A Lost In Space gravitációs gyorsítója
2003.04.15.
Időutazás + Hiperkapu + Hiperhajtómű + Idegenek = Lost In Space.
A Jupiter 2 és családias legénysége, mivel sajnos a távozáshoz már nincs elegendő üzemanyaguk, űrhajótöröttként száll le egy ismeretlen bolygóra. (Vajon miért Robinson-családnak hívják őket?)
A bolygó felszínén bemért energiaforrást nem sikerül megszerezniük, de a megsemmisülés előtt álló bolygóról távozniuk kell. Mit is tesznek? Mivel tudják, hogy a bolygó elhagyásához kevés az üzemanyag, a lassan széteső bolygó belseje felé indulnak el űrhajójukkal.
Így a bolygó gravitációja segít felgyorsítani az űrhajót, és végül sikerül is kitörniük annak vonzásából.
Még éppen időben, a bolygó felrobbanása előtt.
Hogy is van ez?
Tegyük fel, hogy a megsemmisülni készülő bolygón tényleg létrejön néhány átrepülésre alkalmas nyílás. (Ami persze a hatalmas gravitációs erők miatt valószínűleg szinte lehetetlen.) A következő egyszerűsített ábrán láthatjuk a történetet:
A piros nyíl mutatja a hagyományos bolygóelhagyás sikertelen megoldását. Mivel nem sikerül elérni a szökési sebességet, az űrhajó visszaesik a bolygófelszín felé.
Mivel a filmben szereplő bolygó gravitációja hasonló a Földéhez, elhagyásához, illetve a keringési pályára álláshoz 7,91 km/s, vagyis 28 500 km/h sebességet kell elérni. Ha annyi hajtóenergia sincs, hogy ezt elérjék, akkor az űrhajó visszatér a felszínre.
Utasaink arra számítanak, hogy a bolygó gravitációs vonzását kihasználva felgyorsulhatnak az említett 28 500 km/h sebességre. Tehát elindulnak a fenti ábrán kék nyíllal jelölt útvonalon.
Vajon mi történne valójában?
A bolygó hatalmas tömegének vonzóereje folyamatosan jelen van. Az erő nagysága attól függ, milyen távol van az űrhajó a bolygó középpontjától. Az erő iránya pedig mindig a bolygó tömegközéppontja felé mutat. A következő ábrán az űrhajó pályája van feltüntetve.
A kék színnel jelölt pályaszakaszon a gravitációs hatás segíti az űrhajó mozgását, tehát gyorsítja azt. Viszont a piros szakaszok esetén a bolygó gravitációja lassítja a mozgást.
A mozgás bolygón belüli szakaszán a gravitáció gyorsító és lassító hatása pontosan kiegyenlíti egymást. Ebből a szempontból nézve tehát teljesen felesleges ezt az utat választani. Sajnos ezzel a módszerrel sem érhető el a kívánt sebesség. Sőt! Mivel az átjáró keresésére is fordítódik üzemanyagmennyiség, a túloldalon még kisebb lesz a végsebesség.
Eddig nem esett szó a légellenállás hatásáról, ami a bolygón való áthaladáskor a sebesség hatalmas volta miatt óriási energiaveszteséget okoz. (Egy hagyományos bolygóelhagyásnál a levegő sűrűsége az emelkedés során folyamatosan csökken, ami jelentős energiamegtakarítást jelent.) Így valószínűsíthető, hogy a meglévő üzemanyag még a bolygón való átjutáshoz sem lenne elég.
Végül: Vajon nehéz-e kormányozni egy járművet néhány 10 000 km/h sebességnél egy szűk alagútban?
Mi ebből a tanulság?
Ez van, amikor színészekre (William Hurt, Matt LeBlanc) bízzák egy űrhajó vezetését. Így az űrhajótörés már teljesen érthető dolog.
Valódi gravitációs gyorsítók
Egy-egy bolygó gravitációját űreszközök gyorsítására az emberiség már többször is alkalmazta. A bolygók nagy sebességgel keringenek a Nap körül. Ha egy űreszköz a helyi második kozmikus sebességnél gyorsabban halad el a bolygó mögött (a bolygó mozgási irányából nézve), akkor sebessége növekedni fog. Így akár a harmadik kozmikus sebességet is elérheti, amivel elhagyható a Naprendszer.
Ezt a gyorsítási módot a magyar szakirodalomban hintamanővernek hívják. A hintamanővert a fent említett módon alkalmazták például a Voyager-1 és Voyager-2 űrszondák gyorsítására is.
Tudomány és Technika (test@t-es-t.hu)