Jak funguje raketový pohon ve vakuu? Jak by bylo možné ovlivnit dráhu letu ve vakuu?

Moc děkuji a zajímavou diskusi. V podstatě mi až dosud nikdo neodpověděl na mou teoretickou otázku. Dejme tomu, že nějaký lunarni modul o váze kolem tuny letí rychlostí v km/s a je přitahován bez odporu atmosféry gravitaci planety. Rychlost se stále zvyšuje tíhovým zryhlením. Zajimalo by mě tedy jestli je vůbec možné nějakým raketovým motorem co se vejde do modulu i s nadrží v nějakém rozumném čase negovat tíhové zrychlení a pak ještě snižit rychlost modulu pro bezpečné přistání na povrch… potřebujeme na zpomalení hodiny, dny, měsíce? Samozřejmě je duležitá i dráha… kolmy sestup by zřejmě nebyl možný vůbec. Ale někdo to musel počítat… stjně tak pro odlet… a osobně zatím nevěřím že by se dalo přistát a odletět bez mezi natankovaní. Tedy srovnám-li objem motoru a paliva pro vynesení modulu na orbit ze země, pochybuji, že pro přistání a odlet měsíce je vubec realizovatelný. NA jakékoli fotce z přistání na měsíci nevidím pod modulem žádné stopy po prodění plynu které by měly v prachu pod modulem udělat aspoň nějaký kráter ne?

EKSOT123: Moc Vám děkuji za projevený zájem a komentář. Kosmonauti se přece odrazí jeden od druhého, tedy hmota od hmoty, ale u rakety? Přece plyn, který opouští trysku, pokud mu nestojí nic v cestě, tak jeho síla sublimuje v prostoru, protože nenajde překážku, která by mohla vyvolat patřičnou reakci. Zkrátka, pokud považujeme plyn vypouštěný tryskou za „sílu tělesa A“, ve vakuu mi jednoznačně chybí „těleso B“. Těleso přece nemůže být nehmotné. Pokud je pravda, že je ve vesmírném prostoru vakuum, tak jedinými silami, které v takovém prostředí na těleso působí, jsou setrvačnost po upuštění atmosféry a gravitační síly vesmírných těles (Země, Měsíc, Slunce).

Plyn je přece také hmota, podobně jako kosmonaut. Místo síly svalů ale používá svoji nutnost se v prostředí s menším tlakem rozpínat. Ve vakuu se sice nemá o co opřít, ale v nulovém tlaku se o to více potřebuje rozpínat. Ve spalovacím prostoru je plyn udržován pod tlakem zúženým otvorem trysky a rozpínáním postrkává raketu. Akorát mě nejsou jasné podrobnosti s to tryskou či Lavazovou dýzou, jak jsem dal v odkazu. Jakou funkci má např. to, že se tryska potom zase rozšiřuje atd. Když klasický gumový balónek, jak píše CHATGPT, vypustíš otevřený ve vakuu, tak pokud nepraskne, tak myslím poletí ještě rychleji než tady, kvůli nulovému odporu vzduchu a kvůli většímu rozdílu tlaků vně a uvnitř.

Takže to mám chápat tak, že bezprostředně za tryskou motoru není vakuum, ale shluk zplodin, od kterých se raketa „odtlačuje“? Ony něco takového v podstatě potvrdily pokusy. Raketový motor uložený ve vakuové komoře bezprostředně po zápalu nevykazoval téměř žádný výkon, ale po chvíli, kdy zplodiny hoření narušily vakuum, výkon se výrazně zvýšil. No, v otevřeném kosmickém prostoru si to neumím moc představit. Podle mě rozpínání plynu do okolního prostředí musí být okamžité a účinnost motoru prakticky zanedbatelná.

Účinnost zanedbatelná rozhodně není, také by mě zajímalo, jaký je rozdíl účinnosti v atmosféře a ve vakuu, jestli dokonce ve vakuu není větší. Zřejmě pořád vycházíš z logické představy, že když se pořádně neopřeš, tak nemůžeš pořádně tlačit. Např. na ledě nebo oleji ti budou podkluzovat nohy a moc neutlačíš. A pokud se opřeš jen o vzduch, za kterým je navíc jen vakuum… Ale věci nefungují vždy tak, jak naše představy a zkušenosti. Rozpínací síla je zkrátka velká a ve vakuu je rozpínání -gradient tlaků- ještě rychlejší. Možná k tomu přistupují další faktory, nejsem vůbec fyzik. Dělal jsem v kamenolomu, snad s tím vzdáleně souvisí toto: pokud nasypeš do vyvrtané díry střelný prach a odpálíš, neudělá to žádnou práci, kámen to téměř nepoškodí. Všechny spaliny se vyfouknou nahoru, cestou nejmenšího odporu. Střelný prach totiž patří mezi pomalé trhaviny, chemická reakce není asi tak rychlá. To je výhoda pro šetrné odstřely, aby se kámen moc nepoškodil. Díra s prachem se ale musí utěsnit ucpávkou. Když ale do díry dáš rychlejší trhavinu, např. na bázi dynamitu, nemusíš žádnou ucpávku dávat (i když s ní je to malinko účinnější). Exploze je tak rychlá, že plyn nestačí z otevřené díry uniknout a roztrhá skálu všemi směry (takový kámen je pak vhodný jen na cestářské práce atd.) U pomalé exploze tedy plyn unikl, ale u rychlé exploze měl plyn v díře takovou energii, že molekuly plynu se natolik NAVZÁJEM BLOKOVALY, že nestačily uniknout ven, ale roztrhaly skálu.

No, on ten příklad s výbušninou vlastně nahrává spíš mému tvrzení, že pokud rozpínání plynu v některém směru nestojí nic v cestě, není důvod, aby jeho energie působila na nějakou pevnou překážku. Vlastně jsem to popisoval v jiné reakci: „Při výstřelu z pušky je obrovský rozdíl mezi výstřelem projektilu a „výstřelem“, resp. zápalem prachu v nábojnici bez projektilu. Zpětný ráz ve zbrani je diametrálně odlišný, zatímco v prvním případě se rozpínající se následek exploze „opírá“ o hmotu projektilu v hlavni, v druhém případě překonává jen nepatrný odpor vzduchu a tudíž je zpětný ráz zanedbatelný.“ Já si prostě nemyslím, že rozpínající se zplodiny hoření, ještě k tomu usměrněné trychtýřem trysky konkrétním směrem, mohou způsobit pohyb několikatunového předmětu, který ještě ke všemu musí překonávat zemskou gravitaci. Hmm, tohle asi nevyřeším, nicméně se přikláním k názoru, že celý vesmírný program je nejspíš jedna velká lež a rozhodně před 50 lety na Měsíc nikdo doletět nedokázal. Každopádně všem moc děkuji za ochotu se k tématu vyjádřit.

Dík za tu skálu. To zas došli mně nějaké věci o kterých jsem kdysi přemýšlel 😉

Přemýšlím, co se ti na tom pořád příčí, vlastně i mě, protože jsem už o tom také přemýšlel. Doplním to do mé odpovědi nahoře.

Newtonův třetí zákon: Působí-li těleso A silou na těleso B, pak těleso B musí působit silou stejné velikosti a opačného směru na těleso A.
Pokud je „akcí“ síla produkovaná tryskou raketového motoru (těleso A), pak bych očekával, že přiměřená „reakce“ bude vyvolána odporem prostředí (těleso B) za tryskou motoru. Nicméně nerozumím tomu, jak by mohlo nehmotné prostředí vytvořit odporovou sílu potřebnou k vyvolání patřičné reakce.

Tam ale není odpor prostředí. Tam jde čistě o to, žes nechal urychlit „výfukové plyny“ z motoru na nějakou rychlost a tudíž i hybnost. Celková hybnost musí zůstat zachována, také když pošleš něco dozadu, ty odletíš dopředu. Podobně jako třeba u děla – dělo vystřelí vpřed a samo odskočí vzad. Proto se u děl také dělá relativně složitý mechanismus umožňující postupné ztlumení zpětného rázu. Stejně tak když vystřelíš z pušky – puška Tě praští do ramene.

No, nedokážu si představit, že nehraje roli odpor prostředí. Při výstřelu z pušky je obrovský rozdíl mezi výstřelem projektilu a „výstřelem“, resp. zápalem prachu v nábojnici bez projektilu. Zpětný ráz ve zbrani je diametrálně odlišný, zatímco v prvním případě se rozpínající se následek exploze „opírá“ o hmotu projektilu v hlavni, v druhém případě překonává jen nepatrný odpor vzduchu a tudíž je zpětný ráz zanedbatelný. Stejný efekt se přece využívá i při startu proudového letadla z paluby lodi, kde se pro zvýšení odporu prostředí vztyčuje za ústí motoru letadla ocelová stěna. Přece, když vedu úder pěstí, celou dráhu ruky se se mnou téměř nic neděje, dokud pěst nenarazí na překážku. Teprve potom mé tělo pocítí následek „reakce“. Zkrátka, od vzduchu se přece neodrazíš a od vakua už vůbec ne.

To „opírá o hmotu projektilu“ je klíčové. Ty nevystřelíš z pušky jen nějaké zplodiny z hoření, ale ten projektil, který má výrazně vyšší hmotnost, brzdí ten plyn v hlavni a ten tak na pušku působí delší dobu, takže ji udělí větší hybnost.

Letadlová loď a ocelová stěna (deflektor) – nezvyšuje výkon motoru, chrání to co je na lodi za letadlem před poškozením.

„Přece, když vedu úder pěstí, celou dráhu ruky se se mnou téměř nic neděje“ – omyl. Před úderem pěstí (pokud nejsi cvičen aby ses moc neprozrazoval) se celým tělem připravuješ na to, abys měl pro tu pěst dost hybnosti. Proto je také jedna z obran vyhnout se pěsti nebo ji odklonit a pak využít útočníkovu hybnost k tomu, aby obránce minul a s trochou pomoci si sám natloukl.
(pokud jseš vycvičen aby ses neprozrazoval tak ta příprava tam bude podobně, jen není tak vidět… a nebo jdeš s úderem tak trochu „na dluh“)

K tomu raketovému motoru můžeš použít několik různých přiblížení:

1. budeš počítat rychlost a hmotnost vystupujících plynů, tím můžeš spočítat hybnost získanou pro raketu
2. můžeš uvažovat spalovací komoru jako kouli se známým otvorem vzadu (tryskou). Do spalovací komory je přivedeno palivo a okysličovadlo, spálením vzniká výrazné teplo které zvyšuje tlak plynu, plyn utíká tryskou. Pokud by byla koule uzavřená, pak by tlak působil na stěnu spalovací komory do všech směrů stejně a celkový účinek by se vyrušil – raketa se spalovací komorou by se nehla, dokud by to např. kvůli příliš velkému tlaku nebouchlo. Protože ale kus stěny spalovací komory chybí, pak v této oblasti tlaková síla „chybí“ a síle působící ve spalovací komoře přesně na druhé straně než je díra není kompenzována a tak tedy působí na na spalovací komoru jako celek a pak sprostředkovaně i na raketu

(oba náhledy jsou trochu zjednodušené, oba by měli dát při zjištěných datech podobné výsledky, ale určitě tam budou chyby v řádu desítek procent)

A neber to tak, že se nutně musíš opřít o nějaké „pevné“ těleso. Vlastně se opíráš přímo o ty spaliny a jejich hmotnost, kterou si m§žeš představit jako setrvačnost (zkrátka těm plynům se „nechce“ zrychlit a někam tryskat, ty se o ně ale pořádně opřeš a oni odletí šíleně rychle kam potřebuješ. A nemysli si, že je to jen plyn. Toho plynu jsou tuny a rozhýbat tuny na rychlost někde kolem 3km/s není jen tak ( https://cs.wi­kipedia.org/wi­ki/Raketov%C3%BD_mo­tor_na_kapaln%C3%A9_po­honn%C3%A9_l%C3­%A1tky )

Hmm, asi to s tím plynem tak nějak bude. Jen si neumím představit tu sílu, která zbude k „tlačení“ rakety, když se většina tlaku plynu uvnitř spalovací komory, tedy před zúženou tryskou, spotřebuje k dalšímu hoření a zplodiny unikající tryskou třením o stěnu trysky působí spíš kontraproduktivně. No, asi to nepochopím, takže se přidržím svého názoru, že zatím neznáme dostatečně účinnou technologii, která by nás dokázala dopravit na Měsíc, přistát na jeho povrchu, překonat jeho gravitaci a znovu vzlétnout do kosmu a doletět zpět na Zemi.

Tu technologii ale prokazatelně máme 😉
Tlak se nespotřebuje na žádné další hoření. Tlak je tím hořením způsoben (i když to není úplně přesné… Pod tlakem musí být už palivo a okysličovadlo aby se to do té spalovací komory vůbec dostalo, ale spálením a ohřevem se zvýší objem natolik, že v té komoře zůstane dostatečný tlak i když ty spaliny budou tryskou velkou rychlostí utíkat ven.
Tření o trysku – ano to je trochu kontraproduktivní, proto také píšu že oproti těm jednoduchým teoretickým výkonům co jsem nadhodil může být realita až o desítky procent jinde. Pořád zbývá ale spousta energie, kterou lze užitečně využít.

Dochy, díky, takže celkem jednoduché, ale ještě si to musím přebrat. Doufám bude Andy spokojen.