Ville et romfartøy uten reaksjonsmotor, for eksempel et som i stedet bruker et solseil eller strålte mikrobølger fra jorden, fremdeles nyte Oberth-effekten? Selv om massen var den samme når du kom inn i tyngdekraftsbrønnen, som når du forlater den.

Mekanisk er det faktisk ingen grunn til at disse andre fremdriftsmåtene ikke ville være utsatt for Oberth-effekten. I de to eksemplene du ga, er fremdriften gitt av fotoner. Disse har en absurd stor spesifikk impuls, og de er masseløse, men de følger lignende regler. Hvis fotonene reflekterer av et speil på romfartøyet mens det gjør et planetfly, kan disse fotonene fortsette ut i rommet, men før de gjør det, vil de oppleve en liten rød forskyvning på grunn av klatring av gravitasjonsbrønnen - i likhet med hvordan noe annet drivmiddel ville .

Dette er pedantisk fordi energiendringen er liten sammenlignet med den totale energien, men dette er bare på grunn av den veldig høye spesifikke impulsen. I mer praktiske termer ville det være ekstremt vanskelig å få en høy Oberth-effekt fordi lavtrykksmotorer (og solseil) bruker veldig lite av skyvefasen ved perigee der Oberth-effekten er stor.

Likevel et annet alternativ kan være elektromagnetisk akselerasjon når et fartøy flyr forbi en planet. I dette tilfellet kan vi ikke bruke den samme logikken fordi kraften overføres mellom en kropp og en annen. Imidlertid fungerer argumentet fortsatt i kraft av fartøyets høyere hastighet i perigee. Energien som en stasjonær akselerator tilfører er impuls ganger hastighet (fra den mekaniske kraften = kraften x hastighetsforholdet).

Ville et romfartøy uten reaksjonsmotor, for eksempel en som i stedet bruker et solseil eller strålte mikrobølger fra jorden, fremdeles nyte Oberth-effekten?

Jada.

Anta at romfartøy A, drevet av raketter, dykker mot solen og skyter alle dens thrustere på en gang i nærheten av periheliet for å få litt ønsket delta-V. Anta deretter at romfartøy B, drevet av solseil, dykker mot solen, når samme perihelondistanse som romfartøy A, og vender seilene på akkurat den rette måten i nærheten av periheliet for å få samme delta-V som romfartøy A.

Begge romfartøyene vil bli utsatt for den samme Oberth-effekten fordi Oberth-effekten kun er en konsekvens av endring i hastighet og hastigheten som delta-V oppstår. Den underliggende fysikken som resulterer i at delta-V spiller ingen rolle.

Begge disse tilnærmingene er blitt foreslått som mekanismer for å unnslippe solsystemet ved høye rømningshastigheter. Ideen om å bruke solseil for å unnslippe solsystemet er fra begynnelsen av romalderen (Tsu 1959). På et nylig NASA Innovative Advanced Concepts symposium, Nosanov et al. analysert ved bruk av solseil (med en endelig nærhet til solen) som et middel for å unnslippe solsystemet, når heliopausen om 12 år eller mindre og bruke eksisterende materialer. (Merk at det tok Voyager 35 år å oppnå det samme). Jeg har bare innlemmet to referanser. Det er mange, mange flere.

T. C. Tsu, "Interplanetarisk reise med solseil," Ars Journal 29.6 (1959): 422-427.

J. Nosanov, D. Grebow, B. Trease, J. West og H. Garrett, "Solar System Escape Architecture for Revolutionary Science", NASA NIAC Conference , 2013.

Endringen i apoapsis skyldes utelukkende endringen i anvendt hastighet - enten denne hastighetsendringen er forårsaket av rakettfremdrift, eller av noen av de andre metodene du har nevnt.

(EDIT: I burde legge til dette - du nevnte også fartøyets oppgang ut av tyngdekraften godt - stien langs banen. Denne banen påvirkes ikke av massen, bare av hastigheten. I likhet med en pendelfrekvens avhenger bare av lengden på pendelen, eller to objekter på jorden faller i samme hastighet, forutsatt at det ikke er aerodynamiske effekter.)

Oberth-effekten kan forklares på denne måten. Hvert sekund du faller i et gravitasjonsfelt, endrer det hastigheten din - kanskje hjelper deg, kanskje skader deg. Hvis du brenner når du er dypere i tyngdekraften, øker du enten tyngdekraften vil hjelpe deg, eller reduserer tiden det vil skade deg. For eksempel:

• Hvis du flytter bort og vil redusere farten, brenner du nå. Ved å bremse ned tilbringer du mer tid nær planeten med tyngdekraften som trekker deg tilbake.
• Hvis du beveger deg mot planeten og vil øke hastigheten, vent til du er nærmere. Hvis du brenner nå, bruker du mindre tid på å falle mot planeten og bli akselerert av tyngdekraften.

... og så videre. I hvert tilfelle får brenning mens du er dypere i tyngdekraften tyngdekraften for å forsterke innsatsen. Så du kan se at det ikke er det faktum at du lyser skipet ditt som får det til å fungere for deg (husk, Oberth-effekten fungerer også for å bremse skipet ditt), så det bør fungere for alle typer stasjoner.

Den enkleste måten å forstå Oberth-effekten er ganske enkelt å huske din fysikk 101.

Arbeid = Force x Distance.

Hvis du beveger deg raskt, vil du tilbakelegge mer avstand i løpet av forbrenningen og gjør derfor mer arbeid. Alt som bruker en kraft over tid vil observere denne "effekten". Skål!

Jo raskere du beveger deg, jo større blir Oberth-effekten. Du beveger deg raskt under perigee, så endringer i hastighet som gjøres i nærheten av perigee, får en Oberth-fordel.

Men solseil har liten akselerasjon. Bare en liten hastighetsendring kan gjøres mens seilene ligger i nærheten av perigee. For å gjøre en impulsiv forbrenning i en høyde på 300 km, trenger du en akselerasjon som er en god brøkdel på 1 g, enda bedre - flere g.

Hvis akselerasjonen er i størrelsesorden 1 mm / s ^ 2, vil det være liten Oberth-fordel med mindre mange små forbrenninger gjøres over mange perigeer.

Det er en funksjon av det faktum at ved periapsis har skipet den høyeste hastigheten, og Oberth-effekten handler om å legge til hastighet når hastigheten allerede er høy i noen bekymringsrammer.

Jeg tror det også gjelder til raketter med flere trinn der øvre trinns økning i kinetisk energi kan være vesentlig større enn den totale kjemiske energien til drivstoffet i det trinnet.

Det bør da også gjelde enhver kontinuerlig trykkmotor uansett hvordan den fungerer der den mekaniske kraften vokser lineær i V mens den frigjorte kraften til motorens kraftkilde er konstant. Energi er bevart da den integrerte mekaniske kraften alltid tilsvarer skipets kinetiske energi i en hvilken som helst ramme.