Если ракета стартует прямо на восток с высокой широты, что произойдет с ее траекторией?

Гравитация, притягивающая ракету к центру Земли, не ждет, пока ракета достигнет орбиты, поэтому, если ракета на протяжении всего подъема направлена ​​точно на восток, курс с самого начала будет несколько южнее востока, а в конце момент выведения на орбиту/выключения двигателя ракета окажется где-то на южном участке наклонной орбиты.

Если вместо этого ракета указывает в любом направлении, необходимом для сохранения вектора чистой скорости ракеты на восток, она будет направлена ​​немного на север, а при выведении она будет на пиковой широте наклонной орбиты и как раз собирается начать южный этап. .

Я не уверен, сколько дополнительного топлива потребуется для каждой из этих траекторий.

Для простоты я предположу, что ракета стартует прямо на восток, быстро набирает высоту и разгоняется до орбиты. Затем он выключает двигатели и движется по своей орбите. Мы проигнорируем этот первый момент и подумаем о том, что произойдет, когда он окажется на высоте 150 км над Исландией и направится прямо на восток.

Первое, что нужно понять, это то, что с точки зрения орбиты в Исландии нет ничего особенного. Или северный полюс, или экватор, или что-то еще. Единственное, что делает эти точки особенными, это то, что Земля вращается вокруг своей оси, но когда корабль находится на орбите, не имеет значения, как вращается планета под ним. Так что давайте на минуту забудем о вращении Земли. Теперь все точки на поверхности одинаковы, и вы можете стартовать из любой, в любом направлении, и вы окажетесь на орбите вокруг планеты. Если вы запустите на восток от Исландии, вы окажетесь на этой орбите (если смотреть с края):

Изображение адаптировано с сайта www.webglearth.com.

Если мы повернем земной шар, чтобы посмотреть прямо на Исландию, вы увидите, как орбита может проходить через Исландию на восток и по-прежнему находиться в центре масс Земли. Если мы возьмем ту же самую орбиту и нарисуем ее на карте Земли, она будет иметь знакомую синусоидальную форму, которую мы ассоциируем с наклонными орбитами. Именно это происходит, когда вы рисуете круг на глобусе, а затем разворачиваете его (на самом деле немного странным) способом, которым мы традиционно разворачиваем шар, чтобы сделать плоскую карту.

Так что мы игнорировали вращение планеты там. Что произойдет, если мы вставим это обратно? Очень мало изменений. Поскольку планета вращается, Исландия движется на восток довольно быстро, мы можем воспользоваться этим, чтобы упростить запуск ракеты. Предположим, что мы стартуем в том же направлении, достигаем той же скорости, но расходуем при этом чуть меньше топлива. Второе изменение заключается в том, что когда корабль оказывается на орбите, планета начинает вращаться под ним. Если вы снова посмотрите на картинку выше, вы можете представить, что планета вращается вокруг своей оси, а орбита остается на месте. Когда мы сглаживаем земной шар, чтобы сделать карту, это означает, что синусоидальная форма кажется движущейся по земле.

Прежде всего, имейте в виду, что большая часть ускорения происходит в основном в одной точке. Фактическая траектория будет чем-то вроде типичного прохода спутника, хотя в самом начале она будет слегка нерегулярной. Нарисованная вами зеленая линия близка, но не совсем, она будет выглядеть более синусоидальной.

Если подумать, для любой ракеты с положительным наклонением на ее орбите будет существовать точка, в которой она движется строго на восток, вверху и внизу орбиты. Это точка, в которой была достигнута орбита.

Наклон будет примерно таким же, как и широта для запуска строго на восток. Так что в предоставленном вами случае наклон будет около 65 градусов.

Если подумать, спутник, движущийся прямо на восток, будет притягиваться к центру Земли. Поскольку центр Земли не направлен прямо на восток, он начнет двигаться на юг и будет продолжаться до тех пор, пока не пройдет экватор, и в этом случае движение на юг замедлится.