Jeste li se ikada zapitali zašto svemirske letjelice, kada napuštaju Zemljinu površinu, polijeću okomito prema nebu, umjesto da koriste krila i uzgon poput aviona kako bi se polako podigli i napustili atmosferu? Iako bi takav pristup mogao izgledati logičnijim i učinkovitijim, odgovor leži u temeljnim fizikalnim zakonima, prirodi Zemljine atmosfere i samoj svrsi svemirskih misija.
Sadržaj...
Razlika između leta u atmosferi i svemiru
Ključna razlika između aviona i raketa leži u mediju u kojem djeluju i načinu na koji generiraju silu potrebnu za kretanje. Avioni su dizajnirani za let unutar Zemljine atmosfere, gdje je zrak ključan za njihovo funkcioniranje. Njihova krila imaju poseban aerodinamički oblik koji, kada se kreću kroz zrak, stvara razliku u tlaku iznad i ispod krila. Ta razlika u tlaku rezultira silom podizanja (uzgonom) koja nadjačava gravitaciju i omogućuje avionu da leti. Avioni također trebaju motore koji uvlače zrak, koriste ga kao gorivo i izbacuju ga kako bi stvorili potisak koji ih gura naprijed.
U vakuumu svemira, međutim, nema zraka. Stoga, krila aviona ne bi imala nikakvu funkciju jer nema medija kroz koji bi mogla generirati uzgon. Rakete, za razliku od aviona, ne trebaju vanjski zrak za rad. One nose vlastito gorivo i oksidans (tvar koja omogućuje izgaranje goriva) sa sobom. Kada se gorivo i oksidans pomiješaju i izgore u komori za izgaranje, proizvode vruće plinove koji se velikom brzinom izbacuju kroz mlaznicu. Prema Newtonovom trećem zakonu akcije i reakcije, izbacivanje tih plinova prema dolje stvara jednaku i suprotnu silu prema gore – potisak – koji pokreće raketu, neovisno o prisutnosti zraka.
Gravitacija i brzina bijega
Zemljina gravitacija je snažna sila koja nas sve privlači prema središtu planeta. Da bi se neka letjelica uspješno udaljila od Zemlje i ušla u orbitu ili nastavila dalje u svemir, mora svladati tu silu. Avioni, oslanjajući se na uzgon, mogu se podizati samo dok postoji dovoljno gustoće zraka i brzine. Njihova sposobnost penjanja je ograničena i ne mogu dosegnuti brzine potrebne za napuštanje Zemljine orbite.
Rakete, s druge strane, koriste snažan potisak kako bi se što brže probile kroz najgušće slojeve atmosfere. Vertikalno lansiranje omogućuje im da iskoriste punu snagu svojih motora za svladavanje gravitacije i otpora zraka istovremeno. Cilj nije samo podići se, već postići dovoljnu brzinu kako bi se izbjeglo ponovno privlačenje Zemljine gravitacije. Ta kritična brzina, poznata kao brzina bijega, iznosi približno 11,2 kilometra u sekundi (oko 40.320 km/h) za Zemlju. Iako rakete ne moraju odmah postići tu brzinu, vertikalni uspon im omogućuje da je efikasnije dosegnu, kombinirajući vertikalno penjanje s postupnim horizontalnim ubrzanjem prema željenoj orbiti.
Učinkovitost i ciljevi misije
Vertikalno lansiranje je najučinkovitiji način za rakete da napuste Zemljinu površinu iz nekoliko razloga. Prvo, omogućuje im da se što brže probiju kroz najgušće i najopasnije dijelove atmosfere, gdje je otpor zraka najveći. Što kraće raketa prolazi kroz te slojeve, to je manja potrošnja goriva i manji rizik od oštećenja uslijed trenja i zagrijavanja.
Drugo, vertikalni uspon omogućuje raketi da iskoristi punu snagu svojih motora za svladavanje gravitacije. Kada raketa postigne dovoljnu visinu i brzinu, njeni motori se mogu prilagoditi ili isključiti, a letjelica nastavlja kretanje po inerciji ili uz pomoć manjih potisnika za manevriranje. Avioni, sa svojim dizajnom krila, ne mogu postići potrebnu brzinu i visinu za svemirski let jer im nedostaje potisak i izdržljivost za takve uvjete.
Konačno, ciljevi svemirskih misija često uključuju postizanje
