Frage:
Sollte ein Raumschiff nach Osten abgefeuert werden?
velut luna
2016-10-17 18:36:00 UTC
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In Lehrbüchern heißt es, es sei besser, ein Raumschiff nach Osten zu starten, um von der Selbstrotation der Erde zu profitieren.Im Fernsehen sehen wir jedoch, dass alle Raketen vertikal abgefeuert werden.Es scheint, dass es an technischen Schwierigkeiten liegt, eine Rakete nicht vertikal zu starten.Aber ist es wahr, dass die Raketen nach Erreichen einer bestimmten Höhe ihre Richtung nach Osten ändern?

* "Die Raketen drehen ihre Richtung nach Osten" * --- Dies hängt von der [Neigung] (https://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_inclination) der gewünschten Umlaufbahn ab.Zum Beispiel "drehen" Raketen, die vom KSC abgefeuert wurden und Nutzlasten zur ISS transportieren (Umlaufbahnneigung $ 51,6 ^ \ circ $), nach Nordosten.Siehe [Azimut starten] (http://www.orbiterwiki.org/wiki/Launch_Azimuth)
Die meisten, nicht alle.Einige Raketen bringen Satelliten in die polare Umlaufbahn, starten vertikal und wenden sich dann nach Süden.Viele Starts von der Vandenberg Air Force Base gehen in diese Richtung.
Die ersten 30 Sekunden eines Raketenfluges sind vertikal, um ihn aus so viel Atmosphäre wie möglich herauszuholen, bevor er die Überschallgeschwindigkeit erreicht.
Siehe auch https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_turn
Alle Raketen starten vertikal, um der Atmosphäre zu entkommen.Aber sie ragen so schnell wie möglich zum Horizont, in einem langen Bogen, der als Schwerkraftkurve bezeichnet wird.Jetzt, da sich die Erde nach Osten dreht, können Sie Kraftstoff sparen, indem Sie mit der Erdrotation starten und die bereits vorhandene Geschwindigkeit nach Osten beibehalten.Einige Satelliten benötigen jedoch eine bestimmte Umlaufbahn. Starten Sie daher nach Norden (polare Umlaufbahn = keine Kraftstoffeinsparungen) oder nach Westen (retrograde Umlaufbahn = zusätzlicher Kraftstoff, der zum Ausgleich der erhaltenen Geschwindigkeit nach Osten erforderlich ist).
Alle Raketen müssen sich irgendwann drehen, wenn sie eine Umlaufbahn erreichen wollen.
Siehe auch: https://what-if.xkcd.com/58/ * "Es ist einfach, in den Weltraum zu gelangen. Das Problem besteht darin, dort zu bleiben." *
Sechs antworten:
Sam
2016-10-17 22:54:29 UTC
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Ich denke, Sie verstehen das falsch.Es spielt keine Rolle, auf welche Weise Sie starten ;Es ist wichtig, in welche Richtung Sie umkreisen .Egal in welche Richtung Sie starten, Sie haben immer noch die Rotationsenergie der Erde nach Osten.Der Grund, warum Sie vertikal starten, ist, dass Sie so schnell wie möglich aus dem dicksten Teil der Atmosphäre herauskommen möchten, um Ihren Luftwiderstand zu verringern.Der schnellste Weg dazu ist vertikal.Es ist ein ziemlich komplexer Kalkül, genau zu entscheiden, wie schnell übergeschlagen werden soll.

Wenn Ihr Ziel nicht die Erde umkreist, sondern der Schwerkraft der Erde entkommt, spielt es immer noch eine Rolle, auf welche Weise Sie abheben.Das Optimum wird darin bestehen, leicht nach Osten zu fahren, um eine zusätzliche horizontale Geschwindigkeit aufzubauen, was wiederum die Zentrifugalkraft erhöht und die Schwerkraft der entkommenden Erde weniger Arbeit erfordert.
@HelloGoodbye, Ich bin mir nicht sicher, was Sie sagen, weil Sie Ihre Grammatik bereinigen müssen, aber nein, im Allgemeinen spielt es keine Rolle, ob Sie sich für LEO oder GEO entscheiden oder fliehen, die Atmosphäre ist der dominierende Faktor für das untere ~10 Meilen.Auch eine GEO-Umlaufbahn muss einen LEO passieren und eine Flucht muss einen LEO und einen GEO passieren.
Oh.Welcher Teil meines Kommentars ist wegen unreiner Grammatik mehrdeutig?Und "nein" zu was?Womit sind Sie nicht einverstanden?
@HelloGoodbye, "Wenn Ihr Ziel die Erde nicht umkreist"?"Das Optimum wird sein zu gehen"?Keiner dieser Sätze ist grammatikalisch korrekt.
Okay, ich denke, die richtigen Sätze wären "Wenn Ihr Ziel nicht darin besteht, die Erde zu umkreisen" und "Das optimale, was zu tun wäre, wäre zu gehen";Ich kann sehen, dass das verwirrend war.Welcher Teil von dem, was ich geschrieben habe, war Ihrer Meinung nach falsch?
user108787
2016-10-17 18:44:59 UTC
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Sehen Sie sich einfach einen alten Film über den Start eines Space Shuttles an.Wenn sie die Objektive der Teleskopkamera darauf setzen, können Sie sehen, dass sie von der Vertikalen in eine kreisförmige Umlaufbahn übergeht.Sie verwenden tatsächlich die Wörter "Pitch Over", die von der Missionskontrolle gesprochen werden, wenn die Raketendüsen kardanisch sind und die Manöver auftreten.

Ost ist die übliche Richtung zum "Zielen", aber wie Sie aus den anderen Antworten ersehen können, hängt dies vom Zweck der Nutzlast ab.

Nach einem vertikalen Start, von dem aus alle Raketen mit Raumfahrzeugen und Raumsonden starten, folgt eine Neigung des Fahrzeugs in die Umlaufbahn.Sie können das Space Shuttle auf seinem "Rücken" in vielen Standbildern und Filmen sehen, während es die Erde umkreist. Dann musste es um 180 Grad gerollt und angehoben werden, um den Hitzeschild / die Kacheln effektiv zu nutzen.

enter image description here

Shuttle-Startansicht aus einem Flugzeugfenster.

Keine Ahnung, wie es die Frage beantwortet.Ist es "Ja" oder "Nein" oder "Vielleicht"?
@user27542 eine vollkommen gültige Frage, die meiner Meinung nach durch meinen Satz ** ausgehend von der Vertikalen ** in meinem Beitrag beantwortet wurde, aber vielleicht könnte ich das erweitern, aber ich werde mich daran erinnern, in zukünftigen Antworten expliziter zu sein.Vielen Dank für den Hinweis, Grüße
Peter Green
2016-10-18 06:49:54 UTC
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Diese Frage hat zwei Aspekte: Ost gegen West und horizontal gegen vertikal.

Ost gegen West

Der Start in eine Umlaufbahn nach Osten (progressiv) dauert weniger Delta-v als eine Umlaufbahn nach Westen (retrograd), da die Erdrotation im ersteren Fall einen Schub und im letzteren Fall eine Strafe bewirkt.

horizontal gegen vertikal

Wenn die Erde keine Atmosphäre oder Hindernisse hätte und Raketen unbegrenzten Schub hätten, wäre der effizienteste (in Bezug auf Delta-V) Weg, in die Umlaufbahn zu gelangen, der horizontale Start. Der Start würde aus zwei "Verbrennungen" bestehen, eine in Bodennähe, um den Apogäum auf die gewünschte Höhe einzustellen, und eine am Apogäum, um die Umlaufbahn zu kreisen.

Unsere Raketen haben jedoch keinen unbegrenzten Schub und die Erde hat eine Atmosphäre. Wir starten also zunächst vertikal, um so schnell wie möglich aus dem dicken Teil der Atmosphäre herauszukommen, die aerodynamischen Belastungen der Rakete zu minimieren und das Auftreffen auf den Boden zu vermeiden. Später, wenn die Luft dünner ist, dreht sich die Rakete allmählich in Richtung der Horizontalen, so dass sie am Ende des Startbrands meistens horizontal stößt. Es rollt dann zum Höhepunkt und zirkularisiert (insbesondere bei hohen Umlaufbahnen kann die Zirkularisierung von Triebwerken auf der Nutzlast und nicht von der Startrakete ausgeführt werden, da nur eine relativ geringe Menge Delta-V erforderlich ist und die Umlaufbahn des Finales vermieden werden muss Stufe der Startrakete)

sammy gerbil
2016-10-17 21:15:55 UTC
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Unabhängig davon, ob die Rakete horizontal nach Osten oder vertikal in die Atmosphäre abgefeuert wird, hat sie bereits den Vorteil des Auftriebs durch die Drehung der Erde. Dies erhöht die Geschwindigkeit der Rakete um etwa 0,5 km / s.

Wenn Sie beispielsweise einen Ball aus einem Kreisverkehr (Karussell) mit dem Radius $ R $ und der Winkelgeschwindigkeit $ \ omega $ lösen, beschleunigt der Ball im Rahmen des rotierenden Kreisverkehrs bei $ R radial nach außen \ omega ^ 2 $ und lenkt von der Drehrichtung ab. Aber im Rahmen auf dem Boden fliegt es tangential mit konstanter Geschwindigkeit $ R \ omega $ in Richtung oder Drehung ab. Wenn die Geschwindigkeit, die Sie dem Ball verleihen können, im Vergleich zu $ ​​R \ omega $ gering ist, erhöht sich die Gesamtgeschwindigkeit des Balls relativ zum Boden nur geringfügig, wenn Sie tangential (vorwärts) oder radial (aufwärts) werfen.

Ein noch größerer Schub wird erzielt, wenn die Erde in Richtung der Erdrotation um die Sonne verlassen wird. Dies erhöht die Geschwindigkeit der Rakete um weitere 30 km / s. Siehe die Bildungsseite der NASA Starten Sie eine Rakete von einer sich drehenden Erde.


Wenn eine Rakete horizontal abgefeuert wird, bleibt sie viel länger in der unteren Atmosphäre. Auf einer solchen Flugbahn wird mehr Kraftstoff verbrannt, da die Luftdichte und damit der Luftwiderstand in Bodennähe am höchsten sind. Der Luftwiderstand nimmt mit der Geschwindigkeit durch die Atmosphäre zu, sodass der Kraftstoffverbrauch am geringsten ist, wenn der Flug durch die untere Atmosphäre unmittelbar nach dem Start die niedrigste Geschwindigkeit aufweist. Durch vertikalen Start wird die Rakete in kürzester Zeit mit der geringsten Treibstoffmenge aus der dichten unteren Atmosphäre entfernt.

Siehe auch:

Warum starten Raumschiffe mehr vertikal als horizontal?
Warum werden Raketen vertikal abgefeuert?

schlunma
2016-10-17 18:44:50 UTC
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In den meisten Fällen soll die Rakete in eine (idealerweise kreisförmige) Umlaufbahn um die Erde gelangen.Um dies festzustellen, muss die Rakete irgendwann ihre Richtung von vertikal nach horizontal ändern.Wie Sie sagten, ist es praktikabel, nach Osten zu fliegen, um die Erdrotation zu nutzen.

Nachdem Sie eine stabile Umlaufbahn eingerichtet haben, können Sie tun, was Sie möchten, beispielsweise einen Satelliten in dieser Umlaufbahn platzieren oder zu einem anderen Himmelskörper fliegen.

David Hammen
2016-10-18 17:30:49 UTC
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Aber stimmt es, dass die Raketen nach Erreichen einer bestimmten Höhe ihre Richtung nach Osten ändern?

Dies ist der Fall bei Raketen, die von einem äquatorialen Startort aus gestartet werden, für Fahrzeuge, die sich in einer äquatorialen Umlaufbahn befinden sollen. Dies ist nicht bei allen Fahrzeugen der Fall. Einige Gegenbeispiele:

  • Fahrzeuge, die vom Kap aus gestartet wurden, um Fracht zur Internationalen Raumstation zu liefern, biegen nach Nordosten ab, um der Neigung der Raumstation von 51,6 Grad zu entsprechen.

  • Von Vandenburg aus gestartete Fahrzeuge beabsichtigten, einen Erdbeobachtungssatelliten in einer sonnensynchronen Umlaufbahn nach Südwesten zu platzieren, um die für eine solche Umlaufbahn vorgeschriebene Neigung von ~ 98 Grad zu erreichen. Hier muss eine Strafe gezahlt werden: Die Trägerrakete muss die Geschwindigkeit nach Osten überwinden, die sich natürlich aus dem Start von der rotierenden Erde ergibt.

  • Von Kodiak aus gestartete Fahrzeuge, die einen Erdbeobachtungssatelliten in einer sonnensynchronen Umlaufbahn platzieren sollen, biegen nach Süden ab, um die für eine solche Umlaufbahn vorgeschriebene Neigung von ~ 98 Grad zu erreichen. Der hohe Breitengrad des Kodiak-Startplatzes verringert die Strafe für den Start in eine rückläufige Umlaufbahn.

  • Fahrzeuge, die von Palmachim an der israelischen Mittelmeerküste aus gestartet werden, wenden sich nach Westen, um zu vermeiden, dass die Trägerrakete über Länder fliegt, die mit Israel weniger befreundet sind. Es gibt eine extreme Strafe für diese Starts nach Westen, etwa eine 1/3 Reduzierung der Nutzlastmasse im Vergleich zu einem Start nach Osten in eine Umlaufbahn in äquivalenter Höhe.



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