Кіріспе

Ғарыш кемесі астрономиялық денеді айналып ұшуы

Орбиталық ғарыш ұшуы (немесе орбиталық ұшу) – ғарыш кемесінің кем дегенде бір орбита бойында ғарышта қалуға мүмкіндік беретін траекторияға орналастырылған ғарыш ұшуы. Жерді айналу үшін, ол еркін траекторияда болуы керек, оның перигейдегі биіктігі (ең жақын нүктедегі биіктігі) шамамен 80 км болуы керек; бұл NASA, АҚШ Әуе күштері және FAA анықтаған ғарыш шекарасы. Осы биіктікте орбитада қалу үшін шамамен 7,8 км/с орбиталық жылдамдық қажет. Орбиталық жылдамдық жоғарырақ орбиталар үшін төмендейді, бірақ оларға жету үшін үлкен дельта v қажет. Халықаралық Аэронавтика Федерациясы авиация мен астронавтика арасындағы шекараның жұмыс анықтамасы ретінде Карман сызығын 100 км биіктікте белгіледі. Бұл Теодор фон Карман есептегендей, шамамен 100 км биіктікте, көлік өзін-өзі ұстап тұру үшін атмосферадан жеткілікті аэродинамикалық көтерме күшін алу үшін орбиталық жылдамдықтан жылдам қозғалуы керек. Атмосфералық кедергіге байланысты, дөңгелек орбитадағы объектінің қозғалтқышсыз кем дегенде бір толық айналымды жасауға болатын ең төменгі биіктігі шамамен 120 км құрайды. "Орбиталық ғарыш ұшуы" термині көбінесе суборбиталық ғарыш ұшуларынан ажырату үшін қолданылады, онда ғарыш кемесінің апогейі ғарышқа жетеді, бірақ перигейі тым төмен болады.

Тұрақтылық

200 км-ден төмен орбитадағы объектілер атмосфералық кедергі салдарынан тұрақсыз деп есептеледі. Серік тұрақты орбитада (яғни, бірнеше айдан астам сақталуы үшін) болуы үшін 350 км төменгі Жер орбитасы үшін қалыпты биіктік саналады. Мысалы, 1958 жылдың 1 ақпанында Explorer 1 серігі перигейімен орбитаға жіберілді. Ол 1970 жылдың 31 наурызында Тынық мұхиты үстінен атмосфераға қайта кірмес бұрын 12 жылдан астам уақыт бойы орбитада қалды. Дегенмен, орбитадағы объектілердің нақты қылығы биіктікке, олардың баллистикалық коэффициентіне және жоғарғы атмосфера биіктігіне әсер ететін ғарыш кеңістігінің ауа райының егжей-тегжейлі жағдайларына байланысты.

Орбиталар

Жерді айналатын орбитаның үш негізгі "диапазоны" бар: төменгі Жер орбитасы (LEO), орта Жер орбитасы (MEO) және геостационарлық орбита (GEO). Орбиталық механикаға сәйкес, орбита Жердің ортасынан өтетін және экваторға белгілі бір бұрышпен еңкейіп орналасқан, көбінесе өзгермейтін жазықтықта жатады. Ғарыш аппаратының қозғалысы және Жердің өз осімен айналу қозғалысы, Жер бетіндегі қозғалыстың салыстырмалылығы, ғарыш аппаратының жерден қарағанда аспанда қай жерде көрінетінін және ғарыш аппаратынан Жердің қай бөліктерінің көрінетінін анықтайды. Ғарыш аппараты тікелей үстінде қандай Жер бөлігі орналасқанын көрсететін жер траекториясын есептеуге болады; бұл орбитаны көруге көмектеседі.

Орбиталық маневр

Ғарыш ұшуында орбиталық маневр — ғарыш кемесінің орбитасын өзгерту үшін жылғақыш жүйелерді қолдану. Жерден қашық жерлердегі ғарыш кемелері үшін — мысалы, Күн төңірегіндегі орбиталардағылар үшін — орбиталық маневр терең ғарыш маневрі (DSM) деп аталады.

Орбитадан шығу және орбитаға қайта кіру

Қайтып оралатын ғарыш кемесі (экипаж болуы мүмкін барлық кемелерді қоса алғанда) атмосфераның жоғары қабаттарында жүрген кезде мүмкіндігінше баяулаудың жолын табуы керек, сондай-ақ жерге соқтығыспау (литотормоздықтан сақтану) немесе жанудан қорғануы тиіс. Көптеген орбиталық ғарыш ұшуларында бастапқы баяулау кеменің ракеталық қозғалтқыштарын кері іске қосу арқылы жүзеге асырылады, бұл орбитаны (атмосфераға перигейді төмендету арқылы) суборбиталық траекторияға өзгертеді. Жердің төменгі орбитасындағы көптеген ғарыш кемелері (мысалы, наноспутниктер немесе жанар майы таусылған немесе басқаша істен шыққан ғарыш кемелері) орбиталық жылдамдықтан баяулау мәселесін атмосфералық қарсылықты (аэротормоздық) пайдалану арқылы шешеді, бұл бастапқы баяулауды қамтамасыз етеді. Барлық жағдайларда, бастапқы баяулау орбиталық перигейді мезосфераға түсіргеннен кейін, барлық ғарыш кемелері қалған жылдамдығының көп бөлігін, демек кинетикалық энергиясын аэротормоздық әсерінен туындаған атмосфералық қарсылық арқылы жоғалтады. Аэротормоздық әрекетті қасақана жүзеге асыру үшін қайтып оралатын ғарыш кемесі атмосфераға жылу қалқанын алға бағыттап, атмосфералық қысым мен үйкелістен пайда болатын жоғары температурадан қорғау үшін орналастырылады. Жылу энергиясы негізінен көліктің алдындағы ауаны соққы толқыны арқылы қыздыру арқылы таратылады, бұл көлікке енетін жылуды азайту мақсатында, дөңгелек пішіндес жылу қалқанын пайдалануға мүмкіндік береді. Суборбиталық ғарыш ұшулары, әлдеқайда төмен жылдамдыққа ие болғандықтан, қайта кірген кезде осы деңгейде жылу шығармайды. Орбиталық объектілерді пайдалану мерзімі біткенімен, көптеген ғарыш агенттіктері планетадағы адам өмірі мен мүлік қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін бақыланатын қайта кіруді қолдайды.

Тарих

Спутник-1 адам жасаған алғашқы орбиталық ғарышқа ұшырылған объект болды. Ол 1957 жылғы 4 қазанда Кеңес Одағымен ұшырылды. 1961 жылғы 12 сәуірде Юрий Гагаринмен бірге Кеңес Одағы ұшырған "Восток-1" Жер орбитасына жеткен алғашқы сәтті адаммен жасалған ғарыш сапары болды. Валентина Терешкованы алып, 1963 жылғы 16 маусымда Кеңес Одағы ұшырған "Восток-6" әйел адамның Жер орбитасына жеткен алғашқы сәтті ғарыш сапары еді. SpaceX және АҚШ-тың 2020 жылғы 30 мамырда ұшырған Crew Dragon Demo 2 жеке компанияның Жер орбитасына жеткен алғашқы сәтті адаммен бірге жасалған ғарыш сапары болды.