Ist die Umgehung von LEO beim Start zur Venus oder zum Mars effizienter?

Nein. Es ist nicht effizienter, LEO zu umgehen. Sie können nicht gut umgehen, um aus der Schwerkraft der Erde herauszukommen.

2,9 km/s wären nötig, um in eine Mars-Transferbahn zu gelangen, wenn sich das Schiff außerhalb der Erdanziehungskraft befände und sich mit 30 km/s auf einer kreisförmigen Umlaufbahn von 1 AE bewegen würde. (1 AE oder eine astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne.)

Also noch einmal, diese 2,9 km / s sind erforderlich, um von einer sonnenzentrierten Umlaufbahn auf die sonnenzentrierte Mars-Transferbahn zu gelangen. Die planetarischen Gravitationsbrunnen werden in dieser Zahl nicht einmal berücksichtigt.

Aus der Sicht der Erde ist die Austrittsbahn eine Hyperbel und diese 2,9 km/s ist die Vinfinity der Hyperbel . An Delta V führt kein Weg vorbei, um gut aus der Schwerkraft der Erde herauszukommen.

Und eine horizontale Verbrennung ist der beste Weg, um diese Vinfinity zu erreichen. Jede Sekunde, in der Sie vertikal stoßen, verlieren Sie Delta V durch den Schwerkraftverlust.

Atmosphärische Reibung verhindert, dass ein Schiff an der Erdoberfläche Umlaufgeschwindigkeit erreicht. Eine Rakete steigt also über die dichte Atmosphäre auf, bevor sie sich seitwärts dreht und den großen horizontalen Brand vollführt.

Einmal über der Atmosphäre wäre es möglich, eine einzelne große horizontale Verbrennung durchzuführen, die TMI (Trans Mars Insertion) erreicht. Aber irgendwann während dieser Verbrennung wird das Schiff eine Geschwindigkeit von 7,7 km/s mit einem Flugbahnwinkel von nahezu null haben. Zu diesem Zeitpunkt könnte man sagen, dass sich das Schiff in LEO befindet.

Nahezu jedes Raumfahrzeug passiert LEO an irgendeinem Punkt seiner Flugbahn. Aus der Schätzung der Leistung von Trägerraketen von John Schilling :

Die Townsend-Technik beginnt mit der Annahme, dass alle Weltraumstarts aus einem direkten Aufstieg in eine niedrige kreisförmige Parkbahn bestehen, gefolgt von einer Reihe von Manövern auf der Umlaufbahn zur endgültigen Zielumlaufbahn. Tatsächlich fliegen viele Trägerraketen nur auf einer Flugbahn mit direktem Aufstieg, selbst auf einer hohen oder nicht kreisförmigen Umlaufbahn. Eine Beobachtung dieser Trajektorien stellt jedoch fast immer fest, dass die Trägerrakete in einer Höhe von einigen hundert Kilometern fast horizontal durch die lokale Kreisbahngeschwindigkeit beschleunigt. Man kann das Problem vereinfachen, indem man dies als eine augenblickliche "Parkbahn" behandelt, die durch direkten Aufstieg erreicht wird, und wobei alle nachfolgenden motorisierten Flüge als "Manöver auf der Umlaufbahn" behandelt werden.

Antzi und uhoh haben recht damit, dass man Zeit für Kontrollen und Vorbereitungen hat, wenn man eine Weile in LEO verbringt. Auch das Abweichen von LEO ist der beste Weg, dies zu tun, wenn man Delta V in Betracht zieht.

Ja.

Betrachten Sie einen vereinfachenden Fall einer direkten Flucht im Vergleich zu einer Parkbahnabfahrt von einem luftlosen, nicht rotierenden Körper unter Verwendung von sofortigen Manövern. Der effizienteste Weg, um auf die Parkbahn zu gelangen, ist eine anfängliche Horizontale$\Delta V$an der Oberfläche, um eine Umlaufbahn mit einer Apoapsis auf der Parkbahn zu erhalten, gefolgt von einer Zirkularisierung$\Delta V$bei der Apoapsis, um die Periapsis auf denselben Radius anzuheben. Verlassen Sie dann die Parkbahn, um mit einem dritten zu entkommen$\Delta V$. Ziehen Sie davon eine Flucht auf die gleiche Geschwindigkeit im Unendlichen direkt von der Oberfläche mit einem Single ab$\Delta V$.

Ich verstehe diesen Unterschied zu sein:

wo$\mu$ist der$GM$vom Körper,$r$ist der Oberflächenradius,$e$ist die Exzentrizität einer Fluchthyperbel, die die Oberfläche tangiert, dh$e=1+{C_3 r\over\mu}$, und$q$ist die Parkbahnhöhe als Bruchteil von$r$.

Für eine Flucht von der Erde zum Mars mit$C_3\approx 10\,\mathrm{{km}^2/s^2}$,$e\approx 1.16$. Für ein$100\,\mathrm{nmi}$Parkbahn,$q\approx 0.03$. Ich bekomme dann mit Earth's$\mu$und$r$, dass die Kosten für die Fahrt in die Parkbahn im Gegensatz zu einer direkten Flucht ungefähr sind$74\,\mathrm{m/s}$.

Um$58\,\mathrm{m/s}$davon ist die Zirkularisationsverbrennung mit dem Rest$16\,\mathrm{m/s}$Dies ist effektiv ein Verlust des Oberth-Effekts aufgrund einer Flucht aus größerer Höhe.

Eine Trägerrakete gelangt direkter in eine Parkbahn, kann aber nur mehr kosten$\Delta V$. Was die Atmosphäre betrifft, so können Sie sich vorstellen, dass die Trägerrakete auf die gleiche Weise zu denselben Anfangsbedingungen aus der Atmosphäre herauskommt, sagen wir,$60\,\mathrm{nmi}$Flughöhe und vergleicht die direkte Flucht mit einer von dort ausgehenden Zwischenparkbahn.

Dass$74\,\mathrm{m/s}$ist ziemlich klein im Vergleich zu der Gesamtmenge$\Delta V\approx 11,600\,\mathrm{m/s}$. Die Vorteile einer mittleren Parkbahn wiegen diese geringen Kosten leicht auf, sowohl hinsichtlich der zeitlichen Flexibilität als auch hinsichtlich der Ausrichtung der ausgehenden Asymptote in Bezug auf die Startbreite.

Das einzige Mal, dass mir eine echte Überlegung einer direkten Flucht bewusst ist, war für eine Mission zum Mars, an der ich mit einer Ariane V arbeitete, bevor sie qualifizierte Neustarts der Oberstufe hatten. Wenn Sie die Oberstufe nicht neu starten können, können Sie keinen Parkorbit verwenden.