что означает суборбитальный корабль

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).

Источник

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.

Источник

К баллистическому будущему: что такое суборбитальные траектории и как по ним будут летать космические аппараты

Траектория движения современных космических аппаратов строится с учетом самых разных соображений, в число которых входит и комфортабельность полета. По мере увеличения количества людей на борту этот фактор становится для конструкторов не менее важным, чем энергетические и экономические параметры кораблей.

20 декабря 2019 года состоялся запуск американского космического корабля CST-100 Starliner (Сrew Space Transportation) разработки Boeing. Первый полет вышел нештатным, но не аварийным. Спустя двое суток аппарат успешно приземлился на полигоне Уайт-Сэндс. Ничего особенного, пуск как пуск.

По методу шаттла

Однако в баллистике этого и дальнейших запусков «Старлайнера» есть особенность. Ракета выводит его не на космическую орбиту, а на суборбитальную траекторию. Формирует такую траекторию вторая ступень – кислородно-водородный дедушка «Центавр», реальный космический паровоз, движимый силой водяного пара. Целевая орбита, на которую он доставляет Starliner, при космическом апогее высотой 188 км получает перигей высотой 73 км. Это атмосфера. Если «Старлайнер» пройдет такой перигей, он упадет. Поэтому после отделения от «Центавра» на суборбитальной траектории корабль доразгоняется для выхода на орбиту 40-секундным включением собственных двигателей.

Эта схема баллистически повторяет выведение Space Shuttle, запускавшегося твердотопливными ускорителями и своими главными двигателями на суборбитальную кривую. Там шаттл сбрасывал топливный бак, летевший по этой траектории вплоть до входа в атмосферу, и переходил на космическую орбиту с помощью двигателей орбитального маневрирования.

Starliner копирует баллистику шаттла до момента включения своих двигателей через 30 минут после старта. А отработавший «Центавр» валится в океан по суборбитальной траектории, которую он сформировал себе и кораблю.

Путь внутрь Земли

Зачем «Старлайнеру» эти фокусы с суборбитальной траекторией? Такие траектории бывают разных форм, но у всех единая баллистическая основа – эллипс орбитального обращения тела вокруг центра масс Земли. И по уравнению движения, и по своей сути. Эти эллипсы частично проходят под поверхностью планеты, пересекая ее в точках, которые при движении тела по такой орбите становятся точками входа (падения) и выхода (старта). Часть орбиты над поверхностью Земли называется суборбитальной траекторией. Тело на ней не должно делать полного реального витка.

В остальном суборбитальные траектории заметно различаются. Так, боеголовки межконтинентальных ракет большой дальности поднимаются на сотни километров за атмосферу, но, имея подземный перигей, входят в плотные слои с приличным углом наклона – 10–20 градусов к горизонту. На какую глубину опустится в Землю перигей и где именно, вопрос расчета таких траекторий.

Вторая ступень принимает от первой эллиптическое движение с перигеем глубоко в мантии планеты. Ее задача – вывести перигей на поверхность и дальше в космос, на нужную высоту. По запланированному уровню подъема легко оценить требуемую энергию, работу ступени, количество топлива, время полета на главной тяге и другие параметры. Вторая ступень «раздувает» вокруг Земли суборбитальную траекторию, полученную от первой, поднимая перигей из глубин. Высота, на которой следует прекратить подъем, определяется командой на выключение двигателя.

Специалисты по динамике полета выбрали высоту 73 км. Но если перигей нужен в плотных слоях, почему не оставить его в нижней стратосфере, на высоте 15–20 км? И почему сразу не вывести его за пределы атмосферы, получив полностью космическую орбиту?

Какие будут версии?

Для начала можно предположить, что высота перигея позволяет снизить запас топлива в корабле. Чем выше перигей, тем меньшая скорость нужна, чтобы поднять его в космос до заданной высоты. Но зачем тогда перигей в атмосфере? Возможны технические резоны – например, исключить выход на аварийные космические орбиты с недопустимо долгим пребыванием на них (что плохо и для экипажа, и для батарей). Если это не орбита, при аварийном отделении корабль войдет в плотные слои, причем его возвращение будет вполне штатным. А значит, при некоторых отказах суборбитальная траектория автоматически обеспечит нормальную посадку.

Как вторая ступень, задавшая атмосферный перигей на 73 км, будет подходить к нему в реальности? При невысоком апогее, 188 км, обе точки в масштабах планеты малозаметны. В них орбита практически совпадает по кривизне с самой Землей. Траектория в тысячекилометровой окрестности перигея почти горизонтальна; углы ее наклона – порядка градуса, да и то на краях зоны, где они всегда больше. Ступень, очень полого снижаясь, будет долго тормозиться самыми верхами атмосферы, при этом не накапливая энергию снижения, стремящегося к нулю в окрестности перигея. Постепенно нарастающая аэродинамика суммирует торможение аппарата. В итоге ступень и посадочный аппарат настолько потеряют скорость, что не дойдут до перигея сотни километров.

Слишком растянутое торможение дает большее рассеивание точек приземления. Зачем задавать настолько долгий горизонтальный участок? С перигеем в 1000 км под землей наклон будет больше, торможение интенсивнее и короче, а разброс точек падения меньше.

С заботой о людях

Смысл суборбитальной траектории выведения пилотируемого корабля заключается в снижении перегрузки при аварийном входе в атмосферу. Это важно для шести человек на борту. Небольшую перегрузку, превышающую нашу привычную всего в два раза, легко перенесут люди любого возраста и состояния здоровья – такая возникает, например, на американских горках и не наносит вреда катающимся. При сегодняшних аварийных пусках баллистический вход гораздо жестче, перегрузка достигает 6–8 g. Это вполне обычные летные условия, но только для тренированных пилотов.

Случались перегрузки и намного сильнее. Так, при падении «Союза-18/1» 5 апреля 1975 года Василий Лазарев и Олег Макаров испытали на себе более 21 g. Верхняя точка аварийной траектории пришлась на высоту 192 км, откуда корабль устремился в атмосферу. Вертикальная составляющая скорости оказалась большой и наклонила угол входа вниз. Сближение с нижними слоями было стремительным. Накопленная энергия падения, даже расходуясь на сопротивление воздуха, легко поддерживала высокую скорость до самых плотных слоев, в которых аэродинамическое сопротивление выросло в десятки раз. В результате сочетания «высокая скорость – плотные слои» торможение вышло очень сильным, от возникших перегрузок даже тренированный экипаж едва не погиб.

Чтобы не допустить такой интенсивности входа при аварии, вторая ступень растягивает путь воздушного торможения полезной нагрузки, проводя в районе перигея траекторию почти (а в перигее точно) горизонтально по самым верхним слоям атмосферы. Опустить перигей в атмосферу на такую глубину, чтобы перегрузки не превышали пары единиц, несложная вычислительная задача. Корабль в сценариях аварийного отделения от ступени движется по подобной траектории.

Даже если ступень отработала нормально, на корабле могут возникнуть критические отказы при довыведении на орбиту. Это опасная ситуация, а значит, его необходимо быстро посадить на Землю.
Здесь тоже пригодится аварийная траектория с сильно растянутыми во времени и потому ослабленными перегрузками.

На пороге эпохи

В каком-то смысле все описанное – шаг к будущей пассажирской баллистике. Допустим, Илон Маск – или не Маск, а кто-то еще – создаст аппарат, перевозящий сразу сотню пассажиров. В этом случае понадобится обеспечить людям максимальный комфорт.

Суборбитальная ракета пригодится, например, для доставки груза с флоридского мыса Канаверал в Афганистан, на американскую военную базу в Баграме (ортодромная дальность около 14 170 км). Основному американскому военно-транспортному самолету Boeing C-17 Globemaster III для доставки типовых 80 т сейчас нужно более 15 часов полета. К тому же суборбитальный путь не требует разрешений на пролет через национальные воздушные пространства, выделения воздушных коридоров и обхода грозовых фронтов. Первые испытания по проекту запланированы на следующий год.

Прогнозируя рост числа полетов новой космической техники, стоит помнить, что аварийные запуски будут всегда, их не избежать. Баллистические суборбитальные средства – это сложные технические устройства и комплексы, и отказы в них вполне вероятны. Но люди на борту не должны испытать значимых перегрузок. Именно в этом направлении сейчас и развивается мысль.

Источник

Таинственный суборбитальный корабль Китая

Китайская Народная Республика не очень охотно раскрывает свои космические тайны. И что на самом деле происходит в этой отрасли у нашего соседа — доподлинно неизвестно. Одни загадки. И совсем недавно мы получили еще одну…

Суборбитальный корабль

16 июля 2021 года Китай осуществил очередной запуск с космодрома Цзюцюань. В космос отправился таинственный суборбитальный корабль. Который, совершив свой полет, приземлился в аэропорту префектуры Альха-Лига. Она расположена на юго-востоке автономного региона Китая Внутренняя Монголия. Транспортное средство взлетело вертикально. И приземлилось горизонтально. Это означает, что этот летательный аппарат — суборбитальный корабль. Или что-то подобное.

Точные характеристики полета и корабля не разглашаются. Известно лишь, что этот проект ведет CASC (Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация). И что полет совершил прототип, связанный с разработкой «многоразовой космической транспортной системы». Суборбитальный корабль, (скорее всего беспилотный) приземлился на взлетно-посадочной полосе, расположенной посреди пустыни в точке с координатами 39º 13 ′ 30 ″ северной широты и 101º 32 ′ 45 ″ восточной долготы. Таким образом расстояние, пройденное по горизонтали во время перелета из Цзюцюаня, составило около 220 километров. Конечно же, это очень мало для традиционной суборбитальной баллистической траектории. Хотя максимальная достигнутая кораблем высота неизвестна.

У транспортного средства нет официального названия. Но в китайских СМИ оно звучит как «многоразовый суборбитальный аппарат». Или «многоразовая суборбитальная транспортная система».

Проект суборбитального космического самолета корпорации CASC. Неизвестно, связан ли он как-то с полетом, состоявшимся 16 июля 2021 года. Источник: CASC.

Планы, планы

Предполагается, этот крылатый корабль как-то связан с другим загадочным «космическим самолетом». Это устройство стартовало на околоземную орбиту 4 сентября 2020 года. «Китайский X-37B» также вылетел из Цзюцюаня. И оставался на орбите в течение двух суток. После развертывания небольшого спутника он приземлился на взлетно-посадочной полосе секретной авиабазы, расположенной в Лоп-Нур, в Синьцзянском автономном районе. Эту взлетно-посадочную полосу, построили в 2016 году. Ее обнаружили западные спецслужбы при изучении спутниковых снимков.

CASC неоднократно утверждала, что разрабатывает полностью многоразовую космическую пусковую систему, состоящую из двух ступеней. Последний раз заявления по этому поводу прозвучали в 2017 году. Представители компании представили тогда общественности трехэтапный план создания многоразовой системы космических запусков.

Согласно этому плану, на первом этапе, в 2025 году, пройдет испытания система, оснащенная двумя ступенями. Она должна состоять из обычной одноразовой ракеты, которая будет стартовать с многоразовой крылатой ракеты (первой ступени) с вертикальным взлетом. Эта схема напоминает конструкцию ракеты-носителя проекта XS-1 американского управления перспективных исследований DARPA, который остановили в начале 2020 года.

На втором этапе, в 2035 году, в строй встанет многоразовая крылатая вторая ступень. А в 2040 году, на третьей фазе проекта, дебютирует гиперзвуковая первая ступень.

В следующие десятилетия CASC планирует разработать одноступенчатую систему запуска SSTO. Она должна быть полностью многоразовой. А к 2045 году планируется создать «ядерный космический шаттл». Также, в 2016 году, CASC объявила о разработке одиннадцатитонного суборбитального самолета. Он будет способен перевозить пять человек на своем борту. А впоследствии на его основе будет построена более крупная версия, способная перевозить до двадцати пассажиров.

Система TSTO Tengyun. Источник: CASIC.

Конкуренты

Как мы видим, существует несколько китайских проектов крылатых пусковых систем. Однако, как это ни парадоксально, самый известный китайский проект такого типа не имеет ничего общего с корпорацией CASC. Эта система называется TSTO Tengyun (腾云, «быстрое облако»). Разработку ведет CASIC, другая крупная аэрокосмическая компания Китая. И она во многих областях является давнишним конкурентом CASC.

Tengyun состоит из многоразовой гиперзвуковой первой ступени горизонтального взлета и многоразового космического самолета. Ввод в эксплуатацию этой космической системы намечен на 2030 год. Хотя сначала все думали, что Tengyun — это всего лишь веселые картинки, в 2018 году была проведена проверка разделения ступеней с использованием макетов. А в октябре 2019 года мир увидел изображения испытаний на разделение системы TSTO в аэродинамической трубе.

Хотя достоверно неизвестно, является ли запущенный 16 июля этого года суборбитальный корабль масштабной моделью, или более или менее окончательным прототипом, ясно одно: к проекту системы космического запуска CASC следует отнестись очень серьезно. Хотя есть вопрос — какова эффективность такой системы? Однако цель Китая на данный момент состоит не в том, чтобы продемонстрировать жизнеспособность этих технологий. А по большей части в том, чтобы разработать их как можно скорее. Чтобы не отставать от остального мира.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Суборбитальный туризм: кто первый?

Blue Origin — New Shepard

Если вам интересно только, кто лидер — вот он, сразу. По последним новостям компания Blue Origin с кораблем New Shepard уверенно ведут в сегодняшней гонке за первых суборбитальных туристов. Они успешно пережили аварию ракеты-носителя весной 2015 года, когда возвращаемая ступень разбилась, сумели впервые совершить мягкую посадку ракетной ступени в ноябре 2015 и впервые успешно запустили и посадили уже летавшую ступень на этой неделе.

У Blue Origin уже есть корабль, который совершил три суборбитальных полета в беспилотном режиме. Также у него была успешно испытана система спасения. В сумме эти факты делают New Shepard наиболее продвинутым и надежным кораблем для суборбитального туризма на сегодняшний день. На сайте Blue Origin форма обратной связи уже позволяет записаться в очередь желающих совершить суборбитальный полет, но никакой информации о планах даже на 2016 год Blue Origin не сообщает. Очевидно, Безос хочет радовать нас приятными сюрпризами. Осталась всего одна последняя веха — полет человека-испытателя. После этого уже можно приступать к коммерческим запускам. Все это, на мой взгляд, с вероятностью >50% произойдет в этом году.

Virgin Galactic — SpaceShipTwo

Эти люди с похожим кораблем уже выиграли в 2004 году Ansari X-Prize — приз за два суборбитальных космических полета в течение двух недель.

Корабль SpaceShipOne, на котором этот приз был выигран, сдали в музей и решили делать продвинутую версию. Но с ней возникли трудности — работы шли медленно, и внезапно выяснилось, что двигатель, работавший на SpaceShipOne, не получается масштабировать. А осенью 2014 года на испытаниях нового вида топлива, которое должно было обеспечить работу более мощного двигателя SpaceShipTwo, корабль потерпел катастрофу. Skaled composites потратил больше года на достройку второго летного экземпляра SpaceShipTwo? и продолжение испытаний ожидается в феврале 2016.

Несмотря на все проблемы Virgin Galactic держит второе место и вполне может побороться за клиентов в суборбитальном туризме. Все упирается в скорость и успешность испытаний. В этом смысле 2016 год будет очень важным для Брэнсона — если новое топливо окажется удачным, после нескольких испытательных полетов можно будет приступать к катанию туристов, благо заказчики у Virgin Galactic уже есть. Испытания вполне можно успеть провести в 2016 году, а первые туристы, если все пойдет хорошо, смогут отправиться в полет уже в 2017 году.

XCOR Aerospace — Lynx

Разрабатывающийся с 2003 года суборбитальный аппарат Lynx дозрел до начала летных испытаний, которые запланированы на второй квартал 2016 года. Прототип корабля под названием Rocket Racer был успешно испытан в 2008 году.

Еще одной интересной технической особенностью является то, что ракетные двигатели XCOR Aerospace используют не турбонасосы для подачи топлива, а обычные компрессоры. Такое решение вполне может прижиться в тех случаях, когда инженерам простота и дешевизна ракетного двигателя будет важнее, чем его эффективность.

Airbus — Airbus Defence and Space Spaceplane

Большие компании тоже решили не упускать потенциально прибыльный рынок суборбитального туризма. Самолетостроительный гигант Airbus, без особого пиара, уже несколько лет ведет проект суборбитального аппарата. Корабль, размером с бизнес-джет, использует обычные турбореактивные двигатели для взлета и набора высоты, а затем совершает прыжок в космос на ракетном двигателе:

Самые свежие данные о проекте — бросковые испытания беспилотной масштабной модели в 2014 году:

Coppenhagen Suborbitals

Ну и на контрасте стоит напомнить о существовании любителей-датчан, которые в конце нулевых экспериментировали с капсулой «Тихо Браге», способной, в теории, вырасти в аппарат для суборбитального туризма. Увы, на испытаниях 2011 года ракета утонула в Балтийском море, а капсула ударилась о воду с перегрузкой в 26 g из-за отказа парашютов. Камера в капсуле выжила и была подобрана:

Доблестные датчане не сдаются, испытывают разные системы (рекомендую посмотреть на испытания парашютной системы на живом парашютисте) и делают сейчас ракету Nexø, тестовый полет которой был перенесен с 2015 года на 2016. До полетов туристов им, в лучшем случае, еще несколько лет, но усилия и достижения Coppenhagen Suborbitals все равно восхищают.

Если у вас есть лишние 100-200 тысяч долларов и желание совершить суборбитальный полет, я бы рекомендовал Blue Origin. Ну а если у вас нет такой суммы, следите за новостями, думаю, этот год порадует нас новыми и интересными видео с испытаний, и, кто знает, может быть, даже с полетов настоящих суборбитальных космических туристов.

Источник