Entrare in orbita con una sola accensione

Buona sera a tutti :grin:, faccio la mia prima domanda, spero non sia banale…
Nei film, documentari o libri si lascia sempre intendere che i motori del vettore (chiaramente quasi sempre si parla di un Saturn V, quindi farò l’esempio con questo) dal momento del lift-off al raggiungimento dell’orbita siano sempre accesi, o comunque con brevi interruzioni date dall’abbandono dei vari stadi.
Ora nell’esempio del Saturn V il primo stadio portava il carico all’incirca ad un’altezza di 60km, il secondo proseguiva fino a raggiungere una quota più alta ed infine il terzo stadio portava il tutto ad orbitare intorno alla terra. Successivamente lo stesso stadio faceva una seconda accensione per inserirsi in una traiettoria lunare.
Non mi pare di aver capito che il terzo stadio si portava prima in un’orbita balistica e poi all’apoaspide riaccendeva i motori per circolarizzare.
Di conseguenza nasce la mia domanda: si può entrare in un’orbita circolare (o quasi) con un’unica accensione continua dal momento del lancio? Se si, come?

Si, il terzo stadio del Sarurn V rimaneva acceso fino al raggiungimento dell’orbita circolare, poi veniva riacceso per spedire gli astronauti verso la luna. Una singola accensione dal lancio alla LEO è la procedura seguita dalla maggior parte dei lanciatori (per citarne alcunì: famiglia Saturn, Falcon, soyuz, proton… L’unico che mi viene in mente che circolarizza in due accensioni è l’atlas V) , la ragione è che con una accensione non devi riaccendere il motore, o almeno lo devi riaccendere una volta in meno, fatto che ne riduce la complessità e aumenta l’affidabilità. Alla fine stà tutto nel calcolare la giusta traiettoria, che ti porti ad avere il razzo parallelo alla superficie nel momento esatto in cui raggiunge la velocità orbitale.

Per essere in una certa orbita (circolare o non) non importa come ci si arriva, quello che serve è essere in un determinato punto con una determinata velocità (intesa come vettore, quindi includendo direzione e verso).

Per essere in un’orbita circolare bisogna arrivare in un punto alla quota desiderata con velocità verticale nulla e velocità orizzontale tale per cui l’accelerazione centripeta sia uguale all’accelerazione gravitazionale. Questo si può fare sia spegnendo i motori a un certo punto e riaccendendoli dopo una fase di ascesa e rallentamento non propulsa, o anche mantenendo i propulsori sempre accesi.

Innanzitutto vi ringrazio per gli interventi :smile: ma purtroppo non sono ancora riuscito a comprendere pienamente la cosa.
Quello che mi sfugge è cosa accade dal momento del lancio al raggiungimento del punto in cui il vettore raggiunge, in una determinata direzione, la velocità orbitale.
Poiché ha tenuto sempre i motori accesi come mai non di trova in un orbita fortemente ellittica?
Se tengo i motori sempre accesi non portp sempre più in “alto” l’apoaspide?
Cosa mi sfugge?
:cry:

Che la direzione della spinta cambia durante l’ascesa del razzo? :smile:

I casi sono due:

  • Quando spingi in orizzontale, ovvero quando aumenti la velocità tangenziale, in sostanza quello che fai è alzare l’orbita dalla parte opposta. Vuole dire che se aumenti la velocità tangenziale al perigeo, alzi l’apogeo; se aumenti la velocità tangenziale all’apogeo, alzi il perigeo. Questo perché stai appunto aumentando la velocità tangenziale, quindi non stai alzando il punto in cui sei in quel momento
  • Quando invece spingi verso l’alto, la velocità tangenziale rimane costante ma ti allontani da terra, quindi alzi il punto in cui sei in quel momento

Durante un lancio, il razzo è inclinato, ovvero spingi un po’ verso l’alto e un po’ in maniera tangenziale. Devi immaginare che la traiettoria del razzo, finché non è arrivato in orbita, è in sostanza un’orbita il cui perigeo è più basso del raggio terrestre. Continuando a spingere, sostanzialmente fai due cose in una: la componente verticale della spinta alza il razzo rispetto a terra, portandolo nello spazio, mentre la componente orizzontale ne aumenta la velocità tangenziale, ovvero alza il perigeo. L’obiettivo finale è non solo arrivare ad essere nello spazio, ma anche avere una velocità tangenziale sufficientemente alta per cui il perigeo sia anch’esso fuori dall’atmosfera, in modo che il razzo non ricada a terra

PS: prima che qualcuno faccia il pignolo, la mia è una semplificazione non corretta al 100%, per provare a spiegare il concetto in maniera intuitiva :wink:

Buzz l’ha spiegato davvero egregiamente, io sarei ricorso all’esempio della macchina in curva: la traiettoria in curva dipende dalla velocità che hai in ingresso: maggiore la velocità maggiore il raggio della curva.
Magari se vuoi prendere un pò la mano con questi concetti ti consiglio di giocare a Kerbal Space Program. Simulatore abbastanza ben riuscito senza la serietà e complessità di Orbiter. Una volta era gratuito ora penso che chiedano una decina di €.
Occhio però che ci va un signor PC.

Grazie buzz, sei riuscito a far comprendere in maniera intuitiva e veramente efficace il concetto, a beneficio di newbies come il sottoscritto !

Ottime spiegazioni Buzz.

Ma, per la mia poca esperienza/conoscenza di questa parte della fisica applicata alla meccanica “terrestre”, credo che questo concetto non sia così intuitivamente comprensibile a tutti, me compreso, per via di tutte quelle forze in gioco che non vedi ma ci sono e ti “obbligano” a seguire una determinata traiettoria.

Per questo credo che una sommaria rappresentazione vettoriale, per chi ha tempo di farla, del sistema dovrebbe rendere più semplice la comprensione.

Una veloce rappresentazione grafica su quanto già spiegato da Buzz, nella prima immagine abbiamo due accensioni prograde, che andranno ad alzare l’apogeo o il perigeo nel punto opposto a quello dove è avvenuta l’accensione.
Nella seconda immagine invece abbiamo una prima accensione perpendicolare alla superficie terrestre, che ci farà raggiungere l’apogeo molto prima rispetto al tipo di manovra della prima immagine, e poi una seconda accensione questa volta prograda che andrà a circolarizzare l’orbita. Difatti puntando il muso all’insù ed accendendo i motori alziamo si l’apogeo nelle immediate vicinanze del nostro veicolo ma andiamo anche ad abbassare pericolosamente il perigeo, rischiando, se non modifichiamo più l’orbita, di ricadere nell’atmosfera.
Spero di non aver detto troppe castronerie, la mia esperienza sulla meccanica orbitale deriva solo ed esclusivamente da lunghe notti passate su Orbiter! :stuck_out_tongue_winking_eye:


Credo che più semplice di così non si può spiegare, il passo successivo è il corso di meccanica orbitale.:ok_hand:

Ragazzi grazie a tutti per l’interessamento :slight_smile:
Mi scuso se rispondo solo ora, non è mancanza di interesse:)
Alcuni concetto da voi condivisi mi erano già familiari, quello che mi sfuggiva è che il razzo deve si trovarsi in un determinato punto alla velocità necessaria a “scappare” dalla gravità terrestre ma deve trovarsi in quel determinato punto quando la sua velocità di ascesa è zero altrimenti sposter (di poco) in alto l’apogeo.

Chiaramente la differente inclinazione del vettore durante la traiettoria di ascesa porterà ad arrivare nel punto stabilito alla quota che si desidera.
Giusto? xD
grazie mille