¿Hay alguna desventaja en enviar cohetes directamente hacia arriba?

Suena como si estuvieras imaginando que lo que hacen los satélites es subir a través de la atmósfera, penetrar en el espacio exterior y permanecer allí. Eso no está bien. Si simplemente vas directamente al espacio exterior (digamos 300 km sobre la superficie de la Tierra), la gravedad te empujará hacia abajo, incluso si has dejado la atmósfera, y te estrellarás contra la Tierra. La gravedad es solo un 10% más débil a 300 km (que está muy por encima de la mayor parte de la atmósfera) que en la superficie de la Tierra.

Los satélites no solo están a unos 300 km sobre la superficie de la Tierra, sino que también están en órbita . Para una órbita terrestre baja, los satélites deben viajar unos 7.000 metros por segundo horizontalmente (17.000 mph) para poder orbitar.

Debido a que llegar a una órbita es una combinación de atravesar la atmósfera, llegar a la altura deseada y obtener la velocidad orbital deseada (todo mientras su masa cambia porque llevan su combustible con ellos), los cohetes no van simplemente hacia arriba. . Al principio del lanzamiento de un satélite, los cohetes generalmente se elevan casi en línea recta porque la atmósfera es espesa cerca de la superficie de la Tierra y están tratando de atravesarla lo más rápido posible. Más tarde, los cohetes se inclinan y realizan una combinación de movimiento horizontal y vertical a medida que alcanzan su órbita. La ruta óptima es una combinación de evitar el arrastre y mezclar la altura y la velocidad orbital de manera adecuada.

Esta es también la razón por la cual la mayoría de los satélites orbitan en la misma dirección en que gira la Tierra; al orbitar de esa manera, obtienen un poco de velocidad lateral libre de la rotación de la Tierra durante el lanzamiento.

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Por lo general, el objetivo de un satélite es orbitar y, por lo tanto, como se aborda en las otras respuestas, debe generar una velocidad horizontal significativa. De hecho, si la Tierra no tuviera una atmósfera, podría orbitar unos pocos kilómetros por encima de la superficie, por lo que el objetivo principal es construir suficiente velocidad orbital (horizontal) un poco por encima de las regiones densas de la atmósfera.

Si solo te quemaste verticalmente con respecto a la Tierra, seguirás una trayectoria similar a la siguiente:

Quería agregar por qué es posible que QUIERA viajar solo 'verticalmente':

1. Tu objetivo es chocar contra algo que está en órbita; solo desea alcanzar la altitud deseada en un momento dado (por ejemplo, para destruir un satélite o una nave alienígena en órbita)
2. Quieres aterrizar de nuevo en la tierra, por ejemplo, para Kinetic Bombardment ("Rods from The Gods")
3. Quieres estrellarte contra otros cuerpos celestes. En teoría, la trayectoria de energía más baja para el bombardeo lunar es lanzar 'hacia arriba' en el momento adecuado justo más allá del Punto de Lagrange L1 Tierra-Luna .

Para llegar a la luna (bueno, estrellarse contra la luna o sobrevolarla), por ejemplo, podría "lanzarse hacia arriba" y seguir una trayectoria como la que se muestra a continuación. Tenga en cuenta que tendrá algo de velocidad horizontal si 'lanza hacia arriba', ya que heredará la velocidad de rotación en la superficie dependiendo de la latitud de su sitio de lanzamiento (~500 m/s en el ecuador, 0 m/s en los polos) .

En el escenario anterior, llegué un poco tarde en el momento del lanzamiento y, por lo tanto, me quedé atrás del Mun (en el juego 'Moon'). La trayectoria púrpura posterior al encuentro me habría llevado de regreso a la superficie del planeta, sin una órbita estable establecida, y lanzado desde el equivalente del ecuador.

La conclusión es que, si desea orbitar, necesita velocidad horizontal e (e inicialmente algo vertical) con respecto a la superficie. Puedes ahorrar un poco de combustible si solo quieres "llegar allí" (y luego chocar contra algo).

Los cohetes toman el camino más corto para llegar a su órbita.

Si todo lo que queremos hacer es aparecer en LEO y volver a bajar, entonces vamos directamente hacia arriba. Vea las dos primeras misiones Mercury para ver un ejemplo: aterrizaron al norte de Nassau.

Si desea terminar en órbita, necesita una velocidad horizontal sustancial. Girar en ángulo recto es la forma menos eficiente de combustible para hacer esto, por lo que la trayectoria de lanzamiento es una función compleja de dónde se encuentra ahora en comparación con dónde quiere estar, y "dónde" incluye la velocidad y la dirección, no solo la posición.

Estoy seguro de que esta es una respuesta incompleta, y solo se sumaría a las respuestas ya excelentes y más informadas, pero sé que los científicos de cohetes intentan situar su sitio de lanzamiento lo más cerca posible del ecuador, por lo que el diámetro de la Tierra da algo de "tiro" adicional en comparación con latitudes más altas. Espero que cuando el cohete se incline hacia la horizontal, se incline en la dirección de 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 las instalaciones de los Estados Unidos están en Cabo Cañaveral, casi el punto más al sur de los Estados Unidos continentales. Podrías compararlo 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 obtienes. Si una atmósfera más densa frena un cohete, el sitio de lanzamiento ideal podría ser una montaña en Colombia. Desafortunadamente, la logística para lanzar cualquier satélite de tamaño considerable desde allí sería prohibitiva.

No es eficiente de esa manera. Hay algo llamado giro de la gravedad. Necesita velocidad lateral para permanecer en órbita y el giro por gravedad esencialmente ayuda al cohete a girar hacia los lados.