Σίγουρα κάποια στιγμή στη ζωή σας θα έχει τύχει να παρακολουθήσετε κάποια εκτόξευση πυραύλου. Μπορεί για παράδειγμα να είδατε πρόσφατα την εκτόξευση της αποστολής Artemis II με προορισμό τη Σελήνη.
Σε κάθε τέτοια αποστολή προς το Διάστημα προκύπτει μια εύλογη απορία. Γιατί οι πύραυλοι δεν εκτοξεύονται ευθεία προς τα πάνω αλλά μετά από λίγο κυρτώνουν και ακολουθούν καμπύλη πορεία; Η πραγματικότητα είναι πως η καμπύλη πορεία ενός πυραύλου μπορεί να προβληματίζει τους μη ειδικούς ωστόσο δεν είναι κάποιο τεχνικός λάθος και σίγουρα ούτε απώλεια ελέγχου. Για την ακρίβεια είναι ένας από τους βασικούς λόγους που η εκτόξευση ενός πυραύλου κρίνεται ως πετυχημένη καθώς αφορά μηχανισμούς που του επιτρέπουν να εξοικονομήσει καύσιμα, να μειώσει τις καταπονήσεις και κυρίως να μπει στην επιθυμητή τροχιά γύρω από τη Γη.
Η εικόνα είναι η ίδια από αποστολές της NASA μέχρι εμπορικές πτήσεις της SpaceX. Ο πύραυλος απογειώνεται κάθετα, σαν να «τρυπά» τον ουρανό, αλλά λίγα λεπτά αργότερα η πορεία του αρχίζει να καμπυλώνει. Από το έδαφος, πολλές φορές φαίνεται σχεδόν να πετά παράλληλα με την επιφάνεια της Γης. Παρότι αυτό μοιάζει παράδοξο για ένα όχημα που κατευθύνεται προς το Διάστημα, στην πραγματικότητα είναι απολύτως απαραίτητο.
Ο λόγος βρίσκεται στη κρίσιμη διαφορά ανάμεσα στο «να φτάσει κανείς στο Διάστημα» και στο «να μπει σε τροχιά». Ένας πύραυλος δεν χρειάζεται μόνο ύψος. Χρειάζεται και τεράστια οριζόντια ταχύτητα, ώστε το διαστημόπλοιο ή ο δορυφόρος να κινείται γύρω από τη Γη αντί να πέσει ξανά πίσω. Με απλά λόγια, η τροχιά είναι μια συνεχής πτώση γύρω από τον πλανήτη: η βαρύτητα τραβά το αντικείμενο προς τη Γη, αλλά η οριζόντια ταχύτητά του είναι αρκετή ώστε να «χάνει» συνεχώς το έδαφος κάτω του.
Τι είναι το gravity turn
Στα πρώτα δευτερόλεπτα της εκτόξευσης, ο πύραυλος πετά κάθετα επειδή πρέπει να απομακρυνθεί γρήγορα από την εξέδρα και το «έδαφος» και να περάσει τα πυκνότερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Εκεί η αεροδυναμική αντίσταση είναι μεγαλύτερη και οι «καταπονήσεις» πιο έντονες.
Καθώς ανεβαίνει και η ατμόσφαιρα αραιώνει, τα συστήματα καθοδήγησης στρέφουν σταδιακά την ώθηση, ώστε ο πύραυλος να αρχίσει να αποκτά οριζόντια συνιστώσα ταχύτητας. Η NASA περιγράφει αυτή τη φάση ως μετάβαση από την αρχική κάθετη άνοδο σε ελεγχόμενη πορεία προς τροχιά, με τον πύραυλο να χάνει βάρος καθώς καίει προωθητικά καύσιμα και απορρίπτει στάδια.
Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως gravity turn, ή «στροφή με τη βοήθεια της βαρύτητας». Αντί ο πύραυλος να σπαταλά πολύτιμα καύσιμα προσπαθώντας να αλλάξει απότομα κατεύθυνση, επιτρέπει στη βαρύτητα να συμβάλει σταδιακά στην καμπύλωση της τροχιάς του. Έτσι μειώνονται οι απώλειες ενέργειας, περιορίζονται οι πλευρικές αεροδυναμικές πιέσεις και το όχημα μπορεί να φτάσει στην απαραίτητη ταχύτητα για τροχιά με πιο αποδοτικό τρόπο.
Το ίδιο σκεπτικό βρίσκεται πίσω και από μεγάλες αποστολές όπως το Artemis II. Η αποστολή της NASA, με το διαστημόπλοιο Orion και τον πύραυλο Space Launch System – SLS, σχεδιάστηκε ως επανδρωμένη πτήση γύρω από τη Σελήνη. Αφού το Orion βρέθηκε σε γήινη τροχιά, χρειάστηκε διαφορετικός ελιγμός, ο λεγόμενος trans-lunar injection burn, για να εγκαταλείψει την τροχιά γύρω από τη Γη και να μπει σε πορεία προς τη Σελήνη.
Γι’ αυτό οι πύραυλοι δεν «ανεβαίνουν απλώς προς τα πάνω». Η εκτόξευση είναι ένας υπολογισμένος συνδυασμός ώθησης, βαρύτητας, αεροδυναμικής, κατανάλωσης καυσίμων και τροχιακής μηχανικής. Η καμπύλη που βλέπουμε στον ουρανό είναι, στην πραγματικότητα, η πιο έξυπνη διαδρομή προς το διάστημα.
