الوصول إلى المدار

الفضاء يبعد فقط 100 كيلومتر، أقرب من الكثير من الناس يتنقلون. فالوصول إلى ” أعلى هناك ” أمر سهل: فالصواريخ المسبارية تصل إلى أعلى بعد دقائق قليلة من التحليق ثم تسقط مباشرة. البقاء هناك هو الجزء الصعب. للبقاء تحتاج إلى حوالي 7.8 كم / ثانية من السرعة الجانبية، وتكاد كل وقود الصاروخ ينفق على ذلك.

الصعود يستغرق دقائق السير جانباً بسرعة كافية يستهلك كل الوقود تقريباً

انظر

ويتكون الإطلاق من أربعة أفعال:

1. مباشرة لمدة بضع ثوانٍ، لتنظيف البرج وأكثر الهواء كثافة.
2. تحول الجاذبية ميل طفيف، بضع درجات، والجاذبية تقوم بالباقي: المسار ينحني من تلقاء نفسه بينما المحركات تدفع على طوله. لا تحولات حادة، التي من شأنها أن تكسر صاروخ رقيق في تيار الهواء.
3. إعداد. وبعد حوالي دقيقتين ونصف المرحلة الأولى تكون فارغة وتسقط بعيداً. المرحلة العليا، أخف بكثير، لا تزال تدفع.
4. Flying almost flat، مع زيادة السرعة الجانبية إلى أن تصل إلى السرعة المدارية. المحرك يتوقف. والمركبة الفضائية في مدار حول الأرض، وتدور كل 88 دقيقة تقريبا.

الإطلاق نحو الشرق يساعد: الدوران الخاص بالأرض يعطي حرية 0.465 كم / ثانية عند خط الاستواء. وهذا هو السبب في أن معظم مواقع الإطلاق تواجه المحيط من الشرق.

فهمت

في المحاكاة أعلاه، تنفق المركبة حوالي 9.3 كم / ثانية من “delta-v” (التغيير الكلي للسرعة التي يمكن أن توفرها محركاتها) لبلوغ سرعة 7.8 كم / ثانية عند 200 كم. الفرق هو فقدان الجاذبية: في حين أن الصاروخ لا يزال موجهاً جزئياً نحو الأعلى، فإن جزءاً من دفعه لا يقوم إلا بحمله ضد الجاذبية بدلاً من تسريعه.

الصواريخ الحقيقية تكافح أيضا السحب الهوائي وتفقد بعض الكفاءة في التوجيه. الميزانية المعتادة المذكورة للمدار الأرضي المنخفض هي 9.3 إلى 10 كم/ثانية, التي تتطابق.

الزمن في المحاكاة	الوقت	الارتفاع	السرعة
إغلاق المحرك في المرحلة الأولى	حوالي 2 دقيقة 24 ثانية	حوالي 90 كيلومترا	حوالي 3.0 كم/ثانية
المرحلة الثانية، في المدار	حوالي 7 دقائق و37 ثانية	حوالي 200 كيلومتر	7.8 كم/ثانية

أما المرحلة الأولى، التي تقطع بسرعة 3 كم/ثانية، فهي أبطأ بكثير من أن تكون في المدار وتسقط إلى الوراء (تقوم معززات فالكون 9 بعد ذلك بتوجيه نفسها إلى الأرض).

الماجستير

وتستخدم المرحلة العليا في هذا النموذج قانون توجيه دائرة مغلقة بسيط. وفي كل لحظة ، يختار زاوية انحدار θ بحيث يعدل التسارع الرأسي اﻻرتفاع ومعدل الصعود :

a_T sin θ = μ/r² - v_h²/r + k₁(r_target - r) - k₂·v_r

المصطلحان الأولان هما الجاذبية مطروحا منها “الطرد المركزي” لتخفيف السرعة الأفقية. عندما تقترب v_h من السرعة الدائرية √(μ/r)، فإن هذين الإثنين يلغيان ونقطة المرحلة تصبح مستوية. وتستخدم المركبات الحقيقية مخططات أكثر تطورا (مثل طريقة التوجيه التكراري في عصر أبولو، أو التوجيه الصريح المزود بالطاقة على متن المكوك الفضائي) التي تقلل إلى أدنى حد من الوقود الدافع، ولكن المبدأ هو نفسه.

وينتهي الدخول في المدار بسرعة عمودية صفرية على ارتفاع الهدف بالضبط ، والسرعة اﻷفقية تساوي √(μ/r). وإذا لم يحدث أي من الأمرين، فإن المدار سيكون إهليلجياً، وربما تكون نقطة انخفاضه داخل الغلاف الجوي.