Dlaczego rakiety nie startują jak samoloty i lecą na wschód?
Każdy z nas ma utrwalony w głowie obraz rakiety startującej pionowo w kierunku gwiazd. Tylko dlaczego rakieta startuje akurat w ten sposób? Czy nie może zaczynać swojej podróży z pozycji poziomej jak samoloty? Najważniejszą różnicą jest rodzaj pracy silników w obu maszynach. Ogromne znaczenie ma tu sposób w jaki ciąg powietrza wyprowadzany jest z rakiety. W dużym uproszczeniu silniki rakietowe, aby zapewnić odpowiednią prędkość wyrzucają ogromne masy ciepłego powietrza, które siłą odrzutu „pchają” rakietę w przeciwnym kierunku. Gazy spalinowe wyrzucane są z silników rakietowych przez specjalne dysze z prędkością kilku tysięcy metrów na sekundę.
Pionowy lot w górę pozwala w najkrótszym czasie, czyli najszybciej, pokonać najniższe warstwy atmosfery, których gęstość jest największa. Im większa gęstość powietrza, tym stawia większy opór i rakieta musi zużyć więcej paliwa. Lot poziomy wydłużyłby przelot przez atmosferę, co jest równoznaczne z większym zużyciem paliwa przez rakietę.
W samolotach powietrze zasysane do silnika wykorzystywane jest do spalania paliwa, a silnik napędza turbinę. Przy takiej pracy silnika, samolot wykorzystuje siłę nośną, która unosi go i utrzymuje w powietrzu. Powietrze opływające skrzydła samolotu „podtrzymuje” samolot w powietrzu. Czyli w przypadku samolotu atmosfera pomaga w locie, w przypadku rakiety chcemy jak najszybciej się z niej wydostać.
Rakieta startuje pionowo w górę, ale nie pozostaje długo na prostej trajektorii lotu. Po osiągnięciu prędkości naddźwiękowej (ponad 340 m/s), kilka minut od startu, zaczyna się korygowanie trajektorii na bardziej horyzontalną. W trakcie lotu rakietę można kontrolować, np. można ją obrócić w dowolnym kierunku lub pochylić, uruchamiając, wyłączając lub zmieniając moc odpowiednich silników.
Aby polecieć w Kosmos, a przede wszystkim utrzymać się w nim i nie dać przyciągnąć Ziemi siłą grawitacji, rakieta musi osiągnąć tzw. pierwszą prędkość kosmiczną, czyli ok. 8 km/s. Dla porównania samochód na autostradzie porusza się z prędkością niecałe 40 metrów na sekundę, a samolot wojskowy około 1 km/s. Rakieta jeszcze bardziej oddalająca się od Ziemi, czyli lecąca w lot międzyplanetarny, musi osiągnąć tzw. drugą prędkość kosmiczną, czyli ponad 11 km/s. Aby osiągnąć takie prędkości optymalizowany jest ciężar rakiety, ładunek, wydajność paliwa i silników, rakieta pionowo, najkrótszą drogą przedziera się przez ziemską atmosferę. Wszystko, aby ograniczyć zużycie paliwa, a tym samym koszt lotu.
Jest jeszcze jeden, znaczący „wspomagacz” lotu rakiety. Ponad 5% wartości pierwszej prędkości kosmicznej stanowi prędkość rotacji Ziemi na równiku, wynosząca około 460 m/s. Wystarczy ją wykorzystać. Aby to zrobić rakieta powinna poruszać się w tym samym kierunku co Ziemia, czyli na wschód, wówczas na starcie niejako otrzymuje prędkość rotacji Ziemi. Właśnie dlatego większość rakiet startuje w kierunku wschodnim w okolicach równika, gdzie znajduje się większość kosmodromów. Im dalej od równika, tym prędkość rotacji spada. Inaczej mówiąc, startując na wschód, można albo zużyć mniej paliwa, albo wystrzelić w Kosmos większy ładunek przy tym samym nakładzie finansowym.
