اكتشاف قوة تأثير أوبرث

في الملاحة الفضائية، تُعرف مناورة التحليق باستخدام الطاقة، أو مناورة أوبرث، بأنها مناورة تسقط فيها المركبة الفضائية في بئر جاذبية ثم تستخدم محركاتها للزيادة من تسارعها مع سقوطها في هذا البئر الجاذبي، وبالتالي تحقق السرعة الإضافية المطلوبة. وتعتبر هذه المناورة الناتجة طريقةً أكثر كفاءةً في الحصول على الطاقة الحركية مقارنةً باستخدام المحركات فقط لإنتاج اندفاعًا بنفس المقدار خارج بئر الجاذبية. يمكن تفسير هذه الزيادة في الكفاءة بواسطة تأثير أوبرث، إذ إن استخدام محركات رد الفعل عند السرعات العالية يُولد تغيرًا أكبر في الطاقة الميكانيكية مقارنةً باستخدامها عند السرعات المنخفضة. ومن الناحية العملية، فإن هذا يعني أن المركبة الفضائية يمكن أن تحرق وقودها بأعلى كفاءة ممكنة عندما تكون عند نقطة الحضيض الدنيا من مدارها، أي عندما تكون سرعتها المدارية (وبالتالي طاقتها الحركية) أقصى ما يمكن. وفي بعض الحالات، يكون من الأفضل إنفاق الوقود لإبطاء المركبة الفضائية في بئر الجاذبية للاستفادة من الكفاءة العالية التي تتحقق بفعل تأثير أوبرث. سُميت المناورة والتأثير بهذا الاسم نسبةً إلى الشخص الذي وصفهما لأول مرة عام 1927، وهو الفيزيائي الألماني ذو الأصل النمساوي المجري، ومؤسس علم الصواريخ الحديث، هيرمان أوبرث.

يبلغ تأثير أوبرث قوته القصوى عند نقطة في المدار تعرف بالحضيض المداري، حيث يكون الكمون الثقالي أقل ما يمكن والسرعة المدارية أقصى ما يمكن. وهذا لأن تشغيل المحركات الصاروخية بقدر ما في السرعات العالية ينتج تغيرًا كبيرًا في الطاقة الحركية مقارنةً بتشغيلها بنفس القدر عند السرعات المنخفضة.

ولأن المركبة تبقى عند نقطة الحضيض المداري لفترة قصيرة فقط، يجب أن تكون المركبة قادرةً على إنتاج أقصى قدر ممكن من الاندفاع خلال أقل فترة ممكنة من الزمن؛ للاستفادة بالكفاءة القصوى من مناورة أوبرث. وبالتالي، تعتبر مناورة أوبرث ذات فائدة أكبر في حالة صواريخ الدفع العالي ذات الوقود السائل، وتقل فائدتها في حالة محركات رد الفعل منخفضة الدفع مثل المحركات الأيونية، والتي تأخذ وقتًا طويلًا لاكتساب السرعة. يمكن الاستفادة من تأثير أوبرث أيضًا في تفسير سلوك الصواريخ متعددة المراحل: إذ تتمكن المراحل العليا من إنتاج كميةً أكبر من الطاقة الحركية الفعالة مقارنةً بالطاقة الكيميائية الكلية للمادة الدافعة الموجودة بها.

ومن ناحية الطاقات المؤثرة، يصبح تأثير أوبرث أكثر فاعليةً عند السرعات العالية بسبب ارتفاع الطاقة الحركية للمادة الدافعة عند هذه السرعات، بالإضافة إلى طاقة الوضع الكيميائية الخاصة بها. وعند السرعات العالية، يمكن للمركبة أن تستخدم التغير الكبير (الانخفاض) في الطاقة الحركية للمادة الدافعة لتوليد زيادة كبيرة في الطاقة الحركية للمركبة (إذ إن المادة الدافعة تُطرد في اتجاه معاكس لاتجاه حركة المركبة، وبالتالي تكون سرعتها أقل، بالإضافة أيضًا إلى طاقتها الحركية).

قراءة المقال الكامل على ويكيبيديا ←