Warum wurden die Sputniks zu einem so hohen Höhepunkt geschossen?

Die wichtige Zahl hier ist das Perigäum, nicht das Apogäum. Um diese Anzahl von Umlaufbahnen zu machen, müssen Sie eine bestimmte Perigäumshöhe in der Größenordnung von 200 bis 300 km haben. Eine Kreisbahn von 250 x 250 km hätte sicherlich ausgereicht.

Aber: Das wichtige Wort hier ist 'kreisförmig': Man kommt nicht direkt in eine Kreisbahn. Nach dem Start landen Sie immer in einer elliptischen Umlaufbahn und Sie müssen Ihren Motor *) erneut zünden, um die Umlaufbahn zu kreisförmigisieren. Angesichts des Entwicklungsstands von Triebwerken und Steuerungssystemen vor 60 Jahren war es viel einfacher, ein Triebwerk zu konstruieren, das eine lange Brenndauer ausführt, um ein hohes Apogäum und gleichzeitig ein Perigäum zu erreichen, das hoch genug ist, um einige Zeit im Orbit zu bleiben .

Wie Uwe anmerkt, war das Design des Sputnik-Werfers extrem einfach gehalten: Er hatte nicht einmal eine eigentliche zweite Stufe, wie wir sie von heutigen Raketen kennen. Sowohl der Mittelmotor als auch die vier Hilfstriebwerke wurden beim Abheben gezündet. Die Booster wurden nach zwei Minuten abgeworfen, während der zentrale Kern weiter umkreiste.

*) Wie Russell Borogove betont, ist ein einziges Brennen ausreichend, wenn es lang genug ist und wenn die Lage des Raumfahrzeugs während des Brennens geändert werden kann. Die Sputnik-Hauptbühne brannte nur 5 Minuten lang, was zu kurz ist, und hatte kein fortschrittliches Lagekontrollsystem.

Die elliptische Umlaufbahn für Sputniks wurde gewählt, weil sie einfacher zu erreichen war, dh es war ein einziges Brennen erforderlich, anstatt die Notwendigkeit des zweiten Brennens für die Zirkularisierung der Umlaufbahn zu nutzen. Beachten Sie (wie auch in der anderen Antwort erwähnt), dass die "zweite Stufe" der R7-Rakete zusammen mit den vier Boostern beim Abheben gezündet wurde und auch Sputnik-1 der dritte erfolgreiche Start von R7 war, also vielleicht zu der Zeit, als sie es gerade taten Ich möchte mich nicht mit der Notwendigkeit herumschlagen, eine Wiederzündung der zweiten Stufe im Orbit zu ermöglichen. Schließlich war die Hauptaufgabe der Rakete die Interkontinentalrakete.

Ich konnte keine Quellen finden, die erklären, warum das Apogäum so hoch war, aber es war definitiv beabsichtigt und vor dem Flug berechnet. Ich konnte nur vermuten, dass sie in einem so frühen Stadium der R7-Entwicklung einfach das Maximum aus der Rakete herausgeholt haben. Tatsächlich wurde speziell für Sputnik-1 die R7-Masse um 7 Tonnen reduziert : Aus dem Russischen übersetzt:

Im Vergleich zu den Standard-R7-Raketen wurde die Masse der М1-PS [die Seriennummer der Rakete] stark reduziert: Der massive Gefechtskopf wurde durch das Satelliten-Übergangsteil ersetzt, die Ausrüstung des Funksteuerungssystems und eines der Telemetriesysteme, der Motor, entfernt Shutdown-Automatisierung wurde vereinfacht.

Mikhail Tikhonravov arbeitete mit Sergei Korolev zusammen, um die Probleme des Raketendesigns für die Weltraumforschung zu lösen.

Der Grund für die elliptische Umlaufbahn des ersten Sputnik ist in seinem Memorandum "Über den künstlichen Erdsatelliten" (1954) (auf Russisch) beschrieben .

Übersetzung aus dem Russischen:

Der einfachste automatische Satellit kann als erste Stufe bei der Entwicklung fortschrittlicherer und komplexerer Satelliten angesehen werden. Der einfachste Satellit kann sich auf einer elliptischen Umlaufbahn bewegen, was einfacher zu erreichen ist als die kreisförmige, während eine kreisförmige Umlaufbahn am besten für eine Satellitenstation geeignet gewesen wäre [was anspruchsvollere Raumfahrzeuge bedeutet, wahrscheinlich sogar bewohnbar]. Es kann gezeigt werden, dass es zum Erreichen kreisförmiger Bahnen ratsam ist, den "aktiven Abschnitt" des Fluges in zwei weitere Teile zu unterteilen; Am wirtschaftlichsten in Bezug auf die Energiekosten ist der folgende Weg. Der „aktive Abschnitt“ wird so gewählt, dass der Geschwindigkeitsvektor des „Produkts R“ [Codename für die R7-Rakete] relativ zum Erdmittelpunkt am Ende des ersten Teils des „aktiven Abschnitts“ senkrecht zum Radius steht der Erde. Die Größe der Geschwindigkeit nach dem Ende der Motorzündung sollte sicherstellen, dass sich der Satellit entlang einer Ellipse bewegt, deren Apogäum gleich der Höhe einer kreisförmigen Umlaufbahn ist. Das Perigäum dieser Ellipse fällt mit dem Punkt zusammen, an dem die Triebwerksverbrennung endet. Am Höhepunkt dieser Ellipse wird ein zusätzliches Nachbrennen durchgeführt, was dazu führen würde, dass der Satellit in eine kreisförmige Umlaufbahn oder in eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn eintritt.Wenn wir für den einfachsten Satelliten das [Nach-]Brennen nicht am Apogäum der Ellipse durchführen (wobei die Durchführung eines solchen Brennens erforderlich gemacht hätte: a) den Apogäumspunkt genau zu bestimmen; und b) Richten Sie den Satelliten an diesem Punkt richtig aus (was bedeutet, dass die Fähigkeit zur Steuerung der Satellitenlage bereitgestellt werden kann), dann erhalten wir eine Bewegung entlang einer elliptischen Umlaufbahn , die [wie oben beschrieben] für einen Satelliten, der für eine kreisförmige Umlaufbahn vorgesehen ist, vorübergehend wäre .

Für den 3000 kg schweren Satelliten wurden die folgenden Parameter der elliptischen Umlaufbahn berechnet: Perigäum 170 km, Apogäum 1100 km, geschätzte Anzahl der Umlaufbahnen: 300.

1957 war der ursprünglich geplante schwere Satellit (mit wissenschaftlichem Paket) weit hinter dem Zeitplan zurück und da die UdSSR befürchtete, dass die USA zuerst einen künstlichen Satelliten starten würden, wurde die Entscheidung getroffen, den "einfachsten Satelliten" zu starten, der Sputnik 1 war.

Für diesen kleineren Satelliten betrug die geschätzte geplante Umlaufbahn 223 x 1.450 km, aber die R7-Rakete war während des Starts leistungsschwach, was dazu führte, dass das Apogäum von Sputnik-1 etwa 500 Kilometer niedriger war als beabsichtigt.

Die Gründe für die elliptische Umlaufbahn (mit hohem Apogäum) von Sputnik-2 und Sputnik-3 waren vermutlich dieselben.

Bahnbahnberechnungen für die ersten Sputniks wurden von Georgi Grechko durchgeführt .