Dies hängt davon ab, wie viel Schub Sie zur Verfügung haben. Mit genügend Schub müssen Sie überhaupt nicht in der Erdumlaufbahn sein: Sie können direkt in eine Fluchtbahn starten.

New Horizons tat dies mehr oder weniger : Nach dem Start absolvierte es eine Umlaufbahn von etwa 1/4 , bevor die zweite Stufe erneut gezündet wurde und das Einsetzen in seine Flugbahn in Richtung Jupiter begann.

Bei sehr wenig Schub kann es Monate dauern: SMART-1, eine der ersten Missionen mit einem Ionentriebwerk, brauchte 14 Monate , um in die Mondumlaufbahn zu gelangen. Das gleiche Prinzip kann verwendet werden, um die Erdumlaufbahn zu verlassen.

Null

Siehe unter: https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity für Theorie.

Sobald Sie genügend Geschwindigkeit aufgebaut haben, um die Anziehungskraft der Schwerkraft zu übertreffen, verlassen Sie die Umlaufbahn des Planeten. Ein Raumschiff, das die Erde einfach im Orbit umkreist, trägt nicht unbedingt dazu bei, aus diesem Orbit herauszukommen.

Betrachten Sie dies als eine etwas andere Frage, und die Antwort wird klarer.

Wie oft muss man die Sonne umrunden, um die Umlaufbahn zu verlassen?

Die Erde umkreist unsere Sonne seit etwa 4,5 Milliarden Jahren , wobei jedes Jahr eine Umrundung ist. Es wird erwartet, dass die Erde die nächsten Milliarden Jahre in einer Umlaufbahn um die Sonne bleibt .

Bedenken Sie auch, dass der Mond die Erde seit ungefähr denselben 4,5 Milliarden Jahren umkreist. ~12 Umlaufbahnen pro Jahr für 4,5 Milliarden sind ~54 Milliarden Umlaufbahnen und es ist immer noch da.

Die Anzahl der Umlaufbahnen ist für das Verlassen der Umlaufbahn nicht relevant.

Zusätzlich zur Antwort von @Hobbes können Sie den Treibstoff effizienter nutzen, selbst wenn Sie einen hohen Schub haben, indem Sie beschleunigen, wenn sich die Rakete aufgrund des Oberth-Effekts am schnellsten bewegt .

Erklärung in Bezug auf die Arbeit

Raketentriebwerke erzeugen unabhängig von ihrer Geschwindigkeit die gleiche Kraft. Eine Rakete, die auf ein festes Objekt einwirkt, wie bei einem statischen Abschuss, leistet überhaupt keine nützliche Arbeit; Die gespeicherte Energie der Rakete wird vollständig für die Beschleunigung ihres Treibmittels in Form von Abgasen aufgewendet. Aber wenn sich die Rakete bewegt, wirkt ihr Schub über die Distanz, die sie zurücklegt. Kraft multipliziert mit Weg ist die Definition von mechanischer Energie oder Arbeit. Je weiter sich also die Rakete und die Nutzlast während des Brennens bewegen (dh je schneller sie sich bewegen), desto größer ist die kinetische Energie, die der Rakete und ihrer Nutzlast verliehen wird, und desto geringer ist ihr Ausstoß.

Je näher Sie der orbitalen Periapsis (dem erdnächsten Punkt) sind, desto schneller bewegt sich Ihre Rakete und desto effizienter ist die Verbrennung. Die Verbrennung erfolgt jedoch nicht sofort, sodass sich Ihre Rakete schnell aus der effizientesten Zone herausbewegt. Um die Effizienz zu maximieren, würden Sie die Erde viele Male umrunden und die Rakete jedes Mal in der Nähe der Periapsis abfeuern.

Beachten Sie, dass "Orbit verlassen" bedeuten kann, Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen (um zum Mond, Mars oder darüber hinaus zu fliegen), oder es kann bedeuten, langsamer zu werden und wieder in die Atmosphäre einzutreten und schließlich zu landen (oder herunterzuspritzen oder in extremen Fällen Lithobremsung). ). Oder, um lächerlich pedantisch zu sein, Sie können einen Orbit verlassen, um in einen anderen einzutreten (zB GTO zu GEO).

Entscheidend ist, was Ihr Lehrer mit „umkreise die Erde“ gemeint hat. So wie es derzeit formuliert ist, ist es nicht klar. Umlaufbahnmanöver werden in Geschwindigkeitsänderungen (ΔV) ausgedrückt, nicht in der Anzahl der Umrundungen des Planeten. Um aufzusteigen (auf eine höhere Umlaufbahn oder Fluchtgeschwindigkeit), erreichen die meisten chemischen Raketen weniger als eine einzige Umlaufbahn. Raketen oder Raumfahrzeuge, die elektrischen Antrieb (Ionenantrieb) verwenden, können mehrere Dutzend (oder mehrere Dutzend) Umlaufbahnen dafür benötigen.

Um ein bestimmtes Ziel zu treffen, müssen Sie möglicherweise kurz in eine Parkbahn gehen und warten, bis sich die Dinge ausgerichtet haben (z. B. bei den Apollo-Missionen). Aber wenn es Ihnen nur darum geht, "den Orbit zu verlassen", unabhängig von der Richtung, dann hängt es nur davon ab, wie viel Schwung Sie in Ihrer Rakete haben.

Um wieder herunterzukommen, schieben die meisten Raketen und Raumfahrzeuge gerade genug, um ihr Perigäum in die oberste Atmosphäre zu bringen, und lassen dann Widerstand und Reibung übernehmen. Das dauert normalerweise auch bei chemischen Raketen weniger als eine einzige Umlaufbahn.

oder

Dein Lehrer ist lustig und stellt eine Fangfrage:

• "Im Orbit" um was ? Die Erde? Die Sonne? Das Zentrum der Milchstraße?
• Zählt er/sie darauf, dass Sie den Erdmittelpunkt „umkreisen“, indem Sie auf seiner Oberfläche stehen, und die Erde sich um ihre Achse dreht (was aus mehreren Gründen nicht wirklich eine Umlaufbahn ist, aber vielleicht ist er/sie es unter Verwendung einer "Hufeisen- und Handgranaten"-Definition der Umlaufbahn)?

Hier ist ein Beispiel dafür, wie man in den Weltraum fliegt, ohne die Erde einmal zu umrunden.

Wie in diesem Video zu hören ist, ging der Start des SpaceX-Raumfahrzeugs DSCOVR zur Sonne-Erde L1 fast direkt dorthin. Die Abschaltung des ersten sekundären Triebwerks (SECO-1) war bei ungefähr T+ 00:08:40, und nach dem, was der Ansager sagt (bei ungefähr T+ 00:09:50), würde es "in ungefähr 21 Minuten" sein, die zweite Zündung der sekundären Stufe würde es auf seinem Weg in eine heliozentrische Umlaufbahn bringen zum SE L1. Bedenkt man, dass eine LEO-Umlaufbahn etwa 90 Minuten dauert, befand sich DSCOVR etwa die Hälfte einer Erdumlaufbahn in der Erdumlaufbahn .

Es gibt mehr zu lesen in den Antworten auf die Frage Warum sollte eine Mission zur Sonne-Erde L1 ein sofortiges Startfenster haben? Die partielle Erdumlaufbahn wurde nur verwendet, um das erforderliche Δv basierend auf dem Start von Florida und dem Erreichen von L1 zu minimieren.

unten: Vom Deep Space Climate Observatory von Spaceflight 101

Im Kreis zu kreisen bringt dich nicht von der Erde weg. Um die Erdumlaufbahn zu verlassen, muss aus der Umlaufbahn heraus beschleunigt werden. Die Beschleunigung erfolgt normalerweise durch Zünden von Raketenmotoren, die brennstoffexpandierende heiße Gase mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse verbrennen.

Es spielt keine Rolle, wie oft Sie kreisen. Wenn Sie schneller als die berechnete Geschwindigkeit fahren, entkommen Sie dem Gravitationsfeld des Objekts.

Teil 1: Formelherleitung

Wir können die Fluchtgeschwindigkeit mit der Formel berechnen:

G=$6.67*10^-$$^1$$^1$ $N m^2/kg^2$

M = Masse des Planeten

m = Masse des Satelliten

r = der Abstand zwischen beiden Massen

K = kinetische Energie, U = potentielle Energie

$K + U = 0$

$-GMm/r + 1/2 mv^2 = 0$

$2GM/r = v^2$

$v = \sqrt {2GM/r}$

Teil 2: Lösung für die Fluchtgeschwindigkeit

Setzen wir also unsere Zahlen ein:

M = Masse der Erde,$5.98*10^2$$^4$ $kg$

r= Erdradius,$6.38 * 10^6$

$v = \sqrt {2GM/r}$

$v = \sqrt {2* 6.67*10^-11 N m^2/kg^2 * (5.98*10^24 kg)/6.38 * 10^6}$

$v = 1.12 * 10^4 m/s$

Daher spielt es keine Rolle, wie oft Sie kreisen, Sie müssen schneller sein als$1.12*10 ^4$m/s oder etwa 11,2 km/s, um dem Gravitationsfeld der Erde zu entkommen.

Hat nichts damit zu tun. Der entscheidende Parameter ist Ihre (parabelförmige) Fluchtgeschwindigkeit ... für die Erde sind es ca. 11,2 km/s. Sobald Sie diese Geschwindigkeit überschreiten, verlassen Sie das Gravitationsfeld der Erde...

Ich bin kein Profi, aber ich denke, ich habe eine klare Antwort. Ich würde sagen, die einfache Antwort ist ein Bruchteil einer Umlaufbahn. Das Verlassen der Umlaufbahn würde genügend Schub erfordern, um der Anziehungskraft der Erde zu entkommen. Sie könnten versuchen, ohne irgendeine Form von Umlaufbahn zu fliegen, aber ich denke, es wäre eine Verschwendung von Treibstoff.

Die Frage ist, wann Sie den Schub einsetzen, um das Objekt auf den richtigen Weg zu seinem Ziel zu schicken. Wenn Sie Ihre Gelegenheit verpasst haben, den Orbit zu verlassen, können Sie ihn für einen zweiten Orbit herumlaufen lassen und es erneut versuchen, sobald Sie absolut sicher sind, dass er in die richtige Richtung geht.

Es ist wie Fußball. Wenn Sie versuchen, etwas von der Erde zum Mars zu senden, ist die Erde wie der Quarterback und der Mars wie der Wide Receiver. Sie müssen die Route kennen, die der Empfänger läuft, damit Sie den Ball dort platzieren können, wo er sein wird, und nicht dort, wo er sich beim Loslassen befindet. Sobald Sie das herausgefunden haben, kennen Sie die Flugbahn, auf der das Objekt die Umlaufbahn verlassen sollte. Sie nutzen den Schwung aus seiner kurzen Umlaufbahn um die Erde mit dem zusätzlichen Schub, um genau zum richtigen Zeitpunkt aus der Umlaufbahn auszubrechen. Ohne den Schub wird das Objekt einfach weiter umkreisen oder auf die Erde zurückfallen, wenn es an Geschwindigkeit verliert.