Estimación de la efectividad del giro por gravedad en comparación con el vuelo vertical

Un cohete que vuele verticalmente alcanzará una altitud mucho mayor que uno que vuele en un giro por gravedad; simplemente no se mantendrá a esa altitud.

Un vehículo que vuela lateralmente a la velocidad suficiente "perderá" continuamente la Tierra a medida que cae, produciendo una trayectoria cerrada circular o elíptica. Si, en cambio, toda la velocidad que puede producir el cohete se aplica verticalmente, el resultado será como una pelota de béisbol lanzada hacia arriba en lugar de hacia los lados; alcanzará una altura bastante alta antes de caer directamente a la tierra y estrellarse.

La altitud exacta alcanzada variará mucho según el diseño del cohete; una etapa superior de bajo empuje como la que se usa en Ariane 5 no alcanzará una altitud tan alta como lo haría algo como Falcon 9.

Como ejemplo, un Atlas V 401 podría ser capaz de colocar una carga útil determinada en una órbita circular a 250 km de altitud a través de una trayectoria de giro por gravedad. La misma pila yendo directamente hacia arriba alcanzaría un apogeo de quizás 4000 km según mis simulaciones crudas.

Como dice Russell Borogove, si vas directamente hacia arriba, retrocedes. Por lo tanto, estoy viendo esto desde el punto de vista de ir hacia arriba y luego quemarse horizontalmente.

No sé cómo se ven los números en el mundo real, pero he jugado con trayectorias casi como esta en Kerbal Space Program cuando transportaba monstruos de arrastre. (El juego no tiene una buena respuesta para levantar grandes rovers, por lo que a veces se elevan algunos cohetes muy feos). Ir casi verticalmente hasta que esté fuera de la atmósfera cuesta aproximadamente un 10% más delta-v que un perfil de vuelo adecuado. Tenga en cuenta que esto es con una relación de empuje a peso muy por encima de lo que normalmente se usa para los lanzamientos espaciales del mundo real y, por lo tanto, subestima la penalización.

Alternativamente, estás mirando una trayectoria interplanetaria. Así no retrocederás, es simplemente una cuestión de eficiencia. Mi recuerdo de la única vez que lo probé fue que la penalización era superior al 20%, y eso con una relación de empuje a peso aún mayor mientras intentaba aproximarme a un lanzamiento de cañón vertical + combustible mínimo para entrar en órbita. (Ir al borde de la esfera de influencia, una pequeña quema para poner mi periápside en la atmósfera superior, aerofreno hasta que mi apoápsis estuvo en órbita baja, la última quemadura para circularizar). Tenga en cuenta que esto es aún más sensible a la relación de empuje a peso a medida que pasa aún más tiempo sin velocidad horizontal.