Hay algunas ventajas de lanzar una nave espacial desde una latitud alta, dependiendo de lo que quieras exactamente. La principal ventaja de un sistema de este tipo es para órbitas muy inclinadas. La mayoría de los satélites terrestres bajos se benefician de una gran inclinación y, de hecho, muchos se colocan en lo que se conoce como "órbita sincrónica solar" con una ligera inclinación retrógrada. Si está lanzando con una inclinación retrógrada, en realidad tiene que eliminar toda la rotación de la ubicación desde la que lanza, lo que hace que sea más difícil alcanzar la órbita desde cerca del ecuador. Sin embargo, sería más difícil lanzar un satélite ecuatorial, por ejemplo.

La velocidad de rotación en el ecuador es de aproximadamente 40000 km/24 horas, o 1670 km/hora. La velocidad orbital terrestre mínima es de aproximadamente 29000 km/hora. Por lo tanto, si bien obtiene una ventaja en la velocidad de rotación de la rotación de la Tierra, no es lo suficientemente significativa donde otros factores no juegan un papel importante; de ​​hecho, hay muchos más factores con los que lidiar.

Y como @ernestopheles proporcionó en su respuesta, hay muchas razones no técnicas para tener esa ubicación, a saber, que era una instalación de lanzamiento para misiles balísticos intercontinentales nucleares, y como muchos de ellos están fuera de servicio, están fácilmente disponibles, pero transportarlos en otro lugar no tiene mucho sentido. Además, las instalaciones también están disponibles.

Construir simplemente otro lado de lanzamiento (doméstico) no es exactamente fácil ni barato. Hay mucha logística que cuidar.

Para su pregunta, debe comprender la historia de los vuelos espaciales rusos y Plesetsk. Fue construido para lanzar misiles balísticos intercontinentales sobre el polo norte hacia América del Norte. Tenga en cuenta que los cohetes Soyuz se derivaron del cohete R-7, que se desarrolló inicialmente para transportar ojivas nucleares. Tanto la Soyuz moderna como la R-7 comparten el mismo tipo de plataformas de lanzamiento, ensamblaje, etc. Además, mantener Plesetsk abierto para, por ejemplo, lanzamientos polares (alta inclinación) todavía tiene sentido desde un punto de vista puramente técnico.

Órbitas de Molniya

Escrito por Aurovrata

Plesetsk tiene una ubicación ideal para lanzar satélites a las órbitas de Molniya y, como resultado, vio muchos más lanzamientos que Baikonour.

A o mejor LA órbita molniya tiene una inclinación de 63,4°. Las lanzaderas se encuentran a unos 62,9° N.

Entonces, lanzando casi directamente hacia el este (lo que le brinda la entrada máxima de la rotación de la tierra) no tiene que cambiar mucho su inclinación para terminar en una órbita molniya.

Cambiar su inclinación es una de las maniobras costosas de combustible que puede hacer, por lo que intenta comenzar en la órbita inclinada correcta (fácil si apunta a una inclinación mayor que su latitud, no es posible de otra manera). Sabiendo que iniciarán un montón de Molniyas, los soviéticos pensaron que sería más efectivo construir un cosmódromo en una latitud apenas por debajo de 63,4° que perder mucho deltaV con cada inicio.

El sitio de lanzamiento ideal

Las respuestas anteriores señalan que hay muchos factores que intervienen en la elección de un sitio de lanzamiento adecuado. Sin embargo, suponiendo un requisito estratégico para el acceso al espacio a largo plazo, los factores predominantes son un buen espacio libre de áreas pobladas al este del sitio de lanzamiento y tan cerca del ecuador como sea posible.

¿Por qué lanzar hacia el este?

La rotación de la tierra puede ayudar al lanzamiento de un cohete al aumentar su capacidad de carga útil. La superficie de la tierra tiene una velocidad tangencial (paralela a la superficie de la tierra) que es hacia el este. Esta es la razón principal por la que empresas como Sea Launch desarrollaron una plataforma marítima que se extiende hasta el ecuador para obtener el máximo impulso de velocidad.

Encontré una demostración matemática como respuesta a una pregunta similar en este hilo usando Tsiolkovsky Rocket Equation:

$v_f=v_eln(\frac{m_i}{m_f})$

que te permite calcular la masa inicial de tu cohete$m_i$en función de su masa final$m_f$(cohete vacío + carga útil), la velocidad orbital final$v_f$y la velocidad de escape del cohete$v_e$.

Teniendo en cuenta que esta ecuación no tiene en cuenta la fuerza gravitacional que actúa sobre el cohete, aún podemos comprender cómo la velocidad de rotación de la Tierra juega un papel en la economía de los lanzamientos de cohetes.$v_e$y la masa final$m_f$son constantes para una combinación dada de cohete + carga útil. La velocidad orbital final$v_f$en realidad cambia según la posición de la plataforma de lanzamiento en relación con el ecuador.

La velocidad tangencial de la Tierra en el ecuador es su circunferencia ($2\pi r$,$r$= 6000 kilómetros impares) dividido por el tiempo que tarda en dar la vuelta, poco menos de 24 horas, dando una velocidad total de 465 m/s.

Entonces, al ingresar todos los números en la ecuación, se puede calcular la masa inicial.$m_i$de nuestro cohete si se lanza desde el ecuador o desde una posición con una velocidad tangencial menor. Cuanto más cerca del ecuador, más bajo$m_i$para producir el mismo total$v_f$.

Hay 2 formas alternativas de calcular esto, manteniendo$m_i$aumento constante$m_f$permitiendo una carga útil más grande para lanzamientos ecuatoriales, o para mantener ambos$m_f$y$m_i$constante y calcular una mayor$v_f$permitiendo órbitas más altas.

El hilo original en realidad calcula estos para el cohete Soyuz lanzado en diferentes latitudes.

El lanzamiento ecuatorial hace una diferencia en la carga útil que un cohete puede transportar debido a la naturaleza exponencial de la ecuación. Si comparamos las órbitas LEO (independientemente de su orientación, ya sea ecuatorial, polar o intermedia), las ganancias son bastante pequeñas, del orden de cientos de kg.

Sin embargo, si comparamos las órbitas GTO, donde se envía la mayoría de las cargas útiles comerciales, las ganancias pueden aumentar hasta en un 25 % . La razón principal de esto es el hecho de que debe tener efecto un cambio de plano orbital, que es la razón por la cual Sea Launch desarrolló su plataforma de lanzamiento de plataforma marina ya que los ahorros económicos valieron la pena.

Además, un estudio de la NASA que data de 1959 hizo un cálculo detallado de la reducción de costos de lanzar un cohete Saturno desde el ecuador en comparación con Cabo Cañaveral y concluyó que los LEO ecuatoriales son un 80% menos costosos en cuanto a propulsor debido a los cambios de plano orbital requeridos.

Una derivación más detallada de la ecuación del cohete con la fuerza de gravedad que actúa sobre el cohete se puede ver en línea en el sitio web del MIT . Tenga en cuenta también que la preparación de cohetes reduce la capacidad de carga útil real. Si decimos que un cohete de dos etapas tiene un 80 % de combustible, un 10 % de cohete y un 10 % de carga útil, la carga útil de la primera etapa es la segunda etapa, por lo tanto, la carga útil real es el 10 % de la segunda etapa, o el 10 % del 10 % de la cohete inicial, es decir, 1%.

¿Por qué Rusia lanzó tantos satélites desde Plesetsk?

Plesetsk no es el sitio de lanzamiento ideal, sin embargo, los rusos necesitaban desarrollar soluciones orbitales alternativas para satisfacer sus necesidades. Acceder a las órbitas OSG para los satélites de comunicación/meteorología/espionaje era demasiado costoso y, por lo tanto, desarrollaron una solución alternativa que, en cambio, aprovechó las desventajas de la ubicación del sitio de Plesetsk en una oportunidad.

Los sitios de lanzamiento en latitudes altas son más adecuados para acceder a órbitas polares u órbitas altamente elípticas (u órbitas HEO).

La necesidad de Rusia de satélites meteorológicos y de comunicación se satisfizo perfeccionando la órbita HEO conocida como órbita Molniya (Relámpago en ruso). Las órbitas de Molniya son órbitas de velocidad variable, más lentas en el apogeo (el punto más alejado de la Tierra) y más rápidas en el perigeo (el punto más cercano a la Tierra).

Los rusos perfeccionaron esta órbita hasta el punto de que el satélite orbitaría el doble de la tierra en un día, con un apogeo centrado en Rusia y otro centrado en USA. Esto condujo a la creación de satélites de doble función, que espiaban a los EE. UU. 9 horas del día, luego se deslizaban por el fondo de la Tierra y servían como satélites de comunicación/transmisión/meteorología para la Unión Soviética durante otras 9 horas del día (ver esta ilustración ). .

La desventaja de esta órbita es que requiere varios satélites para proporcionar una cobertura continua de toda la superficie de Rusia. Los satélites también están expuestos a los cinturones de radiación de Van Allan 4 veces al día, lo que reduce su vida útil. Los rusos actualizaron los satélites regularmente, refinando las órbitas y la tecnología satelital.

Plesetsk tiene una ubicación ideal para lanzar satélites a las órbitas de Molniya y, como resultado, vio muchos más lanzamientos que Baikonour.