Spacecraft propulsion

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Une caméra capte à distance une vue en gros plan d'un Navette spatiale Moteur principal au cours d'une des tirs d'essai à la John C. Stennis Space Centre en Comté de Hancock, Mississippi

Spacecraft propulsion est tout Procédé utilisé pour accélérer engins spatiaux et artificielle satellites. Il existe de nombreuses méthodes différentes. Chaque méthode a ses avantages et inconvénients, et d'engins spatiaux propulsion est un domaine de recherche actif. Cependant, la plupart sont aujourd'hui engin spatial propulsé en forçant un gaz à l'arrière / arrière du véhicule à très grande vitesse à travers un supersonique tuyère de Laval. Ce genre de est appelé un moteur moteur de fusée.

Tous les roquettes utilisation de l'engin spatial actuelle chimiques ( bipropellant ou combustible solide) pour le lancement, même si certains (comme le Pegasus fusée et SpaceShipOne) ont utilisé moteurs aérobies sur leur première étape. La plupart des satellites ont simples propulseurs chimiques fiables (souvent fusées monopropellant) ou roquettes resistojet pour orbitale de maintien à poste et une certaine utilisation volants d'inertie pour contrôle d'attitude. Satellites du bloc soviétique ont utilisé propulsion électrique pendant des décennies, et plus récent engin spatial en orbite géo-Ouest commencent à les utiliser pour nord-sud à poste et de l'orbite sensibilisation. Véhicules interplanétaires utilisent surtout des fusées chimiques ainsi, bien que quelques-uns ont utilisé propulseurs ioniques et Propulseurs à effet Hall (deux types différents de propulsion électrique) à grand succès.

Exigences

Les satellites artificiels doivent être lancé dans orbite, et une fois là, ils doivent être placés dans leur orbite nominale. Une fois dans l'orbite désirée, ils ont souvent besoin d'une certaine forme contrôle d'attitude de sorte qu'ils sont correctement fait par rapport à la Terre , le Soleil , et peut-être une certaine astronomique objet d'intérêt. Elles sont également soumises à glisser de la mince atmosphère , de sorte que pour rester en orbite pendant une longue période de temps une certaine forme de propulsion est parfois nécessaire de faire de petites corrections ( à poste orbital). De nombreux satellites doivent être déplacés d'une orbite à l'autre de temps en temps, ce qui nécessite également la propulsion. Durée de vie utile d'un satellite est terminée une fois qu'il a épuisé sa capacité à ajuster son orbite.

Spacecraft conçu pour voyager plus loin aussi besoin méthodes de propulsion. Ils doivent être lancées sur l'atmosphère de la Terre tout comme le font les satellites. Une fois là, ils ont besoin de quitter l'orbite et se déplacer.

Pour Voyage interplanétaire, un vaisseau spatial doit utiliser ses moteurs de quitter l'orbite terrestre. Une fois qu'il l'a fait, il doit en quelque sorte faire son chemin vers sa destination. Sondes interplanétaires actuel le faire avec une série d'ajustements de trajectoire à court terme. Entre ces ajustements, le vaisseau spatial tout simplement tombe librement le long de sa trajectoire. Les moyens les plus économes en carburant de passer d'une orbite circulaire à l'autre est avec un Orbite de transfert: le vaisseau commence sur une orbite à peu près circulaire autour du Soleil Une courte période de poussée dans la direction du mouvement accélère ou décélère le véhicule spatial dans une orbite elliptique autour du Soleil qui est tangent à son orbite précédent et également à l'orbite de sa destination. Le vaisseau spatial tombe librement le long de cette orbite elliptique jusqu'à ce qu'il atteigne sa destination, où une autre courte période de poussée accélère ou décélère pour qu'il corresponde à l'orbite de sa destination. Méthodes spéciales telles que aérofreinage ou aérocapture sont parfois utilisés pour cet ajustement orbitale définitive.

Le concept de l'artiste d'une voile solaire

Certaines méthodes engin spatial de propulsion tels que voiles solaires fournissent très faible, mais inépuisable poussée; un véhicule interplanétaire en utilisant une de ces méthodes suivrait une trajectoire un peu différente, soit constamment poussée sur sa direction de mouvement afin de diminuer sa distance du Soleil ou constamment poussant le long de sa direction du mouvement pour augmenter sa distance du Soleil Le concept a été testé avec succès par les Japonais Voile solaire IKAROS vaisseau spatial.

Spacecraft pour Voyage interstellaire besoin également des méthodes de propulsion. Aucune sonde a encore été construite, mais de nombreux modèles ont été discutés. Depuis distances interstellaires sont très grandes, une vitesse énorme est nécessaire pour obtenir un vaisseau spatial à sa destination dans un délai raisonnable. L'acquisition d'une telle vitesse sur le lancement et se débarrasser de lui à l'arrivée sera un formidable défi pour les concepteurs d'engins spatiaux.

Efficacité

Lorsque dans l'espace, aux fins d'une Système de propulsion est de changer la vitesse, ou v, d'un engin spatial. Puisque ce est plus difficile pour les satellites plus massive, les concepteurs discutent généralement dynamique , mv. La quantité de changement dans l'élan est appelé impulsion. Ainsi, l'objectif d'un mode de propulsion dans l'espace est de créer une impulsion.

Lors du lancement d'un engin spatial à partir de la Terre, un mode de propulsion doit surmonter une ultérieure attraction gravitationnelle de fournir une accélération nette positive. En orbite, aucune impulsion supplémentaire, même très petite, se traduira par un changement dans le chemin de l'orbite.

Le taux de changement de vitesse est appelé accélération et la vitesse de changement de la dynamique est appelée la force . Pour atteindre une vitesse donnée, on peut appliquer une petite accélération sur une longue période de temps, ou on peut appliquer une grande accélération pendant une courte période. De même, on peut parvenir à une impulsion donnée avec une force importante sur une courte période ou une petite force sur une longue période. Cela signifie que dans l'espace de manoeuvre, d'un mode de propulsion qui produit de petites accélérations, mais se étend sur une longue période peut produire la même impulsion en tant que méthode de propulsion qui produit de grandes accélérations pendant une courte période. Lors du lancement d'une planète, minuscules accélérations ne peuvent surmonter l'attraction gravitationnelle de la planète et ne peuvent donc pas être utilisés.

La surface de la Terre est assez profond situé dans un puits de gravité. Le échapper à la vitesse nécessaire pour se en sortir est 11,2 km / seconde. Comme les êtres humains ont évolué dans un champ gravitationnel de 1 g (9,8 m / s²), un système de propulsion idéal serait celui qui fournit une accélération continue de 1g (si les corps humains peuvent tolérer beaucoup plus grandes accélérations sur de courtes périodes). Les occupants d'une fusée ou vaisseau spatial ayant un tel système de propulsion seraient libres de tous les effets néfastes de chute libre, tels que des nausées, faiblesse musculaire, perte de sensibilité gustative, ou lixiviation du calcium à partir des os.

La loi de conservation de l'impulsion signifie que, pour une méthode de propulsion pour changer la dynamique d'une embarcation de l'espace, il doit changer la dynamique de quelque chose d'autre aussi. Quelques dessins profiter de choses comme des champs magnétiques ou une légère pression afin de changer la dynamique de l'engin spatial, mais dans l'espace libre de la fusée doivent apporter une certaine masse pour accélérer loin afin de se pousser en avant. Cette masse est appelé masse réactionnelle.

Pour une fusée au travail, il faut deux choses: masse de réaction et de l'énergie. L'impulsion fournie par le lancement d'une particule de masse de réaction ayant une masse m à la vitesse v est mv. Mais cette particule a cinétique mv énergétique ² / 2, qui doit venir de quelque part. Dans un conventionnel solide, liquide, ou Propulsion hybride, le combustible est brûlé, en fournissant de l'énergie, et les produits de réaction sont autorisés à se écouler à l'arrière, en fournissant de la masse réactionnelle. Dans un ion propulseur, l'électricité est utilisée pour accélérer des ions à l'arrière. Voici une autre source doit fournir l'énergie électrique (peut-être un panneau solaire ou d'un réacteur nucléaire), tandis que les ions fournissent la masse réactionnelle.

Lors de l'examen de l'efficacité d'un système de propulsion, les concepteurs se concentrent souvent sur l'utilisation efficace de la masse de réaction. Masse de réaction doit être effectuée avec la fusée et est irrémédiablement consommé lorsqu'il est utilisé. Une façon de mesurer la quantité de mouvement qui peut être obtenu à partir d'un montant fixe de la masse de réaction est le impulsion spécifique, l'impulsion par unité de poids-sur-terre (généralement désigné par $I_ {sp}$ ). L'unité de cette valeur est seconde. Comme le poids sur Terre de la masse de réaction est souvent sans importance lors de l'examen des véhicules dans l'espace, impulsion spécifique peut également être discutée en termes de mouvement par unité de masse. Cette autre forme d'impulsion spécifique utilise les mêmes unités que la vitesse (par exemple m / s), et en fait, elle est égale à la vitesse d'évacuation efficace du moteur (typiquement étant désignées $v_ {e}$ ). Pour compliquer les choses, les deux valeurs sont parfois appelés impulsion spécifique. Les deux valeurs diffèrent d'un facteur de g _n, l'accélération normale de la pesanteur 9,80665 m / s² ( $I_ {sp} g_ \ mathrm {n} = v_ {e}$ ).

Une fusée avec une vitesse d'échappement haute peut atteindre le même élan avec moins de masse de réaction. Cependant, l'énergie nécessaire pour que l'impulsion est proportionnelle à la vitesse d'évacuation, de sorte que plusieurs moteurs en série efficace nécessitent beaucoup plus d'énergie, et sont typiquement moins d'énergie efficace. Ce est un problème si le moteur est de fournir une grande quantité de poussée. Pour générer une grande quantité d'impulsions par seconde, il faut utiliser une grande quantité d'énergie par seconde. Donc moteurs à haute masse efficace exigent d'énormes quantités d'énergie par seconde pour produire des poussées élevées. En conséquence, la plupart des modèles de haute masse efficaces moteurs fournissent aussi poussée plus faible en raison de l'indisponibilité de grandes quantités d'énergie.

Méthodes

méthodes de propulsion peuvent être classés en fonction de leurs moyens d'accélérer la masse de réaction. Il ya aussi quelques méthodes spéciales pour les lancements, les arrivées planétaires, et les atterrissages.

moteurs à réaction

Un moteur à réaction est un moteur qui assure la propulsion en expulsant masse de réaction, conformément à la troisième loi du mouvement de Newton . Cette loi du mouvement est le plus souvent paraphrasé comme suit: «Pour chaque force d'action il ya un égal, mais opposé, force de réaction".

Des exemples comprennent à la fois Les moteurs de conduit et moteurs de fusées, et des variations plus rares tels que Propulseurs à effet Hall, durs d'ions et les conducteurs de masse. moteurs de conduits sont évidemment pas utilisés pour la propulsion spatiale à cause du manque d'air; cependant, certains engins spatiaux ont proposé ces types de moteurs pour aider le décollage et l'atterrissage.

Delta-v et propulseur

Fusée rapports de masse par rapport à la vitesse finale, tel que calculé à partir de l'équation de fusée

Épuisement de la totalité propulseur utilisables d'un vaisseau spatial à travers les moteurs en ligne droite dans l'espace libre produirait une variation nette de la vitesse du véhicule; ce nombre est appelé ' delta-v '( $\ Delta V$ ).

Si la vitesse d'échappement est alors constante total $\ Delta V$ d'un véhicule peut être calculée en utilisant l'équation de fusée, où M est la masse de propergol, P est la masse de la charge utile (y compris la structure de la roquette), et $v_e$ est le vitesse des gaz d'échappement de la fusée. Ceci est connu comme la Tsiolkovski fusée équation:

$\ Delta v = v_e \ ln \ left (\ frac {M + P} {P} \ right).$

Pour des raisons historiques, comme discuté ci-dessus, $v_e$ qui est parfois écrit que

$v_e = I_ {sp} {o} g_$

où $I_ {sp}$ est le impulsion spécifique de la fusée, mesuré en secondes, et $g_ {o}$ est le accélération de la pesanteur au niveau de la mer.

Pour une mission de haut delta-v, la majorité de la masse de l'engin spatial doit être la masse de réaction. Depuis une fusée doit transporter tout de sa masse de réaction, la plupart de la masse de réaction initialement dépensé va à accélérer la réaction de masse plutôt que de la charge utile. Si la fusée a une charge utile de la masse P, le vaisseau spatial doit changer sa vitesse par $\ Delta V$ Et le moteur-fusée a échappement vitesse v _e, alors la masse M de la masse de réaction qui est nécessaire peut être calculée en utilisant l'équation de la fusée et la formule de $I_ {sp}$ :

$M = P \ gauche (e ^ {\ Delta v / v_e} -1 \ right).$

Pour $\ Delta V$ beaucoup plus petit que v _e, cette équation est à peu près linéaire, et peu de masse de réaction est nécessaire. Si $\ Delta V$ est comparable à v _e, alors il faut environ deux fois plus de carburant que la charge utile et la structure combinée (qui comprend les moteurs, les réservoirs de carburant, et ainsi de suite). Au-delà, la croissance est exponentielle; des vitesses beaucoup plus élevées que la vitesse d'échappement nécessitent des ratios très élevés de masse de carburant à la charge utile et la masse structurelle.

Pour une mission, par exemple, lors du lancement ou atterrissant sur une planète, les effets de l'attraction gravitationnelle et toute la traînée atmosphérique doivent être surmontés en utilisant carburant. Il est typique de combiner les effets de ceux-ci et d'autres effets dans une mission efficace delta-v. Par exemple une mission de lancement pour l'orbite basse de la Terre nécessite delta-v de 9,3 à 10 km environ /. Ces delta-vs mission sont généralement numériquement intégré dans un ordinateur.

Certains effets tels que Oberth effet ne peut être utilisé de manière significative par les moteurs de poussée élevées tels que des fusées, des moteurs-à-dire pouvant produire une haute g-force (poussée par unité de masse, égale à delta-v par unité de temps).

La consommation d'énergie et l'efficacité propulsive

Pour tous moteurs à réaction (tels que des roquettes et des lecteurs d'ions) de l'énergie doivent aller dans l'accélération de la masse de réaction. Chaque moteur sera perdre un peu d'énergie, mais même en supposant 100% d'efficacité, d'accélérer un échappement du moteur devra énergie se élevant à

$\ Frac {1} {2} \ dot m ^ 2 v_e$

Cette énergie ne est pas nécessairement arrêt de travail certaines d'entre elles finit généralement que l'énergie cinétique du véhicule, et le reste est gaspillé en mouvement résiduelle de l'échappement.

En raison de l'énergie emporté dans l'échappement de l'efficacité énergétique d'un moteur à réaction varie avec la vitesse des gaz d'échappement par rapport à la vitesse du véhicule, ce est ce qu'on appelle efficacité de propulsion

En comparant l'équation de la fusée (qui indique combien d'énergie se termine dans le véhicule final) et de l'équation ci-dessus (qui représente l'énergie totale requise) montre que, même avec l'efficacité du moteur de 100%, et certainement pas toute l'énergie fournie se retrouve dans le véhicule - certaines de celui-ci, en effet généralement plus de celui-ci, se retrouve sous forme d'énergie cinétique des gaz d'échappement.

La quantité exacte dépend de la conception du véhicule, et la mission. Cependant, il ya certains points fixes utiles:

si le $I_ {sp}$ est fixé, pour une mission de delta-V, il existe un particulier $I_ {sp}$ qui minimise l'énergie globale utilisée par la fusée. Ce est à une vitesse d'échappement d'environ ⅔ de la mission delta-v (voir l'énergie calculée à partir de l'équation de fusée ). Entraînements avec une impulsion spécifique qui est à la fois élevé et fixe, comme propulseurs ioniques ont des vitesses d'échappement qui peuvent être considérablement plus élevé que cet idéal pour de nombreuses missions.

si la vitesse d'échappement peut être amenée à varier de sorte qu'à chaque instant il est égal et opposé à la vitesse du véhicule puis la consommation d'énergie minimum est atteint. Lorsque cet objectif est atteint, l'échappement se arrête dans l'espace et n'a pas d'énergie cinétique; et le rendement propulsif est de 100% - toute l'énergie finit dans le véhicule (en principe un tel disque serait efficace à 100%, dans la pratique, il serait pertes thermiques à partir de l'intérieur du système d'entraînement et de la chaleur résiduelle dans les gaz d'échappement). Cependant, dans la plupart des cas, cette pratique utilise une quantité de propergol, mais est une considération théorique utile. Quoi qu'il en soit, le véhicule doit se déplacer avant que la méthode peut être appliquée.

Certains lecteurs (tels que VASIMR ou Propulseur à plasma sans électrode) peut effectivement varier considérablement leur vitesse d'échappement. Cela peut aider à réduire l'utilisation de propulseur ou d'améliorer l'accélération à différentes étapes du vol. Toutefois, la meilleure performance énergétique et de l'accélération est encore obtenus lorsque la vitesse d'évacuation est proche de la vitesse du véhicule. Ion et proposées plasma lecteurs ont généralement vitesses considérablement plus élevées que cet idéal d'échappement (dans le cas de VASIMR la vitesse la plus citée est d'environ 15 000 m / s par rapport à une mission delta-v de très haute orbite la Terre à Mars d'environ 4000m / s).

On pourrait penser que l'ajout de la capacité de génération d'énergie est utile, et tout d'abord ce qui peut améliorer les performances, ce qui augmente inévitablement le poids de la source d'alimentation, et éventuellement la masse de la source d'énergie et les moteurs et propulseur associés domine le poids du véhicule , puis en ajoutant davantage de puissance donne pas d'amélioration significative.

Car, bien que l'énergie solaire et l'énergie nucléaire sont pratiquement illimitées sources d'énergie, la puissance maximale qu'ils peuvent fournir est sensiblement proportionnelle à la masse de la centrale (c.-à- puissance spécifique prend une valeur essentiellement constante qui dépend de la technologie de centrale électrique notamment). Pour toute puissance donnée spécifique, avec une grande $v_ {e}$ ce qui est souhaitable pour enregistrer masse propulsive, il se avère que l'accélération maximale est inversement proportionnelle à $v_ {e}$ . Ainsi le temps nécessaire pour atteindre un delta-v est proportionnelle à $v_ {e}$ . Ainsi ce dernier ne devrait pas être trop grand.

Énergie

Dans le cas idéal $m_1$ est charge utile et $m_0-m_1$ est la masse de réaction (ce qui correspond aux réservoirs vides ayant pas de masse, etc.). L'énergie nécessaire peut être calculée simplement en tant que

$\ Frac {1} {2} (m_0-m_1) v_ \ text {e} ^ 2$

Ceci correspond à l'énergie cinétique de la masse réactionnelle aurait expulsé à une vitesse égale à la vitesse d'échappement. Si la masse de réaction devait être accélérée de la vitesse zéro à la vitesse d'échappement, toute l'énergie produite serait aller dans la masse de réaction et rien ne serait laissé pour le gain d'énergie cinétique par la fusée et la charge utile. Cependant, si la fusée se déplace déjà et accélère (la masse réactionnelle est expulsé dans la direction opposée à la direction dans laquelle se déplace la fusée) l'énergie cinétique moins est ajouté à la masse réactionnelle. Pour le voir, si, par exemple, $v_e$ = 10 km / s et la vitesse de la fusée est de 3 km / s, la vitesse d'une petite quantité de modifications en masse de réaction dépensées de 3 km / s vers l'avant à 7 km / s vers l'arrière. Ainsi, alors que l'énergie nécessaire est de 50 MJ par kg de masse de réaction, seulement 20 MJ est utilisé pour l'augmentation de la vitesse de la masse réactionnelle. Le 30 MJ restant est l'augmentation de l'énergie cinétique de la fusée et la charge utile.

En général:

$d\left(\frac{1}{2}v^2\right)=vdv=vv_\text{e}dm/m=\frac{1}{2}\left(v_\text{e}^2-(v-v_\text{e})^2+v^2\right)dm/m$

Ainsi, le gain en énergie spécifique de la fusée dans ne importe quel petit intervalle de temps est le gain d'énergie de la fusée y compris le carburant restant, divisée par sa masse, où le gain d'énergie est égale à l'énergie produite par le carburant, moins le gain d'énergie de la réaction de masse. Plus la vitesse de la fusée, plus le gain en énergie de la masse réactionnelle; si la vitesse de la fusée est plus de la moitié de la vitesse d'échappement de la masse de réaction perd même l'énergie d'être expulsé, à l'avantage du gain d'énergie de la fusée; plus la vitesse de la fusée, plus la perte d'énergie de la masse réactionnelle.

Nous avons

$\ Delta \ epsilon = \ int v \, d (\ Delta V)$

où $\ Epsilon$ est l'énergie spécifique de la fusée (énergie potentielle ainsi cinétique) et $\ Delta V$ est une variable distincte, non seulement le changement de $v$ . Dans le cas de l'utilisation de la fusée de décélération, par exemple expulsion masse de réaction dans la direction de la vitesse, $v$ devraient être prises négative.

La formule est pour le cas idéal nouveau, sans énergie perdue en chaleur, etc. Ce dernier provoque une réduction de la poussée, donc ce est un désavantage, même si l'objectif est de perdre de l'énergie (décélération).

Si l'énergie est produite par la masse elle-même, comme dans une fusée chimique, la La valeur de carburant doit être $\ Scriptstyle {v_ \ text {e} ^ 2/2}$ Où, pour la valeur de carburant également la masse de l'oxydant doit être prise en compte. Une valeur typique est $v_ \ text {e}$ = 4,5 km / s, correspondant à une valeur de carburant de 10,1 MJ / kg. La valeur réelle de carburant est plus élevé, mais une grande partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur perdue dans les gaz d'échappement que la buse n'a pas pu extraire.

L'énergie nécessaire $E$ est

$E = \ frac {1} {2} m_1 \ left (e ^ {\ Delta v \ / v_ \ text {e}} - 1 \ right) v_ \ text {e} ^ 2$

Conclusions:

pour $\ Delta v \ ll v_e$ nous avons $E \ approx \ frac {1} {2} m_1 v_ \ text {e} \ Delta V$
pour une donnée $\ Delta V$ , L'énergie minimale est nécessaire si $v_ \ text {e} = 0,6275 \ Delta V$ , Ce qui nécessite une énergie de

$E = 0,772 m_1 (\ Delta V) ^ 2$ .

A partir de la vitesse nulle ce est 54,4% plus que l'énergie cinétique de la charge utile. Dans ce cas optimale la masse initiale est 4,92 fois la masse finale.

Ces résultats se appliquent pour une vitesse d'échappement fixe.

En raison de Oberth effet et à partir d'une vitesse non nulle, l'énergie potentielle nécessaire requis à partir de l'agent propulseur peut être inférieure à l'augmentation d'énergie dans le véhicule et la charge utile. Cela peut être le cas lorsque la masse de réaction a une vitesse inférieure après avoir été expulsé avant que - fusées sont capables de libérer une partie ou la totalité de l'énergie cinétique initiale de l'agent propulseur.

Aussi, pour un objectif donné comme le déplacement d'une orbite à l'autre, le besoin $\ Delta V$ peut dépendre fortement de la vitesse à laquelle le moteur peut produire $\ Delta V$ et les manœuvres peuvent même être impossible si ce taux est trop faible. Par exemple, un lancement de LEO nécessite normalement une $\ Delta V$ de ca. 9,5 km / s (surtout pour la vitesse à acquérir), mais si le moteur pourrait produire $\ Delta V$ à un taux de seulement un peu plus g, ce serait un lancement lent nécessitant tout à fait un très grand $\ Delta V$ (Pensez de planer sans faire de progrès dans la vitesse ou l'altitude, il en coûterait un $\ Delta V$ de 9,8 m / s chaque seconde). Si le taux est seulement possible $g$ ou moins, la manœuvre ne peut être effectuée à tout avec ce moteur.

Le la puissance est donnée par

$P = \ frac {1} {2} ma v_ \ text {e} = \ frac {1} {2} F v_ \ text {e}$

où $Fa$ est la poussée et $une$ l'accélération due à il. Ainsi la poussée théoriquement possible par unité de puissance est divisé par deux l'impulsion spécifique en m / s. L'efficacité de poussée est la poussée réelle en pourcentage de cette.

Si, par exemple l'énergie solaire est utilisée ce qui restreint $une$ ; dans le cas d'un grand $v_ \ text {e}$ l'accélération possible est inversement proportionnel à elle, d'où le temps requis pour atteindre une delta-v est proportionnelle à $v_ \ text {e}$ ; avec 100% d'efficacité:

pour $\ Delta v \ ll v_ \ text {e}$ nous avons $t \ approx \ frac {m v_ \ text {e} \ Delta v} {} 2P$

Exemples:

puissance 1000 W, la masse 100 kg, $\ Delta V$ = 5 km / s, $v_ \ text {e}$ = 16 km / s, prend 1,5 mois.
puissance 1000 W, la masse 100 kg, $\ Delta V$ = 5 km / s, $v_ \ text {e}$ = 50 km / s, prend cinq mois.

Ainsi $v_ \ text {e}$ ne doit pas être trop grande.

Rapport puissance de poussée

Le rapport puissance de poussée est tout simplement:

$\ Frac {P} {F} = \ frac {\ frac {1} {2} {\ dot mv ^ 2}} {\ dot mv} = \ frac {1} {2} v$

Ainsi, pour toute l'alimentation du véhicule P, la poussée qui peut être fourni est:

$F = \ frac {P} {\ frac {1} {2} v} = \ frac {2} P v$

Exemple

Supposons que nous voulons envoyer une sonde spatiale de 10 000 kg à Mars. Le nécessaire $\ Delta V$ à partir de LEO est d'environ 3000 m / s, en utilisant un Hohmann orbite de transfert. Pour les besoins du raisonnement, disons que les propulseurs suivants peuvent être utilisés:

Moteur	Vitesse d'échappement efficace (Km / s)	Impulsion spécifique (S)	la masse de carburant (Kg)	L'énergie requise (GJ)	Énergie par kg de propergol	puissance minimale / poussée	Puissance de masse du générateur / poussée *
Propergol solide	1	100	190000	95	500 kJ	0,5 kW / N	N / A
Bipropellant fusée	5	500	8200	103	12,6 MJ	2,5 kW / N	N / A
Moteur ionique	50	5000	620	775	1,25 GJ	25 kW / N	25 kg / N

* - Suppose une puissance spécifique de 1 kW / kg

Observez que les moteurs plus économes en carburant peuvent utiliser beaucoup moins de carburant; sa masse est presque négligeable (par rapport à la masse de la charge utile et le moteur lui-même) pour certains des moteurs. Toutefois, notez également que celles-ci exigent une grande quantité totale d'énergie. Pour le lancement de la Terre, les moteurs exigent une poussée au rapport de poids de plus d'un. Pour ce faire avec l'ion ou plusieurs entraînements électriques théoriques, le moteur devra être fourni avec un à plusieurs gigawatts d'énergie - l'équivalent d'un grand métropolitaine centrale. D'après le tableau, on peut voir que ce ne est clairement pas pratique avec des sources d'alimentation de courant.

D'autres approches incluent certaines formes de propulsion laser, où le masse réactionnelle ne fournit pas l'énergie nécessaire pour accélérer, avec l'énergie à la place étant prévu à partir d'un laser externe ou autre système d'alimentation poutres. Les petits modèles de certains de ces concepts ont volé, bien que les problèmes d'ingénierie sont complexes et les systèmes d'alimentation basés au sol ne sont pas un problème résolu.

Au lieu de cela, un beaucoup plus petit générateur, moins puissant peut être inclus, ce qui prendra beaucoup plus de temps pour générer l'énergie totale nécessaire. Cette puissance inférieure ne est suffisante pour accélérer une petite quantité de carburant par seconde, et serait insuffisante pour le lancement de la Terre. Cependant, sur de longues périodes en orbite où il n'y a pas de frottement, la vitesse sera finalement atteint. Par exemple, il a fallu le SMART-1 plus d'un an pour atteindre la Lune, tandis qu'avec une fusée chimique, il prend quelques jours. Parce que le moteur ionique a besoin de beaucoup moins de carburant, la masse totale lancé est généralement plus faible, ce qui se traduit généralement par un coût global inférieur, mais prend plus de temps.

planification de la mission implique donc souvent ajuster et en choisissant le système de propulsion de façon à minimiser le coût total du projet, et peut impliquer négociation hors coûts de lancement et durée de la mission contre fraction de la charge utile.

Les moteurs de fusée

SpaceX de Kestrel moteur est testé

La plupart des moteurs de fusée sont combustion interne moteurs thermiques (bien que des formes de combustion non existent). Les moteurs de fusée produisent généralement une masse de réaction à haute température, comme un gaz chaud. Ce résultat est obtenu par combustion d'un combustible solide, liquide ou gazeux avec un oxydant dans une chambre de combustion. Le gaz extrêmement chaud est ensuite laissé se échapper à travers un rapport à haut foisonnement buse. Cette buse en forme de cloche est ce qui donne un moteur de fusée sa forme caractéristique. L'effet de la buse est d'accélérer considérablement la masse, la conversion de la majeure partie de l'énergie thermique en énergie cinétique. la vitesse d'échappement atteignant jusqu'à 10 fois la vitesse du son au niveau de la mer sont communs.

Les moteurs de fusée fournissent essentiellement les plus hauts pouvoirs spécifiques et des axes spécifiques élevées de ne importe quel moteur utilisé pour les satellites propulsion.

Fusées de propulsion ionique peut chauffer un plasma ou gaz chargé dans un bouteille magnétique et libérer via un buse magnétique, de sorte qu'aucune matière solide doit entrer en contact avec le plasma. Bien sûr, la machine à faire ce est complexe, mais la recherche en la fusion nucléaire a développé des méthodes, dont certaines ont été proposés pour être utilisés dans les systèmes de propulsion, et certains ont été testés dans un laboratoire.

Voir moteur-fusée pour une liste des différents types de moteurs de fusées au moyen de différentes méthodes de chauffage, y compris chimique, électrique, solaire et nucléaire.

Propulsion magnétique

Ce moteur d'essai accélère les ions utilisant des forces électrostatiques

Plutôt que de compter sur une température élevée et la dynamique des fluides pour accélérer la masse de réaction à des vitesses élevées, il existe une variété de procédés qui utilisent électrostatiques ou électromagnétiques forces pour accélérer directement la masse de réaction. Habituellement, la masse réactionnelle est un courant d' ions . Un tel moteur électrique utilise généralement, pour ioniser des atomes d'abord, puis à créer un gradient de tension pour accélérer les ions à des vitesses élevées de gaz d'échappement.

L'idée de la propulsion électrique remonte à 1906, lorsque Robert Goddard a envisagé la possibilité dans son carnet personnel. Konstantin Tsiolkovski publié l'idée en 1911.

Pour ces lecteurs, à des vitesses les plus élevées d'échappement, l'efficacité énergétique et la poussée sont tous inversement proportionnelle à la vitesse d'échappement. Grâce à leur vitesse d'échappement très élevé, ils exigent d'énormes quantités d'énergie et donc des sources d'énergie pratiques fournissent faible poussée, mais utilisent guère de carburant.

Pour certaines missions, en particulier raisonnablement proches du Soleil, l'énergie solaire peut être suffisant, et a été très souvent utilisé, mais pour d'autres encore sur ou à puissance plus élevée, l'énergie nucléaire est nécessaire; moteurs qui tirent leur puissance d'une source nucléaire sont appelés fusées électriques nucléaires.

Avec toute source de courant d'énergie électrique, chimique, nucléaire ou solaire, le montant maximal de la puissance qui peut être généré limite la quantité de poussée qui peut être produit à une faible valeur. La production d'électricité ajoute masse importante à l'engin spatial, et en fin de compte le poids de la source de courant limite les performances du véhicule.

Actuelles générateurs nucléaires sont environ la moitié du poids de panneaux solaires par watt d'énergie fournie, à des distances terrestres du Soleil Groupes électrogènes chimiques ne sont pas utilisés en raison de l'énergie totale disponible beaucoup plus faible. Puissance apparentes à l'engin spatial montre un certain potentiel. Cependant, la dissipation de chaleur des déchets de toute centrale peut faire ne importe quel système de propulsion nécessitant une source d'alimentation séparée impossible pour Voyage interstellaire.

6 kW salle propulseur en fonctionnement à la NASA Jet Propulsion Laboratory.

Certaines méthodes électromagnétiques:

propulseurs ioniques (première et accélérer des ions neutraliser ensuite le faisceau d'ions avec un courant d'électrons émis par une cathode appelée neutraliseur)
- Propulseur ionique électrostatique
- Field Emission propulsion électrique
- Propulseur à effet Hall
- Propulseur colloïde
Propulseurs électrothermiques (champs électromagnétiques sont utilisés pour générer un plasma pour augmenter la chaleur de la charge propulsive en vrac, l'énergie thermique communiquée au gaz propulseur est ensuite converti en énergie cinétique par une buse soit la construction du matériel physique ou par des moyens magnétiques)
- Arcjet DC
- micro-ondes arcjet
- Propulseur à plasma pulsé
- Helicon Propulseur double couche
Propulseurs électromagnétiques (ions sont accélérés soit par le Force de Lorentz ou par l'effet des champs électromagnétiques où le champ électrique ne est pas dans la direction de l'accélération)
- Propulseur magnétoplasmadynamique
- Electrodeless propulseur à plasma
- Propulseur inductive pulsé
- Variable spécifique impulsion magnétoplasma fusée (VASIMR)
Conducteurs de masse (pour la propulsion)

Dans électrothermique et propulseurs électromagnétiques, les deux ions et électrons sont accélérés simultanément, ne neutralisant est nécessaire.

Sans masse réactionnelle interne

Étude de la NASA d'une voile solaire. La voile serait un demi-kilomètre de large.

Le loi de conservation de l'élan est généralement interprétée comme signifiant que ne importe quel moteur qui ne utilise pas la masse de réaction ne peut pas accélérer le centre de masse d'un vaisseau spatial (changement d'orientation, d'autre part, est possible). Mais l'espace ne est pas vide, en particulier l'espace à l'intérieur du système solaire; il ya des champs de gravitation, les champs magnétiques, les ondes électromagnétiques . vent solaire et le rayonnement solaire. Les ondes électromagnétiques, en particulier, sont connus pour contenir l'élan, en dépit d'être sans masse; spécifiquement l'élan densité de flux P d'une onde EM est quantitativement une / c fois le vecteur de Poynting S, p = S / c, où c est la vitesse de la lumière. méthodes de propulsion de terrain qui ne reposent pas sur la masse de réaction doivent donc essayer de profiter de ce fait par couplage à un champ dynamique portant comme une onde électromagnétique qui existe dans le voisinage de l'embarcation. Cependant, étant donné que beaucoup de ces phénomènes sont de nature diffuse, structures de propulsion correspondants doivent être proportionnellement grande.

Il existe plusieurs unités spatiales différentes qui nécessitent peu ou pas de masse réactionnelle pour fonctionner. Un système de propulsion attache emploie un long câble avec une haute résistance à la traction pour changer l'orbite d'un engin spatial, comme par interaction avec le champ magnétique d'une planète ou par échange d'énergie cinétique avec un autre objet. Les voiles solaires se appuient sur la pression de radiation à partir de l'énergie électromagnétique, mais ils nécessitent une grande surface de collection pour fonctionner efficacement. Le voile magnétique dévie les particules chargées de la vent solaire avec un champ magnétique, ce qui confère à l'engin spatial dynamique. Une variante est le mini-magnétosphère système de propulsion à plasma, qui utilise un petit nuage de plasma est tenue dans un champ magnétique pour dévier les particules chargées du Soleil. Une E-voile serait utiliser des fils très minces et légers tenue d'une charge électrique pour dévier ces particules, et peut avoir directionnalité plus contrôlable.

Comme une preuve de concept, NanoSail-D est devenu le premier nanosatellites en orbite la Terre . Il ya des plans pour les ajouter aux futurs satellites en orbite de la Terre, leur permettant de désorbitation et brûler une fois qu'ils ne sont plus nécessaires. Cube voile vise à se attaquer débris spatiaux.

Le Japon a également lancé son propre vaisseau spatial propulsé voile solaire IKAROS mai 2010. IKAROS a démontré avec succès propulsion et de guidage et vole encore aujourd'hui.

Un satellite ou un autre véhicule de l'espace est soumis à la loi de la conservation du moment angulaire , ce qui limite un corps d'un variation nette de vitesse angulaire . Ainsi, pour un véhicule à changer son orientation relative sans dépenser masse de réaction, une autre partie du véhicule peut tourner dans la direction opposée. Forces extérieures non conservatrices, surtout gravitationnelles et atmosphériques, peuvent contribuer de plusieurs degrés par jour pour le moment angulaire, ainsi les systèmes secondaires sont conçus pour "purger" énergies de rotation indésirables construites au fil du temps. En conséquence, de nombreux engins spatiaux utilisent roues de réaction ou à moment de commande gyroscopes pour contrôler l'orientation dans l'espace.

Un fronde gravitationnelle peut porter une sonde spatiale en avant vers d'autres destinations sans le coût de la masse de réaction. En exploitant l'énergie gravitationnelle d'autres objets célestes, le vaisseau spatial peut ramasser de l'énergie cinétique. Cependant, encore plus d'énergie peut être obtenu à partir de l'assistance gravitationnelle si des roquettes sont utilisés.

Propulsion planétaire et atmosphérique

mécanismes de lancement

Le concept de l'artiste d'une catapulte électromagnétique sur le Lune

Forte poussée est d'une importance vitale pour le lancement de la Terre. Poussée doit être supérieur au poids (voir aussi la gravité glisser). Bon nombre des méthodes de propulsion ci-dessus donnent un rapport poussée / poids de beaucoup inférieur à 1, et ne peuvent donc pas être utilisés pour le lancement.

Tous les moteurs actuels d'utilisation de l'engin spatial de fusée chimique ( bipropellant ou combustibles solides) pour le lancement. Autres sources d'énergie comme le nucléaire ont été proposées et testées, mais la sécurité, les considérations environnementales et politiques ont jusqu'ici réduit leur utilisation.

Un avantage que les engins spatiaux ont en lancement est la disponibilité de l'infrastructure sur le terrain pour les aider. Proposé les mécanismes de lancement assisté sol de non-roquettes comprennent:

Ascenseur spatial (une attache en orbite géostationnaire)
boucle de lancement (une boucle fermée de rotation très rapide à environ 80 km de haut)
fontaine de l'espace (un très grand bâtiment tenu par un flux de masses tiré de la base)
Anneau Orbital (un anneau autour de la Terre avec des rayons suspendus descendre roulements)
Hypersonic Skyhook (une attache orbitale filage rapide)
Catapulte électromagnétique (railgun,canon magnétique) (un pistolet électrique)
lancement de traîneau Rocket
Espace pistolet (Projet HARP,ram accélérateur) (un pistolet fonctionnant chimiquement)
Fusées de propulsion et des jets faisceau alimenté alimentés à partir du sol par l'intermédiaire d'un faisceau
Plates-formes à haute altitude pour aider stade initial
Dirigeable Orbital

moteurs de Airbreathing

Des études montrent généralement que les moteurs aérobies classiques, tels que statoréacteurs ou turboréacteurs sont fondamentalement trop lourd (ont une trop faible rapport signal / bruit de poussée de poids) pour donner une amélioration significative des performances lorsqu'il est installé sur un véhicule de lancement lui-même. Toutefois, les véhicules de lancement peuvent être lancées à partir de l'air des véhicules de levage distinctes (par exemple, B-29, Pegasus Rocket et White Knight) qui font utiliser ces systèmes de propulsion. Les moteurs d'avions montés sur un rail de lancement pourraient également être utilisés ainsi.

D'autre part, les moteurs à vitesse très légers ou très élevés ont été proposé que profiter de l'air lors de la remontée:

SABRE - un hydrogène léger alimenté turboréacteur à prérefroidisseur
ATREX - un hydrogène léger alimenté turboréacteur à prérefroidisseur
Moteur à cycle d'air liquide - un moteur de jet d'hydrogène alimentée que liquéfie l'air avant de le brûler dans un moteur de fusée
moteurs à réaction qui utilisent la combustion supersonique - de Scramjet

Normales véhicules de lancement de roquettes volent presque à la verticale avant de rouler plus à une altitude de quelques dizaines de kilomètres avant de graver le côté pendant orbite; cette première déchets de montée verticale propulseur mais est optimale car elle réduit considérablement airdrag. moteurs de Airbreathing brûlent propulseur beaucoup plus efficacement et cela permettrait un lancement trajectoire bien plus plat, les véhicules seraient généralement voler approximativement tangentiellement à la surface de la terre jusqu'à ce qu'il quitte l'atmosphère puis effectuer une brûlure de fusée pour combler la finale delta-v à la vitesse orbitale.

Arrivée planétaire et à l'atterrissage

Une version d'essai du système d'airbag Mars Pathfinder

Quand un véhicule est d'entrer en orbite autour de sa planète de destination, ou quand il est à terre, il doit ajuster sa vitesse. Cela peut être fait en utilisant toutes les méthodes énumérées ci-dessus (à condition qu'ils puissent générer une poussée assez élevé), mais il existe quelques méthodes qui peuvent profiter des atmosphères et / ou des surfaces planétaires.

Aérofreinage permet un vaisseau spatial pour réduire le point d'une orbite elliptique haute par des brosses répétées avec l'atmosphère au point bas de l'orbite. Cela peut économiser une quantité considérable de carburant car il prend beaucoup moins de delta-V pour entrer une orbite elliptique par rapport à une orbite circulaire basse. Depuis le freinage se fait au cours de nombreuses orbites, le chauffage est relativement mineur, et un bouclier de chaleur est pas nécessaire. Cela a été fait à plusieurs missions martiennes tels que Mars Global Surveyor, Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter , et au moins une mission Venus, Magellan.
Aérocapture est une manoeuvre beaucoup plus agressif, la conversion d'une orbite hyperbolique entrant vers une orbite elliptique en une seule passe. Cela nécessite un bouclier thermique et la navigation beaucoup plus délicat, car elle doit être complétée par un passage dans l'atmosphère, et contrairement aérofreinage aucun aperçu de l'atmosphère est possible. Si l'intention est de rester en orbite, puis au moins une autre manœuvre de propulsion est nécessaire après-aérocapture sinon le point bas de l'orbite résultant restera dans l'atmosphère, entraînant une éventuelle réintégration. Aérocapture n'a pas encore été essayé sur une mission planétaire, mais la rentrée sauter par Zond 6 et 7 Zond au retour lunaire étaient manœuvres aérocapture, car ils se sont tournés une orbite hyperbolique sur une orbite elliptique. Lors de ces missions, car il n'y a eu aucune tentative de soulever le périgée après la aérocapture, l'orbite résultant recoupé encore l'atmosphère, et le retour a eu lieu lors de la prochaine périgée.
une Ballute est un dispositif de glisser gonflable
Parachutespeuvent atterrir une sonde sur une planète avec une atmosphère, généralement après l'atmosphère a frotté la plupart de la vitesse, en utilisant unbouclier thermique.
Airbags peut adoucir l'atterrissage final.
Lithobraking, ou l'arrêt en fracassant tout simplement dans la cible, qui se fait habituellement par accident. Cependant, il peut être fait délibérément avec la sonde prévu pour survivre (voir, par exemple, Deep Space 2), auquel cas des sondes très robustes et les vitesses d'approche faibles sont nécessaires.

Méthodes hypothétiques

Conception d'artiste d'une conception d'entraînement de chaîne

Une variété de techniques de propulsion hypothétiques ont été envisagées qui exigerait des principes entièrement nouveaux de la physique pour être réalisés ou qui peuvent ne pas exister. À ce jour, de telles méthodes sont hautement spéculatifs et comprennent:

Entraînement Diametric
Entraînement Emplacement
lecteur de Bias
entraînement de disjonction
Alcubierre entraînement (une forme d'entraînement de la chaîne)
Voile différentiel
Wormholes - théoriquement possible, mais dans la pratique unachieveable avec la technologie actuelle
Effet Woodward
Lecteurs sans réaction - transgresse la loi de conservation de l'impulsion ; théoriquement impossible
Emdrive - tente de contourner la loi de conservation de l'impulsion; peut être théoriquement impossible
Photon fusée
A " hyperespace "Drive sur la base dela théorie Heim

Une évaluation de la NASA se trouve àMarc G MillisÉvaluation des avancées potentielles de propulsion(2005) et un aperçu de la recherche de la NASA dans ce domaine est à lapercée Propulsion Physique.

Table des méthodes

Voici un résumé de certaines des technologies les plus populaires, éprouvées, suivie par des méthodes de plus en plus spéculatives.

Quatre numéros sont présentés. Le premier est le vitesse d'échappement efficace: la vitesse équivalente que le propulseur quitte le véhicule. Cela ne veut pas forcément la plus importante caractéristique du procédé de propulsion; poussée et la consommation d'énergie et d'autres facteurs peuvent être. Cependant:

si le delta-v est beaucoup plus que la vitesse d'échappement, les montants exorbitants alors de carburant sont nécessaires (voir la section sur les calculs ci-dessus)
si elle est beaucoup plus que la delta-v, puis, proportionnellement plus d'énergie est nécessaire; si la puissance est limitée, comme l'énergie solaire, ce qui signifie que le voyage prend un temps proportionnellement plus

Les deuxième et troisième sont les montants typiques de poussée et les temps typiques de brûlure de la méthode. En dehors d'une potentielle gravitationnelle de petites quantités de poussée appliquées sur une longue période donnera le même effet que de grandes quantités de poussée sur une courte période. (Ce résultat ne vaut pas lorsque l'objet est fortement influencée par la gravité.)

Le quatrième est le delta-v maximale cette technique peut donner (sans mise en scène). Pour les systèmes de propulsion fusée de ce type est une fonction de la fraction de masse et de la vitesse d'échappement. Fraction de la masse pour les systèmes de fusée comme est généralement limitée par le poids du système de propulsion et le poids de réservoirs. Pour un système d'atteindre cette limite, généralement la charge utile peut-être besoin d'être un pourcentage négligeable du véhicule, et ainsi de la limite pratique sur certains systèmes peut être beaucoup plus faible.

méthodes de propulsion
Méthode	Efficace Échappement Vitesse (Km / s)	Poussée (N)	Tir Durée	Maximum Delta-v (Km / s)	Technologie empressement niveau
Propulsion à propergol solide			7001600000000000000minutes	7000700000000000000~ 7	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Fusée hybride			7001600000000000000minutes	7000300000000000000> 3	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Monergol fusée	70002000000000000001-3	70003162277660168400,1 à 100	7000100000000000000millisecondes-minute	7000300000000000000~ 3	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Fusée à carburant liquide			7001600000000000000minutes	7000900000000000000~ 9	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Propulseur ionique électrostatique	700211250000000000015-210		7006910989442748929mois / année	7002100000000000000> 100	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Propulseur à effet Hall (HET)	70012900000000000008-50		7006910989442748929mois / année	7002100000000000000> 100	7000900000000000000prouvé Vol: 9
Fusée resistojet	70004000000000000002-6	699931622776601684010^-2- 10	7001600000000000000minutes	?	7000800000000000000qualifié Vol: 8
Fusée Arcjet	70011000000000000004-16	699931622776601684010^-2- 10	7001600000000000000minutes	?	7000800000000000000qualifié Vol: 8
Field Emission de propulsion électrique (FEEP)	7002115000000000000100-130	699531622776601684010^-6-10^-3	7006910989442748929mois / année	?	7000800000000000000qualifié Vol: 8
Propulseur à plasma pulsé (PPT)	7001200000000000000~ 20	6999100000000000000~ 0,1	7007160996894379980~ 2.000-10.000 heures	?	70007000000000000007: Prototype demoed dans l'espace
Dual mode de propulsion de fusée	70002850000000000001 à 4,7	70031000000000000000,1 à 10⁷	7000100000000000000millisecondes-minute	7000600000000000000~ 3-9	70007000000000000007: Prototype demoed dans l'espace
Les voiles solaires	299790: Lumière 145-750: Vent	70009000000000000009 / km²@ 1 UA 230 / km²@ 0.2AU 10^-10/ km²@ 4 Ly	indéfini	7001400000000000000> 40	70006667000000000009: Une légère pression de contrôle d'attitude vol prouvé 6: Déployer seule demoed dans l'espace 5: Light-voile validé dans le vide éclairé
Fusée Tripropellant	700039000000000000002/05 au 05/03	70031000000000000000,1 à 10⁷	7001600000000000000minutes	7000900000000000000~ 9	70006000000000000006: Prototype demoed sur un terrain
Propulseur Magnetoplasmadynamic (MPD)	700160000000000000020-100	7002100000000000000 100	7005604800000000000semaines	?	70006000000000000006: Modèle-1 kW demoed dans l'espace
Fusée nucléaire thermique	7000900000000000000 9	700710000000000000010⁷	7001600000000000000minutes	7001200000000000000> ~ 20	70006000000000000006: Prototype demoed sur un terrain
Conducteurs de masse (pour la propulsion)	70011500000000000000 - 30 ~	700610000000000000010⁴- 10⁸	7006267840000000000mois	?	70006000000000000006: Modèle-32MJ demoed sur un terrain
Propulsion Tether	N / A	70061000000000000001 - 10¹²	7001600000000000000minutes	7000700000000000000~ 7	70006000000000000006: Modèle-31,7 km demoed dans l'espace
fusée Air augmentée	70005500000000000005-6	70031000000000000000,1 à 10⁷	7000774596669241480secondes-minutes	7000700000000000000> 7?	70006000000000000006: Prototype demoed sur un terrain
Moteur à cycle d'air Liquide	70004500000000000004.5	700510000000000000010³- 10⁷	7000774596669241480secondes-minutes	?	70006000000000000006: Prototype demoed sur un terrain
Propulseur inductive pulsée (PIT)	700145000000000000010-80	700120000000000000020	7006267840000000000mois	?	70005000000000000005: composants validés dans le vide
Variable Specific Impulse Rocket magnétoplasma (VASIMR)	700215500000000000010-300	700262000000000000040 - 1200	7005481054840948510jours - mois	7002100000000000000> 100	70005000000000000005: Composant-200 kW validé dans le vide
Champ magnétique oscillant amplifié propulseur	700170000000000000010-130	69993162277660168400.1 - 1	7005481054840948510jours - mois	7002100000000000000> 100	70005000000000000005: composants validés dans le vide
Fusée solaire thermique	70009500000000000007-12	70011000000000000001-100	7005604800000000000semaines	7001200000000000000> ~ 20	70004000000000000004: Composante validé en laboratoire
Radio-isotope fusée	70007500000000000007-8	70001400000000999991.3 à 1.5	7006267840000000000mois	?	70004000000000000004: Composante validé en laboratoire
Fusée électrique nucléaire (Comme accessoire électrique. Méthode utilisée)	Variable	Variable	Variable	?	70004000000000000004: Component-400kW validé en laboratoire
Projet Orion (Near terme de la propulsion nucléaire d'impulsion)	700160000000000000020-100	701031622776601684010⁹- 10¹²	7005604800000000000plusieurs jours	7001450000000000000~ 30-60	70003000000000000003: Validé-900 kg preuve de concept
Ascenseur spatial	N / A	N / A	indéfini	7001120000000000000> 12	70003000000000000003: preuve de concept validé
Reaction Engines SABRE	700117250000000000030 / 4.5	70031000000000000000,1 à 10⁷	7001600000000000000minutes	70009400000000000009.4	70003000000000000003: preuve de concept validé
Voiles magnétiques	7002447500000000000 145-750: Vent	700170000000000000070/40 Mg	indéfini	?	70003000000000000003: preuve de concept validé
Voile magnétique # propulsion plasmique Mini-magnétosphère	7002200000000000000 200	7002400000000000000~ 1 N / kW	7006267840000000000mois	?	70003000000000000003: preuve de concept validé
Beam-alimenté /Laser (Comme prop. procédé alimenté par faisceau)	Variable	Variable	Variable	?	70003000000000000003: Validé-71m preuve de concept
boucle de lancement /anneau Orbital	N / A	7004100000000000000~ 10⁴	7001600000000000000minutes	7001205000000000000>> 11-30	70002000000000000002:Technologienotion formulée
Propulsion nucléaire d'impulsion (le projet d'entraînement de Daedalus)	700251000000000000020 - 1000	701031622776601684010⁹- 10¹²	7007315576000000000ans	7004150000000000000~ 15.000	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
noyau de gaz réacteur de fusée	700115000000000000010 - 20	700431622776601684010³- 10⁶	?	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Fusée d'eau salée nucléaire	7002100000000000000 100	700510000000000000010³- 10⁷	7003180000000000000demi-heure	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
voile de fission	?	?	?	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Fission fragment de fusée	700415000000000000015.000	?	?	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Photonique fusée nucléaire	7005299790000000000299790	699731622776601684010^-5- 1	7007997938934885300années-décennies	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Fusion fusée	7002550000000000000100 - 1000	?	?	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Antimatière catalysée propulsion nucléaire d'impulsion	7003210000000000000200 - 4,000	?	7005228592913275980jours-semaine	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Antimatière fusée	700455000000000000010.000-100.000	?	?	?	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Bussard ramjet	70041000110000000002,2 - 20,000	?	indéfini	7004300000000000000~ 30.000	70002000000000000002: concept de la technologie formulée
Lanceurs toriques Gravitoelectromagnetic	7005299790000000000299790: GEM	?	?	7005299790000000000<299790	70001000000000000001: Principes de base observés et rapportés
Méthode	Efficace Échappement Vitesse (Km / s)	Poussée (N)	Tir Durée	Maximum Delta-v (Km / s)	Technologie empressement niveau

Essai

les systèmes de propulsion du véhicule spatial sont souvent testés premier statiquement sur la surface de la terre, dans l'atmosphère, mais de nombreux systèmes nécessitent une chambre à vide à tester complètement. Rockets sont généralement testés à une installation d'essai de moteur de fusée à bonne distance des habitations et d'autres bâtiments pour des raisons de sécurité. durs Ion sont beaucoup moins dangereux et nécessitent beaucoup moins strictes de sécurité, habituellement seulement une chambre grand-ish vide est nécessaire.

Endroits célèbres d'essais statiques peuvent être trouvés àRocket installations d'essais au sol

Certains systèmes ne peuvent pas être testés de manière adéquate sur les lancements de essais au sol et peuvent être employés à unsite de lancement de fusée.

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