Tällä ei sitten ole mitään tekemistä Savorisen "työntövoiman" kanssa, sen verran olen hänen horinoitaan palstalla seurannut.
Kun en ole fyysikko (jonkin asteen matemaatikko kyllä), askarruttaa, miten luotaimet voivat ottaa kaukoavaruuteen mennessään vauhtia planeetoista. Miksi planeetta ei imaise niitä, kuten vaikka Jupiter taannoin komeetan? Populaarit sivustovinkit asiasta myös tervetulleta.
Kun en ole fyysikko (jonkin asteen matemaatikko kyllä), askarruttaa, miten luotaimet voivat ottaa kaukoavaruuteen mennessään vauhtia planeetoista. Miksi planeetta ei imaise niitä, kuten vaikka Jupiter taannoin komeetan? Populaarit sivustovinkit asiasta myös tervetulleta.
Vastaukset 10
Vanhimmat
Planeetan ohituksella voi sekä lisätä että vähentää luotaimen vauhtia. Kaikki riippuu kulmista, jolla luotain saapuu ja poistuu, verrattuna planeetan rataliikkeeseen.
Planeetan näkökulmasta luotain saapuu ja poistuu samalla nopeudella (toki sen vauhti kasvaa kun se lähenee planeettaa, mutta vastaavasti se hidastuu kun se poistuu).
Ohituksissa on siis kyse siitä, että planeetan painovoimakentällä käännetään luotaimen nopeusvektori planeetan suhteen toiseen suuntaan, mutta nopeus planeetan suhteen ei muutu. Koska planeetta kuitenkin liikkuu auringon suhteen, johtaa tämä siihen, että luotaimen nopeus auringon suhteen muuttuu.
Kuvitellaan planeetta, jonka nopeus radallaan (auringon suhteen) on 10 km/s ja luotain, jonka nopeus radallaan (edelleen auringon suhteen) on 4 km/s. Kuvitellaan lisäksi, että planeetta saavuttaa luotainta suunnilleen takaa päin. (Näin asia ihan oikeasti tehdään, luotain kohtaa planeetan lähellä aurinkoa kiertävän ellipsiradan yläkohtaa ja planeetta ympyräradallaan ikäänkuin saavuttaa sen.)
Planeetan näkökulmasta luotain lähestyy sitä (aluksi, ennen vauhdin kiihtymistä) 6 km/s nopeudella, koska tuo on planeetan ja luotaimen nopeusero auringon suhteen. Luotain ohittaa planeetan hyperbolista rataa pitkin ja poistuu (hidastamisen jälkeen) lopulta samalla 6 km/s nopeudella. Planeetan näkökulmasta siis luotaimen suunta muuttuu, ei muuta.
Kuvitellaan, että ohituksella voitaisiin muuttaa luotaimen suuntaa planeetan suhteen 180 astetta. Tosiasiassa tämä on mahdotonta, koska tuollaista hyperbolirataa ei voi olla. Käytännössä muutokset ovat vain joitain kymmeniä asteita.
Auringosta katsottuna tuo tapahtuma näyttäisi tältä: Luotain liikkuu 4 km/s ja planeetta saavuttaa sen takaapäin 10 km/s nopeudella (6 km/s nopeusero). Luotain kiertää puoli kierrosta planeetan ympäri ja poistuu planeetan edelle nopeudella 16 km/s (planeetan nopeus 10 km/s planeetan ja luotaimen alkuperäinen nopeusero 6 km/s). Nopeuden lisäystä auringon suhteen tuli 12 km/s, eli kaksi kertaa tuo nopeusero.
Kuten aiemmin sanoin, näin suurta nopeuden muutosta ei todellisuudessa tietenkään saada aikaan, koska on mahdotonta tehdä ohitus, joka kääntää ohittavan kappaleen rataa ohitettavan suhteen 180 astetta. Mutta periaate toivottavasti selveni tästä. Vastaavalla tavalla voidaan luotaimen nopeutta tietenkin myös hidastaa. Tällöin luotain saavuttaa planeetan sen ratasuunnan suhteen takaapäin.
"Miksi planeetta ei imaise niitä, kuten vaikka Jupiter taannoin komeetan?"
Luotaimen rata ei mene planeetan läpi, vaan ohi. Juuri tämän takia luotaimen rataa ei tosiasiassa voida muuttaa kuin joitain kymmeniä asteita ja nopeusmuutos auringon suhteen jää paljon alhaisemmaksi kuin tuossa yllä olevassa teoreettisessa ja epätodellisessa tapauksessa.
Kiitos erinomaisen selvästä ja oerusteellisesta vastauksesta.
" Tosiasiassa tämä on mahdotonta, koska tuollaista hyperbolirataa ei voi olla."
Luulisin että se olisi mahdollista elliptisellä radalla, kun muutetaan rataa sen verran että päästään pois kiertoradalta.
Joo. Ensin pitäisi hidastaa, että pääsee ellipsiradalle, ja sitten kiihdyttää takaisin hyperboliselle radalle. Veikkaanpa, että tähän palaisi enemmän ajoainetta kuin pelkkään lisäkiihdytykseen ilman ohitusta.
Vielä yksi lisähuomio:
Planeetan ohitus on paras kohta lentoa käyttää luotaimen omia moottoreita nopeuden lisäykseen.
Tämä johtuu energiaperiaatteesta:
Luotaimen liike-energia planeettaa lähestyttäessä on sama kuin sieltä poistuessa (kun lisäpolton aiheuttamaa liike-energian lisäystä ei huomioida). Jos luotain kuitenkin polttaa ajo-ainetta ollessaan lähellä planeettaa, on se poistuessaan kevyempi. Kun liike-energia on sama, täytyy kevyemmän luotaimen vauhdin olla suurempi.
Tai, toisella tavalla ajateltuna, kyydissä oleva ajoaine kiihdyttää luotainta kun se lähestyy planeettaa, mutta ei hidasta sitä kun se poistuu (koska se ajoaine jätettiin pois kyydistä polttamalla moottoria lähellä planeettaa).
Kuuluotaimen nopeuden lisiminen kuuta kiertävällä radalla on mitätön vaikka sen ohjaisikin eliptiselle radalle. Laskeppa itse niin mitään merkittävää nopeuden lisimistä se ei saavuta.
Vauhdinotto noin on urbaanilegendaa.
Jos pudotat kiven 100kmn korkeudesta kuun pinnalle nopeus on noussut pauttiarallaa 220km/h nopeuteen.
Se ei riitä matka-avuksi mihinkään avaruuden mittasuhteissa.
Lyhyesti sanottuna energian säilymislain perusteella pieni määrä planeetan liike-energiaa siirtyy luotaimen liike-energiaksi.
Itse olen ymmärtänyt tuon lisävauhdin saamisen hieman eri tavalla. Sitä on kai sovellettu lähinnä ulkoplaneettoihin, esim. Voyagerin matkaa ulkoavaruuteen on vahditettu Jupiterin avulla. Käsittääkseni luotain pyyhkäisee planeetan takapuolelta sen menosuuntaan nähden. Lisävauhtia saadaan ensinnäkin siten, että lähestyessään planeettaa luotain on kauemmin sen vaikutuspiirissä kuin poistuessaan. Lähestyessä luotain on omastaa koordinaatistostaan katsoen ensin planeetan etupuolella, sitten kohdalla, pyyhkäisee läheltä takapuolelta, sen jälkeen planeetta nopeasti "pakenee". Siksi lähestyttäessä saatu vauhditus on suurempi kuin hidastus poistuttaessa. Toinen seikka on, että luotain saa planeetan radan suuntaisen nopeuslisän (mikä on suunnilleen kohtisuora luotaimen alkuperäiseen nopeuteen nähden). Nopeuskomponentit yhdistämällä saadaan itseisarvoltaan kasvanut nopeus.
Jos katsot asiaa Jupiteriin kiinnitetyssä koordinaatistossa, luotaimen rata on hyperboli ja sen saapumisnopeus Jupiterin suhteen sama kuin poistumisnopeus. Lähestyminen kestää tällaisella radalla yhtä kauan kuin poistuminenkin. Jupiterin painovoimakenttä on niin laaja, että muut kappaleet (aurinko) eivät juurikaan luotaimen rataan tuossa vaiheessa vaikuta.
Reitti menee kyllä juuri noin kuin kuvasit. Voimakkaan elliptisellä radalla oleva luotain liikkuu hitaimmillaan kun se on kauimpana polltopisteestä (auringosta) ja Jupiter saavuttaa sen omalla radallaan. Luotain ohittaa Jupiterin auringon puolelta (vai pitäisikö sanoa, että luotainta nopeampi Jupiter ohittaa luotaimen ulkopuolelta?) ja kääntyy Jupiterin painovoimakentän vaikutuksesta ulommas aurinkokuntaan, suuremmalla nopeudella auringon suhteen kuin mitä sillä alunperin oli.
Jos luotainten radat ja avaruuslento kiinnostaa, Orbiter 2010 on kertakaikkisen mainio avaruuslentosimulaattori. Fysiikka (radat, ilmakehät, planeettaohitukset jne.) on realistista, mutta avaruusalusten suorituskykyarvot ovat himpan verran nykyaikaa edellä, mikä mahdolllistaa lentelyn ympäri aurinkokuntaa.
Tuolta lisätietoa ja latauslinkkikin löytyy sieltä alaosasta, jos jotakuta kiinnostaa.
http://www.orbiter-forum.com/
Oppimiskynnys tuossa ohjelmassa on aika korkea. Lento maan pinnalta kiertoradalle ja telakoituminen ISS:ään on ensimmäisellä yrityksellä usean tunnin harjoitus. Parin viikon jälkeen lentelettekin jo Marsiin (ja teette ilmajarrutuksen Marsin ohuessa ilmakehässä noin 15 km korkeudella).