¿Podría usarse un sistema complejo de ruedas de reacción para impulsar una nave espacial?

Estaba pensando en diferentes formas en que las naves espaciales podrían moverse de manera factible y encontré Reaction Wheels como una forma en que pueden rotar. Entonces, tenía curiosidad por saber si un sistema complejo de ellos podría usarse para impulsar una gran nave espacial hacia adelante y hacia atrás en lugar de girar en el lugar. Podría ser una forma de maniobrar dentro de un área pequeña (alrededor de un PDI o ajustar su órbita) mientras se conserva más energía que los sistemas de propulsión de alta tecnología.

* No soy muy versado en física, así que perdónenme si esto es muy fuera de lugar.

Respuesta corta: No. La respuesta más larga es que en el espacio, el centro de masa sigue moviéndose con la velocidad que tiene. Para cambiar esa velocidad (velocidad o dirección), debe expulsar algo de masa o usar el impulso de la luz de alguna manera. Así que las ruedas de reacción pueden hacerte girar, pero no pueden cambiar tu velocidad.
Consulte en.wikipedia.org/wiki/Reactionless_drive "nunca se ha encontrado ningún dispositivo mecánico giratorio (o cualquier otro) que produzca un empuje unidireccional sin reacción en el espacio libre"
El momento angular es aditivo. Cualquier sistema complejo de ruedas de reacción se puede reemplazar con un sistema más simple y más grande.
El vibrador de un teléfono celular mueve el teléfono hacia adelante y hacia atrás ligeramente. En principio, podría hacerlo un poco mejor que eso y mover el objeto casi tanto como el objeto es grande, pero no más que eso, porque no puede mover el centro de masa de esta manera, y el centro de masa siempre tiene estar en algún lugar dentro del objeto. (En la práctica, desde el punto de vista de la ingeniería, creo que lo mejor que podrías hacer de manera realista es hacer que la nave espacial vibre).
Podría usar una rueda giratoria para acelerar un poco de propulsor y expulsarlo. Eso evita los problemas asociados con las altas temperaturas de los motores de cohetes habituales.
@HarryJohnston Un teléfono que vibra en el espacio simplemente giraría alrededor de su centro de masa. Cuando está sentado sobre una mesa, tiene otras fuerzas actuando sobre él (es decir, la reacción elástica imperfecta de la mesa) que permiten que su centro de masa se mueva.
Esta idea suena un poco como Dean Drive
@CJDennis, sí, pero el hecho de que el centro de masa no pueda moverse no significa que el resto del objeto no pueda moverse a su alrededor. Como ejemplo extremo, considere una capa esférica liviana conectada por líneas retráctiles a una esfera mucho más pesada y mucho más pequeña: el objeto en su conjunto podría alejarse de su posición original en cualquier dirección, casi tanto como su radio. No es un diseño útil desde el punto de vista de la ingeniería, pero la física es sólida.
@HarryJohnston Eso no encaja en ninguna definición de "impulso" que yo sepa.
@CJDennis, no tenía la intención de sugerir que lo hiciera. Aparentemente, mi comentario original no fue tan claro como esperaba. El punto es que, si bien puedes moverte de esta manera, el movimiento está extremadamente limitado y no es útil en absoluto.
@zeta-band ¿Por qué escribes tus respuestas en la sección de comentarios ?
¿No intentó el FBI o fue la CIA hacer un platillo volador de esta manera usando propulsión?
Por cierto, si consideras el combustible de un cohete convencional como parte del cohete, el centro de masa de ese cohete no se mueve en absoluto cuando arrancas el motor, en caída libre. no puede

Respuestas (2)

Los comentarios publicados anteriormente son correctos: en el espacio libre (supuesto libre de los campos de gravedad de cualquier otro cuerpo) no hay forma de convertir el movimiento angular de las ruedas de reacción en movimiento de traslación.

Hay una forma irónica: ¡ lanzar una rueda de reacción desde la nave espacial en la dirección opuesta a la delta-V deseada! ;-)

Si abandona la suposición de espacio libre y permite cuerpos gravitantes no esféricos en las proximidades de la nave espacial, entonces es posible , girando la nave espacial en el momento y la velocidad correctos, que las fuerzas de marea del cuerpo gravitatorio terminen. impartiendo un delta-V verdaderamente pequeño en la nave espacial.

Durante mucho tiempo me ha fascinado la pregunta ¿ Podría un satélite en LEO “bombear” o cambiar la distribución de masa para ganar impulso? y creo que su mención " delta-V realmente pequeño " aborda esto de alguna manera. ¿Conoce algún lugar donde pueda leer más sobre cómo girar la nave espacial "en el momento adecuado y al ritmo adecuado" para maximizar esto? ¿Algo con algunas ecuaciones fundamentales básicas? Hubo un tiempo en que sabía cómo escribir un Lagrangiano para un sistema dinámico, pero ese tiempo pasó hace mucho tiempo...
@uhoh Así es exactamente como la Luna se está alejando de la Tierra. A medida que la luna orbita, las fuerzas de las mareas alteran la forma de cada cuerpo, moviendo así sus centros de masa. Dado que el sistema Tierra-Luna se encuentra en un sistema resonante bloqueado por mareas, el efecto no es aleatorio ni caótico, sino que actúa para transferir energía rotacional de la Tierra a energía orbital en la Luna: la rotación de la Tierra se ralentiza y la órbita de la Luna se acelera ( lo que significa que se aleja).
@OscarBravo Definitivamente está en el mismo conjunto general de ecuaciones, pero estoy más interesado en descubrir cómo una "Luna articulada" que podría modificar su propia forma, o al menos su propio momento cuadripolar, optimizaría el tiempo y la forma de onda de dicha modulación para maximizar su tasa de ascenso utilizando el momento cuadripolar de la Tierra (J2).
@OscarBravo: Supongo (ya que es una influencia constante) que la órbita de la luna aumentó concéntricamente (es decir, no se vuelve más elíptica). ¿Significa eso que este efecto finalmente disminuye cuando la luna orbita más alto que antes? ¿O siempre seguirá subiendo hasta que finalmente deje atrás la Tierra?
@uhoh Scott Manly tiene un video más antiguo sobre el Programa espacial Kerbal donde la transferencia de combustible de un tanque grande a otro tanque igualmente grande permitió que se tradujera. Bromeó diciendo que esta sería una forma económica, aunque lenta y tediosa, de viajar a otros planetas, pero estoy bastante seguro de que se limita al enfoque arrogante de la física de KSP. :)
Las reglas de @OscarBravo definitivamente cambian en el nivel Macro en comparación con el micro
@uhoh Aquí hay un ejemplo: una nave espacial con forma aproximada de mancuerna, con su masa concentrada en las esferas de la mancuerna, vuela junto a un planeta achatado en una órbita polar, con periápside en el ecuador del planeta. En el tramo de acercamiento, la nave espacial gira de tal manera que el eje longitudinal (es decir, el eje que pasa por los centros de las esferas) apunta al abultamiento ecuatorial. En esta orientación, la fuerza de atracción gravitatoria es ligeramente mayor que si el eje apuntara a 90° de esa orientación. Sigue apuntando esa esfera hacia el bulto hasta que está directamente sobre él, luego gira 90°...
@uhoh ... para poner las dos esferas equidistantes del bulto ecuatorial. Ahora, para el tramo de salida, la fuerza gravitatoria es ligeramente menor que en la orientación de entrada, por lo que la desaceleración de salida será ligeramente menor que la aceleración de entrada, y la nave espacial habrá recogido una pequeña cantidad de delta-V. Sin embargo, se conserva el impulso: el paso asimétrico también impartió algo de delta-V al planeta. Pero si el delta-V de la nave espacial es diminuto , ¡el delta-V del planeta es minúsculo! A diferencia de un sobrevuelo hiperbólico simétrico estándar, este sobrevuelo cambia el infinito de v.
@TomSpilker está bien, trabajaré esto en papel (o Python) después de mi segunda taza de café. Voy a necesitar ambas células cerebrales para esto. ¡Gracias por el escenario!
@LuxClaridge Sí; el problema es que en KSP, bombear combustible cambia el centro de masa sin mover el vehículo. En la vida real, el centro de masa no se mueve.

No, es un caso de libro de texto de conservación del vector de momento lineal en ausencia de fuerzas externas.

Momento lineal de un sistema Sum(mv) es una cantidad conservada incluso si se permite que las partes individuales cambien sus vectores de momento.

¡En realidad, las ruedas de reacción también conservan el momento angular del sistema total (barco + rueda) también! Pero está bien porque puedes mantener la rueda de reacción giratoria dentro de la nave. También se da el caso de que la posición angular (orientación) no se conserva, por lo que puedes girar en el espacio usando una rueda de reacción, y al final del proceso la rueda de reacción no gira.

¿Podría usarse un sistema complejo de ruedas de reacción para impulsar una nave espacial?
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