Можно ли использовать сложную систему реактивных колес для приведения в движение космического корабля?

Я думал о различных способах движения космических кораблей, и я наткнулся на Reaction Wheels как на способ, которым они могут вращаться. Поэтому мне было любопытно, можно ли использовать их сложную систему для движения большого космического корабля вперед и назад вместо того, чтобы вращаться на месте? Это может быть способ маневрирования в пределах небольшой области (вокруг точки интереса или корректировки ее орбиты), сохраняя при этом больше энергии, чем высокотехнологичные двигательные установки.

* Я не очень хорошо разбираюсь в физике, поэтому, пожалуйста, простите меня, если это очень необычно.

Краткий ответ: нет. Более длинный ответ заключается в том, что в космосе центр масс продолжает двигаться с той скоростью, которую он имеет. Чтобы изменить эту скорость (скорость или направление), вы должны выбросить некоторую массу или каким-то образом использовать импульс света. Таким образом, колеса реакции могут вращать вас, но не могут изменить вашу скорость.
Загляните на en.wikipedia.org/wiki/Reactionless_drive : «Никогда не было найдено ни одного вращающегося (или любого другого) механического устройства, создающего однонаправленную безреактивную тягу в свободном пространстве».
Угловой момент является аддитивным. Любую сложную систему реактивных колес можно заменить более простой и крупной системой.
Вибратор мобильного телефона слегка перемещает мобильный телефон назад и вперед. В принципе, вы могли бы поступить немного лучше и сдвинуть объект почти до размера объекта, но не более того, потому что вы не можете переместить центр масс таким образом, а центр масс всегда находиться где-то внутри объекта. (На практике, с инженерной точки зрения, я думаю, лучшее, что вы могли бы реально сделать, это заставить космический корабль вибрировать.)
Вы можете использовать вращающееся колесо, чтобы разогнать топливо и выбросить его. Это позволяет избежать проблем, связанных с высокими температурами обычных ракетных двигателей.
@HarryJohnston Вибрирующий телефон в космосе будет просто вращаться вокруг своего центра масс. Когда он сидит на столе, на него действуют другие силы (т. е. несовершенная упругая реакция стола), которые позволяют его центру масс двигаться.
Эта идея немного напоминает Dean Drive .
@CJDennis, да, но тот факт, что центр масс не может двигаться, не означает, что остальная часть объекта не может двигаться вокруг него. В качестве крайнего примера рассмотрим легкую сферическую оболочку, соединенную втягивающимися линиями с гораздо более тяжелой и гораздо меньшей сферой — объект в целом мог удаляться от своего исходного положения в любом направлении, почти на свой радиус. Бесполезный дизайн с инженерной точки зрения, но физика правильная.
@HarryJohnston Это не вписывается ни в одно известное мне определение «движения».
@CJDennis, я не собирался предполагать, что это так. Очевидно, мой первоначальный комментарий был не таким ясным, как я надеялся. Дело в том, что пока вы можете двигаться таким образом, движение крайне ограничено и совсем не полезно.
@zeta-band Почему вы пишете свои ответы в разделе комментариев ?
Разве ФБР или ЦРУ не пытались таким образом создать летающую тарелку с использованием двигателя?
Кстати, если считать топливо обычной ракеты частью ракеты, то центр масс этой ракеты вообще не перемещается при запуске двигателя, в свободном падении. Это невозможно.

Ответы (2)

Ранее опубликованные комментарии верны: в свободном пространстве (предполагаемом, что оно свободно от гравитационных полей любых других тел) невозможно преобразовать угловое движение реактивных колес в поступательное движение.

Есть один насмешливый способ: сбросить реактивное колесо с космического корабля в сторону, противоположную направлению желаемой дельты-V! ;-)

Если вы откажетесь от предположения о свободном пространстве и позволите несферическим гравитирующим телам находиться вблизи космического корабля, то можно , поворачивая космический корабль в нужное время и с нужной скоростью, получить приливные силы от гравитирующего тела. придавая космическому кораблю поистине крошечную дельта-V.

Меня давно интересовал вопрос: может ли спутник на низкой околоземной орбите «накачать» или изменить распределение массы, чтобы набрать поступательный импульс? и я думаю, что ваше упоминание о « действительно крошечной дельта-V» каким-то образом касается этого. Знаете ли вы, где я мог бы прочитать дальше о том, как повернуть космический корабль «в нужное время и с нужной скоростью», чтобы максимизировать это? Что-то с некоторыми основными фундаментальными уравнениями? Было время, когда я умел писать лагранжиан для динамической системы, но это время давно прошло...
@uhoh Именно так Луна удаляется от Земли. Когда Луна движется по орбите, приливные силы изменяют форму каждого тела, тем самым перемещая их центры масс. Поскольку система Земля-Луна находится в резонансной системе, замкнутой приливом, эффект не является случайным или хаотическим, а действует для передачи энергии вращения Земли в орбитальную энергию Луны: вращение Земли замедляется, а орбита Луны ускоряется ( значит уходит).
@OscarBravo Это определенно тот же общий набор уравнений, но мне больше интересно узнать, как «сочлененная Луна», которая может изменять свою собственную форму или, по крайней мере, свой собственный квадрупольный момент, оптимизирует время и форму волны указанная модуляция, чтобы максимизировать скорость набора высоты с использованием квадрупольного момента Земли (J2).
@OscarBravo: я предполагаю (поскольку это постоянное влияние), что орбита Луны увеличилась концентрически (т.е. она не стала более эллиптической). Означает ли это, что этот эффект в конечном итоге сходит на нет, когда орбита Луны становится выше, чем раньше? Или он всегда будет продолжать подниматься, пока, наконец, не оставит Землю позади?
У @uhoh Скотта Мэнли есть более старое видео о космической программе Кербала, где перекачка топлива из одного большого бака в другой такой же большой бак позволила ему перевести. Он пошутил, что это будет дешевый, хотя и медленный и утомительный способ путешествия к другим планетам, но я почти уверен, что ограничен... бесцеремонным подходом KSP к физике. :)
Правила @OscarBravo определенно меняются на макроуровне по сравнению с микро
@uhoh Вот пример: космический корабль примерно в форме гантели, масса которого сосредоточена в сферах гантели, пролетает мимо сплюснутой планеты по полярной орбите с перицентром на экваторе планеты. На входном участке космический корабль разворачивается так, что продольная ось (т. е. ось, проходящая через центры сфер) указывает на экваториальную выпуклость. В этой ориентации сила гравитационного притяжения немного больше, чем если бы ось была направлена ​​​​на 90 ° от этой ориентации. Он продолжает указывать этой сферой на выпуклость, пока не окажется прямо над ней, а затем поворачивается на 90°...
@uhoh ... поместить две сферы на равном расстоянии от экваториальной выпуклости. Теперь, для исходящего участка гравитационная сила немного меньше, чем в исходной ориентации, поэтому замедление исходящего пути будет немного меньше, чем ускорение входящего, и космический корабль получит небольшое количество дельта-V. Тем не менее, импульс сохраняется: асимметричный проход также придал планете некоторую дельта-V. Но если дельта-V космического корабля крошечная , то дельта-V планеты ничтожно мала! В отличие от стандартного симметричного гиперболического облета, этот облет изменяет v-бесконечность.
@TomSpilker хорошо, я буду работать над этим на бумаге (или на Python) после второй чашки кофе. Для этого мне понадобятся обе клетки мозга . Спасибо за сценарий!
@LuxClaridge Да; проблема в том, что в KSP прокачка топлива изменяет центр масс без фактического перемещения автомобиля. В реальной жизни центр масс не перемещается.

Нет, это хрестоматийный случай сохранения вектора импульса в отсутствие каких-либо внешних сил.

Линейный импульс системы Sum(mv) является сохраняющейся величиной, даже если отдельные части могут изменять свои векторы импульса.

На самом деле реактивные колеса также сохраняют угловой момент всей системы (корабль + колесо)! Но это нормально, потому что вы можете оставить вращающееся реактивное колесо внутри корабля. Дело также в том, что угловое положение (обращение) не сохраняется, поэтому вы можете поворачиваться в пространстве с помощью реактивного колеса, и в конце процесса реактивное колесо не вращается.

Можно ли использовать сложную систему реактивных колес для приведения в движение космического корабля?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v