Der Hauptpunkt ist, dass das Raumschiff ein geschlossenes System ist und das Auto nicht

Bedenken Sie, dass wir, um den Impuls zu erhalten, etwas anderem den Impuls geben müssen, den unser verlangsamendes Objekt zuvor hatte.

• Im Fall des Raumschiffs muss dazu etwas entgegen der Fahrtrichtung ausgeworfen werden. Dafür müssen wir Energie aufbringen.
• Beim Auto waren wir die ganze Zeit mit der Straße verbunden und müssen aufgrund dieser Reibung ständig Energie liefern, um nicht abzubremsen. Unsere Räder drehen sich also und aufgrund der Verbindung mit der Straßenreibung werden wir abgebremst. Was Elektroautos tun, ist, der Drehung der Räder eine zusätzliche Widerstandskraft hinzuzufügen (die zum Weiterfahren benötigt wird) und die gewonnene Energie zu nutzen davon.

Da Raumschiffe also keinen weiteren Schub benötigen, um eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, haben wir keinen Prozess, um die Energie zu stehlen. Wenn Sie dem Raumschiff eine Widerstandskraft verleihen könnten, könnten Sie einen Teil der Energie zurückgewinnen, aber sie müsste sich außerhalb des Raumschiffs befinden (z. B. ein Magnetfeld, das von einer Reihe von Raumstationen ausgestrahlt wird).

Du musst dich relativ zu etwas anderem bewegen, dem du Energie verleihen kannst.

Es gibt eine bestimmte Auslassung in den vorhandenen Antworten, die ich korrigieren möchte.

Es ist so, dass es einen ganz besonderen Kontext gibt, in dem Sie das Problem lösen können, was die Frage mit sehr wenig tatsächlichem Aufwand bejaht. In diesem Bezugssystem scheint das reisende Raumschiff in Ruhe zu beginnen und sich dann rückwärts zu bewegen.

Referenzrahmen

Die moderne Physik erkennt im Allgemeinen an, dass man die gleiche Physik in einer Reihe unterschiedlicher Bezugssysteme durchführen kann , die durch eine Art Transformationsgruppe miteinander verbunden sind . Sie können jeden Rahmen wählen, den Sie mögen, sie geben alle die gleiche Physik. In der klassischen Physik geschieht dies durch die Galileische Transformation

Da wir über ein Raumschiff sprechen, fragen Sie sich vielleicht, ob die seltsamen Regeln der Relativitätstheorie diese Erklärung durcheinanderbringen, aber tatsächlich werden sie das nicht tun. Tatsächlich ändert die spezielle Relativitätstheorie dies für kleine Geschwindigkeitsänderungen nur unwesentlich: Anstelle dieser Galileischen Transformation müssen wir stattdessen verwenden

Unser besonderer Bezugsrahmen

Wie auch immer, der Punkt ist: Alle Gesetze der Physik sind vollkommen gültig in dem Bezugsrahmen, der sich neben dem Raumschiff bewegt, sobald es sich mit seiner Reisegeschwindigkeit bewegt, und sie sind vollkommen gültig in dem Bezugsrahmen, der sich neben dem Auto bewegt. Und die Gesetze, an denen wir interessiert sind, sind die Erhaltungssätze für Energie und Impuls.

Stellen Sie sich nun vor, wie „Bremsen“ in diesem Referenzrahmen aussieht: Es sieht so aus, als ob das Raumschiff/Auto, das in Ruhe war, jetzt beginnt, sich rückwärts zu bewegen. Es gewinnt also an kinetischer Energie, wo es vorher keine hatte, und an Schwung, wo es vorher keine hatte.

Aber was besagen die Naturschutzgesetze? Sie geben an, dass in diesem Referenzrahmen etwas nur bremsen (negativen Impuls erhalten) kann, indem andere Dinge dazu gebracht werden, sich "weiter nach vorne" zu bewegen, als sie sich zuvor bewegt haben (positiven Impuls erhalten). Der übliche Weg, dies zu tun, besteht darin, ein Raketentriebwerk vorwärts zu zünden: Dies nimmt Raketentreibstoff, der sich "nicht bewegte", und treibt ihn "vorwärts", und das kostet immer Energie: Sie haben jetzt zwei sich bewegende Einheiten (Ihr Raumschiff, die verbrauchte Kraftstoff) bewegen sich mit etwas kinetischer Energie gegeneinander. In unserem speziellen Bezugsrahmen können wir sehen, dass dies einen Energieaufwand erfordert: zuerst haben wir 0 kinetische Energie, dann haben wir eine kinetische Energie ungleich Null .

Aber wenn Sie mit einer Atmosphäre verlangsamen oder gegen eine Straße bremsen, sieht das in diesem Referenzrahmen subtil anders aus. In diesem Referenzrahmen bedeutet das, dass es etwas gibt (sagen wir, es hat Masse$M$, obwohl das natürlich eine Idealisierung für eine Straße oder eine Atmosphäre ist), die mit Geschwindigkeit auf Sie zukommt$-\vec v$, und Sie werden es festhalten oder vielleicht (wie bei Sonnensegeln) von sich abprallen lassen, um in der Luft Schwung zu gewinnen$-\vec v$Richtung.

Wenn Sie eine Sekunde darüber nachdenken, werden Sie feststellen, dass Sie nicht unbedingt sicher sind, wo die Energie landen wird. Dieses große Ding$M$wird sich langsamer rückwärts bewegen, sagen wir mit Geschwindigkeit$-v'$und dein kleines Raumschiff/Auto$m$wird sich schneller rückwärts bewegen, sagen wir mit Geschwindigkeit$-u$. Seit$v' < v$es ist nicht klar, ob$\frac 12 M (v')^2 + \frac 12 m u^2$wird größer oder kleiner als$\frac 12 M v^2$, was entweder dem Erfordernis Ihrer Energiezufuhr entspricht oder Ihnen erlaubt, etwas Energie abzusaugen und "regenerativ zu bremsen". Leiten wir also die Bedingung her.

Einige Formeln

Unser Auto/Raumschiff hat also Masse$m$und startet mit Tempo$0$und es endet mit der Geschwindigkeit$-u$, und das Objekt, mit dem es interagiert, hat eine Geschwindigkeit$-v$und Masse$M$, und endet mit Geschwindigkeit$-v'.$Das sagt die Impulserhaltung$M v' + m u = M v,$so dass$v' = v - \frac mM u.$Die resultierende Änderung der kinetischen Energie ist

Also: Wir sehen aus dem sich mitbewegenden Referenzrahmen, dass ja , Energie zu regenerieren ist möglich, aber nur , wenn Sie (um einen winzigen Bruchteil) ein massives Objekt verlangsamen, das sich durch den Raum bewegt. Sie können dieses Prinzip beispielsweise auch bei Gravitationsschleudern anwenden: Um eine Gravitationsunterstützung zu vervollständigen, möchten Sie einen Planeten hinter sich lassen , während er seiner Umlaufbahn um die Sonne folgt; Das bedeutet, dass Ihre Schwerkraft auf diesem Planeten nach hinten zieht , und die entsprechende Anziehungskraft auf Sie wird Ihnen viel mehr kinetische Energie geben. Wenn Sie versucht haben, eine Gravitationsunterstützung nach vorne zu bringendes Planeten (wiederum in Bezug auf die Richtung, in die er sich in seiner Umlaufbahn bewegt), würden Sie feststellen, dass Sie mit viel geringerer Geschwindigkeit austreten als beim Hineingehen.

Technisch gesehen könnte das Raumschiff, wenn es etwas zum Bremsen finden könnte, etwas Energie zurückgewinnen. Sie würden ein Bremssystem benötigen, das entwickelt wurde, um Widerstand oder Luftwiderstand zu nutzen, wo immer Sie ihn finden können. Vielleicht in irgendeiner Weise in der Atmosphäre eines Planeten oder in der Schwerkraft oder sogar in einer großen Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, das Raumschiff zu fangen und Energie aus dem Prozess zu extrahieren. Sie könnten weiter und weiter gehen. Zu jeder Aktion gibt es eine entgegengesetzte Aktion.

Es gibt einige Arbeiten an Systemen, die Energie aus der Verlangsamung eines Raumschiffs zurückgewinnen könnten. Hier sind zwei der wichtigsten Ideen.

Eines wird als elektrodynamisches Halteband bezeichnet. Es erfordert ein Magnetfeld und einen sehr langen Draht. Das Feld und der Draht wirken ein bisschen wie ein Generator/Motor und können mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und umgekehrt.

Die andere Idee ist ein Momentum Exchange Tether . Hier könnte eine Kapsel an ein anderes Fahrzeug angebunden werden (das Fahrzeug wäre wahrscheinlich viel massiver als die Kapsel) und beide um ihren gemeinsamen Massenmittelpunkt rotieren. Wenn der Pod losgelassen wird, wird die kinetische Rotationsenergie in kinetische Translationsenergie umgewandelt und der Pod wird in eine neue Umlaufbahn geschleudert. Es könnte dann am Ende seiner Reise von einem ähnlichen Fahrzeug eingefangen und, wenn die Rückreise erforderlich ist, wieder freigelassen werden, um in die Umlaufbahn geschleudert zu werden, in die es gekommen ist.

Um ein Auto zu bremsen und daraus Energie zu gewinnen, spielen zwei Systeme zusammen: die Antriebswelle des Autos und der elektrische Generator. Die lineare kinetische Energie des Autos wird aufgrund der Reibung zwischen den Rädern und dem Boden in kinetische Rotationsenergie der Welle umgewandelt.

Die Konfiguration auf dem Raumschiff ist anders: Sie haben nichts Analoges zum Boden, das die lineare kinetische Energie des Raumschiffs in eine kinetische Rotationsenergie umwandeln könnte, die Ihren elektrischen Generator antreiben könnte. Um das Raumschiff zu bremsen, müssen Sie Materie aus ihm herausschleudern, und diese Materie verschwindet zusammen mit der Energie, die Sie verwendet haben, um es zu beschleunigen.

Ein Elektroauto mit Gleichstrommotor kann sich durch regeneratives Bremsen verlangsamen , bei dem die an den Motor angelegte Spannung auf weniger als die Gegen-EMK Eb reduziert wird. Ankerstrom und Drehmoment werden umgekehrt, der Anker verlangsamt sich, die Geschwindigkeit fällt und der Motor fungiert als Gleichstromgenerator, der durch die Trägheit der sich drehenden Räder des Fahrzeugs angetrieben wird. Energie kann dann in einer Batterie für die zukünftige Verwendung gespeichert werden.

Ein Raumschiff treibt sich nicht durch rotierende Räder oder rotierenden Anker an. Wenn ein Raumschiff verlangsamt wird, muss der Prozess eine Schubumkehr beinhalten, keine Umkehrung des Stroms. Schub wird durch das Ausstoßen von Materie aus dem Raumschiff erzeugt, was ein irreversibler Prozess ist, wie Toliveira in seiner Antwort betont.

Du scheinst Äpfel mit Ziegeln zu vergleichen. Ein Raumschiff kann absolut Energie durch Bremsen gewinnen und tut es, aber es ist nicht nützlich. Der Vorteil des Autos ist, dass es mit Energie fährt, die wir aus dem Bremsvorgang zu gewinnen wissen.

Raumschiffe fahren nicht mit Strom. Sie werden auch nicht mit Wärme betrieben, was der offensichtlichste Energiegewinn ist, wenn man sich unseren aktuellen Stand der Raumfahrt ansieht. Wenn wir diese Hitze in mehr Raketentreibstoff umwandeln könnten, hätten Sie Ihr Äquivalent, aber wir können es nicht.

Es gibt viele Möglichkeiten, wie wir beim Bremsen oder Wiedereintritt eines Raumfahrzeugs Energie gewinnen könnten, aber wir können diese Energie nicht in Raketentreibstoff umwandeln. Dazu müssten wir in der Lage sein, Materie aus Energie zu erschaffen, aber bisher wissen wir nur, wie man Materie in Energie umwandelt. Nicht umgekehrt.

Wenn Sie noch etwas darüber nachdenken, könnten Sie es auf folgendes herunterbrechen: Brauchen Sie unbedingt ein äußeres Objekt mit unterschiedlicher Geschwindigkeit (die Straße für ein Auto, das in eine Atmosphäre als Raumschiff schlägt), um kinetische Energie in eine andere Form umzuwandeln? Was ist das grundlegende Prinzip dieser Tatsache?

Trägheit. Ein Objekt in Bewegung bleibt in Bewegung bleibt in Bewegung, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft darauf eingewirkt. Bei einem Auto ist die „äußere Kraft“ die Reibung der Luft an der Karosserie und der Straße an den Rädern. Anstatt diese Energie mit herkömmlichen Bremsen in Wärme umzuwandeln, wird sie beim regenerativen Bremsen in Energie umgewandelt, indem die Räder dazu verwendet werden, einen elektrischen Generator zu drehen, der die Räder verlangsamt, die auf der Straße schleifen.

Für ein Raumschiff in einem idealisierten Vakuum gibt es keine solche äußere Kraft ... aber in Wirklichkeit gibt es sie. Beispielsweise könnte ein Raumschiff im Orbit um einen Körper mit einem starken Magnetfeld seine Bewegung durch dieses Feld nutzen, um über einen elektrischen Generator Strom zu erzeugen. Dies würde auch eine Bremswirkung haben und seine Umlaufbahn absenken.

Staubsauger sind nicht perfekt, nicht einmal im Weltraum . Ein Raumschiff bewegt sich normalerweise durch eine Art sehr dünnes Gas und Sonnenwind . Sie können mit diesem Medium bremsen, wie ein Auto gegen die Straße bremst, nur sehr, sehr, sehr, sehr langsam. Nehmen wir zum Beispiel an, unser Raumschiff bewegt sich mit 10 km/s relativ zum Medium.

     ==>                           . . . . .
   10km/s -->                       0 km/s

Oder wenn wir das Raumschiff als Bezugspunkt verwenden.

     ==>                           . . . . .
    0 km/s                        <-- 10 km/s

All diese Partikel fliegen mit 10 km/s auf das Raumschiff zu. Ihr Abprallen vom Rumpf des Raumschiffs übt abhängig von ihrem Gesamtimpuls eine kleine "Bremskraft" aus. Es ist sehr klein, aber es wird sich mit der Zeit summieren. Aber denken Sie daran, Bremsen ist Beschleunigung. In diesem Bezugsrahmen bedeutet „Bremsen“ also Beschleunigung in Richtung des Mediums.

      ==>                           . . . . .
<-- 0.000001 km/s                  <-- 10 km/s

Wenn das Raumschiff stattdessen diese Partikel einfangen und damit einen Generator antreiben würde, würden sie sowohl Elektrizität und Reaktionsmasse als auch Bremskraft gewinnen.

Die Oberfläche eines normalen Raumfahrzeugs ist zu klein und das Medium zu dünn, um als bedeutende Kraft- oder Schubquelle verwendet zu werden (es sei denn, Sie befinden sich in LEO, wo der Luftwiderstand erheblich ist). Aber erweitern Sie Ihre Fläche und Sie haben ein Sonnensegel . Kombinieren Sie die beiden miteinander, indem Sie elektromagnetische Felder verwenden, um das interstellare Medium zu sammeln, und Sie haben einen Bussard-Staustrahl .

Denken Sie an das Momentum in den beiden Situationen. In jedem geschlossenen System muss der Impuls erhalten bleiben. Wenn Sie ein Auto beschleunigen, schieben Sie die Erde mit genau dem gleichen Impuls in die entgegengesetzte Richtung. Wenn Sie langsamer werden wollen (was wiederum Beschleunigung ist, genau in die der Bewegung entgegengesetzte Richtung), drücken Sie erneut auf die Erde, und sie wird in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt. Da die Erde viel massiver ist als das Auto, ist die Beschleunigung auf der Erde winzig, wodurch die Erde leicht weggeschoben werden kann (vergleichen Sie das Springen auf Beton mit dem Springen auf ein bisschen Schaum - der Beton ist fast unnachgiebig, was Ihnen viel gibt der Hebelwirkung).

Bremsen und Beschleunigen sind in diesem Fall symmetrisch – beim Beschleunigen bewegt sich das Auto relativ zum Boden schneller, beim Bremsen langsamer relativ zum Boden. Wenn Sie ein schnelles Ding auf einem langsamen Ding verlangsamen, können Sie nützliche Arbeit extrahieren, ähnlich wie Sie beispielsweise Arbeit aus einer Schnittstelle zwischen einem Objekt mit hoher und niedriger Temperatur oder einem Hochdruck- und einem Niederdrucksystem extrahieren können.

Aber das ist bei einem Raumschiff im freien Weltraum (dh wo wir Schwerkraft, Weltraumstaub usw. getrost ignorieren können) nicht der Fall. Es gibt keine einfache Möglichkeit, irgendetwas im Weltraum "abzustoßen" - Sie tragen also Ihre eigene "antreibende Masse". Der Impuls bleibt erhalten - wenn Sie von einem Bezugsrahmen aus schauen, in dem das ursprüngliche Raumschiff bewegungslos ist, sehen Sie beim Beschleunigen, dass sich das Raumschiff mit einem bestimmten Impuls in eine Richtung bewegt, und der Treibstoff (die Masse, die Sie nach hinten werfen) wird genau das haben entgegengesetzter Schwung. Zusammen ist der Gesamtimpuls immer noch Null - aber relativ zum Fixpunkt sind beide Massen beschleunigt worden, und beide haben ihren eigenen Impuls. So können wir zu anderen Planeten gelangen, obwohl wir keine Straßen zum Abstoßen haben - das

Stellen Sie sich nun vor, was passieren müsste, wenn Sie ähnlich wie ein Auto bremsen würden. Sie müssten irgendwie das bereits ausgestoßene Treibmittel zurückbekommen - stellen Sie sich so etwas vor, als hätten Sie zwei Kugeln, die durch eine Schnur verbunden sind. Wenn die Saite straff schnappt, werden die Kugeln "zurückprallen", ihre Bewegungsrichtung umgekehrt, und sie werden irgendwann kollidieren; Wenn Sie vorsichtig genug sind, können Sie einen Ball beschleunigen, indem Sie den anderen Ball in die entgegengesetzte Richtung werfen, und wenn die Schnur zu Ende ist, halten sie wieder an. Das Problem ist, dass der Massenschwerpunkt genauso wie der Impuls erhalten bleibt - irgendwo zwischen den beiden Kugeln befindet sich der Massenschwerpunkt an genau derselben Position wie vor der Beschleunigung und der anschließenden Verzögerung (oder besser gesagt dort, wo er es hätte). wenn du gar nicht erst beschleunigt hast, solange wir von einer Störung zB der Atmosphäre oder des Gravitationsfeldes etc. ausgehen). Der einzige Grund, warum sich Raketen im Weltraum bewegen können, ist der Treibstoffnicht mehr mit der Rakete verbunden.

Wenn Sie eine magische Schnur hätten, mit der Sie Ihre Rakete mit ihrem Treibmittel verbinden und zurückziehen könnten, könnten Sie die Rakete "kostenlos" bremsen. Aber Sie würden die Rakete auch dorthin zurückziehen , wo sie gestartet ist. Nun, wohlgemerkt, in einem Planetensystem könnte dies immer noch für den Transport verwendet werden, und es wäre eine Revolution in der Raumfahrt - Sie würden Gravitationsmanöver mit Ihrem Zielplaneten verwenden, um einen Teil seines Schwungs zu stehlen, wodurch Sie zeichnen könnten das Treibmittel zurück mit mehr "Hebelwirkung". Aber wir haben keine solche magische Schnur und keine andere Möglichkeit, uns im freien Raum zu bewegen.

Wir haben jedoch ein paar Tricks. Aerobraking und Gravitationsunterstützung sind beides Möglichkeiten, Impulse mit Planeten (und anderen massiven Körpern) auszutauschen, und als solche unterscheiden sie sich stark vom Raketentriebwerk selbst. Der Impuls wird wiederum immer noch konserviert - jeder solche "Schub" ändert die Bewegungseigenschaften des betreffenden Körpers; es könnte seine Umlaufbahn verlangsamen oder schneller machen oder seine Rotation verlangsamen oder schneller machen. Aber da wir es wieder mit Objekten zu tun haben, die viel massiver sind als Ihr Raumschiff, sind wir wieder bei "im Wesentlichen frei". Und tatsächlich nutzen wir diese Manöver ausgiebig – unsere Möglichkeiten sind so begrenzt, dass wir es uns kaum leisten können, darauf zu verzichten. Erinnern Sie sich an die brutalen Wiedereintrittsvideos des Space Shuttles und ähnlicher Raumschiffe? Riesige Geschwindigkeiten, riesige Temperaturen, große Belastung für das Raumschiff? Sie sind nur notwendig, weil wir keine Raumschiffmotoren haben, die effizient genug sind. Wenn wir Raketentriebwerke hätten, die die Hälfte der Treibstoff-/Treibstoffmasse für die gleiche erzeugte Impulsmenge verbrauchen würden, würde die Raumfahrt viel einfacher werden, und wir könnten den gefährlichen Wiedereintritt mit bestehenden Raumfahrzeugen leicht vermeiden (obwohl es sein könnte, dass wir einfach kleiner bauen würden Raumschiffe, um dasselbe zu tun).

Okay, also wenn wir etwas zum Abschieben haben, können wir das tunEnergie zurückgewinnen. Tatsächlich können wir sogar mehr Energie zurückgewinnen, als wir ursprünglich verbraucht haben, wenn wir nur die richtigen Flugbahnen zwischen den richtigen Arten von massiven Körpern verwenden! Aber es gibt wenig, was Sie vernünftigerweise mit dieser Energie anfangen können. Wir haben Antriebssysteme für Raumschiffe, die mit Strom betrieben werden (sie brauchen immer noch etwas Treibmittel, sie brauchen nur viel weniger Masse für die gleiche Menge an Geschwindigkeitsänderung); Diese werden jedoch entweder von Solarzellen oder RTGs gespeist - sie haben keinen Nutzen aus der Rückgewinnung der Energie, selbst wenn dies praktisch möglich wäre. Bei unserer Technologie ist Energie nicht das größte Problem – Treibmittel schon. Solange wir Masse aus der Rückseite einer Rakete werfen, um eine Geschwindigkeitsänderung zu erzeugen, müssten wir irgendwie diese Masse zurückbekommen. Die kinetische Energie des Raumfahrzeugs ist winzig im Vergleich zur Massenenergie des Treibmittels.Quadrat der Geschwindigkeit) und desto geringer der Schub. Der größte Teil der Energie kann nicht zurückgewonnen werden, da sie sich im Treibmittel befindet, nicht in Ihrem Raumschiff - und je effizienter Ihr Motor ist, desto mehr Energie befindet sich im Treibmittel im Gegensatz zum Raumschiff. Am Ende brauchen also die Systeme, die am meisten von der Rückgewinnung der Energie profitieren würden, auch deutlich mehr davon.

Der heilige Gral der Raumfahrt wäre ein magisches Gerät, mit dem Sie jedes gewünschte Objekt mit beliebiger Kraft abstoßen können - dies würde die Raumfahrt fast so einfach machen wie das Autofahren. Willst du beschleunigen? Stoßen Sie den Planeten ab, den Sie verlassen. Langsamer? Gewinnen Sie die Energie zurück, während Sie den Zielplaneten abstoßen. Es würde genauso funktionieren wie der Elektromotor in Ihrem Auto! Leider haben wir wenig Grund zu der Annahme, dass wir jemals in der Lage sein werden, ein solches Gerät herzustellen. Theoretisch ist es technisch nicht unmöglich, aber wir kennen keinen Mechanismus, der angemessen wäre. Man könnte sich eine orbitale Infrastruktur vorstellen, die es uns ermöglichen würde, den Schwung von Planeten mit Raumfahrzeugen auszutauschen, die von einem Planeten zum anderen geschleudert werden, aber sicherlich nicht für unabhängige Raumschiffe, die wohl oder übel durch das System flitzen.

Ein wesentliches Prinzip dahinter ist die Reversibilität von Prozessen.

Reversibilität ist mit Entropie verbunden: Ein reversibler Prozess erhöht die Entropie nicht, während ein Prozess, der die Entropie erhöht, nicht reversibel ist.

Die beim regenerativen Bremsen beteiligten Prozesse sind reversibel:

• Elektrische Energie kann durch einen Elektromotor in kinetische Energie übersetzt werden – und umgekehrt.
• Chemische Energie kann in einer Batterie in elektrische Energie umgewandelt werden – und umgekehrt, wenn die Batterie wiederaufladbar ist.

Beide Prozesse sind mit Verlusten verbunden, die etwas Entropie erzeugen, aber als Effekte zweiter Ordnung wie Widerstand, die für den Prozess nicht grundlegend sind.

Die in der Raketentechnik beteiligten Prozesse sind irreversible, entropische Prozesse:

• Chemische Energie wird durch Verbrennung in Wärme umgewandelt - nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist dies ein irreversibler Prozess, der die Entropie erhöht
• Diese Wärmeenergie wird verwendet, um Reaktionsmasse zu emittieren. Die Umwandlung eines organisierten Materiezustands in einem Treibstofftank in eine unorganisierte Abgasfahne ist wiederum eine Zunahme der Entropie und nicht umkehrbar.

(Genau genommen KÖNNEN Sie beide Prozesse umkehren - aber nur durch das Aufbringen weiterer Energie, wodurch die Gesamtentropie weiter erhöht wird, was den Punkt des regenerativen Bremsens negiert).

Um ein Raumschiff durch regeneratives Bremsen zu bremsen, müssen Sie die Raketentechnik aufgeben und reversible Prozesse finden, die Sie auf das Problem anwenden können. Eine Wechselwirkung mit einem externen Magnetfeld oder Sonnenstrom ist möglicherweise möglich - wie die derzeit führende Antwort andeutet, bedeutet dies, dass das Raumfahrzeug kein geschlossenes System mehr ist.

Kleine Satelliten (wie CubeSats) interagieren bereits mit den Magnetfeldern der Erde, um sich durch Magnetorquers zu drehen, zu stürzen und zu orientieren . Diese sind im Prinzip reversibel – allerdings ist das Feld so schwach und der Wicklungswiderstand so hoch, dass die erzeugte Energie unbedeutend ist. Vielleicht könnten supraleitende Magnetoren etwas Energie erzeugen.

Ein weiteres Beispiel: Von einer Sonne wegsegeln, auf die Geschwindigkeit ihres Sonnenwindes beschleunigen und mit dem Fallschirm auf eine andere zu springen, ist möglich.

Ich schlage vor, dass regeneratives Bremsen eines Raumfahrzeugs tatsächlich möglich ist, und zwar auf ähnliche Weise wie bei einem Auto. Dem linearen Impuls des Fahrzeugs steht ein Energieeintrag entgegen, der dem Drehimpuls des Bremssystems entzogen wird. Die Lösung besteht darin, eine kreisförmige Straße / einen Ring zusammen mit dem Fahrzeug in den Weltraum zu tragen. Es spielt keine Rolle, dass die Straße nicht mit einem Planeten verbunden ist, nur dass sie genügend Drehimpuls und genügend Zeit hat, um die Energie zu übertragen. Ob es praktisch ist, ist eine andere Frage.

Regeneratives Bremsen ist kein kostenloses Mittagessen. Die Energie zum Anhalten kommt letztendlich aus dem Kraftstoff, der zum Beschleunigen verwendet wird. Ob Auto oder Raumfahrzeug, beim Start wandelt das Fahrzeug chemische Energie in kinetische Energie um. Das Fahrzeug trägt diese kinetische Energie mit sich.
Das Fahrzeug muss auch die Maschinerie mit sich führen, um mit der kinetischen Energie zu koppeln und sie in eine andere Richtung oder Form zu ändern.
Am Ende der Fahrt nimmt die „Reibung“ zwischen dieser rotierenden Maschine und dem nicht rotierenden Fahrzeug, die niedrig und kontinuierlich war, plötzlich zu, wodurch die kinetischen Energien umgeleitet werden.

Das Raumfahrzeug, das ich mir vorstelle, hat Startraketen, die auf einem oder mehreren großen konzentrischen Ringen montiert sind, die sich frei in Bezug auf den Rumpf des Fahrzeugs drehen können, sowie entlang der Länge des Rumpfs gleiten können. Die Raketen sind leicht abgewinkelt, so dass sowohl Auftrieb als auch Spin gleichzeitig beim Start übertragen werden. Diese sich drehenden Ringe könnten verwendet werden, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen, aber eine solche Verwendung begrenzt die praktische Winkelgeschwindigkeit, die zum Bremsen verfügbar ist. Die Reibung zwischen Ring und Rumpf muss ausreichend niedrig sein, um sich am Ende der Fahrt noch zu drehen. Wenn das Rumpfäußere aus einer spiralförmigen schiefen Ebene (Schraubgewinde) besteht, würde ein vom Ring in das Rumpfgewinde verlängerter Bruchstift plötzlich in das Gewinde eingreifen und den Rumpf relativ zu den Ringen nach hinten schieben. Wenn der Ring das Ende des Rumpfes erreicht, tritt ein Aufprall auf. Zurückziehen des Stifts, Übertragen eines Teils des hinteren Rumpfimpulses in den Ring, Verlangsamen des gesamten Fahrzeugs etwas und Zurücksetzen der relativen Positionen von sich drehenden Ringen und Rumpf, bereit für einen weiteren Versuch. Die Arbeitsweise ähnelt der eines massiv vergrößerten Bohrhammers. Nicht angenehm vielleicht, aber theoretisch plausibel.