Tutte le sonde interplanetarie di cui sono a conoscenza sono state lanciate in un'orbita di parcheggio e quindi hanno aspettato un po 'di tempo in quell'orbita prima di riavviare uno stadio o accenderne un altro per iniettare l'asintoto in uscita desiderato. Questo viene fatto per comodità per consentire lunghe finestre di lancio nei giorni del periodo di lancio. È possibile e leggermente più efficiente lanciarsi direttamente dalla piattaforma di lancio alla traiettoria interplanetaria, ma avrai una finestra di lancio istantanea e la tua piattaforma di lancio deve attraversare il piano della traiettoria in uscita per ottenere quell'efficienza. Le finestre di lancio istantanee sono rischiose, poiché se c'è un problema come una barca dove non dovrebbe essere, non si vara quel giorno. Con la finestra più lunga offerta dall'entrare prima in un'orbita di parcheggio, spesso un'ora o più, hai tempo per rimediare al problema e continuare a lanciarlo.

(Per inciso, ho lavorato a un progetto, che era successivamente annullato, avrebbe utilizzato un Ariane 5 per il lancio su Marte. Il problema era che il suo stadio superiore al momento non aveva una capacità di riavvio qualificata. Di conseguenza, abbiamo dovuto pianificare di iniettare direttamente dalla rampa di lancio con nessuna orbita di parcheggio. Sebbene il sito di lancio della Guyana francese fosse fortuitamente vicino a dove avremmo voluto per quell'opportunità, non era esattamente giusto, quindi abbiamo dovuto incorrere in qualche inefficienza con una manovra di dog-leg per andare nel modo giusto.)

Nella maggior parte dei casi l'attesa nell'orbita del parcheggio è misurata in decine di minuti. Spesso riavvii una seconda fase con una durata della batteria limitata, quindi non vuoi aspettare più di un'orbita. Per avere un periodo di lancio di due settimane o più, è necessario accettare una certa inefficienza nelle energie di iniezione più elevate prima e dopo il giorno ottimale.

L'India sta facendo qualcosa di leggermente diverso, che presenta alcuni rischi ma offre una maggiore efficienza. Hanno un giorno di partenza fisso dall'orbita terrestre con la più piccola energia di iniezione. Ogni volta che si lanciano, aspettano in orbita terrestre fino a quel giorno benedetto, e poi se ne vanno. Ciò significa che hanno bisogno di uno stadio superiore con una vita più lunga. Tra i lati positivi, la suddivisione della combustione dell'iniezione in più pezzi, eseguita a ciascun perigeo, consente al motore di essere molto più piccolo e leggero di un tipico motore a stadio superiore che sta cercando di far uscire tutto il carburante in una singola combustione vicino alla Terra.

Come notato nelle altre risposte, l'iniezione brucia se eseguita 20 minuti dopo o 20 giorni dopo, al perigeo per la variazione massima di energia per unità di $ \ Delta V $. Metterò un'equazione qui solo per divertimento. Nella fisica di base impari l'equazione per l'energia cinetica: $ K = {m v ^ 2 \ over 2} $. Se differenzi questo rispetto a $ v $, ottieni $ dK = m v \, dv $. Quindi la tua variazione di energia è proporzionale alla tua velocità moltiplicata per $ \ Delta V $. Più velocemente vai, maggiore è la variazione di energia che ottieni per un $ \ Delta V $ fisso. Stai andando il più veloce al perigeo. Questo è noto come effetto Oberth.

Come ha detto @Ame, il razzo non aveva abbastanza carburante per metterlo lì in un colpo solo, come fanno la maggior parte dei razzi americani / russi. Tuttavia, la fisica reale dietro la manovra orbitale è leggermente diversa da quella descritta. Nello specifico, la fisica è chiamata effetto Oberth. La breve spiegazione di ciò è che una spinta di un razzo è più efficace se eseguita al perigeo. Sparare il razzo durante i successivi passaggi del perigeo migliorerà l'efficienza, consentendo in definitiva di avere la massima efficienza nelle esplosioni del proprio razzo. Un vero assistente gravitazionale non utilizza alcun propulsore, ma questo effetto essenzialmente amplifica l'efficacia della spinta.

Ci sono diversi motivi per cui i satelliti devono orbitare attorno alla Terra prima di diventare interplanetari ...

Il primo motivo: il sito di lancio è molto raramente nella posizione giusta per iniziare un volo interplanetario. La Terra ruota su un'inclinazione, quindi un lancio deve essere programmato quando il Kennedy Space Center attraversa il piano dell'eclittica (il piano generale su cui orbita la maggior parte dei pianeti). Inoltre, deve essere nella stagione giusta, in modo che quando la sonda va in orbita finisce per essere diretta nella giusta direzione quando lascia il SOI terrestre. Tutto questo è possibile con un profilo di ascesa diretta, ci vuole solo un ottimo tempismo, ma queste finestre perfette arrivano molto raramente.

Qualsiasi sonda che fa un'orbita eclittica attorno alla Terra, in primo luogo, ha una finestra di lancio praticamente ogni 45 minuti, un paio di volte all'anno.

La seconda ragione: la quantità di Delta-V necessaria per sfuggire al SOI terrestre è piuttosto grande. Sebbene sia possibile costruire razzi abbastanza grandi per farlo, il fattore limitante è in realtà l'efficienza del tipico carburante per razzi e dei motori a razzo.

Per sollevare una sonda dall'orbita terrestre con un razzo ci vuole un bel razzo. Quel pesante razzo deve essere sollevato nell'orbita terrestre bassa, il che richiede un enorme razzo.

Un modo per migliorare questo fatto è rendere il tuo razzo molto più efficiente, ma siamo già vicini al limite di efficienza teorico di un razzo chimico. Quindi la NASA ha iniziato a utilizzare la propulsione ION, che è molto più efficiente di un razzo chimico - è anche molto debole - che è la terza ragione ...

La terza ragione: ora che la maggior parte delle sonde usa la propulsione ionica, non lo fanno non hanno la spinta per espellersi da terra in un'ascesa diretta - trascorrono settimane con il propulsore Ion che spinge per un po '(pochi minuti) in un punto chiave dell'orbita. Ogni volta che il motore ionico esegue questa operazione, la loro orbita si avvicina sempre di più alla velocità di fuga dalla Terra.

Una volta che la sonda è fuori dalla SOI terrestre, può fondamentalmente accendere il motore ionico e lasciarlo lì per tutto il tempo che vuole completare le manovre interplanetarie. Di solito, la maggior parte delle manovre tra i pianeti sono piccole correzioni di rotta per sfruttare un fly-by planetario per sling-shot a velocità molto più elevate.

TL; DR? Molte ragioni: Timing - posizione di lancio e orientamento orbitale significano poche buone finestre di lancio per l'ascesa diretta, raggiungere prima l'orbita consente molte più opzioni Troppo carburante necessario - Ottenere una sonda dalla terra richiede molto propellente chimico, quindi ora utilizziamo invece motori a ioni. impiega molto tempo (settimane!) perché questi motori altamente efficienti facciano il loro lavoro.

Nel caso del PSLV indiano, il veicolo di lancio non è abbastanza potente da inserire la sonda Mars Orbiter Mission direttamente su una rotta verso Marte . Al contrario, MAVEN deve essere lanciato utilizzando il molto più potente Atlas V.

La sonda deve utilizzare l ' assistenza gravitazionale per ottenere una velocità sufficiente per viaggiare verso Marte. Cioè la sonda entra prima in un'orbita altamente ellittica e utilizza brevi ustioni temporizzate appositamente per ottenere un'accelerazione dovuta alla gravità terrestre e al movimento intorno al sole. Soprattutto il movimento della Terra rispetto al sole e alla sonda è qui di aiuto, poiché questo impulso viene aggiunto all'impulso esistente della sonda. L'immagine nell'articolo di Wikipedia è abbastanza significativa:

Prima di arrivare a tutti gli altri vantaggi, iniziamo con quello unico, essenziale.

Un razzo che galleggia sul posto (non vola affatto in alto, si limita a librarsi sopra la piattaforma di lancio) deve generare abbastanza spinta altrimenti gli darebbe un'accelerazione di $ 9,8 m / s ^ 2 $ (1g) in volo orizzontale. È un bel po ', ed è tutta una spinta sprecata. Se ti lanci direttamente verso l'alto, l'accelerazione gravitazionale terrestre è ciò che devi sottrarre dalla tua accelerazione in ogni momento. Ogni secondo, non importa in che altro spendi il tuo carburante, devi spendere una buona dose per non cadere.

Ora, un razzo che si muove orizzontalmente in orbita non usa carburante per mantenere l'altitudine . Ogni singolo grammo viene utilizzato per aumentare la sua energia cinetica. In questo modo, la tua prima priorità non appena riduci l'attrito dell'aria a livelli gestibili è entrare in orbita e smettere di sprecare carburante cercando di evitare di cadere. L'energia che metti nell'accelerazione alla velocità orbitale è ancora utilizzabile, la aggiungerai alla tua velocità nel viaggio interplanetario e ora viene immagazzinata in modo sicuro come energia cinetica.

Ora, una volta in orbita puoi farlo ogni tipo di manovra utile a tuo piacimento, passa a motori con impulso specifico migliore ma spinta inferiore e non sprecare altro carburante.

La sonda New Horizons, se ho letto correttamente l'articolo di Wikipedia, non è rimasta nella sua orbita di parcheggio per un'orbita completa. Meno di 45 minuti dopo il lancio, era già sulla sua traiettoria di fuga solare. Ma ha trascorso del tempo su un percorso orbitale che gli ha permesso di raggiungere la posizione giusta affinché la bruciatura sfuggisse alla velocità, coerentemente con le altre risposte fornite. Ma, se ti chiedevi perché tutte le sonde passano il tempo a fare il giro della terra prima di partire, la risposta è che almeno una sonda no.