Почему так сложно запустить что-то в космос?⁠⁠

Когда мы думаем о космических запусках, кажется: «Ну, сделайте двигатель помощнее — и всё!» Но проблема намного глубже и упирается в простую физику.

Чтобы вывести груз на орбиту, нужно разогнаться до первой космической скорости — примерно 7,9 км/с. А теперь самое неприятное: кинетическая энергия растёт как квадрат скорости.

То есть если увеличить скорость в 2 раза, энергия нужна уже в 4 раза больше. А энергия для ракеты — это топливо. Больше энергии → больше топлива → больше масса → снова больше топлива, чтобы тащить само топливо. Получается замкнутый круг. Именно поэтому ракеты такие огромные, а полезная нагрузка — крошечная по сравнению с общей массой.

А что насчёт «самолёта в космос»? Звучит красиво: взлетел с полосы, набрал скорость, и в космос. Но тут снова подстава от физики.
У реактивного двигателя энергия получается из топлива + кислорода из воздуха. Чем выше скорость, тем больше кинетическая энергия у воздуха, поступающего в двигатель. На больших скоростях энергия этого воздуха становится сопоставимой с энергией от сжигания топлива. Фактически двигатель больше тратит силы на торможение воздуха, чем получает тяги.

Поэтому «космические самолёты» пока остаются красивой фантастикой. Рабочее решение для выхода на орбиту — это многоступенчатые ракеты. Они сбрасывают ненужные баки и двигатели, чтобы облегчать конструкцию на каждом этапе.

Вот почему каждый запуск в космос — это борьба не только с гравитацией, но и с самой физикой скорости и энергии.