PROFILPELAJAR.COM

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	מתקף סגולי (שניות)	דחף (ניוטון)	משך זמן הפעלה	דוגמה לשימוש
מנוע דלק מוצק	100–400	10³- 10⁷	דקות	שיגור משגר מכדור הארץ, שימוש כמאיץ
טיל היברידי	150–420		דקות
Monopropellant rocket (אנ')	100–300	0.1–100	אלפיות השנייה - דקות	מערכות 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 (אנ')	250–450		דקות
Dual mode propulsion rocket (אנ')
Air-augmented rocket (אנ')	500–600		שניות-דקות
Liquid air cycle engine (אנ')	450		שניות-דקות
Resistojet rocket (אנ')	200–600	10^-2–10	דקות
Arcjet rocket (אנ')	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	חודשים	טיסות בין כוכבי לכת, לוויני תקשורת גיאוסינכרוניים
Field Emission Electric Propulsion (אנ') ‏(FEEP)	10,000–13,000	10^-6–10^-3	שבועות
מדחף מגנטו־פלזמי דינמי	2,000–10,000	100	שבועות
Pulsed plasma thruster (אנ') ‏(PPT)
Pulsed inductive thruster (אנ') ‏(PIT)	5,000	20	חודשים
רקטת מגנטו־פלזמה בעלת מתקף סגולי משתנה	1,000–30,000	40–1,200	ימים- חודשים
Solar thermal rocket (אנ')
Nuclear thermal rocket (אנ')	900	10⁵	דקות
Nuclear electric rocket (אנ')	As electric propulsion method used
מפרשים סולאריים	לא זמין	9 עבור קילומטר רבוע (במרחק של 1 יחידה אסטרונומית מהשמש)	שניות-שנים^[1]	טיסה לכוכב אחר (טרם בוצע מעולם)
Mass drivers (אנ')	לא זמין	לא מוגדר	שניות
Tether propulsion (אנ')	לא זמין	1–10¹²	דקות
טכנולוגיות עתידיות הנמצאות בפיתוח במעבדה
מפרש מגנטי (אנ')	לא זמין	לא מוגדר	לא מוגדר
Mini-magnetospheric plasma propulsion (אנ')	לא זמין	לא מוגדר	לא מוגדר
Gaseous fission reactor (אנ')	1,000–2,000	10³-10⁶
Nuclear pulse propulsion (אנ') ‏(Orion drive)	2,000–100,000	10⁹-10¹²	חצי שעה	Project Longshot (אנ') כדרך הגעה לאלפא קנטאורי B
Antimatter catalyzed nuclear pulse propulsion (אנ')	2,000–40,000		ימים-שבועות
Nuclear salt-water rocket (אנ')	10,000	10³–10⁷	חצי שעה
Beam-powered propulsion (אנ')	As propulsion method powered by beam
Nuclear photonic rocket (אנ')	5x10⁶	1–10⁵	שנים
Biefeld-Brown effect (אנ') (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

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(אנ')
מגח בוסארד
Antimatter rocket(אנ')
Redshift rocket(אנ')
Black hole starship (אנ')
שיטות המנצלות עיקרון ספקולטיבי בפיזיקה
Alcubierre drive (Warp drive)
חורי תולעת
Differential sail(אנ')
Disjunction drive(אנ')
Diametric drive
Pitch drive
Bias drive(אנ')
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(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).

גלריית תמונות

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