Für den Start von Satelliten oder anderen Raumfahrzeugen hat die Nähe zum Äquator einen erheblichen Vorteil: Der Drehimpuls hilft, die Anfangsgeschwindigkeit zu erreichen, und man kann in jede Neigung starten. Die meisten Weltraumhäfen für Orbitalstarts befinden sich in der Tat in niedrigeren Breiten, mit mindestens einer großen Ausnahme: Das Kosmodrom Plesetsk liegt auf 63°N und ist laut Wikipedia der aktivste Weltraumbahnhof der Erde für Starts in die Umlaufbahn oder in den interplanetaren Raum .
Seit dem Fall der Sowjetunion ist es der einzige inländische russische Weltraumbahnhof, und leeres Land in der Umgebung ist vorteilhaft für die Sicherheit, verschiedene Raketenstufen auf die Erde fallen zu lassen. Aber Russland hat viel leeres Land in niedrigeren Breiten (obwohl sogar das kasachische Baikonur auf 46°N liegt), warum also wurde Plesetsk überhaupt an seinem jetzigen Ort gebaut? Gibt es irgendwelche Vorteile, von einem so hohen Breitengrad aus zu starten?
Es gibt ein paar Vorteile, ein Raumschiff aus einem hohen Breitengrad zu starten, je nachdem, was Sie genau wollen. Der Hauptvorteil eines solchen Systems besteht in sehr stark geneigten Umlaufbahnen. Die meisten erdnahen Satelliten profitieren von einer hohen Neigung, und tatsächlich befinden sich viele in einer sogenannten "Sonnensynchronbahn" mit einer leichten rückläufigen Neigung. Wenn Sie zu einer rückläufigen Neigung starten, müssen Sie tatsächlich die gesamte Rotation des Standorts, von dem aus Sie starten, herausnehmen, was es schwieriger macht, die Umlaufbahn aus der Nähe des Äquators zu erreichen. Allerdings wäre es beispielsweise schwieriger, einen äquatorialen Satelliten zu starten.
Die Rotationsgeschwindigkeit am Äquator beträgt ungefähr 40000 km/24 Stunden oder 1670 km/Stunde. Die minimale Erdumlaufgeschwindigkeit beträgt ungefähr 29000 km/Stunde. Obwohl Sie durch die Erdrotation einen Vorteil bei der Rotationsgeschwindigkeit erhalten, ist dieser nicht signifikant genug, wenn andere Faktoren keine wichtige Rolle spielen. Tatsächlich gibt es viel mehr Faktoren, mit denen Sie fertig werden müssen.
Und wie @ernestopheles in seiner Antwort angegeben hat, gibt es viele nichttechnische Gründe, dies als Standort zu haben, nämlich dass es sich um eine Startanlage für nukleare Interkontinentalraketen handelte, und da viele davon stillgelegt sind, sind sie leicht verfügbar, transportieren sie aber woanders macht wenig sinn. Darüber hinaus stehen die Einrichtungen zur Verfügung.
Nur eine weitere (inländische) Startseite zu bauen, ist nicht gerade einfach oder billig. Es gibt eine Menge Logistik zu erledigen.
Für Ihre Frage müssen Sie die Geschichte der russischen Raumfahrt und Plesetsk verstehen. Es wurde für den Start von Interkontinentalraketen über den Nordpol nach Nordamerika gebaut. Denken Sie daran, dass Sojus-Raketen von der R-7-Rakete abgeleitet wurden, die ursprünglich entwickelt wurde, um Atomsprengköpfe zu tragen. Sowohl die moderne Sojus als auch die R-7 haben die gleichen Startrampen, Montagen usw. Außerdem ist es aus rein technischer Sicht immer noch sinnvoll, Plesetsk für zB Polarstarts (hohe Neigung) offen zu halten.
Molniya umkreist
Wie von Aurovrata geschrieben
Plesetsk ist eigentlich ideal gelegen, um Satelliten in Molniya-Umlaufbahnen zu starten, und infolgedessen wurden viel mehr Starts durchgeführt als Baikonour.
Eine oder besser THE Molniya-Bahn hat eine Neigung von 63,4°. Die Lauchpades befinden sich bei etwa 62,9° N.
Wenn Sie also fast gerade nach Osten starten (was Ihnen den maximalen Input von der Erdrotation gibt), müssen Sie Ihre Neigung nicht viel ändern, um in einer Molniya-Umlaufbahn zu landen.
Das Ändern Ihrer Neigung ist eines der kraftstoffintensiven Manöver, die Sie durchführen können, also versuchen Sie, in die richtige geneigte Umlaufbahn zu starten (einfach, wenn Sie eine Neigung anstreben, die größer als Ihr Breitengrad ist, andersherum nicht möglich). Da die Sowjets wussten, dass sie eine ganze Reihe von Molniyas starten würden, dachten sie, es wäre effektiver, ein Kosmodrom auf einem Breitengrad knapp unter 63,4 ° zu bauen, als bei jedem Start viel deltaV zu verlieren.
Die bisherigen Antworten weisen darauf hin, dass bei der Auswahl eines geeigneten Startplatzes viele Faktoren eine Rolle spielen. Unter der Annahme einer strategischen Anforderung für den langfristigen Zugang zum Weltraum sind die vorherrschenden Faktoren jedoch eine gute Freigabe ohne besiedelte Gebiete östlich des Startplatzes und so nah wie möglich am Äquator.
Die Erdrotation kann einen Raketenstart unterstützen, indem sie seine Nutzlastkapazität erhöht. Die Erdoberfläche hat eine Tangentialgeschwindigkeit (parallel zur Erdoberfläche), die nach Osten gerichtet ist. Dies ist der Hauptgrund, warum Unternehmen wie Sea Launch eine Meeresplattform entwickelt haben, die sie zum Äquator ausfahren, um den maximalen Geschwindigkeitsschub zu erhalten.
Ich habe eine mathematische Demonstration als Antwort auf eine ähnliche Frage in diesem Thread mit der Tsiolkovsky-Raketengleichung gefunden:
womit Sie die Anfangsmasse Ihrer Rakete berechnen können als Funktion Ihrer endgültigen Masse (leere Rakete + Nutzlast), die endgültige Umlaufgeschwindigkeit und die Austrittsgeschwindigkeit der Rakete .
Wenn man bedenkt, dass diese Gleichung die auf die Rakete wirkende Gravitationskraft nicht berücksichtigt, können wir immer noch verstehen, wie die Rotationsgeschwindigkeit der Erde eine Rolle bei der Wirtschaftlichkeit von Raketenstarts spielt. und die letzte Masse sind Konstanten für eine gegebene Kombination aus Rakete und Nutzlast. Die endgültige Umlaufgeschwindigkeit ändert sich tatsächlich je nach Position der Startrampe relativ zum Äquator.
Die Tangentialgeschwindigkeit der Erde am Äquator ist ihr Umfang ( , =6000 ungerade Kilometer) geteilt durch die Zeit, die es braucht, um herumzulaufen, etwas weniger als 24 Stunden, was eine Gesamtgeschwindigkeit von 465 m/s ergibt.
Wenn man also alle Zahlen in die Gleichung einsetzt, kann man die Anfangsmasse berechnen unserer Rakete, wenn sie vom Äquator oder von einer Position mit geringerer Tangentialgeschwindigkeit gestartet wird. Je näher am Äquator, desto niedriger um die gleiche Summe zu produzieren .
Es gibt 2 alternative Möglichkeiten, dies zu berechnen, indem Sie es beibehalten stetig steigend eine größere Nutzlast für äquatoriale Starts zu ermöglichen oder beides zu behalten und konstant und berechnen Sie eine größere höhere Umlaufbahnen ermöglichen.
Der ursprüngliche Thread berechnet diese tatsächlich für die Sojus-Rakete, die in verschiedenen Breiten gestartet wird.
Der äquatoriale Start macht aufgrund der exponentiellen Natur der Gleichung einen Unterschied in der Nutzlast, die eine Rakete tragen kann. Wenn wir LEO-Umlaufbahnen vergleichen (unabhängig von ihrer Ausrichtung, sei es äquatorial oder polar oder dazwischen), sind die Gewinne ziemlich gering, in der Größenordnung von Hunderten von kg.
Wenn wir jedoch GTO-Umlaufbahnen vergleichen, in denen die meisten kommerziellen Nutzlasten gesendet werden, können die Gewinne um bis zu 25 % steigen . Der Hauptgrund dafür ist die Tatsache, dass ein Orbitalebenenwechsel wirksam werden muss, weshalb Sea Launch seine Startrampe für Seeplattformen entwickelt hat, da sich die wirtschaftlichen Einsparungen gelohnt haben.
Darüber hinaus führte eine NASA-Studie aus dem Jahr 1959 eine detaillierte Berechnung der Kostenreduzierung durch den Start einer Saturn-Rakete vom Äquator im Vergleich zu Cape Canaveral durch und kam zu dem Schluss, dass äquatoriale LEOs aufgrund der erforderlichen Änderungen der Umlaufbahnebene 80 % günstiger sind, was das Treibmittel betrifft.
Eine genauere Herleitung der Raketengleichung mit auf die Rakete wirkender Schwerkraft kann online auf der MIT-Website eingesehen werden . Beachten Sie auch, dass das Aufstellen von Raketen die tatsächliche Nutzlastkapazität verringert. Wenn wir sagen, dass eine zweistufige Rakete zu 80 % aus Treibstoff, zu 10 % aus Rakete und zu 10 % aus Nutzlast besteht, dann ist die Nutzlast der ersten Stufe die zweite Stufe, daher beträgt die tatsächliche Nutzlast 10 % der zweiten Stufe oder 10 % von 10 % der anfängliche Rakete, dh 1%.
Plesetsk ist nicht der ideale Startplatz, aber die Russen mussten alternative orbitale Lösungen entwickeln, um ihren Bedürfnissen gerecht zu werden. Der Zugang zu GSO-Orbits für Kommunikations-/Wetter-/Spionagesatelliten war zu teuer, und sie entwickelten daher eine alternative Lösung, die stattdessen die Nachteile des Standortes Plesetsk in eine Chance umwandelte.
Startplätze in hohen Breiten sind besser für den Zugang zu polaren Umlaufbahnen oder stark elliptischen Umlaufbahnen (oder HEO-Umlaufbahnen) geeignet.
Russlands Bedarf an Kommunikations- und Wettersatelliten wurde durch die Perfektionierung der HEO-Umlaufbahn gedeckt, die als Molniya-Umlaufbahn (Blitz auf Russisch) bekannt ist. Molniya-Umlaufbahnen sind Umlaufbahnen mit variabler Geschwindigkeit, langsamer auf dem Apogäum (Punkt, der am weitesten von der Erde entfernt ist) und schneller auf dem Perigäum (nächster Annäherung an die Erde).
Die Russen perfektionierten diese Umlaufbahn bis zu dem Punkt, dass der Satellit an einem Tag zweimal die Erde umkreisen würde, mit einem Apogäum, das auf Russland zentriert ist, und einem anderen, das auf die USA zentriert ist. Dies führte zu Satelliten mit doppelter Funktion, die die USA 9 Stunden am Tag ausspionierten, dann um den Erdboden herumflogen und weitere 9 Stunden am Tag als Kommunikations-/Rundfunk-/Wettersatelliten für die Sowjetunion dienten (siehe diese Abbildung ) . .
Der Nachteil dieser Umlaufbahn besteht darin, dass mehrere Satelliten erforderlich sind, um die gesamte Oberfläche Russlands durchgehend abzudecken. Die Satelliten werden außerdem viermal täglich den Van-Allan-Strahlungsgürteln ausgesetzt, was zu einer kürzeren Lebensdauer führt. Die Russen rüsteten die Satelliten regelmäßig auf und verfeinerten die Umlaufbahnen sowie die Satellitentechnologie.
Plesetsk ist eigentlich ideal gelegen, um Satelliten in Molniya-Umlaufbahnen zu starten, und infolgedessen wurden viel mehr Starts durchgeführt als Baikonour.
Gerrit
SF.