Достигане на орбита

Космосът е само на около 100 км, по-близо от пътуването на много хора. Да се изкачите там е лесно: сондните ракети го правят с няколко минути полет и падат направо обратно. Оставам. Ето я и трудната част. За да останете, ви трябват около 7.8 км/с странична скорост и почти цялото гориво на ракетата се изразходва за това.

Изкачването отнема минути. Отиването настрани достатъчно бързо отнема почти цялото гориво.

Вижте.

Стартирането има четири действия:

1. Направо нагоре за няколко секунди, за да изчистите кулата и най-дебелия въздух.
2. Гравитационният завой. Малък наклон, няколко градуса и гравитацията прави останалото: пътеката се огъва сама по себе си, докато двигателите я тласкат. Няма остри завои, които биха счупили тънка ракета във въздушния поток.
3. Сцена. След около две минути и половина първата степен е празна и пада. Горната стъпка, много по-лека, продължава да се бута.
4. Летящ почти плосък, изграждане на странична скорост, докато не достигне орбитална скорост. Двигателят се изключва. Космическият апарат е в орбита, обикаляща Земята на всеки 88 минути или така.

Изстрелването на изток помага: собственото въртене на Земята дава свободна скорост от 0,465 км/с на екватора. Ето защо повечето стартови площадки са обърнати към океана на изток.

Разбирам.

В симулацията по-горе, автомобилът изразходва около 9.3 км/сек от “делта-в” (общата промяна на скоростта, която двигателите му могат да осигурят), за да достигне скорост от 7,8 км/ч на 200 км. Разликата е Загуба на гравитация: докато ракетата все още е насочена отчасти нагоре, част от тягата й я държи само срещу гравитацията, вместо да я ускорява.

Истинските ракети също се борят с въздушното съпротивление и губят част от ефективността си при управление. Обичайният бюджет, посочен за ниска околоземна орбита е 9,3 до 10 км/ч, който съвпада.

Момент в симулацията	Време	Надморска височина	Скорост
Първостепенно изключване на двигателя	около 2 мин. 24 с.	около 90 км	около 3,0 км/с
Втора степен, в орбита	около 7 мин. 37 сек.	около 200 км	7,8 км/ч

Първата степен, която се откъсва при скорост 3 км/с, е прекалено бавна за орбита и пада назад (след това ускорителите на Фалкън 9 се насочват обратно към земята).

Господарю.

Горната степен в този модел използва прост закон за насочване със затворен контур. Във всеки момент той избира ъгъл на наклона θ, така че вертикалното ускорение да коригира надморската височина и скоростта на изкачване:

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

Първите две условия са гравитация минус “центробежно” облекчение на хоризонталната скорост. Когато v_h се приближава до кръговата скорост √(μ/r), тези две се отменят и етапът завършва плоско. Реалните космически апарати използват по-усъвършенствани схеми (например режимът на итеративно насочване от времето на Аполо или експлицитното задвижвано насочване на совалката), които намаляват разхода на гориво, но принципът е същият.

Влизането в орбита завършва с нулева вертикална скорост точно на целевата височина и хоризонтална скорост равна на √(μ/r). Ако пропусне някоя от двете, орбитата му ще бъде елиптична, с най-ниската си точка в атмосферата.