¿Es imposible ir más rápido que el escape proyectado de su motor?

Absolutamente. De hecho, puedes hacerlo aquí en la Tierra, fácilmente.

Solo importa la aceleración de la masa propulsora. La velocidad de escape relativa a la velocidad del vehículo no tiene nada que ver con el empuje. Para ver por qué, comencemos con el espacio.

Digamos que tiene un cohete de juguete que pesa 10 toneladas y expulsa suficiente escape para producir 1 unidad de empuje. Podría hacerlo expulsando una pequeña cantidad de combustible a 100 kilómetros por segundo o 100 veces el combustible a 1 kilómetro por segundo (ambas velocidades en relación con la campana del motor). El mismo empuje de cualquier manera. Ahora digamos que esta unidad de empuje es suficiente para acelerar la nave a 1 metro por segundo en un segundo.

Entonces, enciende el motor. Después de un segundo, vas a 1 metro por segundo. Después de otro segundo, vas a 2mps. Después de 200 segundos, vas a 200 mps, a pesar de que el escape del motor solo va a 100 mps (o 1 mps) en relación con el barco. La velocidad de escape no importa. Una determinada aceleración dada de una masa propulsora dada da un empuje dado. No importa cómo se genera el empuje.

Ahora tráelo a la Tierra. Cuando un Jumbo 747 despega, sus cuatro motores expulsan aire a solo 200 mph o menos, a plena potencia de despegue. En el crucero, los motores funcionan más lentamente, pero el 747 está reservando a 550 mph. ¿Cómo? Fácil, la velocidad de escape es irrelevante. Todo lo que se necesita es suficiente empuje para contrarrestar la resistencia.

Al despegar, cada motor ingiere 35,000 pies cúbicos de aire (alrededor de 500 libras) por segundo. Ese aire se acelera 200 mph, produciendo una tonelada métrica de empuje.

Multiplicado por cuatro motores, eso es suficiente para arrastrar el avión de 800,000 libras por la pista y acelerarlo hasta que la resistencia al viento (incluida la elevación) sea igual al empuje combinado de los cuatro motores.

A altitud de crucero, los motores pueden acelerar porque el aire es muy delgado y la resistencia del aire es más baja. El avión vuela a cualquier velocidad que equilibre el empuje total contra la resistencia total. La velocidad de escape del motor es irrelevante, siempre que sea más rápida que la velocidad de entrada lo suficiente como para generar el empuje necesario.

Y eso es bueno. Acelerar el aire del motor por encima de la velocidad del sonido desperdicia enormes cantidades de energía Es por eso que generalmente ya no lo hacemos, incluso en algunos de los aviones supersónicos más avanzados. En lugar de un turbojet y un extractor de combustión posterior supersónico, las SST de hoy solo usan turbofans, que aceleran un volumen mucho mayor de aire en una cantidad menor, al igual que un 747.

Si pone ocho motores en un 747, podría romper la barrera del sonido con menos de 200 mph de escape. Por supuesto, las superficies de control se arrancarían, así que no hagas eso.

Sin embargo, tarde o temprano, esto es lo que traerá de vuelta los aviones supersónicos. El SST era un cerdo de gas con motores turborreactores primitivos que escupían pequeños husillos de escape supersónico para producir empuje. El SST de mañana usará turbofans y podrá competir en precio con aviones más lentos.


Galardonado Scifi y Fantasy

Independientemente de la velocidad del escape, su nave espacial sigue acelerando independientemente de su velocidad actual. Se puede lograr cualquier velocidad de subluz siempre que pueda seguir emitiendo su escape.

Tenga en cuenta que “rápido” es relativo. Rápido en comparación con la Tierra? ¿Al sol? A la galaxia? En el espacio se hace fácil ver cómo puedes saltar entre muchos marcos de referencia, algunos que pueden hacer que el escape se detenga por completo hasta algunos que lo hacen moverse a la velocidad de la luz.

Pero a un cohete no le importa todo eso. No le importa, porque para un cohete, todo lo que realmente importa es qué tan rápido es el escape en relación con TI. Mientras el escape empuje y se aleje del cohete, hará que el cohete se acelere (suponiendo que sea la única fuerza que actúa sobre el cohete). Así es como un escape de 3-5 km / s logró empujar el cohete Apollo hacia la luna a 12 km / s.

Los cohetes suelen ir mucho más rápido que la velocidad de escape de la boquilla. Mucho mas rápido.