Az orbit elérése

Az űr mindössze kb. 100 km-re van, közelebb, mint sok ember ingázása. Ott felmenni könnyű: a szondázó rakéták pár perc repülés után elérik, és egyenesen visszaesnek. Ott maradni a nehéz rész. A megmaradáshoz kb. 7,8 km/s oldalirányú sebességre van szükséged, és majdnem az összes rakétaüzemanyag erre megy el.

A feljutás perceket vesz igénybe. A gyors oldalirányú mozgás szinte az összes üzemanyagot elveszi.

Nézd!

A kilövésnek négy felvonása van:

1. Egyenesen felfelé néhány másodpercig, hogy kiürítse a tornyot és a legsűrűbb levegőt.
2. A gravitációs kanyar. Egy kis dőlés, pár fok és a többit már elvégzi a gravitáció: az út magától is megkanyarodik, miközben a motorok tolják azt. Nincsenek éles fordulatok, amelyek megtörnék a vékony rakétát a légáramban.
3. Szint. Körülbelül két és fél perc múlva az első fokozat üres, és leesik. A felső lépcső, sokkal könnyebb, továbbra is tolja.
4. Szinte sík felületen repül, oldalirányban növeli sebességét, amíg el nem éri az orbitális sebességet. A motor leáll. Az űrszonda pályán van, körülbelül 88 percenként kerüli meg a Földet.

A Föld saját forgása az Egyenlítőnél 0,465 km/s szabad sebességet ad. Ezért van az, hogy a legtöbb indítóállomás keleten az óceánra néz.

Értsd meg.

A fenti szimulációban a járműnek kb. 9,3 km/s “delta-v” (a motorok által biztosított teljes sebességváltozás) szükséges ahhoz, hogy 200 km-en elérje a 7,8 km/s sebességet. A különbség az, Gravitációs veszteség: a rakéta még mindig részben felfelé mutat, de tolóereje egy része csak a gravitáció ellen tartja, nem pedig gyorsítja.

A valódi rakéták is küzdenek a légellenállással és elveszítik egy részét a hatékonyságnak. Az alacsony Föld körüli pályára szokott költségvetés 9,3-10 km/s, ami megfelel.

Pillanat a szimulációban	Idő	Magasság	Sebesség
Első fokozatú motorleállítás	kb. 2 perc 24 másodperc	kb. 90 km	kb. 3,0 km/s
Második fokozat lekapcsolása, pályán	Körülbelül 7 perc 37 másodperc	Körülbelül 200 km	7,8 km/s

Az első fokozat 3 km/s sebességgel leválik a rakétáról, így túl lassú ahhoz, hogy pályára álljon és visszaesik (a Falcon 9-es hajtóművek ezután visszakormányozzák magukat a földre).

Mester!

A felső fokozat ebben a modellben egy egyszerű zárt hurok irányítási törvényt használ. Minden pillanatban θ szöget választ, hogy a függőleges gyorsulás korrigálja a magasságot és az emelkedési sebességet:

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

Az első két kifejezés a gravitáció mínusz a vízszintes sebesség „centrifugális” megkönnyebbülése. Ahogy v_h megközelíti a √(μ/r) körsebességet, ezek a két pont megszűnik és a szakasz laposra fordul. A valós járművek kifinomultabb módszereket használnak (például az Apollo-korszak iteratív irányítási módját, vagy a motoros explicit irányítást az űrrepülőgépeken), amelyek minimalizálják a hajtóanyagot, de az elv ugyanaz.

A pályára állás a célmagasságnál nulla függőleges sebességgel és √(μ/r) vízszintes sebességgel ér véget. Ha egyik sem sikerül, akkor a pálya ellipszis lesz, és az alsó pontja valószínűleg a légkörben van.