Apportons une réponse à cette question en utilisant #KSP plutôt que les maths ! Pour rappel, on se demande donc quel est le meilleur moyen d'atteindre une altitude crète, par exemple 1000km pour une expérience scientifique, sans y circulariser. Grimper à la vertical ou orbite ? https://twitter.com/KSC_fr/status/1264927989898391558

Le protocole est simple : une même fusée sera lancée deux fois depuis le pas de tir, la première ira tout droit à la vertical, la seconde se placera d'abord sur une orbite basse circulaire à 71km avant de rehausser son Apogée en poussant à son Périgée. Voici la fusée test !

Il s'agit d'une fusée tout à fait conventionnelle pour cette expérience, permettant un aller-retour inhabité vers le satellite naturel le plus proche, Mun. TWR au décollage de 2, c'est plutôt haut ! Mais ça permet de tirer le meilleur de cet engin ;)

https://i2.wp.com/kerbalspacechallenge.fr/wp-content/uploads/2019/01/Gif-GT-parfait.gif?fit=545%2C338&ssl=1

C'est parti donc, on fait décoller la première fusée à la verticale, et on stage proprement les étages dès qu'ils sont vides, comme d'hab. On screenshot à intervalle régulier pendant la consommation du carburant du dernier étage, avec l'indicateur Ap et Pe en bas à gauche :

On remarque très logiquement que l'AP continue de monter à mesure que l'on dépense du carburant à la verticale, après tout, c'est le chemin le plus court pour atteindre une altitude donnée non ? On continue de screener lors du passage au deuxième réservoir de ce dernier étage :

Une fois au terme de ces réservoirs, on constate l'Ap final atteinte : quelques 734km. Pas mal, mais je sais pas vous, ça me parait pas ouf sachant que cet étage est normalement supposé permettre d'injecter vers Mun ou presque ! Quelque chose semble "retenir" notre fusée.

On a nos données pour la grimpette verticale, qu'est-ce que ça donne pour la même fusée qui se met d'abord en orbite intermédiaire à 71km ? Hé bien, première étape, la réaliser, cette orbite. Et constater le fuel restant, parce que forcément, ça consomme une circularisation !

Avec tout ce que l'on a dépensé "pas à la vertical", il ne reste directement plus que 40 unités de fuel dans le premier réservoir, et on est qu'à 71km. Voyons si la donne change à partir de maintenant, on screen aux mêmes intervalles, c'est parti !

Okay, c'est curieux, on part de plus loin mais ça a l'air de grimper plus vite, si la tendance se confirme on va rattraper la précédente, mais pas d'emballement, on continue, 2ème réservoirs, et mêmes intervalles, qu'est-ce que ça done ?...

Oooooh mais c'est que ça semble très probant ! Mais gardons les conclusions pour juste après si vous le voulez bien, et terminons proprement ce réservoir comme pour l'autre fusée qui a grimpé verticalement, pour voir jusqu'où cela nous mène : 4.331Gm ! 4331km ! C'est beaucoup :o

Cela ne fait aucun doute, réaliser une orbite circulaire pour grimper haut, c'est très efficace… Mais on peut se demander à partir de quand, car il semble aller de soit pour que pour monter à, disons, 70km, la verticale est préférable plutôt que d'arrondir la trajectoire !

Hé bien, tout simplement, replongeons nous dans nos screenshots pris à intervalle régulier et voyons ce que ça donne ! Il semblerait qu'entre 400 et 600km, la fusée ayant circularisé ait pris le dessus, et ensuite l'écart se creuse très rapidement.

C'est à dire qu'avec la même dépense de carburant, la même énergie, la fusée qui circularise semble aller plus haut que la fusée qui met toute son énergie à la verticale, à partir d'environ 500km. C'est quand même curieux et plutôt contre-intuitif… On essaie de comprendre ? :)

Toujours sans les maths, si vous le voulez bien. L'explication est à rechercher dans les "pertes par gravité". Lorsque vous décollez et que vous mettez toute votre puissance, votre énergie, à la verticale, c'est comme si vous lutiez contre un élastique qui vous retient.

Raisonnons par les extrêmes, pour voir, avec une fusée dont le TWR est très faible, mettons 1.05, tout juste de quoi décoller. Une première fois, on la fait décoller à la verticale sans rien toucher d'autre. Au bout de 30s, elle a épuisé son carburant et retombe sur le pas de tir

On reprend l'exact même fusée mais on lui donne 2° d'angle vers l'océan dès le décollage : une partie du vecteur de poussée n'est plus dirigé à la verticale, elle ira encore moins haut !... Mais en revanche, à la fin, elle aura parcouru plusieurs centaines de mètres vers l'Est.

La première n'a fait travailler son énergie que dans une direction où l'effort n'est pas conservé, alors que l'autre à dédié une partie de son énergie dans une direction ou rien de s'oppose à son mouvement (en dehors des frottements de l'air, bien sur). Pas d'élastique !

C'est d'ailleurs ce qui fait l'essentiel d'un Gravity Turn pour la mise en orbite, on converti au mieux une ascension verticale en poussée horizontale, car c'est elle qui permet d'orbiter et toute poussée contre le sol est une poussée qui n'est pas entièrement conservée.

En poussant uniquement à la verticale pour notre exemple initial, une bonne partie du vecteur force est directement "consommé" par le fait que la fusée doit d'abord porter son propre poids et luter contre une force qui la rappelle continuellement sans jamais en dévier.

Dit grossièrement et sans maths, réaliser une orbite c'est donc "stocker" plus efficacement de l'énergie pour permettre ensuite de pousser à l'horizontal : en orbite, pour rehausser l'Ap vous poussez sur l'horizon depuis le Pe, c'est optimal, tout le vecteur est conservé !

Pour les altitudes les plus basses, cela ne vaut donc pas le coup car une mise en orbite ne représente quand même pas rien en énergie. Mais pour la fusée de l'exemple, rien que l'altitude d'environ 500km rend l'orbite basse préférable ! Rendez-vous compte ! C'est très peu :)

Mais est-ce que ce serait différent avec une autre fusée du coup ? Pour les mêmes ordres de grandeur, non. Une fusée "classique" avec de genre de TWR aura toujours intérêt à circulariser avant d'atteindre une altitude haute. Mais quid d'une fusée sonde avec un TWR démesuré ?

Hé bien plus le TWR sera élevé, plus l'altitude à partir de laquelle une orbite intermédiaire est plus efficace sera également élevée. Le TWR, c'est votre capacité à accélérer très fort, c'est le Thrust to Weight Ratio, aussi connu comme le RPP en français, Ratio Puissance/Poids.

En quoi ça joue ? Ce qui compte c'est le temps que vous passez à luter contre la pesanteur. Si votre fusée à un TWR de 2, alors elle accélère à 1G. Hé oui ! Il faut retrancher 1G lié à la pesanteur ! Chaque seconde, 9.81m/s2 sont imputées à votre accélération ! Douloureux…

Et une fusée sonde qui aurait un TWR de 20, un truc qui ressemble à un missile ? Son accélération sera de TWR-1, c'est à dire 20-1 = 19G : la pesanteur devient "marginale" ici, alors qu'elle représentait tout à l'heure 50% de la poussée !

C'est très précisément ce qui fait qu'un SuicideBurn est optimal pour vos atterrissages : vous devez écourtez autant que possible le temps que vous mettez à décélérer votre engin, pour diminuer votre temps d'exposition à la pesanteur qui incrémente de XXX m/s2 votre coût DeltaV !

Voilà qui termine ce petit Thread qui développera votre feeling et vos intuitions dans #KSP :) Pour aller haut, il faut aller vite, et pour aller vite, il faut pousser à la perpendiculaire du champ de pesanteur, là où le vecteur est conservé au mieux ! Ca vous a plu ?