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.
A launch vehicle is typically a rocket powered vehicle designed to carry a payload (a crewed spacecraft or satellites) from Earth's surface or lower atmosphere to outer space. The most common form is the ballistic missile shaped multistage rocket, but the term is more general and also encompasses vehicles like the Space Shuttle. Most launch vehicles operate from a launch pad, supported by a launch control center and systems such as vehicle assembly and fueling. Launch vehicles are engineered with advanced aerodynamics and technologies, which contribute to high operating costs. An orbital launch vehicle must lift its payload at least to the boundary of space, approximately and accelerate it to a horizontal velocity of at least Suborbital vehicles launch their payloads to lower velocity or are launched at elevation angles greater than horizontal. Practical orbital launch vehicles use chemical propellants such as solid fuel, liquid hydrogen, kerosene, liquid oxygen, or hypergolic propellants. Launch vehicles are classified by their orbital payload capacity, ranging from small , medium , heavy to super heavy lift.
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.
had a designed in capability to return a part of the launch vehicle to the launch site via the mechanism of horizontal landing of the spaceplane portion of the launch vehicle. In both cases, the main vehicle thrust structure and the large propellant tank were expendable, as had been the standard procedure for all orbital launch vehicles flown prior to that time. Both were subsequently demonstrated on actual orbital nominal flights, although both also had an abort mode during launch that could conceivably allow the crew to land the spaceplane following an off nominal launch. In the 2000s, both SpaceX and Blue Origin have privately developed a set of technologies to support vertical landing of the booster stage of a launch vehicle. After 2010, SpaceX undertook a development program to acquire the ability to bring back and vertically land a part of the Falcon 9 orbital launch vehicle: the first stage. The first successful landing was done in December 2015, since 2017 rocket stages routinely land either at a landing pad adjacent to the launch site or on a landing platform at sea, some distance away from the launch site. The Falcon Heavy is similarly designed to reuse the three cores comprising its first stage. On its first flight in February 2018, the two outer cores successfully returned to the launch site landing pads while the center core targeted the landing platform at sea but did not successfully land on it. Blue Origin developed similar technologies for bringing back and landing their suborbital New Shepard, and successfully demonstrated return in 2015, and successfully reused the same booster on a second suborbital flight in January 2016. By October 2016, Blue had reflown, and landed successfully, that same launch vehicle a total of five times. It must however be noted that the launch trajectories of both vehicles are very different, with New Shepard going straight up and down, whereas Falcon 9 has to cancel substantial horizontal velocity and return from a significant distance downrange. Both Blue Origin and SpaceX also have additional reusable launch vehicles under development. Blue is developing the first stage of the orbital New Glenn LV to be reusable, with first flight planned for no earlier than 2024. SpaceX has a new super heavy launch vehicle under development for missions to interplanetary space. The SpaceX Starship is designed to support RTLS, vertical landing and full reuse of both the booster stage and the integrated second stage/large spacecraft that are designed for use with Starship. Its first launch attempt took place in April 2023; however, both stages were lost during ascent.