что значит суборбитальный космический полет
Суборбитальный космический полёт
Суборбитальный космический полёт — космический полёт летательного аппарата по баллистической траектории со скоростью, меньшей первой космической, то есть недостаточной для вывода на орбиту искусственного спутника Земли.
Другое часто используемое определение:
Согласно второму определению, суборбитальный космический 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).
В конце 1940— начале 1950 годов в Советском Союзе были проведены несколько пусков с достижением высот свыше 100 км. 22 июля 1951 года состоялся суборбитальный полёт собак Дезик и Цыган на Р-1В, которые стали первыми животными, успешно возвращенными из космоса.
В 1960 годах в США были осуществлены 15 суборбитальных пилотируемых космических полётов. Два полёта по программе «Меркурий» (Mercury) — космические корабли «Фридом-7» (Freedom-7) и «Либерти Белл-7» (Liberty Bell-7) выводились на баллистическую орбиту ракетой-носителем «Редстоун» (Redstone). Оба этих полёта признаны космическими по версии МФА и ВВС 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).
Суборбитальный и орбитальный космический туризм, в чем разница?
Cosmos Agency • Космический туризм • Суборбитальный и орбитальный космический туризм, в чем разница?
Суборбитальный и орбитальный полет — это две совершенно разные вещи. Сравнивать суборбитальную ракету с орбитальной ракетой — то же, что сравнивать машину, которая движется со скоростью не более 30 км/ч с автомобилем, который легко достигает 200 км/ч. Разница фундаментальна, и ее мы сейчас попытаемся объяснить.
Орбитальный космический полет
Чтобы понять, что такое «орбитальный», представьте, что вы бросаете мяч. В любой точке Земли траектория мяча будет приближена к кривой под названием парабола. Чем сильнее вы бросили мяч, тем прямее (с меньшей кривизной) будет его траектория. Если мяч бросить очень сильно, кривизна его траектории может приблизиться к кривизне Земли. При этом, если мяч забросить в космический вакуум, он будет летать вокруг Земли, так и не падая на поверхность. Именно это происходит при запуске спутника, когда его успешно «забрасывают» ракетой на орбиту вокруг Земли. В таком случае мы говорим об орбитальном космическом полете.
Суборбитальный космический полет
Мы рассматриваем суборбитальный полет как любой полет за пределы атмосферы Земли с максимальной скоростью ниже орбитальной.
Если ракета не достигает орбитальной скорости, она начинает падение на Землю и возвращается в атмосферу в течение нескольких минут после выключения двигателя.
Скорости, необходимые для суборбитальных полетов
Ракета, которая движется по вертикальной траектории, достигнет высшей точки в момент выключения двигателя. Вот несколько примеров скорости, необходимой для достижения заданной высоты по вертикальной траектории:
| Высота | Необходимая скорость |
|---|---|
| 100 км | 950 м/с (2,9 М) |
| 200 км | 1650 м/с (5,1 М) |
| 400 км | 2500 м/с (7,7 М) |
Когда ракета покинет атмосферу, а ее двигатель выключится, пассажиры испытают мнимую невесомость и смогут свободно парить по кабине, если отстегнут ремни безопасности.
Время действия микрогравитации
Микрогравитация заканчивается, когда ракета снова входит в атмосферу. Сколько продлится зона микрогравитации, в основном зависит только от набранной во время полета высоты. Немного примеров:
| Высота | Время действия микрогравитации |
|---|---|
| 100 км | 3 мин 10 сек |
| 200 км | 5 мин 45 сек |
| 400 км | 9 мин 10 сек |
Заключение
Скорость, необходимая, чтобы достичь высоты в 100 км во время суборбитального полета (950 м/с), в 8 раз меньше, чем орбитальная скорость (7780 м/с). Эта огромная разница значительно влияет на конструкцию летательного аппарата. Поэтому суборбитальные аппараты меньше в размере и массе, технически проще, и, следовательно, дешевле в проектировании и эксплуатации. Но, важнее всего, они могут быть безопасными и многоразовыми.
На наш взгляд, безопасность и возможность многократного использования — это ключ к успеху коммерческого суборбитального полета.
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.
СУБОРБИТА́ЛЬНЫЙ ПОЛЁТ
Том 31. Москва, 2016, стр. 361-362
Скопировать библиографическую ссылку:
СУБОРБИТА́ЛЬНЫЙ ПОЛЁТ, полёт КА или гиперзвукового самолёта по баллистич. траектории со скоростью меньше 1-й космической, т. е. без выхода на орбиту ИСЗ. С. п. состоит из активного участка полёта при работающих двигателях (разгон с набором высоты), участка полёта по баллистич. траектории, участка торможения в плотных слоях атмосферы и спуска. В 1960–70-х гг. С. п. проводились в США по программе «Меркурий». Из них наиболее важными были запуски пилотируемых эксперим. КК с помощью ракет «Редстоун» (А. Шепард – 5.5.1961, время полёта 15 мин 28 с, В. Гриссом – 21.7.1961, 15 мин 37 с), полёт на гиперзвуковом самолёте Х-15 (скорость ок. 6000 км/ч, выс. до 100 км). С. п. совершил 5.4.1975 КК «Союз-18-1» (экипаж – В. Г. Лазарев, О. Г. Макаров), который из-за отказа ракеты-носителя не вышел на расчётную орбиту и произвёл посадку на Землю (время полёта 21 мин 27 с). Осуществлены С. п. на космич. самолёте многоразового пользования «SpaceShipOne» (США); первый полёт совершил 29.9.2004 М. Мелвилл (выс. 102,93 км). С развитием космич. туризма разрабатываются проекты суборбитальных пассажирских авиалайнеров.
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.