Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ракеты Space Shuttle Discovery достигают орбитальной скорости сразу после отделения ракеты-носителя.

Орбитальный космический полет (или орбитальный полет ) представляет собой космический полет , в котором космический аппарат находится на траектории , где она могла бы остаться в пространстве , по меньшей мере , одной орбиты . Чтобы сделать это вокруг Земли , он должен двигаться по свободной траектории с высотой в перигее (высота при наибольшем сближении) около 80 километров (50 миль); это граница космоса, определенная НАСА , ВВС США и FAA . Чтобы оставаться на орбите на этой высоте, требуется орбитальная скорость.~ 7,8 км / с. Орбитальная скорость ниже для более высоких орбит, но для их достижения требуется большая дельта-v .

Из-за сопротивления атмосферы минимальная высота, на которой объект на круговой орбите может совершить хотя бы один полный оборот без движения, составляет примерно 150 километров (93 мили).

Выражение «орбитальный космический полет» в основном используется для отличия от суборбитальных космических полетов , которые представляют собой полеты, при которых апогей космического корабля достигает космоса, но перигей слишком низок. [1]

Орбитальный запуск [ править ]

Орбитальный полет человека в космос
ИмяПервый запускПоследний запускЗапускает
Восток1961 г.1963 г.6
Меркурий1962 г.1963 г.4
Восход1964 г.1965 г.2
Близнецы1965 г.1966 г.10
Союз1967Непрерывный141
Аполлон1968 г.1975 г.15
Шаттл19812011 г.134
Шэньчжоу2003 г.Непрерывный6
Crew Dragon2020 г.Непрерывный2
Общий--320

Орбитальные космические полеты с Земли осуществлялись только с помощью ракет-носителей , в которых в качестве движения используются ракетные двигатели . Чтобы достичь орбиты, ракета должна сообщить полезной нагрузке дельта-v около 9,3–10 км / с. Это значение в основном (~ 7,8 км / с) для горизонтального ускорения, необходимого для достижения орбитальной скорости, но учитывает атмосферное сопротивление (приблизительно 300 м / с с баллистическим коэффициентом 20-метрового транспортного средства на плотном топливе), гравитационные потери (в зависимости от время горения и детали траектории и ракеты-носителя) и набора высоты.

Основной проверенный метод включает запуск почти вертикально на несколько километров при выполнении гравитационного поворота , а затем постепенное выравнивание траектории на высоте более 170 км и ускорение по горизонтальной траектории (с ракетой, наклоненной вверх, чтобы бороться с гравитацией и поддерживать высоту ) на 5–8 минут горения до достижения орбитальной скорости. В настоящее время для достижения требуемой дельта-v необходимо 2–4 этапа . Большинство запусков осуществляется одноразовыми пусковыми системами .

Ракета Pegasus для малых спутников вместо этого запускается с самолета на высоте 39 000 футов (12 км).

Было предложено множество методов достижения орбитального космического полета, которые потенциально могут быть гораздо более доступными, чем ракеты. Некоторые из этих идей, такие как космический лифт и ротоватор , требуют новых материалов, намного более прочных, чем любые известные в настоящее время. Другие предложенные идеи включают в себя землю ускорители , такая как циклы запуска , ракеты помощи авиация / КЛИ , такие как Reaction Engines Скайлн , ГПВРД питания К и РБТП питание К. Пуск пушки предложен для груза.

С 2015 года SpaceX продемонстрировала значительный прогресс в своем более постепенном подходе к снижению стоимости орбитальных космических полетов. Их потенциал для снижения затрат поступает в основном из пионеров пропульсивной посадки с их многоразовыми ракетной разгонной ступенью, а также их капсулой Dragon , но также включает в себя повторное использовании других компонентов , такие как полезные нагрузке обтекатели и использование 3D печати из суперсплава построить более эффективными ракетные двигатели, такие как их SuperDraco . На начальных этапах этих усовершенствований стоимость орбитального запуска может снизиться на порядок. [2]

Стабильность [ править ]

Международная космическая станция во время строительства на орбите Земли в 2001 году должен периодически повторно форсированная до сохранить свою орбиту
Основная статья: Орбитальный распад

Объект, находящийся на орбите на высоте менее 200 км, считается нестабильным из-за сопротивления атмосферы . Для того, чтобы спутник находился на стабильной орбите (т. Е. Устойчиво в течение более нескольких месяцев), 350 км является более стандартной высотой для низкой околоземной орбиты . Например, 1 февраля 1958 года спутник Explorer 1 был выведен на орбиту с перигеем 358 километров (222 мили). [3] Он оставался на орбите более 12 лет до своего возвращения в атмосферу над Тихим океаном 31 марта 1970 года.

Однако точное поведение объектов на орбите зависит от высоты , их баллистического коэффициента и деталей космической погоды, которые могут влиять на высоту верхних слоев атмосферы.

Орбиты [ править ]

Основная статья: Геоцентрическая орбита

Существует три основных "диапазона" орбиты вокруг Земли: низкая околоземная орбита (LEO), средняя околоземная орбита (MEO) и геостационарная орбита (GEO).

Из-за орбитальной механики орбиты находятся в определенной, в основном фиксированной плоскости вокруг Земли, которая совпадает с центром Земли и может быть наклонена по отношению к экватору. Земля вращается вокруг своей оси в пределах этой орбиты, и относительное движение космического корабля и движение поверхности Земли определяют положение, в котором космический корабль появляется в небе с земли, и какие части Земли видны с космического корабля.

Опустив вертикаль вниз к поверхности Земли, можно рассчитать наземный трек, который показывает, над какой частью Земли находится космический корабль, и это полезно для визуализации орбиты.

Орбитальный маневр [ править ]

Основная статья: Орбитальный маневр
Двигатели прямого управления реакцией Space Shuttle

В космическом полете , орбитальный маневр является использование двигательных систем , чтобы изменить орбиту в виде космического корабля . Для космических аппаратов, далеких от Земли, например, находящихся на орбитах вокруг Солнца, орбитальный маневр называется маневром в дальнем космосе (DSM) .

Спуск с орбиты и повторный вход [ править ]

Основная статья: Вход в атмосферу

Возвращающиеся космические корабли (включая все потенциально пилотируемые корабли) должны найти способ максимально замедлить движение, пока они все еще находятся в более высоких слоях атмосферы, и избежать удара о землю ( лито-торможение ) или возгорания. Для многих орбитальных космических полетов начальное замедление обеспечивается включением ракетных двигателей корабля, вызывающим возмущение орбиты (путем опускания перигея вниз в атмосферу) на суборбитальную траекторию. Многие космические аппараты на низкой околоземной орбите (например, наноспутники или космические аппараты, которые исчерпали запас топлива на станции или не работают по другим причинам) решают проблему замедления с орбитальной скорости за счет использования атмосферного сопротивления (аэродинамическое торможение).) для обеспечения начального замедления. Во всех случаях, как только начальное замедление опустило перигей орбиты в мезосферу , все космические аппараты теряют большую часть оставшейся скорости и, следовательно, кинетической энергии из-за эффекта аэродинамического торможения .

Преднамеренное аэродинамическое торможение достигается за счет ориентации возвращающегося космического корабля таким образом, чтобы тепловые экраны были направлены вперед к атмосфере для защиты от высоких температур, создаваемых атмосферным сжатием и трением, вызванным прохождением через атмосферу на гиперзвуковых скоростях. Тепловая энергия рассеивается в основном за счет сжатия и нагрева воздуха в ударной волне впереди транспортного средства с использованием тупой формы теплозащитного экрана с целью минимизации тепла, попадающего в транспортное средство.

Суборбитальные космические полеты, будучи на гораздо меньшей скорости, не генерируют столько тепла [ требуется дальнейшее объяснение ] при повторном входе в атмосферу.

Даже если орбитальные объекты являются расходными материалами, большинство [ количественно ] космических властей [ необходим пример ] настаивают на контролируемых повторных вхождениях, чтобы минимизировать опасность для жизни и имущества на планете. [ необходима цитата ]

История [ править ]

  • Спутник-1 был первым созданным человеком объектом, совершившим орбитальный космический полет. Он был спущен на воду 4 октября 1957 года Советским Союзом.
  • "Восток-1" , запущенный Советским Союзом 12 апреля 1961 года на борту самолета Юрия Гагарина , стал первым успешным космическим полетом человека, достигшим околоземной орбиты.
  • "Восток-6" , запущенный Советским Союзом 16 июня 1963 года на борту Валентины Терешковой , стал первым успешным космическим полетом женщины, достигшей околоземной орбиты.
  • Crew Dragon Demo-2 , запущенный SpaceX и США 30 мая 2020 года, стал первым успешным пилотируемым космическим полетом частной компании, достигшим околоземной орбиты.

См. Также [ править ]

  • Список орбит
  • Запуск ракеты
  • Нераакетный запуск в космос
  • Космопорт , включая список площадок для орбитальных запусков

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Февраль 2020, Адам Манн 10. «В чем разница между орбитальным и суборбитальным космическими полетами?» . Space.com . Дата обращения 13 июля 2020 .
  2. ^ Бельфиоре Майкл (9 декабря 2013). «Ракетчик» . Внешняя политика . Проверено 11 декабря 2013 года .
  3. ^ "Explorer 1 - NSSDC ID: 1958-001A" . НАСА.