В настоящее время в космическое пространство отправляется значительное количество ракет, превосходящее все прошлые показатели. Наблюдается тенденция, что большая часть этих аппаратов совершает запуск с пусковых комплексов, находящихся поблизости от экватора планеты Земля. Какова причина этого явления?
Гвианский космический центр запускает коммерческие и научные спутники, а также миссии Европейского космического агентства. Расположен он в Куру, Французская Гвиана, на широте 5° северной широты. Другие примеры — Космический центр имени Кеннеди на восточном побережье Флориды и Космический центр Байконур в Казахстане, используемый для запусков российских ракет.
Два последних ракета, разумеется, расположены дальше от экватора, чем Гвианский центр, но место запуска выбирают с учетом и других факторов: например, географических ограничений или политических соображений. Главное — быть максимально близко к экватору.
Запуск ракеты ограничен ее массой. Масса грамотно спроектированной ракеты-носителя примерно на 85% состоит из топлива. Остальные элементы, включая конструкцию ракеты и полезную нагрузку, составляют лишь 15%. Этот топливный фактор важен: топливо дорогостоящее, а меньший объем топлива позволяет разместить больше полезной нагрузки.
Операторам ракеты выгодно расходовать минимальное количество топлива для выхода на орбиту, поэтому идеальным стартовым пунктом считается точка поближе к экватору.
Вращение Земли
Расположение близко к экватору дает преимущество из-за более высокой скорости вращения Земли. Напомним, что Земля вращается с запада на восток со скоростью около 1670 километров в час на экваторе, и по мере приближения к полюсам эта скорость снижается. Ракета, запущенная с базы вблизи экватора, получает более высокую скорость вращения, что дает ей кинетическую энергию. Дополнительная энергия позволяет ракете расходовать меньше топлива для достижения желаемой орбиты или выводить большие грузы.
Чтобы доставить спутник на орбиту высотой 300 км, ракете требуется развить почти 8000 метров в секунду. Но на экваторе скорость уже составляет почти 500 метров в секунду (около 1650 км/ч) относительно центра Земли. В итоге нужно столько топлива, чтобы достичь скорости 7500 метров в секунду, не более 8000 метров в секунду.
Запуск ракеты вблизи экватора дает возможность использовать более слабое гравитационное поле Земли на этой широте, что упрощает выход на орбиту. Обратите внимание, что многие спутники размещаются на геостационарной орбите, проходящей над экватором. Запуск из района, расположенного близко к экватору, сокращает путь до нужной орбиты.
Некоторые предпочитают запускать ракеты ближе к полюсам из-за технических ограничений миссии. Например, некоторым необходимо вывести спутники на полярные орбиты для анализа определённых участков земного шара с целью мониторинга или картографирования.
Для запуска спутников на полярную орбиту стартовая площадка должна быть расположена как можно дальше на север. Это обусловлено тем, что ракеты для таких орбит движутся в направлении, противоположном вращению Земли. Для гашения скорости вращения требуется дополнительная энергия. Запуск вблизи полюса даёт ракете преимущество в кинетической энергии, так как скорость вращения Земли там ниже, чем на экваторе.