שיטות הנעה של חללית

שיטות הנעה של חללית הן שיטות של האצת חלליות מכדור הארץ אל החלל והאצה בחלל עצמו. קיים מגוון גדול של שיטות הנעה, המתאימות לצרכים שונים: מהשלב הראשון של הרמת כלי כבד אל מעבר לאטמוספירה ויציאה מכבידת כדור הארץ או לכניסה למסלול, הדורשת מהירות עצומה, האצת לוויין אל קצוות מערכת השמש, וגם שמירת לוויין במסלול סביב כדור הארץ. רכבי חלל המשוגרים למסלול, שם מאיצים עד להקפה במסלול. שלב זה דורש את מרבית הדלק וכוח הדחף. לשם כך בדרך כלל משמש מנוע דלק נוזלי, ולעיתים מנוע דלק מוצק ואף מנוע המשתמש בחמצן שבאוויר לשלב הראשון (בטיל הפגאסוס וספייס שיפ 1). חלק משיטות ההנעה משמשות גם לפעולה ההפוכה, האטה ונחיתה על גרם שמיים של גשושיות (למשל) . גם בתהליכים אלו משתמשים בשיטות שונות, כיוון שהצרכים שונים, הכלים שונים, המהירויות שונות, ותנאי הכבידה שונים. גם חלליות המתוכננות לביצוע מסעות חלל ארוכים צריכות כוח הנעה. חלליות אלו צריכות להשתגר אל מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ, כפי שעושים בשיגור לוויינים אשר נשארים במסלול הקפה סביבו. למסע בין־כוכבי לכת, חללית חייבת להשתמש במנועיה כדי לעזוב את מסלולו של כדור הארץ. לאחר שעשתה זאת, היא חייבת לעשות בדרך כלשהי את דרכה ליעדה. החלליות הבין־כוכביות בימינו עושות זאת עם סדרה של כוונונים מסלוליים קצרי זמן. בין כוונונים אלו, החללית פשוט נופלת בחופשיות לכיוון מסלולה. הדלק היעיל הפשוט ביותר משמעותו היא לנוע ממסלול מעגלי אחד לאחר עם מעבר המסלול של הוהמן (Hohmann transfer orbit): החללית מתחילה במסלול מעגלי בערך סביב השמש. משך זמן קצר של דחיפה בכיוון של התנועה מאיץ או מאט את החללית למסלול אליפטי סביב השמש שמשיק למסלולה הקודם וגם למסלול של היעד שלה. החללית נופלת בחופשיות לכיוון המסלול האליפטי הזה עד שהיא מגיעה ליעדה, שם משך זמן קצר של דחיפה מאיץ או מאט אותה כדי להתאים אותה למסלול של יעדה. שיטות מיוחדות כמו בלימת אוויר (aerobraking) משמשות לעיתים בכוונוני המסלול האחרונים. למסע בין־כוכבי, היינו, בין מערכות שמש, כמה שיטות הנעה של חלליות כמו מפרשים סולארים מספקות כוח דחף נמוך מאוד, אך בלתי נדלה; רכב בין כוכבי שמשתמש באחת משיטות אלו ילך לאורך מסלול שונה במקצת; או ידחוף בקביעות נגד כיוון התנועה שלו על מנת להפחית את מרחקו מהשמש או לדחוף בקביעות בכיוון התנועה שלו כדי להגדיל את מרחקו מהשמש. מסע בין־כוכבי כזה טרם בוצע, עם זאת, שיטת המפרש הסולארי כן נבדקה, הוּכחה, ונמצאה עובדת. בנוסף לשיטות ההנעה הקיימות ומפותחות במעבדה, קיימות שיטות הנעה אשר הוצעו על בסיס תאוריות פיזיקליות, אך לא נמצא כיצד ליישם אותן בפועל. כאשר לוויין במסלול הרצוי הוא צריך מערכת בקרת מיקום כדי לבצע תיקוני מסלול: הלוויינים מושפעים מחיכוך עם האטמוספירה (שהיא דלילה מאוד בגובה הזה), כך שכדי שיישארו זמן רב במסלול הם צריכים מערכת דחיפה שתפעל מדי פעם ותבצע תיקונים קטנים (מנוע דחף קטן(אנ')). לוויינים צריכים לפעמים לעבור ממסלול אחד למסלול אחר מפעם לפעם (למשל תיקון מסלול), וגם כאשר לוויין מאבד את יכולתו להסדיר את מסלולו, זמן השימוש בו נגמר, וגם זה דורש כוח הנעה. מערכות ההנעה הללו יוצרות דחף קטן והן שונות מאוד מההנעה בזמן השיגור. נוסף להשפעות האטמוספירה, השפעה כבידתית של גופים אחרים משפיעה על המסלול לאורך זמן, ובמסעות בין פלנטריים יש צורך בתיקוני מסלול, שכן הדיוק שניתן להשיג בשיגור מוגבל. בנוסף, לצורך בקרת כיוון משמשים (לרוב) אמצעים מכניים ללא צורך בדלק, אולם אלו מוגבלים במומנט הכוח שיכולים לספק, ומתרחשת בהם סטורציה, לכן נדרש שימוש במנועים על מנת לסייע בבקרת הכיוון, שהיא הכרחית לצורך תקשורת, מערכות סולאריות ולרוב המשימה עצמה (יצוין כי קיימים אמצעים לא מכניים וללא דלק, הנקראים magno-torquers, אולם אלו מסתייעים בשדה המגנטי של כדור הארץ והם לרוב חלשים ביותר. השימוש בהם פחות נפוץ, וקיים למשל בטלסקופים כמו האבל). מנוע יונים בניסוי של נאס"א הדמיית מפרש שמש ברוחב של חצי קילומטר המנועים הרקטיים מסוג Bipropellant rocket של חלליות תוכנית ג'מיני, וחלליות תוכנית אפולו שניים מהמנועים הרקטיים מסוג Bipropellant rocket של (חלליות תוכנית ג'מיני, ו)חלליות תוכנית אפולו, על גוף "העיט", כשברקע הירח מנוע דלק נוזלי הנעה רקטית רב־שלבית מדיה וקבצים בנושא שיטות הנעה של חללית בוויקישיתוף אשכול משגרים, באתר "הידען" תלוי בדרך בה משיג המפרש את האנרגיה – לייזר (פעימה חד פעמית של כמה שניות) או שמש (תלוי באורך המשימה) בהתאמה