Войти
В астродинамике и ракетной технике гравитационное сопротивление (или гравитационные потери ) - это мера потери в чистых характеристиках ракеты, когда она движется в гравитационном поле. Другими словами, это стоимость удержания ракеты в гравитационном поле.
Это разница между затраченной дельта-v и теоретической дельта-v для фактического изменения скорости и высоты плюс дельта-v для других потерь, таких как сопротивление воздуха, которое испытывает толкающий космический корабль.
. Потери силы тяжести зависят от времени приложения тяги, а также от направления приложения тяги. Потери силы тяжести как пропорция дельта-v минимизируется, если максимальная тяга применяется на короткое время или если тяга применяется в направлении, перпендикулярном местному гравитационному полю. Однако во время фазы запуска и подъема тяга должна применяться в течение длительного периода, причем основная составляющая тяги направлена в направлении, противоположном силе тяжести, поэтому потери от силы тяжести становятся значительными. Например, для достижения скорости 7,8 км / с на низкой околоземной орбите требуется дельта-v от 9 до 10 км / с. Дополнительные 1,5–2 км / с дельта-v обусловлены потерями силы тяжести и атмосферным сопротивлением.
Рассмотрим упрощенный случай, когда транспортное средство с постоянной массой ускоряется вертикально с постоянной тягой на единицу массы a в гравитационном поле с напряженностью g. Фактическое ускорение аппарата равно a-g, и он использует delta-v со скоростью a в единицу времени.
За время t изменение скорости космического корабля составляет (a-g) t, тогда как затраченная дельта-v равна. Гравитационное сопротивление - это разница между этими цифрами, то есть gt. Как пропорция дельта-v, гравитационное сопротивление составляет г / год.
Очень большая тяга за очень короткое время приведет к желаемому увеличению скорости с небольшим сопротивлением гравитации. С другой стороны, если а лишь немного больше, чем g, гравитационное сопротивление составляет большую часть дельта-v. Гравитационное сопротивление можно описать как дополнительную дельта-v, необходимую из-за невозможности мгновенно потратить все необходимые дельта-v.
Этот эффект можно объяснить двумя эквивалентными способами:
Эти эффекты применяются при каждом подъеме на орбиту с более высокой удельной орбитальной энергией, например, при запуске на низкую околоземную орбиту (НОО) или с НОО на орбиту ухода. Это расчет наихудшего случая - на практике сопротивление силы тяжести во время запуска и всплытия меньше максимального значения gt, поскольку траектория запуска не остается вертикальной, а масса транспортного средства непостоянна из-за потребления ракетное топливо и ступенчатое движение.
Тяга, направленная под углом относительно вертикали, может уменьшить влияние гравитационного сопротивления. Тяга - это векторная величина, и направление тяги имеет большое влияние на величина гравитационных потерь. Например, гравитационное сопротивление ракеты массы m уменьшило бы тягу 3m g, направленную вверх, до ускорения 2g. Однако та же тяга 3 мг может быть направлена под таким углом, что она будет иметь восходящую составляющую 1 мг, полностью компенсируемую гравитацией, и горизонтальную составляющую mg × 
По мере приближения к орбитальной скорости вертикальная тяга может быть уменьшена, поскольку центробежная сила (во вращающейся системе отсчета вокруг центра Земли) противодействует значительной части силы гравитации, действующей на ракету, и большей части силы тяжести. тягу можно использовать для ускорения.
Важно отметить, что минимизация гравитационных потерь - не единственная цель запуска космического корабля. Скорее, цель состоит в достижении комбинации положения / скорости для желаемой орбиты. Например, способ максимизировать ускорение - это толкать прямо вниз; однако движение вниз явно не является жизнеспособным способом действий для ракеты, намеревающейся достичь орбиты.
На планете с атмосферой задача дополнительно усложняется необходимостью достичь необходимой высоты для выхода из атмосферы и минимизировать потери из-за атмосферное сопротивление во время самого запуска. Эти факты иногда вдохновляют на идеи запускать орбитальные ракеты с высоко летающих самолетов, чтобы минимизировать сопротивление атмосферы, и в почти горизонтальном направлении, чтобы минимизировать гравитационные потери.
