Это зависит от того, какая тяга у вас есть. При достаточной тяге вам вообще не нужно находиться на околоземной орбите: вы можете стартовать прямо на траекторию отхода.

«Новые горизонты » примерно так и сделали: после запуска он прошел примерно 1/4 орбиты, прежде чем снова загорелась вторая ступень и начался выход на ее траекторию к Юпитеру.

При очень малой тяге на это могут уйти месяцы: SMART-1, одной из первых миссий с использованием ионного двигателя, потребовалось 14 месяцев , чтобы выйти на лунную орбиту. Тот же принцип можно использовать для ухода с околоземной орбиты.

Нуль

Смотрите по адресу: https://en.wikipedia.org/wiki/Escape_velocity для теории.

Как только вы наберете скорость, достаточную для преодоления гравитационного притяжения, вы покинете планетарную орбиту. Космический корабль, просто вращающийся вокруг Земли по орбите, по своей сути не делает ничего, что способствовало бы уходу с этой орбиты.

Думайте об этом как о несколько другом вопросе, и ответ станет более ясным.

Сколько раз нужно совершить оборот вокруг Солнца, чтобы сойти с орбиты?

Земля обращается вокруг нашего Солнца около 4,5 миллиардов лет , причем каждый год составляет один оборот. Ожидается, что Земля будет оставаться на орбите вокруг Солнца в течение следующих нескольких миллиардов лет.

Также учтите, что Луна вращается вокруг Земли примерно те же 4,5 миллиарда лет. ~ 12 витков в год для 4,5 миллиардов - это ~ 54 миллиарда витков, и это все еще там.

Количество витков не имеет отношения к уходу с орбиты.

В дополнение к ответу @Hobbes, даже если у вас высокая тяга, вы можете более эффективно использовать топливо, ускоряясь, когда ракета движется быстрее всего из-за эффекта Оберта .

Пояснение по работе

Ракетные двигатели производят одинаковую силу независимо от их скорости. Ракета, воздействующая на неподвижный объект, как при статическом выстреле, вообще не совершает никакой полезной работы; запасенная энергия ракеты полностью расходуется на ускорение топлива в виде выхлопа. Но когда ракета движется, ее тяга действует через пройденное расстояние. Сила, умноженная на расстояние, является определением механической энергии или работы. Таким образом, чем дальше ракета и полезная нагрузка перемещаются во время горения (т. е. чем быстрее они движутся), тем больше кинетическая энергия сообщается ракете и ее полезной нагрузке и тем меньше ее выхлоп.

Чем ближе вы находитесь к орбитальному перицентру (ближайшей точке к Земле), тем быстрее движется ваша ракета и тем эффективнее ожоги. Однако ожог не мгновенный, поэтому ваша ракета быстро уйдет из наиболее эффективной зоны. Чтобы максимизировать эффективность, вы должны много раз облететь Землю, каждый раз запуская ракету вблизи перицентра.

Обратите внимание, что «покинуть орбиту» может означать достижение космической скорости (чтобы отправиться на Луну, Марс или дальше), или это может означать замедление и повторный вход в атмосферу и, в конечном счете, посадку (или приводнение, или, в крайнем случае, лит-торможение). ). Или, если быть до смешного педантичным, вы можете уйти с одной орбиты и перейти на другую (например, с GTO на GEO).

Важно то, что ваш учитель имел в виду под «обойти Землю». Как в настоящее время сформулировано, это не ясно. Орбитальные маневры выражаются в терминах изменения скорости (ΔV), а не в количестве оборотов вокруг планеты. Чтобы подняться (на более высокую орбиту или космическую скорость), большинство химических ракет делают это менее чем за одну орбиту. Ракеты или космические аппараты, использующие электрические двигатели (ионные двигатели), могут совершить для этого несколько десятков (или нескольких десятков) витков.

Чтобы поразить конкретную цель, вам, возможно, придется ненадолго выйти на парковочную орбиту и подождать, пока все выстроится в линию (например, в миссиях «Аполлон»). Но если все, о чем вы заботитесь, это «покинуть орбиту», независимо от направления, то это зависит только от того, сколько энергии у вас есть в вашей ракете.

Чтобы вернуться вниз, большинство ракет и космических кораблей тяги достаточно, чтобы привести свой перигей в самые верхние слои атмосферы, а затем позволить трению и сопротивлению взять верх. Для химических ракет обычно требуется менее одной орбиты.

или же

Ваш учитель шутит и задает каверзный вопрос:

• "На орбите" вокруг чего ? Земля? Солнце? Центр Млечного Пути?
• Рассчитывает ли он/она на то, что вы «вращаетесь» вокруг центра Земли в силу того, что стоите на ее поверхности, а Земля вращается вокруг своей оси (которая на самом деле не является орбитой по ряду причин, но, возможно, он/она используя определение орбиты "подковы и ручные гранаты")?

Вот пример выхода в дальний космос, ни разу не облетев Землю.

Как можно услышать на этом видео , запуск SpaceX космического корабля DSCOVR к Солнцу-Земле L1 прошел почти напрямую. Первое отключение вторичного двигателя (SECO-1) произошло примерно в 0 T+ 00:08:40, и после того, что диктор говорит (примерно в T+ 00:09:50) будет «примерно через 21 минуту», второе включение вторичной ступени выведет его на гелиоцентрическую орбиту. на СЭ L1. Учитывая, что орбита НОО составляет около 90 минут, DSCOVR находился на околоземной орбите примерно половину одной околоземной орбиты .

Больше можно прочитать в ответах на вопрос Почему у миссии к Солнцу-Земле L1 должно быть мгновенное окно запуска? Дробная околоземная орбита использовалась только для минимизации необходимого Δv исходя из старта из Флориды и попадания в L1.

внизу: из обсерватории глубокого космоса Spaceflight 101.

Движение по кругу не может отдалить вас от Земли. Чтобы покинуть земную орбиту, необходимо разогнаться с орбиты. Ускорение обычно осуществляется за счет запуска ракетных двигателей, которые сжигают топливо, расширяющееся с высокой скоростью из сопла.

Неважно, сколько раз вы сделаете круг. Если вы будете двигаться быстрее расчетной скорости, вы выйдете из гравитационного поля объекта.

Часть 1: вывод формулы

Мы можем рассчитать скорость убегания по формуле:

г =$6.67*10^-$$^1$$^1$ $N m^2/kg^2$

M = масса планеты

m = масса спутника

r = расстояние между обеими массами

K = кинетическая энергия, U = потенциальная энергия

$K + U = 0$

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

$2GM/r = v^2$

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

Часть 2: решение для космической скорости

Итак, давайте подставим наши числа:

М = масса земли,$5.98*10^2$$^4$ $kg$

г = радиус земли,$6.38 * 10^6$

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

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

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

Таким образом, неважно, сколько раз вы сделаете круг, вы должны двигаться быстрее, чем$1.12*10 ^4$м/с или около 11,2 км/с, чтобы избежать гравитационного поля Земли.

Не имеет к этому никакого отношения. Критический параметр - это ваша (параболическая) скорость убегания... для Земли это ок. 11,2 км/с. Как только вы превысите эту скорость, вы покинете гравитационное поле Земли...

Я не профессионал, но думаю, что у меня есть четкий ответ. Я бы сказал, что простой ответ — это часть одной орбиты. Для ухода с орбиты потребуется достаточная тяга, чтобы избежать гравитационного притяжения Земли. Вы можете попытаться уйти без какой-либо формы орбиты, но я думаю, что это будет пустой тратой топлива.

Вопрос в том, в какое время вы включаете тягу, чтобы направить объект по правильному пути к месту назначения. Если вы упустили возможность уйти с орбиты, вы можете отпустить его на вторую орбиту и попробовать еще раз, когда будете абсолютно уверены, что он движется в правильном направлении.

Это как футбол. Если вы пытаетесь отправить что-то с Земли на Марс, Земля похожа на квотербека, а Марс — на дальнего приемника. Вам нужно знать маршрут, по которому бежит принимающий, чтобы вы могли поместить мяч туда, где он будет, а не там, где он будет после выпуска. Как только Вы это выясните, Вы узнаете траекторию, по которой объект должен покинуть орбиту. Вы используете импульс от его короткой орбиты вокруг Земли с дополнительной тягой, чтобы помочь покинуть орбиту в нужное время. Без тяги объект просто продолжит движение по орбите или упадет на землю, если потеряет скорость.