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SwingBy Manöver für Raumsonden

45 Beiträge, Schlüsselwörter: Universum, Planeten, Raumsonde
Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:34
@Rho-ny-theta
ja natürlich die planetenkonstellation ist dabei das A und O

ich meine mich zu erinnern, dass die voyagersonde zb. an ganzen 4 planeten vorbei flog
um genügend schub zu kriegen.
und sogar 2 mal um die erde.


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ShortVisit
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:37
@Malthael
@Rho-ny-theta

Wesentlich ist natürlich auch, dass die Richtung stimmt. Ein swing by Manöver in der falschen Richtung führt nicht zu einer Beschleunigung, sondern zu einer Verzögerung

Zweimal um die Erde bringt als swing by nichts, das hatte andere Gründe. Die Bahngeschwindigkeit der Erde hatte die Sonde ja schon beim Start.

[/Klugschss - Modus]


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Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:46
@ShortVisit
ShortVisit schrieb:Zweimal um die Erde bringt als swing by nichts
natürlich bringt das was.
die sonde ist ja von der erde aus gestarte, ist dann richtung sonne und hat um die venus ein swingby gemacht. nach der venus ist die sonde dann nochmal zur erde gefolgen, hat da nochmal einen schub bekommen und ist dann zum mars.


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Rho-ny-theta
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:50
@Malthael
@ShortVisit


Hier mal die Flugroute von Cassini:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bd/Cassini_interplanet_trajectory.svg/444px-Cassini_interplanet_tr...

Die Bahngeschwindigkeit des "Zielplaneten" hat mit der Wirksamkeit des Swing-by nur peripher zu tun.

Hier noch eine Animation des Manövers:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Swingby_acc_anim.gif


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Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:52
@Rho-ny-theta
danke für die richtigstellung.
das war nicht die voyagersonde.
aber wie man sieht, bringt es doch was 2 mal am planeten vorbeizu fliegen.

obwohl ich auch glaube, dass @ShortVisit mich falsch verstanden hatte.


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Rho-ny-theta
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 18:56
@Malthael
Ja, jedes Maneuver bringt einen Geschwindigkeitszuwachs, unabhängig davon, wie schnell die Sonde beim Start war, die verlinkte Animation erklärt das Prinzip ganz gut; in der Praxis schafft man eben höchstens zwei Vorbeiflüge an den Erdnahen Planeten, da diese die Sonne so schnell umrunden, dass sie auf der "anderen" Sonnenseite sind, bis die Sonde dort ist, was einen zweiten Vorbeiflug erlaubt. Bei den erdfernen Planeten geht das nicht, die brauchen zu lange, und die Sonde ist schon schneller und legt die Strecken schneller zurück.


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ShortVisit
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 19:07
@Malthael
Malthael schrieb:obwohl ich auch glaube, dass @ShortVisit mich falsch verstanden hatte.
Yep. Ich hatte das so verstanden, dass die Sonde die Erde direkt in einer Kreis-(genauer elliptischen) Bahn umrundet hat, wie ein Satellit oder eine Raumstation. Sorry.

Und die Richtung des fly by hat schon einen Einfluss. Was passiert, wenn in dem Gif die Sonde auf der anderen Seite des Planetes vorbeifliegt?
Wenn der Abflugvektor eine Komponente in der Bewegungsrichtung des Planeten hat, wird die Sonde beschleunigt, hat er eine Komponente gegen die Richtung, dann wird sie verzögert.

Ist ja auch gut so, da man am Ziel dieses Manöver im Prinzip auch zum Abbremsen verwenden kann. Ich lass mich aber gerne korrigieren, kann sein, dass ich in den letzten 50 Jahren einiges vergessen habe :)


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Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 19:11
@ShortVisit
theoretisch kann man es auch zum bremsen verwenden.
aber es ist riskant.
neben einem planeten wie jupiter die geschwindigkeit zu drosseln, kann lebensgefährlich sein ^^


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Rho-ny-theta
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 19:12
@ShortVisit

Man kann auch bremsen, ja, deswegen ist ja die Planung und das Timing so wichtig, verrechnet man sich, hat das Maneuver genau den falschen Effekt:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Swingby_dec_anim.gif


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ShortVisit
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 19:13
@Malthael

Das allerdings - Als (nicht mehr sehr aktiver) Windsurfer würde ich auch nicht unbedingt vor dem Bug eines Supertankers vorbeiziehen :D


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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 19:46
Swing By wird nicht nur theoretisch zum Bremsen angewandt. Erscheint mir auch nicht heikler als zum Beschleunigen, richtige Berechnungen sind natürlich das A&O. Beispiele hier:

Wikipedia: MESSENGER
Wikipedia: BepiColombo

Zu BepiColombo kann ich auch, für den der ihn nicht kennt, Tim Pritloves Raumzeit-Podcast empfehlen:
http://raumzeit-podcast.de/2012/08/03/rz043-bepicolombo/
Faszinierende Mission!


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mayday
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 21:09
Hmm aber taugen diese Mannöver was um noch weitaus höhere Geschwindigkeiten zu erreichen? die Mannöver um Schwung zu holen, dauern ja dann wohl alle viel zu lange, da immer nur ein kleiner Teil der Energie eines Planeten übertragen wird.

Die Voyager Sonde ist irgendwas mit 17 km/s unterwegs, Lichtgeschwindigkeit wäre um die 300'000 km/s. Mit einem Ionenantrieb soll das Doppelte, vielleicht Dreifache möglich sein, aber auch das ist sehr wenig. Der schnellste Antrieb, soweit ich gelesen habe, könnte eine Kernspaltungsantrieb oder besser ein Kernfusionsantrieb sein. Die Teilchen werden bei der Atomaren Reaktion mit einer Gescheindigkeit von 3% der Lichtgeschwindikeit augestossen. In Magnetfeldern (ein kleines CERN) könnten die Teilchen auf das doppelte beschleunigen, also rund auf 0,06 C, baut man eine doppelstufiges Triebwerk, liesse sich das verdoppeln auf 12% der Lichtgeschwindigkeit, das wären dann beeindruckende 36'000 km/s oder das 2'117 fache der Voyager Sonde ;)


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mayday
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 21:16
Das wäre natürlich nur die Austrittsgeschwindigkeit, umso länger das Triebwerk läuft, desto mehr gleicht sich die Geschwindigkeit des Raumschiffes an.


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ShortVisit
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SwingBy Manöver für Raumsonden

14.12.2012 um 22:06
@mayday
mayday schrieb:Das wäre natürlich nur die Austrittsgeschwindigkeit, umso länger das Triebwerk läuft, desto mehr gleicht sich die Geschwindigkeit des Raumschiffes an.
Das kling nach einem weit verbreiteten Missverständnis. Die erreichbare Höchstgeschwindigkeit eines Raumschiffes hängt nicht von der Ausstoß - Geschwindigkeit des Triebwerkes ab, ein Raumschiff mit normalem chemischen Antrieb könnte theoretisch auch sehr nahe an C herankommen, es müsste nur laufend mit Treibstoff nachversorgt werden.

Theoretisch wäre es auch möglich, zum Beispiel auf dem Weg nach Proxima Centauri eine Kette von schwarzen Löchern zu installieren - bei entsprechend korrekt berechneter Bahn könnte ein Raumschiff fast ohne Treibstoff da hinkommen. Und beim Rückflug würde es die schwarzen Löcher sogar wieder in die ursprüngliche Bahn zurückbefördern. Du weißt ja, um von hier dorthin zu kommen ist im Prinzip überhaupt keine Energie nötig, aller Treibstoff wird völlig unnötig verbraten. Ernsthaft. :)


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Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

15.12.2012 um 21:58
@ShortVisit
ich denke schon das das stimmt.
wenn die austrittsgeschwindigkeit des antriebs genauso hoch ist wie die des raumschiffs, dann gibts es keinen schub mehr und die beschleunigung kommt zum erliegen.

wenn man nah an C rankommen will, dann braucht man ein antriebssystem, dass eine höhere austrittsgeschwindigkeit hat, als C. und das gibt es nicht.

mit unseren mittel, selbst mit ionenantrieb, kommt man nicht am swing by vorbei.


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SwingBy Manöver für Raumsonden

15.12.2012 um 22:43
Falls noch jemanden die Sache mit den Swing-Bys interresiert (das Thema ist ja recht schnell OT gegangen...), die Rosetta-Sonde hatte 4 Swing-Bys: Drei an der Erde und einen am Mars. Nur so zu den Themen "wird nur am Jupiter gemacht", "2x der gleiche Planet macht keinen Sinn", etc.


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mayday
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SwingBy Manöver für Raumsonden

16.12.2012 um 01:15
Ja sorry das war ich mit dem Offtopic. Was mich interessieren würde: was hat swingby für Potenzial, ist es vorstellbar mit diesen Mannövern ein mehrfaches an Geschwindigkeit zu holen als bisher es versucht wurde innerhalb unseres Sonnensytems mithilfe der Planeten und wie müssten diese Mannöver dann aussehen? Oder anders; wenn es mit "Swingby" länger dauert um auf Geschwindigkeit zu kommen als z.B. einem Ionenantrieb der kontinuierlich beschleunigen kann (Energie bezieht er, sagen wir mal aus Solarzellen) dann wäre swingby als Fortbewegungsmittel nur aus Kosten/Ressourcengründen sinnvoll für z.B. Sonden oder allg. um innerhalb unsereres Sonnensystems Expiditionen zu unternehmen. Klar gäbe es da noch schwarze Löcher die benutzt werden könnten für Swingby, aber das ist wohl kaum realistisch und ein Wunschgedanke.


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mayday
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SwingBy Manöver für Raumsonden

16.12.2012 um 01:36
Ein anderer Gedanke; angenommen ein Raumschiff wurde mit Hilfe eines Kernfusionsantriebs auf sagen wir mal 50 km/s, das sind 180'000 km/h, beschleunigt. Das wären in etwa 3x mehr als die Voyager Sonde, ich wählte diese Zahl da sie mir nicht unwahrscheinlich erscheint mit einem solchen zukünftigen Antrieb.

Liessen sich dann Swingby Mannöver realistisch noch ausführen ohne dass Crewinsassen dabei drauf gehen oder eine Sonde beschädigt wird? Es ist ja so dass eine Bahn um ein Objekt mit viel Masse berechnet werden muss. Umso höher die Geschwindigkeit, desto höhere werden die Gravitationskräfte bei gleichbleibender Bahn werden, es sei denn man legt eine Bahn die weiter weg von der Masse ist. Weiter weg bedeutet aber eine geringere Gravitation und somit wird weniger Energie auf ein Raumschiff/Sonde übertragen. Es gibt da eine Grenze für uns und das Material bzw. Konstruktion.

Die Bahn die dann so eingeschlagen werden muss um mit Hilfe von Swingby auf mehr speed zu kommen liegt sehr wahrscheinlich nicht genau auf der Strecke die geplant ist für eine Expidition, das heisst man verliert massig Zeit, Zeit in derer man mit einem anderen Antrieb ohne Swingby schneller zum Ziel kommen könnte.


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ShortVisit
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SwingBy Manöver für Raumsonden

16.12.2012 um 06:51
@Malthael
Malthael schrieb:ich denke schon das das stimmt.
wenn die austrittsgeschwindigkeit des antriebs genauso hoch ist wie die des raumschiffs, dann gibts es keinen schub mehr und die beschleunigung kommt zum erliegen.
Das ist glücklicherweise ein Denkfehler. Die Austrittsgeschwindigkeit ist ja jene Geschwindigkeit, mit der sich die Verbrennungsgase relativ zum Raumschiff bewegen. Und diese Geschwindigkeit is unabhängig davon, wie schnell das Raumschiff unterwegs ist. Der Insasse des Raumschiffes kann ja ohne Bezugspunkt (wenn er keine Fenster und keine Aussen - Kamera hat) überhaupt keine Geschwindigkeit feststellen. Absolute Geschwindigkeit gibt es nicht (siehe RT)

@mayday
mayday schrieb:was hat swingby für Potenzial, ist es vorstellbar mit diesen Mannövern ein mehrfaches an Geschwindigkeit zu holen als bisher es versucht wurde innerhalb unseres Sonnensytems mithilfe der Planeten und wie müssten diese Mannöver dann aussehen?
Die erreichbare Geschwindigkeit wäre sehr hoch, aber es würde ungeheuer lang dauern, sie zu erreichen, da das Raumschiff nach jedem swing by Jahre benötigen würde, um den Planeten nochmals im richtigen Winkel anzusteuern (1/2 Umlaufzeit) oder den nächsten zu erreichen.
mayday schrieb:Ein anderer Gedanke; angenommen ein Raumschiff wurde mit Hilfe eines Kernfusionsantriebs auf sagen wir mal 50 km/s, das sind 180'000 km/h, beschleunigt. Das wären in etwa 3x mehr als die Voyager Sonde, ich wählte diese Zahl da sie mir nicht unwahrscheinlich erscheint mit einem solchen zukünftigen Antrieb.

Liessen sich dann Swingby Mannöver realistisch noch ausführen ohne dass Crewinsassen dabei drauf gehen oder eine Sonde beschädigt wird?
Natürlich. Die Insassen sind ja, genau wie dei Sonde selbst, der Gravitation des Planeten ausgesetzt, merken also überhaupt nichts von der Beschleunigung (das ist so wie mit den Insassen der ISS, die werden auch dauernd in Richtung Erdmitelpunkt beschleunigt, sind aber trotzdem innerhalb der ISS "schwerelos"). Und einen Planeten mit hoher Geschwindigkeit anzusteuern ist sogar einfacher als bei niedriger Geschwindigkeit, die Berechnung des Vorhalts und der Sörungen durch andere Schwerkraft - Einflüsse wird auch weniger kritisch. Sa einzige was nicht ratsam wäre, wäre eine swing by - Bahn, die in die unmittelbare Nähe des Ereignishorizontes eines massiven Schwarzen Lochs führte, da der Gradient der Gravitation dort so hoch ist, dass er Kapsel und Insassen zerreißen würde


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Malthael
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SwingBy Manöver für Raumsonden

16.12.2012 um 10:27
Die Austrittsgeschwindigkeit ist ja jene Geschwindigkeit, mit der sich die Verbrennungsgase relativ zum Raumschiff bewegen.Und diese Geschwindigkeit is unabhängig davon, wie schnell das Raumschiff unterwegs ist.
ich glaube du unterliegst hier einem denkfehler.
die austrittsgeschwindigkeit ist nicht relativ.
das ist die geschwindigkeit mit der das Gas das Triebwerk verlässt.
wenn das gas das triebwerk mit einer geschwindigkeit von 1/3 C verlässt, dann kann das raumschiff auch höhstens 1/3 C erreichen, vorrausgesetzt das raumschiff hat keine masse.


der bezug zu etwas, ist in diesem fall irrelevant.


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