Почему отдают предпочтение запускам ракет вблизи экватора?
Сегодня в космос запускается гораздо больше ракет, чем когда-либо прежде. Вы заметите, что большинство этих аппаратов взлетают со стартовых площадок, расположенных относительно близко к экватору Земли. Как это можно объяснить?
В качестве примера можно привести Гвианский космический центр. Используемая для запуска коммерческих и научных спутников, а также миссий Европейского космического агентства, эта база расположена в Куру, Французская Гвиана, на широте всего 5° северной широты. Другие примеры - Космический центр имени Кеннеди на восточном побережье Флориды и Космический центр Байконур в Казахстане, который используется для запусков российских ракет.
Два последних, естественно, находятся дальше от экватора, чем Гвианский центр, но выбор места запуска зависит и от других факторов, таких как географические ограничения или политические соображения. Главное, чтобы они находились как можно ближе к экватору.
При этом одним из наиболее важных ограничений, которые необходимо учитывать при запуске ракеты, является ее масса. Масса грамотно спроектированной ракеты-носителя составляет около 85% топлива. Все остальное, от конструкции ракеты до полезной нагрузки на ее вершине (в совокупности известной как "сухая масса"), обычно составляет лишь 15% от общей массы на стартовой площадке. Поэтому топливный фактор имеет большое значение. Топливо стоит дорого (в зависимости от типа). Более того, чем меньше топлива можно перевозить, тем больше полезной нагрузки можно интегрировать.
Короче говоря, в интересах операторов ракеты использовать как можно меньше топлива для достижения орбиты, отсюда и идея максимально приблизиться к экватору Земли.
Вращение Земли
Нахождение ближе к экватору Земли позволяет извлечь выгоду из более высокой скорости вращения Земли. Следует помнить, что Земля вращается с запада на восток со скоростью около 1 670 километров в час на экваторе, а по мере приближения к полюсам эта скорость постепенно уменьшается. Поэтому ракета, запущенная с базы вблизи экватора, имеет более высокую скорость вращения, что позволяет ей получить кинетическую энергию. Эта дополнительная энергия позволяет ракете использовать меньше топлива для достижения заданной орбиты или выводить большие грузы.
Рассмотрим следующий пример: чтобы вывести спутник на орбиту на высоте 300 км, ракета должна развивать скорость почти 8000 метров в секунду. Однако на экваторе мы уже движемся со скоростью почти 500 метров в секунду (около 1650 км / ч) относительно центра Земли. То есть вам нужно только такое количество топлива, которое позволяет развивать скорость 7500 метров в секунду, но не более 8000 метров в секунду.
Кроме того, запуск ракеты вблизи экватора позволяет воспользоваться преимуществами немного более слабого гравитационного поля Земли на этой широте, что также облегчает выход на орбиту. Наконец, обратите внимание, что многие спутники, отправляемые в космос, находятся на геостационарной орбите. Эта орбита проходит через плоскость, которая лежит над экватором. Благодаря запуску из района, расположенного близко к экватору, путь до нужной орбиты становится короче.
Однако, повторимся, это не является абсолютным правилом. Некоторые предпочитают запускать свои ракеты ближе к полюсам. Это зависит в основном от технических ограничений миссии. Например, некоторым необходимо вывести спутники на полярные орбиты. На каждой орбите они будут проходить над полюсами Земли, чтобы проанализировать определенные участки земного шара для целей мониторинга или картографирования.
Если вам нужно вывести спутники на полярную орбиту, то в этот раз лучше всего использовать стартовую площадку как можно дальше на север. Это связано с тем, что ракеты для полярных орбит должны двигаться в направлении, противоположном вращению Земли. Это требует определенного количества дополнительной энергии, чтобы погасить скорость вращения. При запуске вблизи полюса ракета получает преимущество в кинетической энергии, поскольку скорость вращения Земли ниже, чем на экваторе.