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.

שיטות הנעה
 דרך מתקף סגולי (שניות) דחף (ניוטון) משך זמן הפעלה דוגמה לשימוש שיטות הנעה קיימות מנוע דלק מוצק 100–400 103- 107 דקותשיגור משגר מכדור הארץ, שימוש כמאיץ טיל היברידי 150–420 דקות Monopropellant rocket  100–300 0.1–100 אלפיות השנייה - דקותמערכות תמרון ושימושים נוספים הדורשים הפעלות מהירות ומדויקות מנוע דלק נוזלי 100–400 0.1–107 דקות מודולות הנחתה על ירח, משגרי לוויינים וחלליות Tripropellant rocket  250–450 דקות Dual mode propulsion rocket  Air-augmented rocket  500–600 שניות-דקות Liquid air cycle engine  450 שניות-דקות Resistojet rocket  200–600 10-2–10 דקות Arcjet rocket  400–1,600 10-2–10 דקות מדחף אפקט הול (HET) 800–5,000 10-3–10 חודשים מנוע יונים 1,500–8,000 10-3–10 חודשיםטיסות בין כוכבי לכת, לוויני תקשורת גיאוסינכרוניים Field Emission Electric Propulsion  (FEEP) 10,000–13,000 10-6–10-3 שבועותמדחף מגנטו־פלזמי דינמי 2,000–10,000 100 שבועות Pulsed plasma thruster  (PPT) Pulsed inductive thruster  (PIT) 5,000 20 חודשיםרקטת מגנטו־פלזמה בעלת מתקף סגולי משתנה 1,000–30,000 40–1,200 ימים- חודשים Solar thermal rocket  Nuclear thermal rocket  900 105 דקות Nuclear electric rocket  As electric propulsion method used מפרשים סולאריים לא זמין 9 עבור קילומטר רבוע (במרחק של 1 יחידה אסטרונומית מהשמש) שניות-שניםטיסה לכוכב אחר (טרם בוצע מעולם) Mass drivers  לא זמין לא מוגדר שניות Tether propulsion  לא זמין 1–1012 דקות טכנולוגיות עתידיות הנמצאות בפיתוח במעבדה  מפרש מגנטי  לא זמין לא מוגדר לא מוגדר Mini-magnetospheric plasma propulsion  לא זמין לא מוגדר לא מוגדר Gaseous fission reactor  1,000–2,000 103-106 Nuclear pulse propulsion  (Orion drive) 2,000–100,000 109-1012 חצי שעהProject Longshot  כדרך הגעה לאלפא קנטאורי B Antimatter catalyzed nuclear pulse propulsion  2,000–40,000 ימים-שבועות Nuclear salt-water rocket  10,000 103–107 חצי שעה Beam-powered propulsion  As propulsion method powered by beam Nuclear photonic rocket  5x106 1–105 שנים אפקט ביפלד-בראון (ראו גם ליפטר) לא זמין 0.01–1 (כעת) שבועות, אולי אף חודשים

מערכות הנעה במסע בין כוכבי לכת שונים ובין מערכות שמש 
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.

שיטות הנעה ספקולטיביות
שמאל|ממוזער|250px|הדמיה של מעבר דרך חור תולעת
בנוסף לשיטות ההנעה הקיימות ומפותחות במעבדה, קיימות שיטות הנעה אשר הוצעו על בסיס תאוריות פיזיקליות, אך לא נמצא כיצד ליישם אותן בפועל.
 שיטות המנצלות תופעות מוכרות בפיזיקה טיל היתוך גרעיני  מגח בוסארד Antimatter rocket  Redshift rocket Black hole starship  שיטות המנצלות עיקרון ספקולטיבי בפיזיקהAlcubierre drive (Warp drive) חורי תולעת Differential sail  Disjunction drive  Diametric drive Pitch drive Bias drive  מכונת זמן

הנעת לוויין בחלל
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 ). 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).

גלריית תמונות

ראו גם
מנוע דלק נוזלי
הנעה רקטית רב־שלבית

קישורים חיצוניים



הערות שוליים

*
קטגוריה:חלליות
קטגוריה:משגרי לוויינים וחלליות