فعاليه تشغيل المركبه الفضائيه

المتطلبات[عدل]

معلومات إضافية: سرعة الإفلات
يجب إطلاق الأقمار الاصطناعية للمدار وفي حال وصولها يجب أن تأخذ مكانها في المدار الاسمي. للمرة الأولى في المدار المرغوب فهي تحتاج غالباً شكل من أشكال التحكم لذلك فهي تصحح الحدود المتعلقة بالأرض والشمس ومن بعض الفوائد المحتملة للأجسام الفلكية^[1] فهي أيضا عرضة لجذب الأجسام الفلكية من الغلاف الجوي الرقيق لذا لكي تبقى في المدار لفترة زمنية طويلة فبعض أشكال الدفع قد تكون ضرورية من حين لأخر لإنجاز تصحيحات صغيرة في محطة المناورات المدارية^[2] فالعديد من الأقمار الاصطناعية تحتاج للتحرك من مدار إلى آخر ومن حين إلى آخر وهذا أيضا يتطلب دفع حياة القمر الاصطناعي مفيدة بشكل كبير فهي تستنفذ قدرتها لتصحيح مدارها.^[3] المركبة الفضائية مصممة للسفر المتواصل وهي في حاجة أيضاً لطرائق الدفع فهي بحاجة لمغادرة الغلاف الجوي للأرض كما هو الحال في الأقمار الاصطناعية وحال وصولها هناك فهي بحاجة لمغادرة المدار والتحرك حوله للسفر بين الكواكب. يجب على المركبة الفضائية استخدام محركاتها لمغادرة مدار الأرض وبمجرد حدوث ذلك يجب عليها ان تذهب بطريقة ما إلى وجهتها. فالمركبة الفضائية من بين الكواكب الحالية تفعل هذا مع سلسلة من التعديلات ذات المدى القصير.^[4] ومن بين هذه التعديلات تسقط المركبة الفضائية ببساطة وبحرية على طول مسارها أكثر الوقود كفاءة تعني الانتقال من مدار دائري واحد إلى آخر مع نقل مدارهما وهو أنه تبدأ المركبة الفضائية في مدار دائري تقريبا حول الشمس فترة قصيرة من قوة الدفع في اتجاه الحركة تسرع أو تتباطأ في مركبة فضائية في مدار بيضاوي الشكل حول الشمس والتي تكون عرضية لمدارها السابق وأيضا إلى جهتها وتندرج المركبة الفضائية بحرية على طول هذا المدار البيضاوي الشكل حتى تصل إلى وجهتها وفترة أخرى قصيرة من التوجه حيث تسرع أو تتباطأ لتطابق المدار من جهتها^[5] وهناك طرق خاصة مثل تخفيض السرعة بالكبح أو الإلتقاط الجوي تستخدم في بعض الأحيان لضبط المدار النهائي.^[6]

رسم خيالي لفكرة "شراع الشمس".

بعض طرق دفع المركبات الفضائية مثل الأشرعة الشمسية توفر زخما منخفضا جدا ولكن لا ينضب^[7]. إن استخدام المركبة لأحد هذه الأساليب سيجعلها تتبع مسارا آخر نوعا ما، إما ستدفع باستمرار ضد اتجاه الحركة من أجل تقليل المسافة التي تفصلها عن الشمس أو تدفع باستمرار في نفس اتجاه الحركة لزيادة المسافة التي تفصلها عن الشمس. هذا المفهوم اختبر بشكل ناجح من قبل اليابانيين IKAROS. الشراع الشمسي للمراكب الفضائية
تحتاج السفن الفضائية التي تُستخدَم في السفر بين النجوم أيضاً إلى أساليب معينة لإطلاقها ولم يتم حتى الآن بناء مثل هذه السفن ولكن تمت دراسة العديد من التصاميم وحيث أن المسافات بين النجوم هائلة فإننا نحتاج لسرعات عالية لإرسال سفينة فضائية باتجاه ما في فترة زمنية معقولة نسبياً ويعتبر الحصول على سرعات كهذه عند إطلاق تلك السفن وإنقاصها عند الهبوط تحدٍ كبير لمصممي السفن الفضائية.^[8]

الفاعلية[عدل]

في الفضاء، الهدف من نظام الدفع هو تغيير سرعة المركبة الفضائية. ولأن هذا يعد أكثر صعوبة على المركبات الفضائية الأكبر حجماً، قام المصممون بمناقشة زخم الحركة أو كمية الحركة، mv، بشكل عام. وتسمى كمية التغير في كمية الحركة بالدفع.^[9] إذاً فالهدف من نظام الدفع في الفضاء هو تكوين الدفع.
عند إطلاق مركبة الفضاء من الأرض، يجب على نظام الدفع أن يتغلب على أعلى تأثير للجاذبية لينتج بذلك صافي التسارع الإيجابي.^[10] في مسار الفلك، أي زيادة في الدفع، حتى لو كانت طفيفة، سينتج عنها تغير في ذلك المسار.
يطلق على معدل التغير في السرعة التسارع فيما يطلق على معدل التغير في الدفع القوة. وللوصول للسرعة المعطاه فيمكن للمرء تقديم تسارع صغير ينتهي بعد فتره زمنية طويله أو يمكنه تقديم تسارع كبير تنتهي بعد فتره زمنية قصيرة. وبنفس الطريقة يستطيع المرء تحقيق الدفع المعطى مع قوة كبيرة تنتهي بفترة قصيرة أو قوة صغيرة تنتهي بعد فترة طويلة. وينتج من هذا التسارع مناورة في الفضاء وطريقة الدفع التي تنتج تسارعات دقيقة ولكنها تستمر لفترة زمنية طويلة تستطيع إنتاج نفس الدقة كما في طريقة الدفع والتي تنتج تسارعات كبيره لمدة قصيرة فعندما يتم الإطلاق من الكوكب لا تستطيع التسارعات الدقيقة التغلب على قوة جاذبية الكوكب وبالتالي لا يمكن استخدمها.
سطح الأرض يقع عميقا إلى حد ما في بئر الجاذبية. سرعة الإنفلات التي تحتاجها للخروج منها هي 11.2كيلومتر في الثانية. ولقد، تطور البشر في مجال الجاذبية ذات الـ ون-جيي لكل متر واحد في الثانية تربيع، فإن نظام الدفع المثالي سيكون من النوع الذي يمنح تسارعاً مستمراً لـ ون-جيي (أن جسم الإنسان قادر على تحمل تسارعات أكبر في فترات قصيرة). الركاب في الصاروخ أو السفينة الفضائية، ذات نظام دفع مثل الذي ذكر، لن يضرهم أثار السقوط الحر، مثل الغثيان، ضعف العضلات، قلة في حاسة الطعم، أو تسرب الكالسيوم من عظامهم.
قانون المحافظة على الزخم يعني: تغيير زخم السفينة الفضائية باستخدام منهج الدفع، يجب أن تغير زخم شيء أخر في نفس الوقت.قليل من التصميمات تستخدم أشياء مثل النطاق الكهربائي أو ضغط الضوء لتغيير زخم السفينة الفضائية، ولكن في مساحة خالية يجب على الصاروخ أن يأتي ببعض الكتلة لتتسارع بعيدا من أجل دفع نفسه إلى الأمام. هذه الكتلة تسمى الكتلة التفاعلية.^[10]
ليعمل الصاروخ يحتاج إلى شيئان، وهما بالترتيب: كتلة ردة الفعل والطاقة. يتأهب الدافع ويقوم بإطلاق جسيم من كتلة ردة الفعل m في سرعة v لتعطي mv. لكن هذه الجسيمات تتضمن الطاقة الناشطة أو الحركية mv²/2 والتي من المفترض أن تأتي من مكان ما. في حالة الصلب والسائل أو هجين الصاروخ، يتم حرق الوقود لتوفير الطاقة، ويُسمح لمنتجات التفاعل بالتدفق في الخلف لتوفير رد الفعل المتكتل. أما دافع الأيون فيستخدم الكهرباء لتسريع الأيونات من الخلف. هنا بعض المصادر الأخرى لتوفير الطاقة الكهربائية (لعل منها؛ الكسوف أو المفاعل النووي)، في حين أن الأيونات توفر كتلة رد الفعل^[10]
عند مناقشة فعالية نظام قوة الدفع غالباً المصممين يركزون بفاعلية على ردة فعل الكتلة يجب أن يتم التفاعل الجماهيري جنبا إلى جنب مع الصواريخ ويستهلك عند استخدامها يجب القيام برّدة فعل الكتلة جنبا إلى جنب مع الصواريخ ويستهلك بشكل نهائي عند استخدامها وهناك طريقة واحدة لقياس كمية الاندفاع التي يمكن الحصول عليها من مقدار ثابت من ردة فعل الكتلة هوا الدافع محددة لكل وحدة وزن على الأرض (المعين عادة من قبل) وكل وحدة لهذه القيمة هي الثواني لأن الوزن على الأرض من ردة فعل الكتلة غالباً ما تكون غير هامة عند مناقشة المركبات في الفضاء ويمكن أيضا أن يتم مناقشة دفعة محددة من حيث الدافع لكل وحدة من الكتلة وهذا شكل بديل من دفعة محددة يستخدم نفس وحدات السرعة (على سبيل المثال م / ث) وفي واقع الأمر هو مساو لسرعة العادم الفعالة للمحرك (المسمى عادة) مشوش وتسمى في بعض الأحيان على حد سواء القيم دفعة محددة القيمتين تختلف بمعامل. G_n وتسارع المعيار بسبب الجاذبية 9.80665 م / ث² (I_spg_n=v).
الصاروخ ذو سرعة عادم عالية لديه القدرة على تحقيق نفس الدفعه بردة فعل أقل عموماً الطاقة اللازمة لهذا الدفع تتناسب مع سرعة العادم و لذا فإن المحركات ذات الكفاءة تحتاج لطاقة أكثر بكثير و تكون عادةً ذات كفاءة أقل في استخدام الطاقة و تكون هذه مشكله اذا كان المحرك يستخدم لمد مقدار كبير من الدفع. لتوليد المقدار الكبير من الدفع خلال ثانية يجب استخدام مقدار كبير من الطاقة خلال ثانية لذلك فإن المحركات ذات كفاءة الدفع العالية تحتاج مقدار ضخم من الطاقة قي الثانية لانتاج دفع عالي ونتيجة لذلك فإن معظم تلك المحركات تصمم لتزويد مقدار اقل من الدفع بسبب عدم توفر مقدار عالي من الطاقة.