Bränsle till vad?

Jag är helt ny i denna del på FB, men undrar över vad all bränsle ska användas till, om man vill resa inom vårt solsystem.

Så jag förstår det så om du kastar eller skjuter ett objekt i rymden så fortsätter det föremål att färdas i samma hastighet, till och med öka hastighet.

Jag förstår gravitationen ifrån planeter och andra objekt. Men räcker det inte då bara att skjuta iväg en raket med folk till valfri planet utan att bry sig om bränsle, bara vid start och när man närmar sig planeten.

Som sagt kan inget inom astronomi men har funderat på detta dom senaste dagarna.

Ett föremål fortsätter att röra sig i samma hastighet och riktning det har tills en kraft påverkar det, det ökar inte hastigheten eller ändrar riktning utan orsak. Så om du vill öka hastigheten, t.ex. för att komma fram i rimlig tid, så måste du tillföra energi (kraft). Denna kraft måste du för närvarande ha med dig upp från jorden och det kostar oerhörda mängder energi/pengar att få upp något i rymden.

Det där med att "öka hastigheten" tror jag du snappat upp från en teknik som går ut på att använda en planet som slänggunga på färden. Genom att gå nära en planet kan man utnyttja planetens gravitation för att få en extra skjuts (den extra kraften "betalas" av planeten i form av minskad rotationshastighet).

Ett annat stort hinder på vägen är hur man ska skydda sig mot strålningen som jordens magnetfält skyddar oss ifrån.

Det är inte riktigt så enkelt. Allt som startar från jorden påverkas fortfarande av jordens gravitation och även utan jordens gravitation så påverkas allt av solens gravitation. En resa till Mars, t.ex, är att jämföra med att kasta en sten rakt upp. Det går fort i början med stenen saktar hela tiden ner. När stenen är i maxhöjd så går den väääldigt långsamt. Hastigheten blir t.om noll. Om du har en plattform på rätt höjd och kastat stenen på rätt sätt så, visst. Stenen landar säkert. Men det sista steget av resan gick ändå väldigt långsamt. Och vill man skicka människor till Mars så vill man åka så fort som det är praktiskt möjligt då resan har negativa effekter på människokroppen. Om man skickar iväg rymdskeppet/stenen alltför fort för att den skulle landa säkert av egen kraft så måste du ha bränsle för att sakta ner vid ankomsten. Annars bara svischar du förbi. Så extra bränsle vid start från jorden och bränsle för att sakta ner. Sedan måste du göra om allt för att resa tillbaks till jorden. Det kräver väldigt mycket bränsle.

Visst är det så. Problemet är bara att avstånden är enorma, så man vill upp i så hög hastighet som är praktiskt möjligt för att spara lite tid. Då krävs det en mängd bränsle både för att accelerera och för att bromsa när man kommer fram.

Vi har ju t ex skickat en satellit till månen med en jonmotor, som bara drog något kilo bränsle för hela resan. Men det tog flera år!

Finns även något som kallas Oberth effekt. Raketmotorer med hög impuls är mycket effektivare vid högre hastighet.

Mekaniskt arbete definieras som kraften gånger sträckan. Vid statisk provning utför raketen inget märkbart arbete alls (om det går som det ska). En raketmotor ger samma kraft vid alla hastigheter. Det enda man därför kan ändra på för att öka den mängd arbete motorn utför är att ha den tänd över en längre sträcka.

Tid blir därför relevant. Åker vi snabbare tillryggalägger vi samma sträcka på kortare tid. Hur mycket sås motor drar beror såklart på hur länge vi måste ha den tänd.

Reser vi 10 km/s och ska ha motorn tänd i 30 km kommer motorn vara igång i tre sekunder. Hade vi tänt motorn vid 5km/s hade vi behövt ha den tänd i 6 sekunder.

Båda hastigheterna tillför samma mängd arbete (energi) till rymdskeppet. Men det första exemplet drar hälften så mycket reaktionsmassa.

https://en.wikipedia.org/wiki/Oberth_effect

Därför blir det effektivt att falla in mot en planet och tända motorn när man når den del av banan som är närmast planeten (där hastigheten är som högst). Där tänder man motorn.

Även om man kan åka i princip hur långt som helst utan att använda motorerna så kan det krävas för att göra korrigeringar av kursen. Man kan ju inte göra kontrollerade svängar utan motorkraft i rymden eftersom det inte finns någon fluid som roder kan verka mot. I begreppet motorkraft inkluderar jag för övrigt solsegel.

Det är för svårt att beräkna ursprunglig kurs tillräckligt exakt för att hålla önskad riktning i åratal så korrigeringar behöver göras då och då. Apollofarkosterna fick nästan hela sin hastighet från bärraketen som lämnade skeppet efter att de satt fart mot månen. Då det var för svårt att få den hastigheten alldeles exakt gjordes en mindre knuff med servicemodulens motor ungefär halvvägs mellan jorden och månen.