Dosažení oběžné dráhy

Vesmír je vzdálen jen asi 100 km, což je blíže než dojíždění mnoha lidí. Dostat se tam je snadné: sondážní rakety to zvládnou během několika minut letu a padají rovnou zpět.Zůstat tam nahoře je těžší část. Abyste zůstali, potřebujete rychlost 7,8 km/s a na to je spotřebováno téměř veškeré palivo rakety.

Cesta nahoru trvá několik minut. Jízda do strany dostatečně rychle zabere téměř veškeré palivo.

Podívejte se.

Spuštění má čtyři akty:

1. Přímo nahoru na několik sekund, aby se vyčistila věž a nejhustší vzduch.
2. Gravitační zatáčka. Malý náklon, pár stupňů a gravitace se postará o zbytek: cesta se ohýbá sama od sebe, zatímco motory ji tlačí. Žádné ostré zatáčky, které by rozbily tenkou raketu v proudu vzduchu.
3. Stupňování. Po asi dvou a půl minutách je první stupeň prázdný a odpadá. Horní stupeň, mnohem lehčí, se stále tlačí.
4. Letí téměř rovně, buduje rychlost do stran, dokud nedosáhne orbitální rychlosti. Motor se vypne. Sonda je na oběžné dráze a kolem Země oběhne každých 88 minut.

Start směrem na východ pomáhá: Země má vlastní rotaci, která jí dává volnou rychlost 0,465 km/s na rovníku. Proto většina startovišť na východě směřuje k oceánu.

Pochopte to.

V simulaci výše vozidlo stráví asi 9.3 km/s “delta-v” (celková změna rychlosti, kterou mohou jeho motory poskytnout), aby dosáhlo rychlosti 7.8 km/s při 200 km. Rozdíl je v tom, Ztráta gravitace: zatímco raketa stále míří částečně nahoru, část jejího tahu ji pouze drží proti gravitaci místo toho, aby ji zrychlovala.

Skutečné rakety také bojují s odporem vzduchu a ztrácejí část účinnosti řízení. Obvyklý rozpočet pro nízkou oběžnou dráhu Země je 9,3 až 10 km/s, což odpovídá.

Moment v simulaci	Čas	Nadmořská výška	Rychlost
První stupeň vypnutí motoru	cca 2 min 24 s	cca 90 km	cca 3,0 km/s
Odpojení druhého stupně, na oběžné dráze	cca 7 min 37 s	cca 200 km	7,8 km/s

První stupeň, který se odpojuje rychlostí 3 km/s, je příliš pomalý na to, aby mohl obíhat kolem Země a padá zpět (Falcon 9 se pak sám řídí zpět k zemi).

Mistr

Horní stupeň v tomto modelu používá jednoduchý zákon vedení uzavřené smyčky. V každém okamžiku zvolí úhel náklonu θ tak, aby svislé zrychlení korigovalo nadmořskou výšku a rychlost stoupání:

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

První dva pojmy jsou gravitace minus “odstředivá” úľava z horizontální rychlosti. Jak se v_h blíží kruhové rychlosti √(μ/r), tyto dva se ruší a stupeň ukazuje na plochu. Reálné vozidla používají sofistikovanější schémata (například iterativní navádění v době Apolla nebo explicitní navádění raketoplánů), která minimalizují spotřebu pohonných hmot, ale princip je stejný.

Vstup na oběžnou dráhu končí s nulovou svislou rychlostí přesně v cílové výšce a horizontální rychlostí rovnající se √(μ/r). Pokud se nic z toho nestane, oběžná dráha bude eliptická a její nejnižší bod bude pravděpodobně uvnitř atmosféry.