太空中近乎真空，航天器的反向推力是怎么来的？
2024-11-19 阅读 186
更新于 2024年11月21日
啊，你把飞船调转个180度引擎喷口朝前点火不就行了？
太空中没有空气阻力啊，飞船的具体姿态和速度没有关系。
除非应用动量守恒，放弃自身的质量，反向喷射出自身的物质。自问自答嘛这不是……
就是往外喷射物质啊，整个系统动量守恒。所以要提高航天器的速度，就需要把反向喷射的物质，速度尽可能的提高，这时候就引入了“比冲”的概念，就是单位推进剂的量所产生的冲量。简单说就是，喷出的同样质量气体，发动机喷气速度越快，给航天器的速度增量也就越大，但是整个系统的动量是守恒的，因为动量是矢量，有方向。
至于你说的
但旅行者号那种类型的航天器一下运行几十年，还允许自己调节方向的，物质如何持续的来？这个问题，我建议你再去翻看一下高中物理书，因为我100%确信没有任何一本书里，一个系统内部的动量会跟时间有关，除非它推进剂有泄露。
但话说回来，就算推进剂泄露了，那也是喷射出去了，一样会改变航天器的运动状态，整个系统的动量依然是守恒的。
但旅行者号那种类型的航天器一下运行几十年，还允许自己调节方向的，物质如何持续的来？
旅行者号调节的方向，不是前进的方向，而是自身的姿态，不然，如果通信的天线，没有直着朝向地球的话，根本没有办法向地球发送数据，地球也没有办法向其发送数据
如果不改变其相对外部某个坐标系的速度，那么是不需要外部物质的，只需要改变内部就行了
航天器实现这一功能，一般使用Reaction Wheel，利用角动量守恒原理，产生一个系统中内部的力，使系统内部产生变化
有个东西叫姿态控制发动机，比如美帝标准3的LEAP弹头的推力变轨控制系统（Divert and Attitude Control System ：DACS）其实就是一个姿态控制发动机(attitude control engine)。
附：标准3的核心部件是“轻型大气层外动能拦截弹头”也就是LEAP！LEAP可以视为智能卵石计划中拦截弹的发展版，（主要是减少了动力射程和小型化——标准3的前三级火箭能把LEAP送到离拦截目标更近的地方，因此LEAP对航程要求不高，这也是其相对智能卵石早期动能拦截体积大幅度缩小的主要原因）
LEAP的头部装有一个前视红外传感器（Forward looking infrared ：FLIR)用以定位目标。LEAP的前视红外成像传感器能够通过分析目标的红外图像确定其有效载荷区，并相应计算出最佳撞击点。其尾部还装一个被命名为：推力变轨控制系统（ Divert and Attitude Control System ：DACS）的姿态控制发动机用以调整LEAP的末段航向和加速以便其追踪并命中目标。LEAP本身不含任何爆炸物，仅靠自身的高速产生的强大动能以直接撞击方式摧毁目标。根据美帝相关测试数据的估算的结果——动能弹头的撞击动能至少为1.3亿焦耳，被其击中就相当于被一辆以600英里每小时速度行驶的10吨重量的大卡车正面撞击！这绝对足够让任何弹道导弹粉身碎骨！
早期的LEAP拦截弹
现代人类使用的航天器有一个组件叫RCS（Reaction Control System，直接翻译就是反作用控制系统），依靠喷射携带的工质在太空环境中进行操纵。
也就是说每一个航天器上天的时候都会携带足够的燃料供给这些小型喷口使用，从而让航天器获得反作用力。因为深空环境中并没有空气阻力（或者说空气阻力极小），所以RCS系统只需要喷射少量的工质就能够让航天器获得足够改变姿态的dV。
至于反向推力，就把航天器的主推进器喷口调整到前进方向相反的方向开机就行，航天器一般来说会携带一些额外的燃料进入太空用以入轨和变轨。
所以说航天器确实是
应用动量守恒，放弃自身的质量，反向喷射出自身的物质。来获得姿态调整的，至于那些深空探测器为什么还能操纵，只是因为他们的推进器燃料还没用完。
「反向喷射自身物质」就是在利用对「所喷出物质」做功的「反作用力」啊。
「反向喷射出自身的物质」并不一定需要喷出的物质质量很大。喷射物质质量很小，但是速度很快也可以达到同样的推进效果。
如果可以提高喷射速度，那么用很小的质量损失也可以达到加速效果，等离子推进器就是这个原理，喷射离子流推力小但比冲高，也就不需要携带质量很大的燃料。
传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子推进器也是采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，不采用化学燃烧方式，而是通过电能作用于工质激发高速离子流向后推进。它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。——百度百科举个例子：排除制退器等结构因素，一把手枪的后坐力就可以近似看作与弹头射速正相关。弹头质量不变的前提下，如果子弹初速快，后坐力就大；那么在弹头初速无限提高的前提下，要得到同样大的后坐力，弹头质量就需要无限减少。
不知道我这个文科生的回答能不能让你理解。
关于题主的“真空中反作用力从何而来”这个问题，事实上反作用力的来源于真空与否无关。火箭发动机工作时在高温下燃烧膨胀的工质受力喷射，而反作用力则来源于喷射工质的力。事实上题主对这一点并非全无认知——“应用动量守恒，放弃自身的质量，反向喷射出自身的物质”，可能更多的疑问主要集中于类似旅行者这样的深空探测器是如何在不断消耗工质的情况下长时间运行的。
旅行者号在加速过程中采用了重力助推，也就是常说的引力弹弓，依托行星引力进行加速并以此大幅节省了燃料消耗。而其本身的姿态控制则由动量轮和肼燃料发动机共同完成，前者由旅行者号携带的同位素温差发电机(核电池)供能，后者则不断消耗且无法补充，旅行者号携带了104千克肼推进剂驱动6组16个MR-103(T/VA) 0.9N姿态控制发动机，利用精确的脉冲点火进行姿态控制，
这些发动机对于燃料的消耗极小且并非持续运行，因此燃料得以消耗数十年。当然，即使采取了一系列措施，这些燃料依然是会耗尽的，无法永久运行下去。
参考：https://mbd.baidu.com/ma/s/tW8kfY6T
火箭发动机自带氧化剂和还原剂，发动机工作时，类似于飞船不断向宇宙空间喷出物质，即船体和被喷出的物质间有相互作用力。根据牛顿第三定律，作用力和反作用力是相互的，抛出物质的质量越大，产生的推力也就越大。教科书中常用动量守恒定律解释火箭发动机的推动原理，没太从力的角度讲。
还有一些其它种类的航天发动机，比如电驱离子发动机，是用电子束或激光将某中气体进行离子化，产生带电离子；用电场对离子进行加速，使离子高速喷出航天器，离子和航天器实体产生作用力，从而驱动航天器。这种电(或核)航天发动机主要用在调姿或变轨等方面，发射还得用化学燃料火箭发动机。
一般比较可行的办法是被目标行星引力捕获，然后开始以行星地表为水平面，关闭动力后爬升，用势能消耗动能。到达引力圈边缘再启动姿态调整引擎，把航天器的船头航向摁回去，或者借助这个势能到达顶点的状态调整姿态，把原来的飞船发动机朝向现在即将着陆的方向全力打开，甚至还可以多次循环往复这种过程实施减速。
宇宙探测器在宇宙空间一般是用等离子等发动机来加速、转向。
发动机喷出超高速的电子或者等离子体，获得反推力。
这种推动效率要高于液氢等化学燃料，但是推力很小，大的大概也只有0.1牛，一个比喻是一张纸的重力。一天能加速1m/s（？）
但是长期（几个月几年）的不停加速，还是有意义的。
你觉得需要空气，是你觉得如果对空气施加一个力，空气也会对你施加一个力，这个反作用力可以让你往前移动，所以如果翅膀足够大，可以扇动翅膀获得向上的推力。
你觉得真空没有空气，就无法有这种反作用力。
但实际上真空中的火箭，原理是一样的。因为火箭的推进剂燃烧后，就会产生大量的气体。所以火箭的喷管的内部和出口处，仍然是有大量气体的，这里不是真空。
推进剂燃烧后，气体没有地方去，只能从喷管往外排出，先产生的气体在喷管里，后面还有大量气体在产生，是不是后面的气体就在推前面的气体了？这样不就可以产生反作用力了么？？
你肯定知道打弹珠，打出去的弹珠撞到一个静止的弹珠上它会跑。
气体分子撞击发动机喷口内壁，这是火箭洞力的来源。
只不过一弹珠大得像火箭，一个小得像分子。
别忘了分子有很多，集体力量大。
至于点火燃烧，不过是加大了分子速度，撞得猛点而已。
还有分子间相互碰撞来回弹跳，其实它与分子直线跑出去差不多。多转手两次而已。
问题很典型，虽然题主的脑筋有点。。。。
推力并不来自于火箭与外部环境之间的反作用力。
论证：反证法：（参加题目标题）。
论证：反证法：火箭又不知道喷出去的工质分子受到空气分子的反作用力，火箭它凭什么往前飞。你这个力必须传导到火箭箭体上，任何分析缺了这一环，就没法完整地回答本题目。
论证：正面论证：是喷口、喷嘴、燃烧室壁等等火箭部件直接或间接受到工质分子的撞击的力，使得工质分子改变方向、变成向后飞的同时，火箭获得向前的作用力。具体情况比较复杂，不配图也很难说清，像气动塞式喷嘴之类讲起来可能更复杂，举个传统的例子：大喇叭形状的喷嘴，有的工质分子是斜侧着撞向喷嘴内壁的，由于内壁是大喇叭的形状，就把工质分子“反弹”向正后方，工质分子方向改变了，对喷嘴产生的力可以分解为火箭前进方向的轴向力加上径向力，各个方向的径向力互相抵消，最后，全体工质分子撞击喷嘴产生的合力就是火箭前进方向的轴向力。
假如燃料燃烧后产生的分子全都正正地向正后方飞，也不会把还没有来得及燃烧的工质分子往前方、斜前方推，那么火箭就不会受到向前的力，就不会前进。
其他答主回答的都很好。
需要注意到的是不要误解反推力。
有人认为喷气飞机的反推力是：飞机喷出去气体顶到了后面的空气，后面空气反作用于喷出的气体，再间接往前推动的飞机。所谓的作用力反作用力。没有空气，反作用力怎么会有？
