Gibt es einen Nachteil, Raketen direkt nach oben zu schicken?

Es hört sich so an, als würden Sie sich vorstellen, dass Satelliten durch die Atmosphäre aufsteigen, in den Weltraum eindringen und dort hängen bleiben. Das ist nicht richtig. Wenn Sie einfach direkt in den Weltraum fliegen (sagen wir 300 km über der Erdoberfläche), wird Sie die Schwerkraft direkt wieder nach unten ziehen, selbst wenn Sie die Atmosphäre verlassen haben, und Sie werden zurück auf die Erde stürzen. Die Schwerkraft ist in 300 km Entfernung (was weit über dem Großteil der Atmosphäre liegt) nur etwa 10 % schwächer als auf der Erdoberfläche

Satelliten befinden sich nicht nur ~300 km über der Erdoberfläche, sie umkreisen auch . Für eine erdnahe Umlaufbahn müssen Satelliten etwa 7.000 Meter/s horizontal (17.000 mph) zurücklegen, um zu umkreisen.

Da das Erreichen einer Umlaufbahn eine Kombination aus dem Durchqueren der Atmosphäre, dem Erreichen der gewünschten Höhe und dem Erreichen der gewünschten Umlaufgeschwindigkeit ist (während sich ihre Masse ändert, weil sie ihren Treibstoff mit sich führen), fliegen Raketen nicht einfach gerade nach oben . Zu Beginn eines Satellitenstarts fliegen Raketen normalerweise ungefähr gerade nach oben, weil die Atmosphäre in der Nähe der Erdoberfläche dick ist und sie versuchen, so schnell wie möglich durch sie hindurchzukommen. Später kippen Raketen um und führen eine Kombination aus horizontaler und vertikaler Bewegung aus, wenn sie ihre Umlaufbahn erreichen. Der optimale Pfad ist eine Kombination aus der Vermeidung von Luftwiderstand und der angemessenen Mischung von Höhe und Umlaufgeschwindigkeit.

Das ist auch der Grund, warum die meisten Satelliten in der gleichen Richtung umkreisen, in der sich die Erde dreht; Indem sie auf diese Weise umkreisen, erhalten sie während des Starts ein wenig freie Seitwärtsgeschwindigkeit von der Erdrotation.

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Typischerweise besteht das Ziel eines Satelliten darin, umzukreisen, und daher müssen Sie, wie die anderen Antworten ansprechen, eine erhebliche horizontale Geschwindigkeit aufbauen. Wenn die Erde keine Atmosphäre hätte, könnten Sie in der Tat einige Kilometer über der Oberfläche umkreisen, sodass das Hauptziel darin besteht, eine ausreichende Umlaufgeschwindigkeit (horizontal) etwas über den dichten Regionen der Atmosphäre aufzubauen.

Wenn Sie nur senkrecht zur Erde gebrannt haben, folgen Sie einer Flugbahn ähnlich der folgenden:

Ich wollte hinzufügen, warum Sie vielleicht nur "vertikal" reisen möchten:

1. Ihr Ziel ist es, in etwas einzuschlagen, das sich im Orbit befindet; Sie möchten nur zu einem bestimmten Zeitpunkt eine gewünschte Höhe erreichen (z. B. um einen Satelliten oder ein außerirdisches Raumschiff zu zerstören).
2. Sie wollen wieder auf der Erde landen, sagen wir für Kinetic Bombardment ("Rods from The Gods")
3. Sie wollen in andere Himmelskörper einschlagen. Theoretisch besteht die niedrigste Energiebahn für ein Mondbombardement darin, zum richtigen Zeitpunkt „gerade nach oben“ bis knapp hinter den Lagrange-Punkt Erde-Mond L1 zu starten .

Um zum Beispiel zum Mond zu gelangen (na ja, in den Mond einzuschlagen oder an ihm vorbeizufliegen), könnten Sie beispielsweise „gerade nach oben starten“ und einer Flugbahn wie der folgenden folgen. Beachten Sie, dass Sie eine gewisse horizontale Geschwindigkeit haben, wenn Sie "gerade nach oben starten", da Sie die Rotationsgeschwindigkeit an der Oberfläche abhängig vom Breitengrad Ihres Startplatzes erben (~ 500 m / s am Äquator, 0 m / s an den Polen). .

Im obigen Szenario war ich beim Startzeitpunkt etwas zu spät und lag daher hinter dem Mun (im Spiel „Moon“). Die violette Flugbahn nach der Begegnung hätte mich zurück auf die Oberfläche des Planeten gelandet, ohne dass eine stabile Umlaufbahn eingerichtet worden wäre, und wäre vom Äquator aus gestartet worden.

Fazit ist, wenn Sie umkreisen möchten, benötigen Sie eine horizontale und (und anfänglich eine gewisse vertikale) Geschwindigkeit in Bezug auf die Oberfläche. Sie können etwas Kraftstoff sparen, wenn Sie nur „ankommen“ (und dann gegen etwas prallen) wollen.

Raketen nehmen den kürzesten Weg, um ihre Umlaufbahn zu erreichen.

Wenn wir nur zu LEO auftauchen und wieder herunterkommen wollen, dann gehen wir direkt nach oben. Sehen Sie sich die ersten beiden Mercury-Missionen als Beispiel an – sie landeten nördlich von Nassau.

Wenn Sie im Orbit landen möchten, benötigen Sie eine beträchtliche horizontale Geschwindigkeit. Rechtwinklig abzubiegen ist die am wenigsten kraftstoffeffiziente Methode, daher ist die Startbahn eine komplexe Funktion dessen, wo Sie sich jetzt befinden, verglichen mit dem, wo Sie sein möchten, und "wo" umfasst Geschwindigkeit und Richtung, nicht nur die Position.

Ich bin mir sicher, dass dies eine unvollständige Antwort ist und nur zu den bereits hervorragenden, sachkundigeren Antworten beitragen würde, aber ich weiß, dass Raketenwissenschaftler versuchen, ihren Startplatz so nah wie möglich am Äquator zu platzieren, damit der Erddurchmesser nachgibt etwas mehr "Wurf" im Vergleich zu höheren Breiten. Ich gehe davon aus, dass sich die Rakete, wenn sie sich in die Horizontale neigt, in Richtung der Erdrotation neigt, sodass sie einfach die Bewegung beschleunigen kann, die sie bereits hat.

noch eine Erklärung, weil ich es gerne erkläre: Das ist einer der Gründe, warum sich die Einrichtung der Vereinigten Staaten in Cape Canaveral befindet, fast dem südlichsten Punkt der kontinentalen Vereinigten Staaten. Man könnte es mit den Tennisball-Werfern vergleichen, die Hundebesitzer benutzen – je länger der Stock (der Abstand vom Erdmittelpunkt), desto mehr Geschwindigkeit erhalten Sie. Wenn die dichtere Atmosphäre eine Rakete verlangsamt, könnte der ideale Startplatz auf einem Berg in Kolumbien liegen. Leider wäre die Logistik, um von dort aus einen größeren Satelliten zu starten, unerschwinglich.

So ist es nicht effizient. Es gibt so etwas wie Gravitationswende. Sie benötigen seitliche Geschwindigkeit, um in der Umlaufbahn zu bleiben, und die Schwerkraftdrehung unterstützt die Rakete im Wesentlichen dabei, sich seitwärts zu drehen.