Чисто теоретически можно запускать что-нибудь не только «в космос» (то есть, выше 100 километров), но и на орбиту, из любой точки Земли. Но до тех пор, пока человечеству доступны только реактивные двигатели (химические или иные другие), практически это невозможно. И беда не с мощностью — виноваты безопасность, логистика и физика.
Отбросим сразу соображения с пересечением линии Кармана (условная граница между атмосферой и космосом): военные придумали еще 80 лет назад, как поднять несколько центнеров или даже тонну-две выше сотни километров над уровнем моря. Пресловутая «Фау-2» в апогее достигала 176 километров уже в 1944 году. А вот чтобы покинуть гравитационный колодец Земли, необходимо для начала выйти на орбиту вокруг нее (строго говоря, на орбиту выходить необязательно, но вторая космическая скорость все равно выше первой, то есть минимальной для выхода на орбиту).
.Просто для того, чтобы один килограмм оказался на стабильной круговой околоземной орбите высотой 200 километров над уровнем моря, потребуется порядка 30 мегаджоулей. Грубо и округленно — это ровно то количество кинетической энергии, которое имеет килограмм чего угодно, движущийся со скоростью 7800 метров в секунду (E=1/2mv^2). Вдобавок потребуется компенсировать гравитационные потери; они, если говорить совсем упрощенно, по модулю равны потенциальной гравитационной энергии тела (U=mgh). В нашем случае — это еще около 2 мегаджоулей.
Суммарные примерно 32 мегаджоуля — меньше энергии, чем содержится в килограмме керосина. Проблема в том, что нет технологий, позволяющих передать ее мгновенно. Пока такие технологии не появились, приходится довольствоваться химическими ракетами. Которые поднимают не только полезную нагрузку, но и топливо для ее подъема, а также топливо для подъема этого топлива… Неизбежный порочный круг.
Накладываемые этой непростой ситуацией ограничения и диктуют правила расположения космодромов. Рабочее тело реактивных двигателей всегда будет сверхзвуковым, а значит, они будут ужасно шумными. Рядом с жилыми районами ракету не запустишь. Плюс, чтобы хоть немного разорвать вышеописанный порочный круг с топливом, нужны ступени, которые после завершения своей работы будут падать. Или же, в случае нештатной ситуации, вся ракета будет падать целиком. То есть требуются зоны отчуждения площадью во многие сотни квадратных километров. Это, кстати, и при альтернативных технологиях запуска пригодится, техника не может быть идеальной.
Не забываем, что ракету, полезную нагрузку и топливо надо к месту запуска доставить или прямо там произвести. Инфраструктура сама не возникает на ровном месте и стоит дорого, так что в горы или на полюса космодром перенести получится с трудом.
Геометрия нашей планеты помогает запускать ракеты — на экваторе выше всего линейная скорость вращения Земли, почти 464 метра в секунду. А на широте 45 градусов — уже всего 327,7 метра в секунду. Поскольку эта скорость складывается со скоростью ракеты, такая разница очень ощутима. Так, «Союз-2.1б/СТ-Б» на низкую околоземную орбиту может вывести 7,85 тонны с Плесецка (62 градуса северной широты), 8,25 тонны с Байконура (45 градусов) и целых 9,2 тонны с Куру во Французской Гвиане (5 градусов северной широты). Вне зависимости от используемых технологий запуска, эту разницу придется учитывать в любом случае.
Ну и самое главное, что накладывает ограничения — орбитальная механика. Подробнее мы касались этой темы в материале о противоспутниковом оружии. Универсальная «валюта» космонавтики — приращение скорости, она же характеристическая скорость, она же «дельта». Запуск на орбиту в 200 километров потребует десяти километров в секунду, но ее наклонение окажется равным широте космодрома. Для Байконура — это 45,6 градусов. Изменение наклонения — пожалуй, самая затратная процедура для космического аппарата. При запуске с полюса, чтобы перейти в экваториальную плоскость, нужно более 20,5 километра в секунду. От требуемой характеристической скорости напрямую зависит, сколько энергии нужно передать полезной нагрузке (или сжечь топлива).