Выход на орбиту

Космос находится всего в 100 км, что ближе, чем многие люди добираются на работу. Получить * туда * легко: зондирующие ракеты делают это с несколькими минутами полета и падают прямо назад. Оставаться там - трудная часть. Чтобы остаться на месте, вам нужна скорость в сторону около 7,8 км/с, и почти все ракетное топливо тратится на это.

Подъем занимает несколько минут. Движение в сторону достаточно быстро занимает почти все топливо.

Посмотри.

Запуск состоит из четырех действий:

1. Просто вверх на несколько секунд, чтобы очистить башню и самый толстый воздух.
2. Гравитационный поворот. Небольшой наклон, пару градусов, и гравитация делает остальное: путь изгибается сам по себе, пока двигатели толкают вдоль него. Никаких резких поворотов, которые бы сломали тонкую ракету в воздушном потоке.
3. Ступень. Через две с половиной минуты первая ступень пуста и выпадает. Верхняя ступень, намного легче, продолжает толкать.
4. Летает почти плоско, набирая скорость вбок до достижения орбитальной скорости. Двигатель выключается. Космический аппарат находится на орбите, совершая оборот вокруг Земли примерно каждые 88 минут.

Запуск на восток помогает: собственное вращение Земли дает свободную скорость 0,465 км/с на экваторе. Именно поэтому большинство пусковых площадок с восточной стороны имеют выход к океану.

Понимаю

В приведенном выше моделировании, транспортное средство тратит около 9.3 км/с “дельта-v” (полное изменение скорости, которое могут обеспечить его двигатели), чтобы достичь скорости 7.8 км/с на расстоянии 200 км. Разница в том, потеря гравитации: хотя ракета все еще частично направлена вверх, часть ее тяги только удерживает ее против силы тяжести, а не ускоряет её.

Реальные ракеты также борются с воздушным сопротивлением и теряют некоторую эффективность управления. Обычный бюджет, предусмотренный для низкой околоземной орбиты, составляет 9,3-10 км/с, который соответствует.

Момент в моделировании	Время	Высота	Скорость
Отключение двигателя первой ступени	около 2 мин. 24 с	около 90 км	около 3,0 км/с
Вторая ступень, на орбите	около 7 мин. 37 с	около 200 км	7,8 км/с

Первая ступень, отрезанная на скорости 3 км/с, слишком медленна для орбиты и падает назад (затем ускорители Falcon 9 сами возвращаются на землю).

Мастер

Верхняя ступень в этой модели использует простой закон наведения замкнутого контура. В каждый момент он выбирает угол наклона θ, с тем чтобы вертикальное ускорение корректировало высоту и скорость подъема:

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

Первые два термина - это сила тяжести минус “центробежное” облегчение горизонтальной скорости. По мере того, как v_h приближается к круговой скорости √(μ/r), эти два параметра исчезают, и точка стадии становится плоской. Реальные аппараты используют более усовершенствованные схемы (например, режим итеративного наведения эпохи «Аполлона» или эксплицитное наведение с помощью двигателя на шаттле), которые минимизируют расход топлива, но принцип остаётся тем же.

Вывод на орбиту заканчивается с нулевой вертикальной скоростью точно на заданной высоте и горизонтальной скоростью, равной √(μ/р). Если ни то, ни другое не произойдет, то орбита будет эллиптической, с низшей точкой, возможно, внутри атмосферы.