Космические двигатели часть 1

Маневровые и реакционные двигатели (переведено Numinos_X «gurps Space»)


Маневровый двигатель используются для движения корабля в „нормальном” пространстве, изменяя его скорость и направление, и более-менее подчиняющийся известным законам физики в части закона сохранения импульса и противодействии сил друг другу. Диапазон подобных двигателей начинается от реалистичных реактивных систем типа ракет и продолжается вплоть до сверхнаучных (superscience) двигателей, которые хоть и могут внешне нарушать некоторые физические законы, но все еще ограничены скоростью света.
Когда целостность маневрового двигателя падает до нуля, то целостность начинает отображаться как 0/экспонента или 0/ число пи. При этом корабль начинает маневрировать так, как будто двигатель цел или даже быстрее чем раньше. Спустя пару секунд, когда двигатель начинает восстанавливаться, то всё нормализуется.
Космические двигатели часть 1
Маневровый двигатель использовался, к примеру, на Джемини-4(справа).

Реакционный двигатель подчиняется (и использует) Третий закон Ньютона, который гласит, что импульс системы всегда неизменен, если только на систему не действуют внешние силы.
Некоторые реакционные двигатели для работы используют внешние силы для изменения своего импульса, например паруса и катапульты, однако большая часть реакционных двигателей работают по реактивному принципу.
В простейшем виде, космический корабль использующий реактивную тягу состоит из 2х частей:
Первая часть — это полезная нагрузка. Она состоит из всего того, что должно долететь до точки назначения корабля: экипаж, пассажиры, оборудование жизнеобеспечения, компьютеры и инструменты, система управления двигателями, груз, корпус самого корабля и так далее.

Космические двигатели часть 1
Вторая часть — это реакционная масса, вещество, взятое с собой только для того, чтобы его потом выкинуть! Реактивный двигатель работает путём ускорения реактивной массы и выбрасывания её в космос, обычно в виде сильно ускоренного газа или плазмы. Общий импульс системы остаётся неизменным, но так как реакционная масса имеет ускорение, то в соответствии с законом сохранения импульса, такое же ускорение получит и полезный груз, но в обратном направлении. Скорость с которой реакционная масса покидает корабль называется скоростью выброса. Сила, которую реактивный двигатель прилагает к полезной нагрузке называется тяга.

Так как все ракеты работают за счёт расхода реакционной массы, то реактивные двигатели ограничены количеством реакционной массы, которую можно взять с собой и эффективностью самого двигателя. Та реакционная масса, которая еще не использована должна быть ускорена наряду с полезной нагрузкой! Как следствие, важно свести к минимуму количество реакционной массы, которая необходима для завершения данной миссии.

Лучший способ улучшить эффективность ракеты при определённом фиксированном количестве реакционной массы — это увеличить скорость выброса. Конечно же, ракета так же ограничена энергией, которую необходимо затратить для ускорения реакционной массы. Тяга, производимая двигателем пропорциональна скорости выброса, но энергия, необходимая для ускорения реакционной массы до пропорциональна квадрату скорости выброса! Для того чтобы получить такую же тягу, ракете с меньшей скоростью выброса потребуется больше реакционной массы. Для ракеты с большей скоростью выброса понадобится меньше реакционной массы, но зато понадобится намного больше энергии для работы.