Ajungând pe orbită

Spațiul este la doar 100 km distanță, mai aproape decât naveta multor oameni. Să ajungi sus acolo este ușor: rachetele cu sondă o fac în câteva minute de zbor și cad direct înapoi.Starea sus este partea grea. Pentru a sta pe loc ai nevoie de aproximativ 7,8 km/s viteză laterală, iar aproape tot combustibilul unei rachete este cheltuit pentru asta.

Urcarea durează câteva minute. Mersul lateral destul de repede ia aproape tot combustibilul.

Uite.

O lansare are patru acte:

1. Drept în sus pentru câteva secunde, pentru a curăța turnul și cel mai gros aer.
2. Virarea gravitațională. O mică înclinare, câteva grade și gravitația face restul: calea se îndoaie de la sine în timp ce motoarele o împing. Nu există viraje ascuțite, care ar rupe o rachetă subțire în fluxul de aer.
3. Staging. După aproximativ două minute și jumătate, prima treaptă este goală și cade. Etapa superioară, mult mai ușoară, continuă să împingă.
4. Zboară aproape plat, construind viteză laterală până când atinge viteza orbitală. Motorul se opreşte. Nava spațială este pe orbită, înconjurând Pământul la fiecare 88 de minute sau cam așa.

Lansarea spre est ajută: rotația proprie a Pământului oferă o viteză liberă de 0,465 km/s la ecuator. De aceea, majoritatea locurilor de lansare se confruntă cu un ocean la est.

Înţelegeţi.

În simularea de mai sus, vehiculul consumă aproximativ 9.3 km/s de “delta-v” (schimbarea totală a vitezei pe care o pot oferi motoarele sale) pentru a atinge o viteză de 7.8 km/s la 200 km. Diferența este Pierderea de gravitate: în timp ce racheta este încă parțial îndreptată în sus, o parte din împingerea sa doar o menține împotriva gravitației în loc să o accelereze.

Rachetele reale luptă și cu rezistența aerului și pierd o anumită eficiență în direcție. Bugetul obișnuit citat pentru orbita joasă a Pământului este de 9,3 până la 10 km/s, care se potrivește.

Moment în simulare	Timp	Altitudine	Viteză
Oprirea motorului în prima treaptă	aproximativ 2 min 24 s	aproximativ 90 km	aproximativ 3,0 km/s
A doua treaptă de întrerupere, pe orbită	aproximativ 7 min 37 s	aproximativ 200 km	7,8 km/s

Prima treaptă, tăiată la 3 km/s, este mult prea lentă pentru orbită și cade înapoi (boosterele Falcon 9 se direcționează apoi spre sol).

Maestre.

Etapa superioară a acestui model folosește o lege simplă de ghidare în buclă închisă. În fiecare moment alege un unghi de înclinare θ astfel încât accelerația verticală corectează altitudinea și rata de urcare:

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

Primii doi termeni sunt gravitația minus relieful “centrifugal” al vitezei orizontale. Pe măsură ce v_h se apropie de viteza circulară √(μ/r), cele două anulă și punctele etapei sunt plane. Vehiculele reale folosesc scheme mai rafinate (de exemplu modul de ghidare iterativ din epoca Apollo, sau ghidarea explicită motorizată pe naveta spațială) care minimizează propulsorul, dar principiul este același.

Inserarea pe orbită se termină cu viteza verticală zero exact la înălțimea țintă, iar viteza orizontală egală cu √(μ/r). Dacă nu se întâmplă niciunul dintre acestea, orbita este o elipsă, cu punctul său cel mai jos posibil în interiorul atmosferei.