بالعکس سطح زمین که حرکت در آن به اعمال نیرو بر روی یک تکیهگاه وابسته است، در خلأ فضا چنین سطحی وجود ندارد. با این حال، موشکها چگونه بدون وجود چیزی برای فشار دادن، به جلو رانده میشوند؟
درک نحوه حرکت روی زمین برایمان ساده است. هنگامی که راه میرویم، با فشار آوردن پا به سطح زمین، واکنشی از سمت زمین دریافت میکنیم که باعث حرکت ما میشود. هنگام شنا نیز بدن به آب فشار وارد میکند، و خودروها از طریق اصطکاک چرخهایشان با سطح جاده، نیروی لازم برای پیشروی را کسب میکنند.
اما در فضای خارج از جو زمین، با محیطی تقریباً خلأ روبرو هستیم؛ محیطی که تراکم ماده در آن بسیار پایین است و خبری از مقاومت یا تکیهگاه فیزیکی نیست. بر اساس نتایج آزمایش معروف مایکلسون–مورلی و نظریه نسبیت خاص اینشتین، در چنین محیطی نمیتوان به چیزی فشار وارد کرد. در نتیجه، حتی تقلا کردن یا تکان خوردن هم باعث حرکت در یک جهت مشخص نخواهد شد.
چگونه موشک ها در فضا با وجود خلا به حرکت در می آیند؟
هنگامی که روی زمین راه میرویم، قانون سوم نیوتن وارد عمل میشود: ما با پای خود به زمین فشار وارد میکنیم (کنش)، و زمین به همان اندازه ولی در جهت مخالف به ما نیرو وارد میکند (واکنش) که موجب حرکت بدن به جلو میشود. حال اگر زمین لغزنده باشد، مثل روزهای برفی، فشار مناسب ایجاد نمیشود و واکنش کافی نیز دریافت نمیکنیم؛ بنابراین حرکت دشوارتر میشود.
در چنین فضایی این سوال پیش میآید: اگر هیچ سطح یا هوایی برای فشار دادن وجود ندارد، موشکها چگونه در خلأ حرکت میکنند؟ پاسخ در همان قانون سوم نیوتن نهفته است؛ این قانون همهجا صادق است. موشکها با خارج کردن گازهای داغ و پرانرژی از موتورهای خود، یک کنش ایجاد میکنند که در پاسخ، واکنشی مساوی اما در جهت مخالف تولید میشود. این واکنش همان نیرویی است که موشک را به جلو میراند.
در محیط خلأ فضا، تراکم ماده آنقدر ناچیز است که نمیتوان انتظار داشت برخورد با ذرات پراکندهی محیط، نیروی واکنشی قابلتوجهی ایجاد کند. البته فضاپیماها ممکن است تا حدی تحتتأثیر فشار تابش نور خورشید یا برخورد تصادفی با تعداد اندکی از اتمهای سرگردان فضا قرار گیرند؛ اما این اثرات بسیار محدودند. با این حال، زمانی که موتور موشک گازهای داغ را با فشار زیاد به سمت عقب تخلیه میکند، طبق قانون سوم نیوتن، موشک نیرویی مساوی و در جهت مخالف دریافت کرده و به جلو رانده میشود. این فرآیند همراستا با اصل پایستگی اندازه حرکت است.
برای درک بهتر این پدیده، میتوان مثالی ساده مطرح کرد: فردی که روی اسکیتبرد ایستاده و توپ بولینگ را به سمت جلو پرتاب میکند، خودش نیز به عقب رانده میشود. دلیل این اتفاق قانون سوم نیوتن است؛ با توجه به اینکه جرم فرد بیشتر از توپ است، سرعت و مسافت حرکت فرد در جهت مخالف، کمتر از توپ خواهد بود.
موتورهای موشک تفاوت بنیادی با موتورهای جت دارند. موتور جت برای احتراق به اکسیژن موجود در جو زمین وابسته است؛ درحالیکه موشکها اکسیژن (یا ماده اکسیدکنندهای مشابه) را همراه با سوخت خود حمل میکنند. به همین خاطر، برخلاف موتورهای جت، موتور موشکها قادرند در خلأ کامل فضا نیز بدون هیچ مشکلی فعالیت کنند و نیروی پیشرانه ایجاد نمایند.
البته این روش درست است که کمک هایی برای سفر به فضا کرده اما محدودیت هایی هم وجود دارد.
