Hoe werkt een raketmotor in de lege ruimte?

[Phillip]

als ik het goed voor heb, werkt dit ophet principe van 'inertie'

zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Traagheid

verder weet ik, dat het ruimtetuig niet vanzelf zomaar zal verrapen.

voor wat, hoor wat

ruimtetuig zich toch nergens op afstoten

ik denk dat dit te maken heeft met de gravitatie in de ruimte

ben het niet zeker, hé

kan het altijd eens vragen aan de andere forum-mensen die daar meer over weten

[Brinx]

Phillip, de vraag was al beantwoord hoor. Zwaartekracht heeft er in principe niets mee te maken!

[RagingR2]

Je stelt het al: actie=reactie. De straalmotor zorgt voor een impuls in bv de x richting, dus wordt jezelf in de -x richting gestuurd. Dat heeft niks met "materie in de ruimte" oid te maken; een ruimteschip hoeft zichzelf niet tegen materie af te duwen. Het gaat puur om het krachtenwerk.

Maar hoezo hoeft het ruimteschip zich nergens tegen af te zetten? Het ruimteschip en de uitgestoten brandstof zetten zich toch als het ware tegen elkaar af?

Ik vergelijk het met iemand die in het water drijft een een relatief zwaar drijvend object (zeg bijv. een boomstam) weg duwt. Het resultaat is dat de zwemmer even hard zichzelf wegduwt als de boomstam. Dus idd actie=reactie. Maar dit kan toch alleen als je iets hebt om weg te duwen, in het geval van een ruimteschip de brandstof die de ene kant wordt uitgestuwd zodat het ruimteschip zelf met een zelfde kracht de andere kant op gaat.

Of zeg ik nu iets heel raars?

[Brinx]

RagingR2, je analogie klopt gewoon hoor. Het is alleen vaak zo dat er bij natuurkundigen iets gaat kriebelen wanneer er over massa's wordt gesproken die zich 'tegen elkaar afzetten', dat klinkt zo onnatuurkundig. Maar in principe is er helemaal niets mis mee.

Het daadwerkelijke mechanisme waarmee de raket zichzelf 'wegduwt' van zijn reactieproducten is doordat de hete gassen in de verbrandingskamer druk uitoefenen op de voorwand van de verbrandingskamer (naar de neus van de raket toe), en dat deze kracht (druk x oppervlakte) niet in evenwicht gebracht wordt door de uitstromende gassen door de straalpijp (die hebben niets om tegenaan te drukken en stromen vrolijk weg). Hierdoor wordt er netto een kracht uitgeoefend door de gassen op de raket. Vandaar het 'afzetten' tegen elkaar.

Er wordt nog een trucje uit de kast gehaald waardoor de ontsnappende gassen nog beter de raket helpen wegduwen: divergerende straalpijpen, die er grof gezegd voor zorgen dat de expanderende (en versnellende) uitlaatgassen een nog groter oppervlak hebben om druk op uit te oefenen, en daarmee weer een netto kracht in de 'neusrichting' van de raket genereren. Dit kan tientallen procenten in stuwkracht schelen, soms nog meer.

[Phillip]

sorry Brinx, 'k was te vlug...

---

mag ik ook eens de vraag anders stellen?

"eenmaal bewogen in de ruimte, hoe kan je dan stoppen "

als ik terug de wet van Traagheid mag nemen, moet er eerst energie ingestopt worden om een object te doen bewegen, akkoord?

wanneer het object niet meer gevoed wordt met energie, dan zal het object na een tijdje stilvallen.

ik zal het eens proberen met een Boliaanse vgl

(schiet op de pianist, hé)

object : noem het 'A'

energie:'E'

mechanisme:'mech'

puntje1) E and mech = '1'

verduidelijking: als er geen energie is alsook er een mechanisch defect is, tja... dan kan het niet werken, hé

gevolg van puntje 1 = noem ik dat 'Actie'

=> 'Actie' ='1'

verduidelijking: de 'actie' moet beschikken over een capaciteit van 100%

-kracht-

indien kracht: dan zal er een gevolg optreden tegen het object 'A'

namelijk een reactie. en die zal dan het object 'A' doen bewegen.

anders.... -geen kracht-, geen reactie => geen beweging.

dat is wat er hier op de Aarde gebeurd.

zou dit ook zo zijn in de ruimte (???)

PS: verbeter mij aub als ik gemist ben...

ben geen -jammer genoeg- een 'Euronaut'

[sen...]

als ik terug de wet van Traagheid mag nemen, moet er eerst energie ingestopt worden om een object te doen bewegen, akkoord?  

Klopt, om een object in beweging te zetten is een kracht nodig.

wanneer het object niet meer gevoed wordt met energie, dan zal het object na een tijdje stilvallen.  

Een object dat blootgesteld is aan wrijving zal stilvallen. Denk aan rolweerstand, luchtweerstand, etc.

Voor een object in de ruimte (bijna vacuum) kun je de wrijving (bijna helemaal) verwaarlozen.

Een object in de ruimte is voornamelijk onderhevig aan de zwaartekracht.

Bij de diverse ruimtemissies wordt daar dankbaar gebruik van gemaakt om de spaceshuttle van richting te veranderen en aan snelheid te doen winnen.

Bij een object in de ruimte dat zelf geen aandrijving meer heeft (niet zelf meer een kracht kan uitoefenen) wordt de beweging volledig beheerst door de zwaartekracht.

Als je de zwaartekracht uit zou kunnen zetten en de wrijving compleet wegdenkt krijg je volgens de eerste wet van Newton:

Een voorwerp waarop geen krachten werken, beweegt in een rechte lijn met constante snelheid.  

Als ik jouw vergelijking:

-geen kracht-, geen reactie => geen beweging.

zó interpreteer dat je met "kracht" niet de zwaartekracht bedoelt, maar de motor van het ruimteschip denk ik dat je hem zo kunt doortrekken voor een object in de ruimte:

-geen kracht-, geen reactie => geen beweging: ánders dan die door de zwaartekracht wordt veroorzaakt.

[RagingR2]

1) Als een ruimteschip in de ruimte zweeft, zeg op een plek waar zwaartekracht(en) verwaarloosbaar zijn, dan is de enige manier om te stoppen stuwen in de tegengestelde richting. Normale (water) schepen doen dat ook al om te remmen of te sturen.

En als ik goed redeneer:

2) In het geval dat er wel zwaartekracht actief is, dus wanneer een ruimteschip in een baan om (bijv.) de aarde beweegt, dan kun je ook afremmen door het schip in een hogere baan te brengen. Omgekeerd kun je versnellen door te duiken.

Vergelijkbaar met een normaal vliegtuig eigenlijk. Die verliest ook snelheid als hij zijn neus optrekt en versnelt als hij duikt, alleen verliest een normaal vliegtuig ook snelheid door wrijving. Wat ik me wel afvraag is hoe je met een shuttle kan klimmen of duiken zonder te stuwen. Ik bedoel: een vliegtuig in de lucht beweegt gewoon zijn kleppen, maar als er geen lucht en dus geen wrijving is heeft dat weinig zin lijkt me.

Maar als ik het goed begrijp kan een shuttle in een baan om de aarde die stappen van duiken (versnellen) en klimmen (vertragen) eeuwig achter elkaar blijven herhalen want hij verliest op geen enkele manier (kinetische) energie. Er van uitgaande dat de wrijving nul is uiteraard; ik weet niet hoeveel luchtmoleculen er aanwezig zijn in de banen waar normaal gesproken shuttle's etc. om de aarde cirkelen.

Klopt het dat dit eigenlijk ook vergelijkbaar is met het volgende verschijnsel?

Als een kunstschaatser zijn armen uitstrekt tijdens een pirouet dan draait hij ineens een stuk langzamer, en wanneer hij zijn armen weer bij zich trekt dan gaat hij weer sneller draaien. Je kunt dit zelfs ook uittesten op een draaiende bureaustoel en er zijn vast nog veel meer voorbeelden van het zelfde verschijnsel te noemen waar ik zo ff niet op kom.

Ik zou dit zelf zo uitleggen, maar ik weet niet of dit klopt, en of het natuurkundig gezien iets te maken heeft met het versnellen of vertragen van een space shuttle: op het moment dat de gemiddelde afstand tussen de massa en het centrum van de draaibeweging vergroot wordt, dan vertraagt de draaibeweging, en wanneer die afstand verkleind wordt, dan versnelt de draaibeweging.

[sen...]

Wat ik me wel afvraag is hoe je met een shuttle kan klimmen of duiken zonder te stuwen.

Dat kan dan ook niet.

Om precies de reden die jij al aangeeft.

Voor een koercorrectie met de spaceshuttle is altijd een duwtje met een stuwraket nodig.

De shuttle heeft er 38 stuks van aan boord meen ik.

ik weet niet hoeveel luchtmoleculen er aanwezig zijn in de banen waar normaal gesproken shuttle's etc. om de aarde cirkelen.  

Als ik even uitga van een hoogte van 200km. voor de spaceshuttle dan is de druk daar ongeveer 10^-7 millibar.

Dan kom je uit op tussen de 10¹³ en 10⁹ moleculen per cm³.

Veel te weinig om met hoogte- en rolroeren te kunnen werken.

Op dit plaatje kun je zien dat geostationaire satellieten nog veel hoger zitten.

Je kunt dit zelfs ook uittesten op een draaiende bureaustoel en er zijn vast nog veel meer voorbeelden van het zelfde verschijnsel te noemen waar ik zo ff niet op kom.  

Deze techniek wordt onder andere toegepast bij satellieten. Er worden dan 2 gewichten met een stuk draad aan de zijkanten van de satelliet bevestigd. Door de lengte van de draden te variëren (oprollen of laten vieren) wordt de rotatiesnelheid aangepast.

Ik geloof niet dat deze techniek wordt toegepast om van baan (hoogte) te veranderen. Ik dacht dat de koers hetzelfde bleef, alleen de rotatiesnelheid veranderen ze ermee.

[Barbapapa]

Ik begrijp dat een ruimteschip geen motor nodig heeft om vooruit te komen in de ruimte, maar wel om bij te sturen. Hoe kun je bijsturen als je niets hebt om je tegen af te zetten?

[Ger]

Dit komt doordat ze ballastische voortstuwing gebruiken. Simpel uitgelegd komt het neer op het principe van actie = -reactie. De stuurraket zet zich af tegen het ruimteschip, waardoor die de andere kant op beweegt. Vergelijk het met een brandslang. als je die niet in bedwang houdt, zorgt de kracht van het uitstromende water ervoor dat de brandslang de andere kant op beweegt.

[Barbapapa]

Duidelijk, bedankt!

[Elbertus]

Een shuttle of elk ander ruimteschip heeft een batterij aan kleine stuurraketjes. Het is de stuwstof uit deze raketjes die het schip van koers doet veranderen, actie is min reactie. De stuwstof gaat de ene kant op, het ruimteschip de andere kant. Beter, het ruimteschip gedraagt zich volgens de wet van behoud van impuls.

Aan de zijkanten van de neus van de Space Shuttle kan van die zwart ovaaltjes zien, dat zijn uitlaten van stuurraketjes.

Ook wel: orbital reaction control subsystem

Engelse link: http://en.wikipedia.org/wiki/Reaction_control_system

[viruskiller]

een shutlel heeft in feite toch geen motorenen?

een shuttle heeft 2 tanken(1 met waterstof, en 1 met pure zuurstof)

als die 2 gassen samenkomen komt er veel energie vrij.(onder de vorm van warmte, of beter gezegt vuur)

om te sturen laten ze die 2 gassen op de juiste plakken bij elkaar komen.(bevoorbeeld linker voorkant en en rechter achterkant.)

de energie die vrij komt kan alleen door de opening van het schip naar buiten, en zal zich dus lanseren.

(hierdoor zal het schip in de tegengestelde beweging bewegen)

en daardoor kan de shuttle terplaatsen om zijn ass draaien(tegenover de aarde.)

[Rolbol16]

In sattelieten zitten grote wielen die ze harder en zachter laten draaien, daarmee kan je je om je as wentelen. Omdat er 3 assen zijn heeft een satteliet ook 3 wielen die ronddraaien.

Het concept van stuwraketten om om je as te draaien is al een tijdje uit de mode vanwege het opraken van brandstof, betrouwbaarheid en gewicht. Voor het veranderen van je baan zijn er helaas nog wel stuwrakketen nodig, al word er gewerkt aan Electronenmotoren.

- in een satteliet zitten geen stuwraketten want een satteliet zit in zijn baan en hoeft niet van richting te veranderen.

- in een ruimteschip zitten wel stuwmotoren.

[RobertJ]

Ruimteschepen, satellieten en sondes maken bijna altijd gebruik van een RCS, een Reaction Control System.

Die wordt voor verschillende doeleinden gebruikt, kleine koersveranderingen, station-keeping, het koppelen aan andere ruimteschepen of stations. Zo'n RCS kenmerkt zich vooral doordat het niet zo heel erg veel vermogen heeft. Het enige waarvoor je geen RCS nodig hebt is orientatie, welke kant laat je het ruimteschip of satelliet uitwijzen. Dat zou je met een gyroscoop kunnen doen, maar een backup in de vorm van een RCS is altijd in het voordeel.

De Hubble space telescoop werkt niet met een RCS, maar dat is een zeldzame uitzondering, zeker omdat de telescoop best wel groot is.

De Space shuttle heeft naast een uitgebreid RCS systeem nog 2 andere motoren (naast de drie hoofdmotoren die eenmaal in een baan om de aarde niet gebruikt worden), de OMS, Orbital Maneuvering System, die motoren zijn wat krachtiger, maar kunnen de shuttle maar in een richting voortstuwen. Als men terugkeert naar de aarde wordt de shuttle met de RCS in de juiste positie gedraaid waarna de OMS voor de daadwerkelijke remstoot zorgt. Als dat gedaan is draait de RCS de shuttle weer in de juiste positie zodat het hitteschild de juiste kant op wijst en zorgt er ook voor dat dit zo blijft.

Dat laatste ging niet goed met de Columbia in 2003 toen de linkervleugel op gegeven moment voor zoveel afwijking zorgde dat de RCS het niet meer bij kon houden en de Columbia dusdanig begon te tollen dat hij door de wrijving met de atmosfeer in stukken brak.

Een OMS zoals op de space shuttle kan gebruikt worden voor een forse koerswijziging, in 2003 had de Columbia een andere baan als het ISS. Nu wordt het vermogen van een raketmotor gemeten in Delta-V, de snelheid die het schip kan behalen als de tank helemaal leeg gebrand wordt. Voor de baanverandering (lees koerscorrectie) was ± 3000 meter per seconden nodig, helaas heeft de OMS met volle tanks maar een vermogen van 600 meter per seconden, genoeg voor een terugkeer naar aarde, maar de ISS had net zo goed zijn baantjes om de maan kunnen trekken, Columbia kon daar met geen mogelijkheid bij komen.