Кіріспе

Ғарыш кемесін ғарышқа жеткізу үшін қолданылатын зымыран. Ұшыру аппараты – жүк (экипаждалған ғарыш кемесі немесе спутниктер) Жер бетінен немесе төменгі атмосферадан ғарышқа жеткізуге арналған, әдетте зымырандық қозғалтқышпен жабдықталған көлік құралы. Ең көп таралған түрі – баллистикалық зымыран пішіндес көп сатылы зымыран, бірақ бұл термин көбірек мағынаны білдіреді және «Ғарыш шаттлы» сияқты көліктерді де қамтиды. Көптеген ұшыру аппараттары ұшыру алаңынан жұмыс істейді, олар ұшыруды басқару орталығымен және көлік құрастыру, отын құю сияқты жүйелермен қамтамасыз етіледі. Ұшыру аппараттары жоғары операциялық шығындарға әкелетін, жетілдірілген аэродинамикалық және технологиялық ерекшеліктермен жасалған. Орбиталық ұшыру аппараты өз жүгін ғарыш шекарасына дейін көтеріп, оны горизонтальды жылдамдықпен кем дегенде қамтамасыз етуі керек. Суборбиталық аппараттар өз жүктерін төменгі жылдамдықпен ұшырады немесе горизонтальдан жоғары бұрыштармен ұшырылады. Орбиталық ұшыру аппараттары практикалық түрде қатты отын, сұйық сутек, керосин, сұйық оттегі немесе гиперголикалық отын сияқты химиялық отындарды пайдаланады. Ұшыру аппараттары орбиталық жүк көлемі бойынша шағын, орта, ауыр және аса ауыр көтергіштікке дейін жіктеледі.

Жалпы ақпарат

Орбиталық ғарышқа ұшу үшін спутник немесе ғарыш кемесінің жүк көлігі өте жоғары жылдамдыққа дейін үдетілуі қажет. Ғарыш кеңістігіндегі вакуумда реакциялық күштер масса шығарылу арқылы қамтамасыз етілуі керек, нәтижесінде ракета теңдеуі туындайды. Ғарышқа ұшу физикасының ерекшелігі – қалаған орбитаға жету үшін әдетте ракета сатылары қажет болады. Бір реттік пайдалануға арналған ұшыру құралдары бір ғана рет қолдану үшін жасалған, олардың күшейткіштері әдетте жүк көлігінен бөлініп, атмосфераға қайта кіргенде немесе жерге тигенде ыдырайды. Керісінше, қайта пайдалануға болатын ұшыру құралдары қайтадан іске қосылу үшін толық немесе ішінара сақтап қалуға арналған. Falcon 9 – қайта пайдалануға болатын ұшыру құралының мысалы. 2023 жылға дейін барлық қайта пайдалануға болатын ұшыру құралдары ішінара қайта пайдаланылатын болды, яғни кейбір компоненттері сақталса, ал кейбіреулері жоқ. Бұл әдетте нақты сатыларды, әдетте бірінші сатыны сақтап қалуды білдіреді, бірақ кейде ракета сатысының нақты компоненттері сақталса, ал қалғандары жоқ болуы мүмкін. Мысалы, Space Shuttle қатты отынды күшейткіштерін, Space Shuttle орбиталық аппаратын, сондай-ақ екінші саты ретінде жұмыс істеген және негізгі сатыда (орбиталық аппараттың арт жағында орналасқан RS 25) пайдаланылған қозғалтқыштарды сақтап, қайта қолданды. Дегенмен, қозғалтқыштардың отынмен жабдықталуын қамтамасыз ететін отын бакі, қозғалтқыштардан бөлек, қайта пайдаланылмады. Мысалы, Еуропалық ғарыш агенттігі Ariane V зымыраны үшін жауапты, ал United Launch Alliance Delta IV және Atlas V зымырандарын өндіріп, ұшырады.

Ұшыру платформасының орналасуы

Ұшыру алаңдары құрлықта (ғарыш айлағы), бекітілген мұхит платформасында (Сан-Марко), жылжымалы мұхит платформасында (Теңізден ұшыру) және суасты кемесінде орналасуы мүмкін. Сондай-ақ, ұшыру құралдары әуеден де ұшырылуы мүмкін.

Ұшу режимдері

Ұшу аппараты Жер бетінің бір жерінен жүгімен бірге ұшырылады. Орбитаға жету үшін аппарат атмосферадан шығу үшін тік, ал жерге қайта оралмау үшін көлденең қозғалуы керек. Қажетті жылдамдық орбитаға байланысты өзгереді, бірақ күнделікті өмірде кездесетін жылдамдықтармен салыстырғанда әрқашан өте жоғары болады. Ұшыру құралдарының өнімділігі әртүрлі деңгейде болады. Мысалы, геостационарлық орбитаға (ГЕО) бағытталған спутникті ұшыру аппаратының жоғарғы сатысымен тікелей орбитаға енгізуге немесе геостационарлық трансферттік орбитаға (ГТО) шығаруға болады. Тікелей енгізу ұшыру аппаратына үлкен жүктеме салады, ал ГТО ғарыш аппаратына көбірек талап қояды. Орбитаға шыққаннан кейін ұшыру аппаратының жоғарғы сатылары мен спутниктердің мүмкіндіктері толысады, бірақ жоғарғы сатылардың орбитадағы қызмет ету мерзімі сағаттармен немесе күндермен өлшенсе, ғарыш аппараты ондаған жылдар бойы жұмыс істей алады.

Ұшыру орнына қайта оралу

1980 жылдан кейін, бірақ 2010 жылдарға дейін екі орбиталық ұшыру құралы ұшыру орнына қайта оралу (RTLS) қабілетін дамытты. АҚШ ғарыш кемесінің – авариялық режимдерінің бірімен және кеңестік «Буран» ғарыш кемесінің де конструкциясында ұшыру машинасының бөлігін ұшыру орнына көлденең қону арқылы қайтару мүмкіндігі қарастырылған. Екі жағдайда да негізгі қозғалтқыш құрылымы мен үлкен жанар май резервуары, осы уақытқа дейін барлық орбиталық ұшыру құралдары үшін қалыпты процедура болғандай, пайдаланылмайтын болып саналды. Бұл мүмкіндік екеуі де нақты орбиталық ұшуларда көрсетілді, алайда екеуінің де ұшыру кезінде авариялық режимдері болды, олар экипажға ұшырудан кейін ғарыш кемесін жерге қондыруға мүмкіндік беретін еді. 2000 жылдары SpaceX және Blue Origin жекеменшік технологияларды, ұшыру машинасының күшейткіш сатысын тік қондыру үшін әзірледі. 2010 жылдан кейін SpaceX Falcon 9 орбиталық ұшыру құралының бір бөлігін – бірінші сатысын қайта әкелу және тік қондыру қабілетін алу үшін даму бағдарламасын бастады. Алғашқы сәтті қондыру 2015 жылдың желтоқсанында жасалды, ал 2017 жылдан бері зымыран сатылары ұшыру алаңына жақын қону алаңына немесе ұшыру алаңынан алшақ теңіздегі қону платформасына қонды. Falcon Heavy да осы сияқты, бірінші сатысынан құралған үш ядроны қайта пайдалануға арналған. 2018 жылдың ақпан айындағы алғашқы ұшу кезінде екі сыртқы ядро ұшыру алаңына сәтті оралды, ал орталық ядро теңіздегі қону платформасына бағытталды, бірақ сәтті қондыра алмады. Blue Origin New Shepard суборбиталды ұшыру құралын қайта әкелу және қондыру үшін ұқсас технологияларды әзірледі, 2015 жылы сәтті қайта оралды және 2016 жылдың қаңтарында сол күшейткішті екінші суборбиталды ұшуда сәтті қайта пайдаланды. 2016 жылдың қазанында Blue сол ұшыру құралын бес рет қайта ұшырып, сәтті қондырды. Алайда, екі құрылғының да ұшу траекториясы өте ерекше екенін атап өту керек: New Shepard тікелей жоғары және төмен қарай ұшады, ал Falcon 9 айтарлықтай көлденең жылдамдықты жоюға және едәуір қашықтықтан оралуға тиіс. Blue Origin және SpaceX қосымша қайта пайдалануға болатын ұшыру құралдарын да әзірлеп жатыр. Blue орбиталық New Glenn LV-дің бірінші сатысын қайта пайдалануға болатын етіп жасап жатыр, алғашқы ұшу 2024 жылдан ертерек жоспарланбаған. SpaceX ғарышқа ұшу үшін жаңа, аса қуатты зымыран тасығышын әзірлеп жатыр. SpaceX Starship RTLS, тік қондыру және Starship-пен пайдалануға арналған күшейткіш сатысын және біріктірілген екінші сатыны/үлкен ғарыш кемесін толық қайта пайдалануға арналған. Оның алғашқы ұшыру әрекеті 2023 жылдың сәуірінде болды, алайда екі саты да көтерілу кезінде жоғалды.