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Physinetz
Anmeldungsdatum: 20.09.2006
Beiträge: 317
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 Physinetz Verfasst am: 16. Feb 2011 13:44 Titel: Allgemeine Fragen zum Swing-By-Verfahren (Gravity-Assist) |
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Hallo,
bin gerade dabei ein bisschen ein Buch durchzuackern über Raumfahrt, und bin beim Swing-By Verfahren auf folgendes Problem gestoßen.
Habe mal ein paar Seiten aus dem Buch als Anhang hochgeladen wo das Verfahren erläutert wird. Auf die Seiten nehme ich Bezug.
1.) Wenn die Geschwindigkeiten beim Eintritt und Austritt in das Gravitationsfeld des Planeten gleich ist, wieso ändert der Körper dann insgesamt seine Energie? (siehe S.161 oben)
Liegt das daran, dass man das ganze im heliozentrischen System und einmal im planetenfesten Koordinatensystem betrachtet? Aber selbst dann leuchtet es mir nicht wirklich ein.
Habe nur irgendwo etwas gelesen, dass der Planet beim Swing By Verfahren Energie verliert, die dann der Körper erhält (klingt auch logisch). Aber wieso sind dann die Geschwindigkeiten gleich?
2) Weiterhin heißt es auf S.163, dass der maximale Energiegewinn für den Winkel ß=120° und x=1 sei. Ok, aber wieso ist dann nicht gleich die Austrittsgeschwindigkeit automatisch maximal?
Auf Seite 165 (4.1.2.7) heißt es, dass die Geschwindigkeit maximal wird, wenn der Körper mit dem Planeten nach Austritt parallel fliegt und der Abstand vom Planeten beim Swing By (r-peri) sehr klein gewählt werden muss?
Dachte die Geschwindigkeit wird automatisch maximal wenn ß=120° und x=1 ist.
3) Wann wird denn nun insgesamt die Geschwindigkeit maximiert?
Wenn man einen Planeten mit
hoher Geschwindigkeit hat
große Anziehungskraft des Planeten
Dicht am Planeten vorbeifliegt
ß=120° ist
man nach Austritt parallel zum Planeten fliegt ?
Herrscht grad bei mir mit den Energien und Geschwindigkeiten große Verwirrung.
Hoffe jemand macht sich die Mühe und hilft mir
Vielen Dank sagt Physinetz
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 16. Feb 2011 18:09 Titel: |
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Ganz kurz gesagt: Ich würde weniger davon sprechen, dass der Satellit bei so einem Manöver Energie gewinnt.
Denn im Grunde genommen ist das ja nur ein Umlenken der Geschwindigkeit des Satelliten aus einer eher kreisförmigen Umlaufbahn in eine Richtung mit deutlicher Komponente senkrecht dazu.
Wenn man diese senkrechte Geschwindigkeitskomponente, die man ja braucht, um zu anderen Planetenzu gelangen, durch Triebwerksbeschleunigung erzeugen müsste, dann würde das heftig Energie kosten. Beim Umlenken per Swing-by braucht man dafür jedoch keine Energie aufzuwenden.
So gesehen spart das Ausnutzen von Swing-Bys natürlich enorm Treibstoff, aber nur durch Umlenkeffekte, nicht durch Energiegewinn im Sinn von Vergrößerung des Geschwindigkeitsbetrages des Satelliten.
Hilft so etwas schon mal in aller Kürze weiter?
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041
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| DrStupid Verfasst am: 16. Feb 2011 20:37 Titel: Re: Allgemeine Fragen zum Swing-By-Verfahren (Gravity-Assist |
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| Physinetz hat Folgendes geschrieben: | | Wenn die Geschwindigkeiten beim Eintritt und Austritt in das Gravitationsfeld des Planeten gleich ist, wieso ändert der Körper dann insgesamt seine Energie? |
Wie Du schon richtig vermutet hast, ist das eine Frage des Bezugssystems. Die Energieänderung tritt im Ruhesystem der Sonne auf. Es handelt sich im Grunde um einen elastischen Stoß, bei dem Energie und Impuls zwischen Planeten und Satellit ausgetauscht wird. Der Witz ist der, dass sich die Geschwindigkeit des Planeten im Ruhesystem der Sonne zu der des Satelliten im Ruhesystem des Planeten addiert. Je nachdem, in welchem Winkel der Satellit den Planeten anfliegt und wieder verläßt, wird er dadurch entweder schneller, langsamer oder nur ohne Änderung seiner Bahngeschwindigkeit umgelenkt.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 17. Feb 2011 00:18 Titel: |
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Oh, stimmt, da habe ich und zum Teil auch Physinetz also nur im mit dem Planeten mitbewegten Bezugssystem überlegt.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 24. Sep 2019 23:10 Titel: |
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Ich möchte das hier nochmal ausgraben weil ich mir auch darüber Gedanken gemacht habe und das mit dem Bezugssystem macht ja auch Sinn.
Dennoch ändert sich doch die Energie des Satteliten wenn er beschleunigt wird, jetzt frage ich mich wo diese Energie denn abgezogen wird. Verringert sich dadurch die Schwerkraft des Planeten, seine Masse oder irgendwo muss es ja herkommen denn in dem Sateliten ist nach dem Swing by ja mehr Bewegungsenergie gespeichert als vorher.
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Nescio
Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279
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| Nescio Verfasst am: 25. Sep 2019 01:44 Titel: |
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Die Energie welche der Satellit gewinnt kommt aus der kinetischen Energie des Planeten, d.h. der Planet bewegt sich danach langsamer um die Sonne als vorher.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 25. Sep 2019 01:54 Titel: |
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Ok mal sehen ob ich das richtig verstehe, lassen wir mal alles weg ausser der Sonne und dem Sateliten.
Wenn ich jetzt aus 1 Mio Entfernung komme werde ich von der Sonne angezogen und beschleunige, dann mache ich ein Swing by um die Sonne rum und wen nich mich jetzt wieder auf 1 Mio entferne bin ich dann genausoschnell wie vorher und habe nur meine Richtung geändert?
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Nescio
Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279
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| Nescio Verfasst am: 25. Sep 2019 03:02 Titel: |
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Nein, es kommt auf das Bezugssystem an. Die Sonne ist aber ein schlechtes Beispiel, denn ein swing-by bei der Sonne bringt dir nur was für interstellare Reisen, dabei sind aber ohnehin viel größere Geschwindigkeiten nötigt. Mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung der Orbitalgeschwindigkeit der Sonne würde die Reise Millionen von Jahren dauern. Bleib mal lieber bei dem Planeten.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 25. Sep 2019 03:35 Titel: |
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Nein, ich meine wirklich nur die Sonne als Bezug oder irgendetwas was meinen Satelit anzieht, n Planet, schwarzes Loch, ganz egal nur sonst nichts mehr, die Sonne bewegt sich auch nicht die sitzt da nur rum. Dennoch wäre ja ein Swing by möglich und ich Frage mich ob ma dann auch noch Energie hinzugewinnt, kann ja eigentlich nicht so sein.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18021
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| TomS Verfasst am: 25. Sep 2019 09:28 Titel: |
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Warum sprichst du hier von Swing-By? Von Swing-By spricht man bei der Bahnänderung einer Sonde bzgl. des sonnenfesten Systems an einem Planeten; der Fall trifft hier schlichtweg nicht zu.
Betrachte das als ganz normale Streuung im 1/r-Feld mit hyperbolischer Bahn. Welche Bahnänderung der Sonde / Rakete / ... du beobachtest, hängt vom gewählten Bezugsystem ab.
Die Gesamtenergie ist natürlich erhalten, die einzelnen Energien der beteiligten Objekte nicht. Deren Energien hängen außerdem wiederum vom Bezugssystem ab.
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 25. Sep 2019 14:45 Titel: |
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Das wollte ich ja nur wissen, Swing by an einem Planten im Sonnensystem bremst diesen also ab um die Sonde zu beschleunigen.
Und in einem teorethischen System mit nur einer großen Masse und der Sonde würde man zwar auch beschleunigt aber nachdem Swing auch wieder soweit gebremst das man am Ende nichts dazugewonnen und nur seine Richtung geändert hat, ist doch so richtig oder? Wenn ja dann danke alles erledigt 
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Nescio
Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279
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| Nescio Verfasst am: 25. Sep 2019 15:48 Titel: |
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| Schmu hat Folgendes geschrieben: |
Und in einem teorethischen System mit nur einer großen Masse und der Sonde würde man zwar auch beschleunigt aber nachdem Swing auch wieder soweit gebremst das man am Ende nichts dazugewonnen und nur seine Richtung geändert hat, ist doch so richtig oder? |
Nein, das ist so nicht richtig, weil du wieder das Bezugssystem vergessen hast. Nur im Ruhesystem des Planeten ist Endgeschwindigkeit der Sonde gleich der Anfangsgeschwindigkeit. In einem Bezugssystem welches relativ zum Planeten bewegt ist gilt das nicht. Auch nicht wenn die Sonde und der Planet die einzigen Objekte im Universum sind.
Im Grunde ist das Ganze nur ein ideal elastischer Stoß. Stell dir du wirfst einen Ball frontal gegen einen ankommenden Bus. Der Ball hat relativ zu dir und der Straße eine Geschwindigkeit von 2 m/s. Der Bus hat relativ zur Straße eine Geschwindigkeit von -3 m/s. Aus Sicht des Busfahrers kommt der Ball also mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s angeflogen. Der Ball prallt ab und entfernt sich vom Busfahrer mit -5 m/s, da der Stoß ideal elastisch ist und die Masse des Buses sehr viel größer als die des Balles ist. Aus deiner Sicht prallt der Ball dann mit einer Geschwindigkeit von -8 m/s ab.
Aus Sicht des Busfahrers hat der Ball vor dem Stoß und nach dem Stoß den gleichen Geschwindigkeitsbetrag, aber aus deiner Sicht nicht.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 25. Sep 2019 16:43 Titel: |
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| Nescio hat Folgendes geschrieben: |
Nein, das ist so nicht richtig, weil du wieder das Bezugssystem vergessen hast. Nur im Ruhesystem des Planeten ist Endgeschwindigkeit der Sonde gleich der Anfangsgeschwindigkeit. In einem Bezugssystem welches relativ zum Planeten bewegt ist gilt das nicht. Auch nicht wenn die Sonde und der Planet die einzigen Objekte im Universum sind.
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Also Ja, wenn der Planet sich nicht bewegt kann er auch keine Bewegungsenergie an die Sonde abgeben dennoch würde die Schwerkraft auf die Sonde einwirken und sie beeinflussen nur am Ende kommt kein Plus heraus und das Manöver wäre in dem Sinne nutzlos. So einen Planeten gibt es nicht ist mir schon klar wegen dem Bezugssystem bewegt der sich immer irgendwo aber theoretisch halt.
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Nescio
Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279
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| Nescio Verfasst am: 25. Sep 2019 17:02 Titel: |
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| Schmu hat Folgendes geschrieben: | | So einen Planeten gibt es nicht ist mir schon klar wegen dem Bezugssystem bewegt der sich immer irgendwo |
Ja, und deshalb ist das Manöver alles andere als nutzlos. Es kommt darauf an gegen welches Bezugssystem bzw gegen welches dritte Objekt du deine Geschwindigkeit erhöhen/verringern willst. Ob das Manöver nutzlos ist oder nicht hängt von deinem Ziel ab. Dass die Sonde im Ruhesystem des Planeten keine Geschwindigkeit gewinnt ist trivialerweise immer erfüllt und sagt überhaupt nichts darüber aus ob das Manöver einen Nutzen bringt.
Die Voyager-Sonden wurden mithilfe von Swing-by-Manövern aus dem Sonnensystem geschleudert. Ohne diese Manöver hätten die Sonden nicht genug Geschwindigkeit gehabt um das Sonnensystem zu verlassen. Für jedes dieser Manöver gilt, dass im Bezugssystem des jeweiligen Planeten die Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeiten der Sonde gleich groß sind.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 26. Sep 2019 20:59 Titel: |
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Sorry ich nochmal Aus aktuellem Anlass, also wenn 2I/Borisov unser Sonnensystem durchfliegt und sich dabei an der Sonne beschleunigt kommt diese Energie aus der Bewegung unserer Sonne bzw Sonnensystems um das Zentrum der Galaxie und dieses verlangsamt sich?!
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Nescio
Anmeldungsdatum: 05.12.2015
Beiträge: 279
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| Nescio Verfasst am: 27. Sep 2019 01:19 Titel: |
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Ja. Ob der Komet dabei relativ zum Galaktischen Zentrum beschleunigt oder verlangsamt wird hängt davon ab, in welcher Richtung er an der Sonne vorbeifliegt. Der Effekt auf die Sonne wird aber unmessbar klein sein.
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Schmu
Gast
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| Schmu Verfasst am: 27. Sep 2019 21:16 Titel: |
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Alles klar ich denke dann hab ich jetzt Sinn und Funktionsweise des Swing by Manövers begriffen, Dank an alle Beteiligten.
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