, чтобы увеличить скорость с помощью Msneuver.

Начнем с того, что ближайшие звезды (кроме Солнца) не близки. Если бы мы каким-то образом достигли скорости убегания из Солнечной системы (чего этот метод не сделает, см. ниже), мы все равно двигались бы лишь с небольшой долей скорости света, если бы мы не разработали двигательную установку, которая генерирует внутреннюю энергию. или из того, что находится в самом космосе. А таким звездам, как Проксима Центавра, потребуются годы земного времени, чтобы достичь их даже на полной скорости света.

Допустим, есть космический зонд, направляющийся на «рогатку» на встречу с Юпитером, чтобы отправить его во внешнюю часть Солнечной системы и за ее пределы. Мы знаем, что когда зонд выбрасывается наружу с достаточным ускорением, чтобы в конечном итоге покинуть Солнце, Юпитер должен замедлиться и опуститься (очень немного) ближе к Солнцу. Мы действительно черпали энергию из орбитального движения Юпитера.

Так где же орбитальное движение Солнца для рогатки с ускорением вокруг этого тела? Технически объекты в нашей Солнечной системе не вращаются вокруг Солнца, они вращаются вокруг центра масс, который обычно находится за пределами Солнца. Таким образом, у Солнца есть некоторое орбитальное движение, но очень малое по сравнению с движением любой планеты, все они намного дальше от барицентра и имеют гораздо более длинные дуги и более высокие орбитальные скорости. Хорошо известно, что если тела с разными массами (например, Солнце и планеты) взаимодействуют и преобразуют потенциал в кинетическую энергию, то большая часть кинетической энергии, если смотреть из центра масс, уходит в более легкие тела, а не в этом случае. тяжелое Солнце. Следовательно, планеты, а не Солнце, обладают энергией движения, необходимой для ускорения рогатки.

Более того, нам также пришлось бы создать сильно эксцентричную, в основном почти параболическую орбиту, чтобы приблизиться к Солнцу, начиная с нашей почти круговой орбиты Земли. Даже без изменения чистой орбитальной энергии такое изменение формы орбиты требует большого дельта-v. До планет легче добраться, и для этой цели использовались как внутренние, так и внешние планеты (включая Землю).

С правильными окнами запуска и планетарным выравниванием гораздо проще использовать планеты, чтобы получить скорость и направление, в которых мы хотим достичь целей в Солнечной системе. Следовательно, планеты являются избранным средством обмена энергией в пределах Солнечной системы.

Приложение:

Хотя солнечная рогатка не может разогнать космический корабль за пределами Солнечной системы, ее можно использовать для изменения направления , используя ракетную тягу в перигелии, чтобы увеличить вашу скорость, поскольку гравитация Солнца меняет ваше направление. Поскольку гравитация Солнца используется только для изменения направления, а не для чистого увеличения скорости (последнее происходит от ракетной тяги), она не получает кинетическую энергию от Солнца, поэтому ее можно выполнить с хорошим эффектом, используя превосходящую массу Солнца. . Проект Лира (спасибо Дэвиду Тонхоферу) был запущен как технико-экономическое обоснование миссии к межзвездному космическому астероиду Оумуамуа. Однако пока это только предварительно, до фактического запуска ракеты до воплощения этой идеи далеко.

«Гравитационные» (рогатки) маневры, которые выполняют космические зонды, на самом деле связаны не столько с гравитацией. Гравитация — это способ временно «связать» эти два тела, но вы могли бы (чисто гипотетически, конечно) использовать что-то еще, какой-нибудь сверхпрочный трос или что-то в этом роде... «Маневр Рогатки» на самом деле гораздо лучше в этом отношении.

На самом деле происходит обмен импульсом. Космический зонд обменивается некоторым количеством импульса с планетой. Но импульс не является абсолютной величиной, вам нужна система отсчета, чтобы говорить об этом.

Гравитационное поле консервативно. Если вы двигаетесь в гравитационном поле одного тела, стационарного в вашей системе отсчета, вы всегда будете иметь один и тот же импульс (в одной и той же системе отсчета) в любой фиксированной точке, независимо от того, по какой траектории вы туда добирались. Так что нечего выигрывать.

Что мы делаем с космическими зондами, так это то, что, несмотря на то, что мы не получили никакого импульса относительно планеты, мы «летаем из рогатки», мы обменяли некоторое количество денег, которое эта планета имеет относительно Солнца.

И в этом суть. Вы не можете получить дополнительную энергию относительно Солнца, совершая гравитационный маневр вокруг Солнца. (Конечно, это относится к общему правилу. Вы не можете использовать гравитационный маневр вокруг планеты X, чтобы, например, затормозить и остановиться на той же планете.)

Примечание: есть несколько способов получить энергию от гравитационного поля, если вы делаете (значительные) двигательные ожоги по пути, но я не знаю, чтобы такие делались в реальности.

Я думаю, что вопрос основан на неправильном представлении о том, как работает гравитация.

Если вы просто позволите себе притянуться к отдаленному объекту, а затем продолжите движение с другой стороны, та же гравитация, которая привлекла вас к нему, снова начнет притягивать вас обратно. Вы будете просто колебаться вокруг него, как прыгающий мяч.

Гравитация помогает работе, потому что сама цель (например, Юпитер) также движется по своему орбитальному движению. Он ненадолго «тащит» вас за собой, пока вы находитесь под сильным гравитационным влиянием. Вы крадете часть его орбитального импульса (как будто планета немного подтолкнула вас на вашем пути) и уходите. Планета все еще пытается притянуть вас к себе, но у вас достаточно дополнительного импульса, чтобы противостоять этому.

У солнца такого нет (по крайней мере, в системе отсчета самой Солнечной системы), и его относительно большое гравитационное притяжение вам не пригодится. Вы можете быстро упасть к нему, да, но опять же вас только притянет назад. И орбитальный импульс вам не украсть (ну очень мало).

Так что нет, это не дело.

В отличие от других ответов здесь, я хотел бы отметить, что эффект Оберта позволяет вам получать кинетическую энергию из гравитационного колодца, не лишая его импульса ... если вы запускаете свой ракетный двигатель в перицентре.

В Atomic Rockets есть отличное обсуждение того, что может сделать эффект Оберта.

Таким образом, сжигая 6 км/с Δv, вы получаете фактическое увеличение Δv на 46,8 км/с. Это 40,8 км/с бесплатно. Сладкий!

Для сравнения, гравитационные рогатки могут получать энергию без какого-либо сжигания (или тривиального):

Юпитер, масса которого в 318 раз больше массы Земли, может дать пролетающему мимо космическому кораблю ускорение до 30 км/с.

Таким образом, кажется, что при правильном использовании пролет вблизи Солнца может произвести более сильные удары, чем выстрел из рогатки мимо Юпитера.