Почему спутники были запущены до такого высокого апогея?

Важным числом здесь является перигей, а не апогей. Для того, чтобы совершить такое количество витков, нужно иметь определенную высоту перигея порядка 200-300 км. Круговой орбиты размером 250 х 250 км им, безусловно, хватило бы.

Но: здесь важно слово «круговой»: вы не можете попасть прямо на круговую орбиту. После запуска вы всегда оказываетесь на эллиптической орбите, и вам нужно еще раз запустить двигатель *), чтобы сделать орбиту круговой. Учитывая состояние развития двигателей и систем управления 60 лет назад, было намного проще спроектировать двигатель, который делает одно длительное горение, чтобы получить высокий апогей и в то же время достаточно высокий перигей, чтобы некоторое время оставаться на орбите. .

Как комментирует Уве, конструкция ракеты-носителя «Спутник» была предельно простой: у нее даже не было настоящей второй ступени, какой мы знаем ее по современным ракетам. Центральный двигатель, а также четыре стартовых двигателя загорелись при старте. Ускорители были сброшены через две минуты, в то время как центральное ядро ​​продолжало движение по орбите.

*) как указывает Рассел Борогов, достаточно одного включения, если оно достаточно продолжительное и положение космического корабля можно изменить во время включения. Основная сцена спутника горела всего 5 минут, что слишком мало, и не имела продвинутой системы ориентации.

Эллиптическая орбита для спутников была выбрана потому, что ее было легче достичь, т. е. требовалось однократное включение вместо того, чтобы использовать необходимость второго выведения для круговой орбиты. Обратите внимание (как также упоминалось в другом ответе), что «вторая ступень» ракеты R7 была запущена вместе с четырьмя ускорителями при взлете, а также «Спутник-1» был третьим успешным запуском R7, поэтому, возможно, в то время они только что Не хочу запутаться с необходимостью повторного запуска второй ступени на орбите. В конце концов, основной ролью ракеты была межконтинентальная баллистическая ракета.

Я не смог найти источников, объясняющих, почему апогей был таким высоким, но он определенно был задуман и рассчитан перед полетом. Я мог только предположить, что находясь на столь ранних стадиях разработки R7, они просто выжали из ракеты максимум. На самом деле, специально для Спутника-1 массу Р7 уменьшили на 7 тонн : Перевод с русского:

По сравнению со штатными ракетами Р7 масса М1-ПС [заводской номер ракеты] была значительно снижена: массивная боевая часть заменена на спутниковую переходную часть, снята аппаратура системы радиоуправления и одна из систем телеметрии, двигатель автоматизация отключения была упрощена.

Михаил Тихонравов работал с Сергеем Королевым над решением проблем проектирования ракет для освоения космоса.

Причина эллиптической орбиты первого спутника описана в его меморандуме «Об искусственном спутнике Земли» (1954 г.) (на русском языке) .

Перевод с русского:

Простейший автоматический спутник можно рассматривать как первый этап создания более совершенных и сложных спутников. Простейший спутник может двигаться по эллиптической орбите, чего добиться легче, чем по круговой., в то время как круговая орбита была бы наиболее подходящей для спутниковой станции [имеется в виду более сложный космический корабль, возможно, даже обитаемый]. Можно показать, что для достижения круговых орбит целесообразно разделить «активный участок» полета еще на две части; наиболее экономичным с точки зрения энергозатрат является следующий путь. «Активный участок» выбран так, чтобы вектор скорости «изделия Р» [кодовое название ракеты Р7] относительно центра Земли в конце первой части «активного участка» был перпендикулярен радиусу земли. Величина скорости после выключения двигателя должна обеспечивать движение спутника по эллипсу с апогеем, равным высоте круговой орбиты. Перигей этого эллипса будет совпадать с точкой, в которой заканчивается горение двигателя. В апогее этого эллипса производится дожигание, в результате которого спутник выходит на круговую или близкую к круговой орбиту.Если для простейшего спутника не производить [до]прожиг в апогее эллипса (где необходимость выполнения такого прожига потребовала бы: а) точного определения точки апогея; и б) правильно сориентировать спутник [имеется в виду обеспечить возможность управления ориентацией спутника] в этой точке), то получим движение по эллиптической орбите , которое [как описано выше] было бы переходным для спутника, предназначенного для круговой орбиты .

Для спутника массой 3000 кг были рассчитаны следующие параметры эллиптической орбиты: перигей 170 км, апогей 1100 км, расчетное количество витков: 300.

В 1957 году первоначально запланированный тяжелый спутник (с научным пакетом) сильно отставал от графика, и, поскольку СССР опасался, что США собираются запустить искусственный спутник первыми, было принято решение запустить «Простейший спутник», которым был Спутник-1 .

Для этого меньшего спутника расчетная запланированная орбита составляла 223 на 1450 км, но ракета R7 показала себя хуже во время запуска, и это привело к тому, что апогей Спутника-1 был примерно на 500 километров ниже, чем предполагалось.

Причины эллиптической орбиты (с высоким апогеем) Спутника-2 и Спутника-3 предположительно были одинаковыми.

Расчеты орбитальных траекторий первых спутников выполнил Георгий Гречко .