Теоретически, ракете даже не нужно лететь со скоростью 100 км/ч, она может лететь и со скоростью 1 км/ч, но до тех пор, пока будет обеспечивать себе подъемную тягу. И да, она может выйти в космос на такой скорости, легко, но… если вдруг остановится, падение неизбежно. Дело в том, что гравитация в космосе не заканчивается. Фактически, именно гравитация удерживает спутники и космические станции на орбите.
Давайте разберем несколько примеров. Допустим, вы построили башню высотой 100 км (100 км — это линия Кармана, воображаемая граница «начала» космоса) и сбросили с нее мяч. Что произойдет? Мяч упадет на Землю.
Но что, если кинуть мяч по горизонтали? Мяч пролетит некоторое расстояние, но потом упадет на Землю. (рис. а)
А что, если бросить мяч очень сильно? Скажем, со скоростью 500 км/ч? Мяч пролетит еще дальше, но затем все равно свалится на Землю. (рис. b)
А что, если бросить мяч еще быстрее? Скажем, со скоростью 28 000 км/ч? Он все равно будет падать, но при этом будет двигаться по горизонтали так быстро, что будет постоянно «промахиваться». Так летает МКС. Это то, что называется нахождением на орбите. (рис. с)
Теперь ракета
Ракете не нужно достигать больших скоростей, чтобы достичь космоса. Вторая космическая скорость — это скорость, которая требуется ракете для полного преодоления гравитационного поля Земли. Это важно, если мы хотим отправиться на Марс, но совершенно не важно, если хотим добраться до МКС.
Обратите внимание, что чем выше ракета поднимается в космос, тем легче ей уйти от гравитационного притяжения Земли. Ни одна ракета не достигает «скорости убегания» мгновенно, они все набирают скорость постепенно, и к тому времени, когда ракета достигает определенной высоты, скорость убегания Земли уже значительно меньше, чем на поверхности (вот почему ходят идеи о создании космопорта на орбите, откуда легче стартовать).
Другое дело выйти на орбиту Земли и там остаться. Тут приходится разгоняться достаточно быстро. Это называется орбитальной скоростью. Если взять первый искусственный спутник, Спутник-1, у него орбитальная скорость была около 28 000 км/ч, что несколько меньше скорости убегания Земли, но вполне достаточно чтобы не падать.
Тут стоит добавить, что в теории ракета могла бы поддерживать постоянную скорость 1 км/ч, и в конечном итоге освободится от гравитационного притяжения Земли (на высоте, где скорость убегания как раз составляет 1 км/ч). Однако делать это непрактично, потому что ракете придется сжигать ОЧЕНЬ много топлива в течении ОЧЕНЬ долгого времени, и ей придется тащить весь этот груз в течении всего пути (дозаправок в космосе еще не придумали). Поэтому эффективнее разгоняться сразу и быстро. Для этого используют многоступенчатые ракеты, которые сбрасывают ненужные части по мере полета.
Заключение
Итак, если у ракеты присутствует постоянная тяга, какой бы маленькой она ни была, ракета избежит любого гравитационного притяжения. Но для создания этой тяги придется сжигать много топлива.
Понятие «скорость убегания» применимо к объектам, лишенным двигателя (например, выстрел из винтовки или артиллерийского орудия), и к ракетам, у которых закончилось топливо. И если топливо у ракеты закончилось раньше, чем она вышла из-под гравитационного влияния Земли, ее непременно затянет обратно. Поэтому, самый эффективный способ попасть в космос — это сжечь все топливо как можно быстрее при разгоне.
P.S. Во многих межпланетных миссиях мы вообще не полагаемся на топливо. Мы добираемся до ближайшей доступной планеты и используем ее энергию в гравитационном броске, делая это много раз в течение всей миссии (Вояджеры, Новые Горизонты и т. д.). Но это очень неудобно, поскольку приходится ждать, когда планеты займут правильное положение, а это может занять месяцы или годы.
Если бы у нас был достаточно эффективный источник топлива — ядерный синтез или что-то в этом роде — мы могли бы сделать именно то, о чем говорится в статье, и отправиться к внешним планетам с постоянной скоростью по прямому маршруту и не полагаться на блуждание вокруг гравитационных потенциалов планет. Это сократило бы время миссии в разы, а может и в десятки раз.
