Кіріспе
Ғарышқа ұшудың бастапқы кезеңі - ғарышқа жететін ұшудың ең алғашқы сатысы. Ғарышқа ұшыру – ракета немесе басқа ғарышқа ұшыру құралының ұшу басында жерден, жүзбелі кемеден немесе әуедегі ұшақтан көтерілуі. Көтерілудің екі негізгі түрі бар: ракеталық ұшыру (қазіргі қолданыстағы стандартты әдіс) және ракеталық емес ғарышқа ұшыру (мұнда басқа түрдегі қозғалтқыштар қолданылады, соның ішінде ауамен жұмыс істейтін реактивтік қозғалтқыштар).
Space launch is the earliest part of a flight that reaches space. Space launch involves liftoff, when a rocket or other space launch vehicle leaves the ground, floating ship or midair aircraft at the start of a flight. Liftoff is of two main types: rocket launch (the current conventional method), and non rocket spacelaunch (where other forms of propulsion are employed, including airbreathing jet engines).
Сыртқы кеңістіктің анықтамасы
Жер атмосферасы мен ғарыш арасында нақты шекара жоқ, өйткені атмосфераның тығыздығы биіктік артқан сайын біртіндеп төмендейді. Бірнеше стандартты шекара белгілері бар, атап айтқанда: Халықаралық Аэронавтика Федерациясы авиация мен астронавтика арасындағы шекараның жұмыс анықтамасы ретінде Карман сызығын белгілі бір биіктікте орнатты. Бұл, Теодор фон Карманның есептеуінше, шамамен биіктікте, көліктің өзін-өзі ұстап тұру үшін атмосферадан жеткілікті аэродинамикалық көтерме күшін алуы үшін орбиталық жылдамдықтан асып түсуі керек болғандықтан қолданылады. 2021 жылға дейін АҚШ 80 шақырымнан (50 миль) жоғары биіктікте саяхат жасаған адамдарды ғарышкер деп санаттады. Астронавт қанаттары енді тек ғарыш кемесі экипажының мүшелеріне ғана беріледі, егер олар "ұшу кезінде қоғамдық қауіпсіздікке маңызды қызмет көрсеткен немесе адаммен ғарышқа ұшу қауіпсіздігіне үлес қосса" болса. NASA ғарыш кемесінің қайта кіру биіктігі ретінде 400 000 фут немесе 75,76 миль (122 км) пайдаланылды (бұл Кіру интерфейсі деп аталады), бұл атмосфералық қарсылық байқала бастаған шекараны көрсетеді, соның салдарынан қозғалтқыштармен басқарудан аэродинамикалық басқару беттерімен маневрлеуге өту процесі басталады. 2009 жылы ғалымдар иондардың бағыты мен жылдамдығын өлшейтін аспап – Supra Thermal Ion Imager арқылы егжей-тегжейлі өлшеулер жүргізгенін хабарлады, бұл оларға Жерден белгілі бір биіктікте шекараны анықтауға мүмкіндік берді. Шекара – Жер атмосферасының салыстырмалы түрде жұмсақ желдерінен ғарыштағы зарядталған бөлшектердің күшті ағынына айналатын ондаған шақырымдық біртіндеп өтудің орта нүктесін көрсетеді, олардың жылдамдығы секунд сайын шамамен асып түсуі мүмкін.
The Fédération Aéronautique Internationale has established the Kármán line at an altitude of as a working definition for the boundary between aeronautics and astronautics. This is used because at an altitude of about , as Theodore von Kármán calculated, a vehicle would have to travel faster than orbital velocity to derive sufficient aerodynamic lift from the atmosphere to support itself. Up until 2021, the United States designated people who travel above an altitude of 50 mile (80 km) as astronauts. Astronaut wings are now only awarded to spacecraft crew members that "demonstrated activities during flight that were essential to public safety, or contributed to human space flight safety". NASA's Space Shuttle used 400000, or 75.76 mile (122 km), as its re entry altitude (termed the Entry Interface), which roughly marks the boundary where atmospheric drag becomes noticeable, thus beginning the process of switching from steering with thrusters to maneuvering with aerodynamic control surfaces. In 2009, scientists reported detailed measurements with a Supra Thermal Ion Imager (an instrument that measures the direction and speed of ions), which allowed them to establish a boundary at above Earth. The boundary represents the midpoint of a gradual transition over tens of kilometers from the relatively gentle winds of the Earth's atmosphere to the more violent flows of charged particles in space, which can reach speeds well over .
Энергия
Сондықтан, анықтама бойынша ғарышқа ұшу үшін жеткілікті биіктік қажет. Бұл ең төменгі гравитациялық потенциалдық энергияны жеңу қажеттігін білдіреді: Кәрман сызығы үшін бұл шамамен 1 МДж/кг. W=mgh, m=1 кг, g=9,82 м/с², h=105м. W=1*9,82*105≈106 Дж/кг=1 МДж/кг.
Іс жүзінде, ауа кедергісі, қозғалтқыштардың тиімділігі, қолданылатын қозғалтқыштардың циклдық тиімділігі және гравитациялық кедергі сияқты шығындарға байланысты одан да көп энергия жұмсалуы керек. Соңғы елу жылда ғарышқа ұшу көбінесе көтеріліп, бірден жерге түсудің орнына, белгілі бір уақытқа ғарышта қалуды білдіреді. Бұл орбитамен байланысты, ол негізінен жылдамдық мәселесі, биіктік емес, бірақ бұл ауа кедергісі мен оған қатысты биіктік және орбита ескерілмейді дегенді білдірмейді. Көптеген спутниктер ұстап тұратын орбиталық биіктіктерден әлдеқайда жоғары биіктікте биіктік маңыздырақ факторға айналады, ал жылдамдық – керісінше. Төменгі биіктікте, орбитада қалу үшін қажетті жоғары жылдамдыққа байланысты, ауа кедергісі спутниктерге әсер ететін маңызды фактор болып табылады, бұл кеңістік туралы қалыптанған түсініктен әлдеқайда маңызды. Тіпті төменгі биіктікте, алға жылдамдығы жоқ әуе шары да спутниктер атқаратын көптеген функцияларды орындай алады.
Г-күші
Көптеген жүктер, әсіресе адамдар, тірі қалуға болатын шекті үдеу күшіне ие. Адамдар үшін бұл шамамен 3-6 g құрайды. Кейбір ұшырғыштар, мысалы, зеңбірек тәрізді ұшырғыштар, жүздерше немесе мыңдаған g үдеуін береді, демек олар мүлдем қолдануға болмайды.
Сенімділік
Ұшырғыштар миссияны орындау сенімділігі тұрғысынан әртүрлі болады.
Қауіпсіздік
Қауіпсіздік – жарақат алу немесе өмір жоғалту ықтималдығы. Сенімсіз ұшырғыштар міндетті түрде қауіпті емес, ал сенімді ұшырғыштар көбінесе, бірақ әрқашан қауіпсіз бола бермейді. Ұшыру құралының толыққанды сәтсіздігінен басқа, қауіпсіздікке қауіп төндіретін факторларға қысымның төмендеуі және Ван Аллен сәулелену белдеулері жатады, олар ұзақ уақыт бойында олардың ішінде жүретін орбиталарды мүмкін етпейді.
Көміртегі шығарындылары
Көптеген зымырандар қазба отындарын пайдаланады. Мысалы, SpaceX Falcon Heavy зымыраны 400 тонна керосин жағып, бірнеше минуттың ішінде орташа автомобиль екі ғасырдан астам уақыт ішінде шығаратын көмірқышқыл газынан көп шығарады. Алдағы жылдары зымырандардың ұшырылу саны күрт артуы күтілуде, сондықтан орбитаға ұшырудың Жерге тигізетін әсері нашарлауы мүмкін. Кейбір зымыран өндірушілер (мысалы, Orbex, ArianeGroup) басқа түрлі отындарды (мысалы, биопропан; биомассадан алынған метан) қолданып жатыр.
Суборбитальдық ұшыру
Суборбитальды ғарыш ұшуы – планетаны толық айналып шықпай ғарышқа жететін кез келген ғарышқа ұшырылым. Ғарышқа жету үшін шамамен 1 км/с жылдамдық жеткілікті, ал интерконтинентальді ғарыш ұшуы сияқты қашықтығы ұзақ болса, 7 км/с жылдамдыққа дейін жетеді. Суборбитальды ұшудың мысалы – баллистикалық зымыран, немесе Virgin Galactic сияқты болашақ туристік рейстер, немесе SpaceLiner сияқты интерконтинентальді тасымалдау рейсі. Егер орбитадан толық шығуға жеткілікті күш болмаса, орбиталық түзетусіз кез келген ғарышқа ұшырылым суборбитальды ғарыш ұшуына алып келеді. (Қараңыз: Ғарыш қаруы#Орбитаға қалай жету)
Орбиталық ұшыру
Сонымен қатар, егер орбита қажет болса, ғарыш аппаратына көлденең жылдамдық беру үшін күштің әлдеқайда көп мөлшері өндірілуі керек. Жетілуі тиіс жылдамдық орбита биіктігіне байланысты – биік орбитада жылдамдық аз қажет. Дегенмен, жоғарырақ биіктікте болудың қосымша потенциалдық энергиясын ескергеннен кейін, төменгі орбиталарға қарағанда жоғарырақ орбиталарға жету үшін жалпы алғанда көбірек энергия жұмсалады. Жер бетіне жақын орбитаны сақтау үшін қажетті жылдамдық шамамен 7,8 км/с (17 400 миль/сағ) көлденең жылдамдыққа сәйкес келеді, бұл шамамен 30 МДж/кг энергияны құрайды. Бұл практикалық ракета отынының бір килограммана жұмсалатын энергиядан бірнеше есе көп. Кинетикалық энергияны алу қиын, себебі ауа кедергісі ғарыш аппаратын баяулатады, сондықтан ракеталық ғарыш аппараты әдетте атмосфераның ең тығыз бөлігін ерте қалдыратын, содан кейін, мысалы, қажетті орбитаға жету үшін Хоманн трансферлік орбитасымен ұшатын келісімді траекторияны таңдайды. Бұл ауа кедергісін азайтады, сондай-ақ аппараттың өзін ұстап тұруға жұмсайтын уақытын да қысқартады. Ауа кедергісі – барлық ұсынылған және қолданыстағы ұшыру жүйелері үшін маңызды мәселе, бірақ көбінесе орбитаға жету үшін жеткілікті кинетикалық энергияны алу қиындығынан кем.
Құтылу жылдамдығы
Егер Жердің тартылысын толығымен жеңіп өту қажет болса, ғарыш кемесі тартылыс потенциалдық энергия құдырының тереңдігінен асып түсу үшін жеткілікті энергия жинауы керек. Егер энергия консервативті емес жолмен жоғалмаса, онда аппарат Жердің тартылыс аймағынан шығады. Потенциалдық құдырдың тереңдігі аппараттың орналасуына, ал энергиясы аппараттың жылдамдығына байланысты. Егер кинетикалық энергия потенциалдық энергиядан жоғары болса, қашқыштық пайда болады. Жер бетінде бұл 11,2 км/с (сағатына 25 000 миль) жылдамдықпен жүзеге асады, бірақ іс жүзінде ауа кедергісіне байланысты одан да жоғары жылдамдық қажет.