Gravitationsschleuder | aus Forum Physik

Gravitationsschleuder

Von: , Frage gestellt am Di, 1. Feb 2005

Hallo,

den Begriff Gravitationsschleuder habe ich schon oft gehört im Zusammengang mit der Beschleunigung von Sonden. Damit eine Sonde auf dem Weg zum Jupiter ordentlich Schwung bekommt, plant man die Flugbahn so, daß sie an der Sonne vorbeiführt und von ihrer Schwerkraft beschleunigt wird.

Kann mir jemand erklären, warum das funktionieren soll? Wenn sich die Sonde nach einem Teilumlauf (zB. um die Sonne) wieder von der Graviationsquelle wegbewegt, wird sie doch wieder gebremst. Sollten sich die positive und negative Beschleunigung (bei Darauf-zu- und Davon-weg-fliegen) nicht genau ausgleichen?

Vielleicht stehe ich auf dem Schlauch und brauche nur einen kleinen Schubs. Oder bin ich einer falschen "populärwissenschaftlichen" Darstellung in den Medien erlegen?

Danke schonmal für Eure Hilfe sagt

Jochen

15 Antworten zu dieser Frage

Antwort von nach einer Stunde 0 hilfreich

Re: Gravitationsschleuder

Auch hallo.

Mangels Formeln muss ich das jetzt leider etwas allgemeiner versuchen zu erklären:
wer im Weltall ein Objekt bewegen will muss nur dessen Trägheit überwinden. Solange kein Widerstand vorhanden ist wird sich dieses dann mit konstanter Geschwindigkeit in die gegebene Richtung bewegen.
***bitte übersehen, da redundant***Bei der Annäherung an die Sonne kommt also die Masse der Sonne als Faktor ins Spiel und wirkt auf die Sonde dementsprechend 'anziehend'. Mit der Folge, dass die Sonde beschleunigt und in eine andere Richtung abgelenkt wird. Da die Fliehkraft der Sonde aber höher ist als die Anziehungskraft der Sonne kann erstere aus der Umlaufbahn der Sonne entkommen und dann mit höherer Geeschwindigkeit als vorher weiterfliegen. Was mangels Bremsmöglichkeiten ***ab hier weiterlesen***

Rein naiv betrachtet kommt es durch die Masse der Sonne durchaus zu einem Bremseffekt, der aber geringer ausfällt als die Fliehkraft des Flugobjekts. Z.B. kann man auf der Erde ja auch in die Höhe springen und klebt nicht am Boden.

HTH
mfg M.L.

Antwort von nach einer Stunde 1 hilfreich

Re: Gravitationsschleuder

Hallo,

da hast Du "im Prinzip" schon recht. Eine Sonde wird bei der Annäherung beschleunigt, und bei der Wegbewegung wieder genauso stark verlangsamt.

Aber: Das gilt "aus der Sicht" des Planeten. Der Planet, z.B. Jupiter, hat jedoch eine Eigenbewegung. Von dieser klaut man sich ein Stück. Das ist, wie wenn ein Gummiball von einem fahrenden Zug zurückfedert. So funktionieren auch die Swing-By-Manöver.

Gruß
Moriarty

Antwort von nach einer Stunde 0 hilfreich

Re^2: Gravitationsschleuder

Das ging ja schnell... 8-)

Danke erstmal, aber leider verstehe ich das immer noch nicht. Aber: Das gilt "aus der Sicht" des Planeten. Der Planet, z.B.
Jupiter, hat jedoch eine Eigenbewegung. Von dieser klaut man
sich ein Stück.
Holt sich der Planet beim Entfernen der Sonde genau dieses Stück Eigenbewegung nicht wieder zurück? Das ist, wie wenn ein Gummiball von einem
fahrenden Zug zurückfedert.
Hmm, hier sind Ball und Zug aber durch die Schwerkraft mit einer Art "Gummiseil" verbunden (das allerdings umso schwächer zieht, je mehr man es dehnt).Fliegt der Ball aus einer Ausgangslage mit einem Impuls gegen den Zug, wird er in Fahrtrichtung des Zuges beschleunigt. ... ratter ratter ...

Ähm, kann es sein, dass der Trick dabei liegt, dass die Sonde den Planeten "von hinten" anfliegt, also mit geringer Relativgeschwindigkeit und der Planet dadurch lange Zeit hat, die Sonde zu beschleunigen, und dass die Sonde, nachdem die "vor" dem Planeten vorbeigeschleudert wurde, mit höherer Relativgeschwindigkeit vom Planet wegbewegt, wodurch dieser weniger Zeit hat, die Sonde abzubremsen?

Ist das so? Kann man das mehr oder weniger einfach ausrechnen (-> wie stehen die Integrale der Relativgeschwindigkeiten über der Anflug- und Abflugphase zueinander)? So funktionieren auch die
Swing-By-Manöver.
Wobei?

Grüße,
Jochen

Antwort von nach 2 Stunden 4 hilfreich

Re: Gravitationsschleuder

Hallo, Kann mir jemand erklären, warum das funktionieren soll? Wenn
sich die Sonde nach einem Teilumlauf (zB. um die Sonne) wieder
von der Graviationsquelle wegbewegt, wird sie doch wieder
gebremst. Sollten sich die positive und negative
Beschleunigung (bei Darauf-zu- und Davon-weg-fliegen) nicht
genau ausgleichen?
Stände der Planet still, dann ja. Aber du vergisst, dass sich der
Planet in der Zwischenzeit weiter bewegt hat. Beim Wegfliegen der
Sonde ist der Planet also weiter von der Sonde entfernt, als beim
Hinfliegen. Daher ist die Gravitationskraft (und damit die bremsende
Kraft) beim Wegfliegen geringer, und diese Differenz führt insgesamt
dazu, dass die Sonde beschleunigt wird. Sie "klaut" sich sozusagen
Impuls vom Planeten.

  Planetenbahn                        Planetnbahn
__                                   __    
|\                                   |\     
\                                    \    
\                                    \   
\                                    \  
\                                    \,..,
\                                   /****\
\                                 |Planet|
\                                 \****/ 
\                  __              `'-`                __
,..,               /|                 ,                /|
/****\             / |                 |               / |
|Planet|          .                      ,            .  
\****/         .                        |          .  
`'-`         '                         |       ***  
\       `                            \     * S * 
|     `                              |      ***  
| , `                                | , `      
*** _ -'                                 _ -'          
- - -* S *   |                       - - - - '    |          
***    |                                    |          
\                                    \
Sonde                                               Sonde
im Hinflug                                          im Wegflug

Wie du hier auf dieser "Grafik" siehst, bewegt sich der Planet weiter,
während die Sonde an ihm vorbeifliegt. Dabei hat sie beim Wegflug
einen größeren Abstand zum Planeten:

mfg
deconstruct

Antwort von nach 2 Stunden 0 hilfreich

Re^2: Super Grafik! und Danke! (owT)

Gruß
Jochen
Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

Re^2: Gravitationsschleuder

Hi.
im Wie du hier auf dieser "Grafik" siehst, bewegt sich der Planet
weiter,
während die Sonde an ihm vorbeifliegt. Dabei hat sie beim
Wegflug
einen größeren Abstand zum Planeten:
Der Abstand muss in beiden Fällen gleich sein, weil das Manöver aus der Sicht des Planeten symmetrisch ist.

Gruß
Oliver
- Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich
  
  Re^3: Gravitationsschleuder
  
  Hallo, Der Abstand muss in beiden Fällen gleich sein, weil das
  Manöver aus der Sicht des Planeten symmetrisch ist.
  Versteh ich nicht. Der Planet bewegt sich ja. Bliebe der Abstand Planet-Sonde gleich, dann muss der Planet ja exakt der Bewegung des Planeten folgen. Dies ist aber doch wohl kaum so, da die Sonde ja auch einen Impuls mitbringt. Oder wie meinst du das?
  
  mfg
  deconstruct
  - Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich
    
    Re^4: Gravitationsschleuder
    
    Hallo, Der Planet bewegt sich ja. Bliebe der
    Abstand Planet-Sonde gleich, dann muss der Planet ja exakt der
    Bewegung des Planeten folgen. Dies ist aber doch wohl kaum so,
    da die Sonde ja auch einen Impuls mitbringt. Oder wie meinst
    du das?
    Ich meine folgendes:
    Aus der Sicht des Planeten ist die Bahn der Sonde ja eine symmetrische Hyperbel um den Planeten, d.h. wenn man den Zeitpunkt mit dem minimalsten Abstand als t=0 setzt, so ist der Abstand Sonde-Planet zu den Zeiten t und -t gleich. Wenn man schließlich die Bahn zurück ins Bezugsystem der Sonne transformiert, ändert sich an dieser Tatsache natürlich nichts.
    
    Der Swing-by-Effekt "entsteht" erst nach der Transformation: denn erst wenn man zu der Geschwindigkeit v_sonde und v'_sonde die Geschwindigkeit v_planet dazuaddiert, ergibt sich, dass die Resultierende aufgrund der unterschiedlichen Richtungen von v_sonde und v'_sonde unterschiedliche Beträge hat.
    
    Siehe auch das Analogogen "Ball gegen LKW" im Thread weiter oben.
    
    Gruß
    Oliver

Antwort von nach 2 Stunden 1 hilfreich

Re: Gravitationsschleuder

Hallo Jochen, Sollten sich die positive und negative
Beschleunigung (bei Darauf-zu- und Davon-weg-fliegen) nicht
genau ausgleichen?
das täte es, wenn der Planet still stünde (bezogen auf die Sonde).
Da sich der Planet aber nach dem swingby von der Sonde wegbewegt, wird dessen Gravitationswirkung entsprechend kleiner (=Bremswirkung). Die Different 'gewinnt' die Sonde.

Gandalf

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