суборбитальный полет что это такое простыми словами
Что такое суборбитальный полет
Космический туризм очень важен для науки — частные исследователи получили возможность проводить независимые космические эксперименты
Ричард Брэнсон 11 июля поднялся на высоту 86 километров на космическом самолете с ракетным двигателем, построенном его компанией Virgin Galactic. А 20 июля Джефф Безос на ракете New Shepard побывал на высоте 100 километров.
Оба аппарата хороши, но они сильно отличаются от обычных космических ракет. «Короче говоря, разница в том, что эти суборбитальные полеты проходят на недостаточной для выхода на орбиту скорости», — объясняет профессор астрофизики Стефан МакКэндлисс из Университета Джона Хопкинса в Мэриленде.
Говорить об орбите можно, когда боковой импульс космического корабля или спутника создает силу, идеально противостоящую земному притяжению. В результате корабль следует по изогнутой траектории, постоянно как бы падая на планету планете, но не приближаясь к ней.
Когда космический корабль запускается на орбиту, он сначала двигается вертикально, но затем начинает отклоняться и набирать горизонтальную скорость, которая позволяет ему занять орбиту и оставаться на ней. Однако сделать это непросто — горизонтальная скорость, необходимая для того, чтобы оставаться на орбите, зависит от высоты. Например, для низкой околоземной орбиты, которая проходит на высоте 240 км, она составляет около 7,9 км/с — это называется «первая космическая скорость».
«Чтобы поддерживать орбиту, корабль должен двигаться со скоростью почти 8 километров в секунду, — объясняет МакКэндлисс. — Вдобавок к этому вы должны подняться на высоту и пробиться сквозь атмосферу, а все это требует энергии».
По словам МакКэндлисса, любая ракета, у которой не хватает энергии для достижения первой космической скорости, будет следовать по параболической траектории, поднимаясь вверх, а затем снова опускаясь вниз. Но несмотря на то, что подобные полеты длятся недолго, пассажирам все равно открываются потрясающий вид на Землю, а также они проводят несколько минут невесомости. Это потому, что нисходящий участок траектории, по сути, является свободным падением, а сила тяжести действует как на пассажиров, так и на корабль одинаково — они падают внутри падающего корабля. То есть туристы испытывают все, что испытывают настоящие космонавты, но длится это недолго. Поэтому, с одной стороны, можно сказать, что они побывали в космосе.
С другой стороны, при возвращении кораблей на Землю влияние атмосферы нашей планеты начинает ощущаться на высоте 122 км, куда наши космические туристы не долетели. Другая версия гласит, что космос начинается с экзосферы, на высоте около 700 км. А самая строгая версия проводит границу космоса в 21 млн километров от Земли, где уже не ощущается гравитационное воздействие планеты.
Но те высоты (86 и 100 км), куда долетели Ричард Брэнсон и Джефф Безос, очень интересны для экспериментаторов в области космической физики, что дает еще один «голос» за то, что миллиардеры все же побывали в космосе, совершив суборбитальный полет по параболической траектории.
Суборбитальный космический полёт
Другое часто используемое определение:
Суборбитальный полёт — полёт аппарата с эллиптической скоростью по баллистической траектории с перицентром, находящимся ниже поверхности планеты, то есть без выхода на орбиту искусственного спутника планеты.
Согласно второму определению, суборбитальный полёт может осуществляться также при скоростях, превышающих по величине значение первой космической скорости вплоть до величины второй космической (параболической) скорости. Такие полёты возможны, например, при строго вертикальном наборе скорости, а также в других случаях, в которых вектор скорости аппарата в момент отключения двигателей ориентирован таким образом, что сформированная траектория имеет перицентр ниже поверхности планеты. При этом аппарат не может стать искусственным спутником планеты, несмотря на достаточную по величине скорость.
Согласно классификации Международной федерации аэронавтики (ФАИ), космическим считается полёт, высота которого превышает 100 км (линия Кармана). Согласно классификации Военно-воздушных сил США, космическим полётом считается полёт, высота которого превышает 50 миль (приблизительно 80 км), но фактически, полёт в верхних слоях атмосферы (Термосфера) не является таковым.
В конце 1940-х — начале 1950-х годов в Советском Союзе были проведены несколько пусков с достижением высот свыше 100 км. 24 октября 1946 года с помощью 35 мм кинокамеры, установленной на ракете «Фау-2» (V-2), запущенной с ракетного испытательного полигона Уайт Сандс Мессил (en:White Sands Missile Range) в Нью-Мексико, был получен снимок Земли с высоты 105 км. До того, имелись снимки Земли с высоты 22 км, полученные в рамках экспедиции воздушного шара «en:Explorer II» в 1935 году.
22 июля 1951 года состоялся суборбитальный полёт собак Дезик и Цыган на ракете «Р-1В», которые стали первыми животными, которые побывали на высоте 101 км и вернулись оттуда живыми. Полёты «Р-1Б» были предусмотрены как подготовительные по секретной программе «Проект ВР-190» суборбитальных полётов космонавтов, которая по официальным данным была отменена, хотя некоторые сторонники конспирологических теорий заговоров утверждают, что неудачные пилотируемые полёты всё-таки были совершены в 1957—1959 гг.
В 1960-х годах в США были осуществлены 15 пилотируемых суборбитальных полётов. Два полёта проведены по программе «Меркурий» (Mercury) — корабли «Фридом-7» (Freedom-7) и «Либерти Белл-7» (Liberty Bell-7) выводились на баллистическую траекторию ракетой-носителем «Редстоун» (Redstone). Оба этих полёта признаны космическими по версии МФА и ВВС США, а их пилоты стали первыми астронавтами США.
Тринадцать суборбитальных полётов были осуществлены на ракетном самолёте «Х-15А». Все эти тринадцать полётов признаны космическими по версии ВВС США. Только два полёта «Х-15А» (№ 3 и 4 в таблице) признаны космическими также и ФАИ.
В 1975 году во время вывода на орбиту корабля «Союз-18-1» произошёл отказ ракеты-носителя. В результате космический корабль на орбиту не вышел, а совершил полёт по суборбитальной траектории.
Три суборбитальных полёта (№ 6—8 в таблице) осуществлены впервые на частном космическом самолете «SpaceShipOne» (СпейсШипУан) (Космический Корабль № 1).
В рамках разворачивающегося в 2010-х гг. частного космического туризма суборбитальные полёты предлагаются широкой общественности на авиакосмических системах «SpaceShipTwo» и других, а также на ракетных системах «Tycho Brahe», «ARCASPACE — Stabilo», «New Shepard» и других. В США уже строится первый космопорт для осуществления регулярных суборбитальных полетов.
Также существуют проекты суборбитальных пассажирских авиалайнеров (например, «SpaceLiner» «Сура») и военных транспортников быстрого реагирования.
Суборбитальные полеты. Теперь — частная история
Александр Хохлов,
популяризатор космонавтики,
член Северо-Западной организации Федерации космонавтики РФ
«Троицкий вариант — Наука» № 15(334), 27 июля 2021 года
VSS Unity в полете с Ричардом Брэнсоном
11 июля 2021 года около 18 часов по Москве из космопорта America в штате Нью-Мексико в суборбитальный полет отправился ракетоплан VSS Unity, с максимальным подъемом на высоту 86 км. В экипаже было шесть человек: пилоты Дэйв Маккей и Майкл Масуччи и пассажиры — основатель компании Virgin Galactic, миллиардер Ричард Брэнсон, главный астронавт-инструктор компании Бет Мозес, старший операционный инженер Колин Беннетт и вице-президент по связям с правительством Сириша Бандла. Весь полет, включая совместный подъем с самолетом-носителем White Knight Two, занял около часа. В невесомости «астронавты» пробыли четыре минуты.
А уже 20 июля 2021 года, в день 52-й годовщины посадки американских астронавтов Нила Армстронга и Эдвина Олдрина на Луну, состоялся 11-минутный полет многоразовой суборбитальной ракетной системы New Shepard компании Blue Origin. На борту были Джефф и Марк Безосы, 82-летняя летчица Уолли Фанк и 18-летний Оливер Дэемен из Нидерландов, отец которого выиграл билет на этот полет на аукционе за 28 млн долл. И хотя невесомость внутри капсулы тоже была около четырех минут, но высота полета составила 107 км, примерно на 20 км выше, чем у Брэнсона, с пересечением условной линии Кармана.
New Shepard с экипажем Джеффа Безоса. Фото с сайта blueorigin.com
Этих полетов ждали не меньше десятилетия. Два главных конкурента по суборбитальному космическому туризму — Джефф Безос и Ричард Брэнсон — основали свои частные космические компании в 2000 и в 2004 году соответственно. Но даже прикосновение к космосу потребовало много усилий и времени.
Англичанин Ричард Брэнсон основал Virgin Galactic на волне успеха суборбитальной системы SpaceShipOne, созданной Бертом Рутаном в компании Scaled Composites на деньги соучредителя корпорации Microsoft Пола Аллена. Ракетоплан SpaceShipOne совершил три успешных полета выше 100 км, выиграв приз Ansari X-Prize в размере 10 млн долл. и став первым в истории частным космическим кораблем. Пилоты Майк Мелвилл и Брайан Бинни по очереди в 2004 году пересекли границу в 100 км, побив рекорд летчика-испытателя Джозефа Уокера, который 22 августа 1963 года на ракетоплане Х-15 поднялся на высоту 107,96 км.
Virgin Galactic создала более крупный пассажирский ракетоплан SpaceShipTwo. К сожалению, период испытаний затянулся и был прерван трагедией. Ракетоплан VSS Enterprise потерпел аварию 31 октября 2014 года, один из пилотов погиб.
На смену был построен ракетоплан VSS Unity, на котором и полетел на границу с космосом Ричард Брэнсон со своей командой. Схема полета SpaceShipTwo: аппарат поднимается в атмосферу на высоту около 15 км, будучи прикрепленным к двухфюзеляжному самолету-носителю White Knight Two. Отцепившись от носителя, VSS Unity запускает собственный ракетный двигатель, который работает 60 секунд, используя в качестве топлива полибутадиен и жидкую закись азота. Разогнавшись, ракетоплан по баллистической траектории поднимается на высоту выше 80 км. Там члены экипажа около четырех минут находятся в невесомости, могут расстегнуть ремни безопасности для свободного полета в кабине. У них есть возможность любоваться Землей с большой высоты через иллюминаторы. Затем пассажиры возвращаются в кресла, а пилоты в ручном режиме проводят торможение подвижным хвостовым оперением VSS Unity и в режиме планера сажают его на взлетно-посадочную полосу космопорта America — безопасность ракетоплана и пассажиров зависит от их мастерства.
Компания Blue Origin пошла по другому пути, изначально выбрав автоматическую схему полета. New Shepard — это многоразовая суборбитальная ракета и многоразовая обитаемая капсула, оснащенная системой аварийного спасения на случай ЧП. Высота ракеты вместе с установленным сверху кораблем примерно 15 м, диаметр — 6 м. Для полета используется водородно-кислородный ракетный двигатель BE-3 собственной разработки компании. Капсула оснащена шестью посадочными местами для экипажа, большими иллюминаторами (107×71 см) и тремя парашютами для приземления. Даже если не раскроется один парашют, еще два позволят ей сесть.
Обе транспортные системы достаточно надежны по герметичности и не предусматривают использования спасательных скафандров для экипажа.
Вице-президент Virgin Galactic по связям с правительством Сириша Бандла. Фото с сайта virgingalactic.com
Эти полеты не только ознаменовали начало суборбитального туризма — обе компании обещают выполнить по два пилотируемых полета в этом году, но и подняли вопрос о том, где же проходит граница космоса.
Blue Origin настаивает, что общепризнанная международная граница космоса находится на высоте 100 км — и это линия Кармана, которую использует Международная авиационная федерация для регистрации пилотируемой космонавтики. Но NASA, американские ВВС и Федеральное управление гражданской авиации считают, что граница космоса с точки зрения полетов людей расположена на высоте 80,45 км (50 миль) — и Брэнсон ее преодолел.
Напомним, в США в 50-х годах XX века инженер и физик венгерского происхождения Теодор фон Карман рассчитал высоту, на которую могут подниматься самолеты с помощью аэродинамических сил, — 83 км. Выше может летать только аппарат, оснащенный ракетным двигателем, — благодаря реактивному движению. Карман обратился в две международные федерации: астронавтическую и авиационную. Для первой эта высота оказалась слишком незначительной, а вот авиационная федерация внесла отметку 100 км в новый раздел по космическим рекордам. Тогда во многих странах использовали разные значения для миль, поэтому в качестве границы приняли круглое число в метрической системе.
С тех пор любой, кто хочет зарегистрировать рекорд по полету в космос, может это сделать только в том случае, если экипаж транспортного средства поднимется на высоту свыше 100 км.
Интересно, что в 2018 году Международная авиационная федерация объявила, что с учетом новых данных о суборбитальных полетах и новых расчетов она готова совместно с Международной астронавтической федерацией рассмотреть снижение линии Кармана до 80 км. Правда, пока решение не принято, но развитие космического туризма вполне может дать толчок к этому.
Однако линия Кармана не является в полном смысле международной границей космоса. Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях многократно поднимал вопрос о том, что нужно официально разделить воздушное и космическое пространство, но решение до сих пор не принято, во многом из-за позиции США, которые считают, что подобная граница может помешать развитию космонавтики. Россия предлагает договориться, что такая граница будет проходить на высоте, не превышающей 100–110 км над уровнем океана, при сохранении права пролета космических объектов на более низких высотах над территориями других государств для их вывода на орбиту и возвращения на Землю.
На фоне суборбитальной гонки «космических баронов», как часто называют Безоса и Брэнсона, а также Илона Маска, незамеченным прошел 70-летний юбилей первого суборбитального полета живых существ, которые вернулись на Землю целыми и невредимыми. 22 июля 1951 года советские собаки Цыган и Дезик на ракете-носителе 1-РБ, прямом потомке немецкой «Фау-2», поднялись на 88 км и благополучно приземлились в кабине на парашюте. Тогда полученные в этом и последующих полетах данные позволили продолжить работы по подготовке полета человека в космос.
Экипаж Джеффа Безоса. Фото с сайта blueorigin.com
До этого никто из космоса живым не возвращался (в США было несколько попыток запуска обезьян на трофейных «Фау-2», но они заканчивались трагично). Впервые США вернули животных после ракетного полета на 70 км 20 сентября 1951 года, но и они в итоге погибли из-за долгой эвакуации.
Если сейчас поставить вопрос, будет ли какая-то научная польза от новых суборбитальных полетов, то скорее нет — теперь это личная история людей, которые всю жизнь мечтали прикоснуться к космосу. Когда-то подъемы на самые высокие вершины гор, путешествия по океанам и перемещения на самолетах были уделом профессионалов, но со временем стали доступны энтузиастам. Теперь та же участь постигла и космические полеты, как суборбитальные, так и орбитальные.
Суборбитальный полет
Оглавление
требования
Космический полет является суборбитальным, когда орбитальная энергия ракеты недостаточна для выхода на орбиту. Точки пересечения достигнутой орбиты с земной поверхностью представляют собой начало и пункт назначения суборбитального полета.
О космическом полете говорят, когда пересекают границу с космосом. Существуют разные взгляды на расположение этого лимита. Общее определение взято из международной ассоциации воздушного спорта FAI ; соответственно, космос начинается на так называемой линии Кармана на высоте 100 км. С другой стороны, ВВС США уже оценивают полеты на расстояние более 50 миль (около 80,5 км) как космические.
Сравнение с орбитальными полетами
Суборбитальные самолеты, как правило, дешевле в разработке, строительстве и эксплуатации, чем орбитальные космические аппараты. Из-за их более низкой воздушной скорости им не нужна такая мощная двигательная установка или такие сложные теплозащитные агенты, чтобы выжить при возвращении с орбиты невредимыми. Итак, SpaceShipOne и SpaceShipTwo сделаны без значительной тепловой защиты, в то время как и Space Shuttle, и орбитальный космический корабль с посадочной капсулой, такой как Союз, из-за значительно более высокой деградированной кинетической энергии имеют массивные механизмы защиты от тепла. Нагрузка на конструкцию из-за сопротивления воздуха также ниже при повторном входе на более низкую скорость, так что самолет не должен быть таким прочным.
области применения
Исследовательские и испытательные полеты
Запуск орбитального самолета
Космический туризм
Туристические полеты на околоземную орбиту обходятся в десятки миллионов долларов, и возможности для полета ограничены. Чтобы продавать космические полеты более широкой аудитории, американские компании Scaled Composites и Blue Origin разработали суборбитальные космические самолеты для туристических целей. Оба дизайна все еще находятся на стадии тестирования. Оба приземлятся на одном космодроме или в том же космодроме, откуда началось путешествие.
Двухточечный транспорт
Профили задач военных межконтинентальных баллистических ракет и более крупных ракет средней дальности также соответствуют характеристикам суборбитального полета.
Возможны также межконтинентальные грузовые и пассажирские перевозки через космос. Таким образом, время полета между любым местом на Земле может быть сокращено до менее часа. И Virgin Galactic, и американская космическая компания SpaceX объявили в конце 2010-х годов, что они хотели бы предлагать такие межконтинентальные космические полеты в будущем.
История суборбитальных космических путешествий
Беспилотные полеты
24 октября 1946 года США впервые сфотографировали Землю из космоса с помощью усовершенствованного A4 / V2. Первые живые существа были доставлены в космос с помощью ракеты того же типа в последующие годы, в том числе обезьяна-резус Альберт II в качестве первого млекопитающего 14 июня 1949 года.
Пилотируемые полеты
На данный момент девять пилотируемых суборбитальных полетов превысили 100-километровый лимит:
Полет «Шепарда» 5 мая 1961 года проводится FAI в классе К-1 (суборбитальные пилотируемые полеты) как рекордный полет с наибольшей высотой (186,307 км), а также наибольшей массой использованного космического корабля (1832,51 кг). Прерванный старт космического корабля «Союз 18-1» 5 апреля 1975 года привел двух космонавтов Ласарева и Макарова на их космическом корабле массой 6830 кг на высоту 192 км, но эти непроизвольные лучшие результаты так и не были представлены в FAI для признания.
Суборбитальный полет
Смотреть что такое «Суборбитальный полет» в других словарях:
СУБОРБИТАЛЬНЫЙ ПОЛЕТ — движение космического летательного аппарата по баллистической траектории со скоростью, меньшей 1 й космической, т. е. без выхода на орбиту искусственного спутника Земли. Проведено 2 суборбитальных полета с космонавтами по программе Меркурий (1961 … Большой Энциклопедический словарь
Суборбитальный полет — … Википедия
суборбитальный полёт — движение космического летательного аппарата по баллистической траектории со скоростью, меньшей 1 й космической, то есть без выхода на орбиту ИСЗ. Проведено 2 суборбитальных полета с космонавтами по программе «Меркурий» (1961, США) и 1 по… … Энциклопедический словарь
Суборбитальный космический корабль SpaceShipTwo — SpaceShipTwo (SS2) частный пилотируемый суборбитальный космический корабль, который был создан для доставки туристов в космос. Сконструировал корабль авиаконструктор Берт Рутан и его компания Scaled Composites для американской компании Virgin… … Энциклопедия ньюсмейкеров
СУБОРБИТАЛЬНЫЙ ПОЛЁТ — (от латинского sub под, около и орбита), полет космического аппарата по баллистической траектории со скоростью меньшей 1 й космической, т.е. без выхода на орбиту искусственного спутника Земли … Современная энциклопедия
суборбитальный — ая, ое ( … Словарь иностранных слов русского языка
Космический полет — Пилотируемый космический полёт путешествие человека в космос, на орбиту Земли и за её пределы, выполняемое с помощью пилотируемых космических аппаратов. Доставка человека в космос выполняется при помощи космических кораблей. Долговременное… … Википедия
Пилотируемый космический полет — Пилотируемый космический полёт путешествие человека в космос, на орбиту Земли и за её пределы, выполняемое с помощью пилотируемых космических аппаратов. Доставка человека в космос выполняется при помощи космических кораблей. Долговременное… … Википедия