Гравитационные рогатки: можно ли их использовать для замедления космического корабля, движущегося со скоростью, малой долей скорости света?

Да, в теории.

Гравитационное торможение — это вещь

Проблема в скорости. Двигаясь так быстро, вам нужно будет совершать множество маневров, чтобы потерять скорость, достаточную для выхода на орбиту вокруг Солнца, а это значит, что планеты должны находиться в правильных местах.

В книге «Аврора» корабль, путешествующий вокруг 0,1с, должен сделать что-то подобное, и в итоге он совершает около 14 проходов в течение 20 лет, постепенно замедляясь, пока не достигает точки, где в его орбите не будет планеты. пути для следующего маневра.

Так что не невозможно.

Изменить: сходить с ума

Ладно, скажи, что твоя команда действительно в отчаянии. Есть очень рискованный способ очень быстро сбросить большую скорость, но только если вы едете очень быстро с самого начала...
Хитрость заключается в том, чтобы пролететь сквозь звезду.

Если структурная целостность действительно очень хорошая, и все пассажиры защищены от внезапного торможения, и вы едете достаточно быстро, вы можете пройти через солнце так быстро, что корабль не успеет сильно подгореть, в то время как, надеюсь, потеряв достаточную скорость, чтобы остаться в Солнечной системе, а не просто выстрелить в другую сторону. Это сократило бы процесс торможения на годы. И хотелось бы надеяться, что несколько пассажиров не превратятся в желе приливными силами.

Редактировать 2:

Солнце не очень плотно вблизи поверхности . Стремясь не по центру, вы сможете избежать сильнейшего давления. Тепло не будет проблемой, если у вас есть какой-то абляционный материал, защищающий корпус, поскольку тепло будет удалено до того, как оно сможет нанести ущерб, при условии, что вы пройдете достаточно быстро, чтобы оно не сгорело полностью.

Было замечено, что кометы, скользящие по Солнцу, проходят через внешние слои Солнца и выживают.

Если вы входите в звездную систему на скорости 0,1с без двигателя, вы облажались. Единственный способ, которым планеты могут помочь вам остановиться, — это лит-торможение, что на таких скоростях означает: «Может быть, они назовут кратер в мою честь?»

Вы можете потерять скорость с помощью гравитационных рогаток, но вы не можете потерять почти достаточно. Максимальная скорость, которую вы можете потерять, в два раза превышает орбитальную скорость планеты. Звучит много, но 0,1с — это смехотворно быстро, 30 000 километров в секунду. Самая быстрая планета — Меркурий со скоростью 47,3 км/с, Венера со скоростью 35 км/с и так далее. Суммируя их, если бы вы могли устроить идеальное столкновение со всеми планетами Солнечной системы, для вероятности которого нам нужна более экстремальная фраза, чем «абсурдно маловероятно», вы могли бы потерять около 340 км/сек.

Это позволит вам потерять около 1,1% вашей скорости. Это не принесло никакой пользы, не так ли? Хорошей новостью является то, что перегрузки этих столкновений не причинят вашему экипажу никакого вреда, они довольно слабые. Это ограниченный комфорт, когда вы приближаетесь к межзвездному пространству.

Нет

• в разумные сроки, например менее 100 лет

Но

смотри 42 страницу мануала, там про экстренное торможение в ситуации почти полного отсутствия топлива, цитирую:

Нажмите кнопку системы экстренного торможения, чтобы развернуть магнитный парус системы аварийного торможения, именно там находится кнопка для стандартной процедуры торможения в звездных системах, которые не оборудованы стандартными тормозными системами межгалактических звездных систем (читай, как аванпост человечества, где нет тела дома). момент)

конец цитаты.

Так что нажимайте кнопку и RTFM.

Да, но чтобы сделать это с одним телом таким образом, чтобы избежать смертоносных приливных сил, вам понадобится черная дыра примерно в 10 000 раз больше массы Солнца или более, и она, вероятно, должна будет вращаться вокруг гораздо большего " сверхмассивная черная дыра"

Прежде всего, следует отметить, что все теории гравитации, которыми пользуются физики (как ньютоновская гравитация , так и более точная общая теория относительности ), являются симметричными во времени , что, как обсуждается в этой статьеозначает, что если вы возьмете фильм о некоторых телах, действующих под действием взаимной гравитации, и прокрутите его в обратном направлении, физик не сможет сказать, идет ли фильм назад или вперед (или, что то же самое, временная симметрия подразумевает, что возможно создайте вторую систему с другими начальными условиями так, что если вы рассчитаете поведение по мере того, как время движется вперед, используя те же законы гравитации, динамика этой второй системы, бегущая вперед во времени, будет выглядеть точно так же, как динамика первой системы, проигранная в обратном направлении). Некоторые перевернутые фильмы могут быть более маловероятными , чем прямая версия, если прямая версия показывает значительное увеличение энтропии., но для этого обычно требуется большое количество различных объектов (например, набор частиц пыли, схлопывающихся внутрь из-за взаимной гравитации), если вы просто имеете дело с двумя телами, которые не врезаются друг в друга или иным образом не распадаются на части. в энтропии, вероятно, будет мало. Таким образом, если вы можете представить себе ситуацию, когда объект изначально движется со скоростью лишь небольшой доли скорости света относительно большего тела, но использует гравитационную рогатку, чтобы увеличить свою скорость относительно большего тела до гораздо большей доли скорости света, то и обратный сценарий должен быть столь же возможен.

А вопрос использования гравитационной рогатки для достижения значительной доли скорости света относительно тела, используемого в рогатке, рассматривается в книге « Наука о межзвездном пространстве» физика-гравитатора Кипа Торна , который консультировал фильм. В главе 7 «Гравитационная рогатка» он отмечает, что корабль в фильме («Рейнджер») не имел достаточно мощных ракет, чтобы самостоятельно разогнаться до значительных долей скорости света, но что

К счастью, Природа предоставляет способ добиться огромных изменений скорости, с/3, необходимых в «Интерстеллар» : гравитационные рогатки вокруг черных дыр, намного меньших, чем Гаргантюа.

Гаргантюа был сверхмассивной черной дырой в фильме (предполагалось, что ее масса в 100 миллионов раз больше массы Солнца), но Торн пишет, что представлял себе черные дыры меньшего размера, вращающиеся вокруг Гаргантюа. Он также отмечает, что, хотя нейтронная звезда или черная дыра звездной массы , возможно, могут обеспечить требуемое изменение скорости, для этого потребуется подойти к ним так близко, чтобы так называемые приливные силы — растягивающиеся люди могли почувствовать из-за гравитационного притяжения. заметно сильнее на стороне их тел, расположенной ближе к центру нейтронной звезды или черной дыры, чем на той стороне, которая находилась чуть дальше, — было бы смертельно для тел такой массы, так что гораздо более массивная черная дыра промежуточной массыбудет необходимо, чтобы избежать разрыва приливными силами (что астрофизики красочно называют спагеттификацией ).

Чтобы изменить скорость на с/3 или с/4, рейнджер должен подойти достаточно близко к маленькой черной дыре и нейтронной звезде, чтобы ощутить их сильную гравитацию. На таких близких расстояниях, если дефлектор представляет собой нейтронную звезду или черную дыру с радиусом менее 10 000 километров, человека и рейнджера разорвет приливная сила (глава 4). Чтобы Рейнджер и люди выжили, дефлектор должен быть черной дырой размером не менее 10 000 километров (размером с Землю).

Так вот, черные дыры такого размера действительно встречаются в природе. Их называют черными дырами промежуточной массы, или IMBH, и, несмотря на их большой размер, они крошечные по сравнению с Гаргантюа: в десять тысяч раз меньше.

Он также упоминает, что «10 000-километровая IMBH весит около 10 000 солнечных масс», так что это будет примерно нижний предел массы того, что можно было бы использовать для получения изменения скорости c / 3 или c / 4 без разрыва на части. приливных сил, если вам нужно только изменение c/10, это может быть немного меньше, но я предполагаю, что это не будет больше, чем порядок величины.

@Aron также делает отличное замечание в комментарии к ответу @ AndyD273, а именно, что гравитационная поддержка на самом деле не может обеспечить долгосрочное повышение скорости корабля в остальной части массивного тела, которое корабль получает помощь от, увеличение скорости будет видно только в какой-то другой системе отсчета. Причина этого в том, что полная энергия корабля в системе покоя тела есть просто сумма его потенциальной и кинетической энергии, и когда корабль находится на некотором большом расстоянии D от тела, прежде чем пройти близко и получить помощь , его потенциальная энергия будет точно такой же, как если бы оно находилось на том же расстоянии D от тела послеассист, поэтому его кинетическая энергия тоже должна быть одинаковой. Таким образом, гравитационная помощь только увеличит скорость корабля в некоторой системе отсчета, где само массивное тело имеет большую скорость, подобно увеличению скорости в системе отсчета Солнца при приближении к Юпитеру. В «Науке о межзвездном пространстве » Торн предполагал, что IMBH находятся на орбите вокруг сверхмассивной черной дыры Гаргантюа, а орбиты вокруг быстро вращающейся сверхмассивной черной дыры могут достигать значительных долей скорости света, см. мой ответ здесьдля деталей. Поэтому, если вы хотите замедлиться относительно галактики, и ваша начальная скорость относительно галактики составляет 0,1с, вам, вероятно, потребуется найти IMBH, который сам движется со скоростью, близкой к 0,1с (или больше) относительно галактики. , причем наиболее правдоподобным астрофизическим сценарием для этого является IMBH, вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры.

Поскольку вы путешествуете со скоростью, намного превышающей скорость убегания Солнечной системы относительно точки, близкой к звезде, вы не сможете остановиться внутри Солнечной системы. Вместо этого вы должны избавиться от избыточной кинетической энергии, пролетая мимо ближайших звезд, пока скорость не станет достаточно низкой, чтобы войти в солнечную систему, а затем пролететь мимо планеты, чтобы потерять достаточно энергии, чтобы быть захваченной в Солнечной системе.

Мега-инженерная конструкция может использоваться как для запуска, так и для ловли кораблей, движущихся с релятивистскими скоростями. Использование гравитации означает, что ускорение не будет ощущаться содержимым и может быть на гораздо более высоком уровне, чем в более простых магнитных системах.

Но мы говорим о торах из сверхплотного материала. Кольца вращаются так, что точка на торе очерчивает путь, проходящий через отверстие. Гравито -магнитные силы могут ускорить любой объект, пролетающий через дыру.

Теперь расположите их в ряд, как ствол ружья.

Я видел похожие проекты, описанные в книге Роберта Л. Форварда « Звездотрясение », вместе с ужасным веществом «монопольно-стабилизированная пыль черной дыры». Форвард был настоящим физиком, который знал гравитацию.

Ну и сколько ты собираешься тормозить корабль?

Гравитационное торможение работает как бы «замедляет вас на несколько процентов». А пока вы входите в плотное пространство рядом со звездой, так что представьте себе, что удобный мир столкновения с одним атомом водорода на кубический метр просто пошатнулся. Если большая часть вашего корабля абляционная, вы можете совместить гравитационную рогатку с скользящим движением рядом с планетой, которая вам никогда не нравилась.

Я никогда не просчитывал цифры, но скользя по системе, вы должны замедляться, просто бегая через пространство с тяжелыми частицами. Конечно, есть много проблем с излучением, проникновением и т. д. Кроме того, забудьте о попытках черного тела: на такой скорости пух, скорее всего, потянет вас на себя, и все черное будет расстреляно.