Cuando enviamos un satélite al espacio utilizando un cohete, lógicamente consideramos el camino más corto, que es una línea recta perpendicular a la superficie de la Tierra. Mi pregunta es: ¿el cohete toma el camino más corto para llegar al espacio exterior o se desvía intencionadamente en ángulo desde la superficie de la Tierra?
Parece que imaginas que lo que hacen los satélites es atravesar la atmósfera, abrirse paso en el espacio exterior y quedarse allí. Eso no es cierto. Si subes directamente al espacio exterior (por ejemplo, 300 km por encima de la superficie de la Tierra), la gravedad te arrastrará hacia abajo, aunque hayas salido de la atmósfera, y volverás a estrellarte contra la Tierra. La gravedad es sólo un 10% más débil a 300 km (por encima de la mayor parte de la atmósfera) que en la superficie de la Tierra.
Los satélites no sólo se encuentran a unos 300 km por encima de la superficie de la Tierra, sino que también son orbitando . En una órbita terrestre baja, los satélites necesitan desplazarse horizontalmente unos 7.000 metros/segundo (17.000 mph) para orbitar.
Dado que alcanzar una órbita es una combinación de atravesar la atmósfera, alcanzar la altura deseada y conseguir la velocidad orbital deseada (todo ello mientras su masa cambia porque llevan el combustible consigo), los cohetes no van simplemente hacia arriba. Al principio del lanzamiento de un satélite, los cohetes suelen ir más o menos en línea recta porque la atmósfera es densa cerca de la superficie de la Tierra e intentan atravesarla lo más rápidamente posible. Más adelante, los cohetes se inclinan y realizan una combinación de movimientos horizontales y verticales al alcanzar su órbita. La trayectoria óptima es una combinación de evitar el arrastre y mezclar adecuadamente la altura y la velocidad orbital.
Por este motivo, la mayoría de los satélites orbitan en el mismo sentido en que gira la Tierra; al orbitar así, obtienen un poco de velocidad lateral gratuita gracias a la rotación de la Tierra durante el lanzamiento.
Me pregunto si para una configuración de cohete dada la trayectoria óptima hasta la órbita es única.
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Normalmente, el objetivo de un satélite es orbitar y, por lo tanto, como se indica en las otras respuestas, debe generar una velocidad horizontal significativa. De hecho, si la Tierra no tuviera atmósfera, se podría orbitar a unos pocos kilómetros por encima de la superficie, por lo que el objetivo principal es crear suficiente velocidad orbital (horizontal) algo por encima de las regiones densas de la atmósfera.
Si sólo se quema verticalmente con respecto a la Tierra, seguirá una trayectoria similar a la que se muestra a continuación:
Quería añadir por qué querrías viajar sólo "verticalmente":
Para llegar a la Luna (bueno, chocar contra ella o sobrevolarla), por ejemplo, podrías "lanzarte directamente hacia arriba" y seguir una trayectoria como la que se muestra a continuación. Ten en cuenta que tendrás cierta velocidad horizontal si te "lanzas directamente hacia arriba", ya que heredarás la velocidad de rotación en la superficie dependiendo de la latitud de tu lugar de lanzamiento (~500 m/s en el ecuador, 0 m/s en los polos).
En el escenario anterior, me retrasé un poco en el momento del lanzamiento y, por tanto, quedé rezagado respecto al Mun (en el juego "Luna"). La trayectoria púrpura posterior al encuentro me habría devuelto a la superficie del planeta, sin una órbita estable establecida, y lanzado desde el equivalente del ecuador.
En resumidas cuentas, si quieres orbitar, necesitas velocidad horizontal y (e inicialmente algo de vertical) con respecto a la superficie. Puedes ahorrar un poco de combustible si sólo quieres "llegar" (y luego chocar contra algo).
Se ha publicado una imagen que muestra la trayectoria de un encendido "recto". Puede que lo intente en KSP más tarde y publique el vídeo.
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Los cohetes toman el camino más corto para alcanzar su órbita.
Si lo único que queremos es subir a LEO y volver a bajar, entonces sí subimos directamente. Por ejemplo, las dos primeras misiones Mercury aterrizaron al norte de Nassau.
Si quieres acabar en órbita, necesitas una velocidad horizontal considerable. Girar en ángulo recto es la forma menos eficiente de hacerlo, por lo que la trayectoria de lanzamiento es una función compleja de dónde se está ahora en comparación con dónde se quiere estar, y "dónde" incluye velocidad y dirección, no sólo posición.
Estoy seguro de que es una respuesta incompleta, y sólo se añadiría a las ya excelentes respuestas, más bien informadas, pero sé que los científicos de cohetes tratan de situar su lugar de lanzamiento lo más cerca posible del ecuador, por lo que el diámetro de la Tierra da un poco más de "lanzamiento" en comparación con latitudes más altas. Supongo que cuando el cohete se inclina hacia la horizontal, se está inclinando en la dirección de la rotación de la Tierra, por lo que simplemente puede acelerar el movimiento que ya tiene.
alguna explicación más, porque me encanta explicar: Esa es una de las razones por las que la instalación de Estados Unidos está en Cabo Cañaveral, casi el punto más meridional del territorio continental de Estados Unidos. Se podría comparar con esos lanzadores de pelotas de tenis que usan los dueños de perros: cuanto más largo es el palo (la distancia desde el centro de la Tierra), más velocidad se obtiene. Si una atmósfera más densa ralentiza un cohete, el lugar de lanzamiento ideal podría ser una montaña de Colombia. Desgraciadamente, la logística para lanzar un satélite de tamaño considerable desde allí sería prohibitiva.
Otra razón para situar los puntos de lanzamiento cerca del ecuador: Las órbitas Geosync deben estar siempre en el plano ecuatorial. Un lanzamiento desde cualquier lugar que no esté en el ecuador significa que se necesitará algún tipo de maniobra (más combustible quemado) para cambiar el plano orbital. Cuanto más lejos esté el lugar de lanzamiento del ecuador, mayor será el coste. Imagínese el peor de los casos: Intentar alcanzar una órbita ecuatorial lanzando desde uno de los polos.
La latitud del lugar de lanzamiento depende de la órbita deseada y se elige para minimizar el combustible. Para una órbita polar, el ecuador es el peor lugar para lanzar ya que tendrá que gastar 500m/sΔv combustible extra para anular este efecto, y los polos norte o sur serían ideales. En el caso de las órbitas ecuatoriales (incluidas las geoestacionarias), el ecuador es el lugar ideal para el lanzamiento y requiere el mínimo de combustible, pero estas ubicaciones "ideales" deben contrastarse con la viabilidad de llevar allí un cohete y una instalación de lanzamiento.
La gravedad no hace girar el cohete. Lo que hace es deformar el espacio por el que se desplaza el cohete, de modo que la geodésica se curva.
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Véase physics.stackexchange.com/q/5979/37364
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No soy un científico de cohetes, pero cuando se lanza un satélite tiene que alcanzar unos 17.500 MPH, que es la velocidad orbital a la altitud del satélite. Probablemente sería ineficiente ir en línea recta todo el camino, aunque probablemente van en línea recta al principio para reducir la resistencia del aire. Seguro que tienen una idea bastante buena de cómo hacerlo con eficiencia.
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De todos modos, el centro de masa de la trayectoria del cohete adquirirá un ángulo con respecto a la superficie de la Tierra debido a la rotación de ésta por debajo de él. Para que el satélite alcance una órbita determinada, es necesario que se produzcan cambios de dirección intencionados.
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Lo que el científico de cohetes quiere es velocidad tangencial. Trabajar contra la gravedad es costoso (pierdes 600 m/s por cada minuto que subes en línea recta). Gracias a la suma vectorial de aceleración y velocidad, esto mejora mucho una vez que se deja atrás la parte gruesa de la atmósfera. Dentro de la atmósfera son las fuerzas aerodinámicas las que obligan a los cohetes a cambiar gradualmente de dirección. Una pequeña inclinación respecto a la vertical tiene que convertirse en una gran inclinación con el tiempo, porque los cohetes son muy sensibles a las fuerzas de cizalladura, por lo que siempre tienen que volar "rectos" en el aire una vez que superan una determinada velocidad aerodinámica.
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Véase mi respuesta a esta pregunta que es casi, pero no del todo, un duplicado del suyo. Si envías el cohete y el satélite directamente hacia arriba, ¡el satélite volverá a caer directamente hacia abajo!
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Si quieres hacerte una idea intuitiva de cómo funciona esto, es imposible no recomendarte Kerbal Space Program :)
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Espero no añadir confusión, si la pregunta se refería más a llegar a algún lugar más allá de la Tierra y no a poner satélites en órbita. Los que crecieron durante la "carrera espacial" deberían saber que todas las misiones a la Luna dieron primero una vuelta parcial a la Tierra. No es la distancia más corta, pero es la más eficaz gracias a lo que se llamó el efecto honda, que consiste en acumular impulso hasta que finalmente se libera.
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Nadie lo ha mencionado, pero esto se llama giro por gravedad .
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Cualquiera que quiera entender la mecánica orbital debería empezar por jugar a Kerbal Space Program.
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La respuesta no del todo cierta (debido a la rotación de la Tierra) pero casi: Sí, es que los cohetes y su carga descenderían en línea recta.