Введение

Космический полет, при котором космический аппарат обращается вокруг астрономического тела.

Орбитальный космический полет (или орбитальный полет) – это космический полет, в котором космический аппарат выводится на траекторию, позволяющую ему оставаться в космосе как минимум один оборот. Для этого вокруг Земли необходимо выйти на свободную траекторию с высотой в перигее (точка наибольшего сближения) около ; это условная граница космоса, установленная NASA, ВВС США и FAA. Для поддержания орбиты на этой высоте требуется орбитальная скорость примерно 7,8 км/с. Для более высоких орбит орбитальная скорость ниже, но для достижения их требуется большая дельта-v. Международная федерация аэронавтики (FAI) определила линию Кармана на высоте в качестве рабочего определения границы между аэронавтикой и космонавтикой. Это связано с тем, что на высоте около , как рассчитал Теодор фон Карман, аппарату необходимо двигаться быстрее орбитальной скорости, чтобы создать достаточную аэродинамическую подъемную силу для поддержания полета. Из-за атмосферного сопротивления минимальная высота, на которой объект на круговой орбите может совершить хотя бы один полный оборот без использования двигателей, составляет приблизительно . Термин "орбитальный космический полет" используется главным образом для отличия от суборбитальных космических полетов, при которых апогей траектории космического аппарата достигает космоса, но перигей остается слишком низким.

Стабильность

Объект на орбите на высоте менее примерно 200 км считается нестабильным из-за атмосферного сопротивления. Для того чтобы спутник находился на стабильной орбите (то есть поддерживаемой более нескольких месяцев), 350 км является более стандартной высотой для низкой околоземной орбиты. Например, 1 февраля 1958 года спутник Explorer 1 был выведен на орбиту с перигеем около [значение опущено в оригинале]. Он оставался на орбите более 12 лет до своего схода с орбиты и возвращения в атмосферу над Тихим океаном 31 марта 1970 года. Однако точное поведение объектов на орбите зависит от высоты, их баллистического коэффициента и деталей космической погоды, которые могут влиять на высоту верхних слоев атмосферы.

Орбиты

Существует три основных "диапазона" орбит вокруг Земли: низкая околоземная орбита (LEO), средняя околоземная орбита (MEO) и геостационарная орбита (GEO). Согласно принципам орбитальной механики, орбита лежит в определенной, в основном фиксированной плоскости вокруг Земли, проходящей через центр Земли и имеющей наклон относительно экватора. Относительное движение космического аппарата и вращение поверхности Земли определяют положение, в котором космический аппарат виден с Земли, и какие участки Земли видны с космического аппарата. Можно рассчитать наземную траекторию, показывающую, какая часть Земли находится непосредственно под космическим аппаратом; это помогает визуализировать орбиту.

Орбитальный маневр

В космических полетах орбитальный маневр — это использование двигательных установок для изменения орбиты космического аппарата. Для космических аппаратов, находящихся далеко от Земли — например, на орбитах вокруг Солнца — орбитальный маневр называется маневром в дальнем космосе (DSM).

Выход с орбиты и возвращение

Возвращающиеся космические аппараты (включая все потенциально пилотируемые корабли) должны найти способ максимально замедлиться, оставаясь в верхних слоях атмосферы и избегая столкновения с землей (литоторможения) или сгорания. Для многих орбитальных космических полетов начальное замедление обеспечивается включением ракетных двигателей в направлении, противоположном движению (ретроградное торможение), что изменяет орбиту (понижая перигей до атмосферы) и переводит аппарат на суборбитальную траекторию. Многие космические аппараты на низкой околоземной орбите (например, наноспутники или аппараты, у которых закончилось топливо для поддержания орбиты или которые вышли из строя) решают проблему снижения скорости с орбитальной посредством использования атмосферного торможения (аэробрекирования) для обеспечения первоначального замедления. Во всех случаях, как только начальное замедление опустит орбитальный перигей в мезосферу, все космические аппараты теряют большую часть оставшейся скорости и, следовательно, кинетической энергии, за счет эффекта атмосферного торможения. Намеренное аэробрекирование достигается путем ориентации возвращающегося космического корабля так, чтобы теплозащитные экраны были направлены вперед, навстречу потоку воздуха, для защиты от высоких температур, возникающих из-за сжатия и трения атмосферы при гиперзвуковых скоростях. Тепловая энергия рассеивается главным образом за счет нагрева воздуха в ударной волне перед аппаратом, благодаря применению тупой формы теплозащитного экрана, с целью минимизировать теплопередачу на аппарат. Суборбитальные космические полеты, развивая значительно меньшую скорость, не генерируют столько же тепла при возвращении в атмосферу. Даже если орбитальные объекты не подлежат повторному использованию, большинство космических агентств настаивают на управляемом возвращении, чтобы минимизировать риск для жизни и имущества на Земле.

История

Спутник-1 был первым искусственным объектом, достигшим орбитального космического полёта. Он был запущен 4 октября 1957 года Советским Союзом. "Восток-1", запущенный Советским Союзом 12 апреля 1961 года с Юрием Гагариным на борту, стал первым успешным пилотируемым космическим полётом, достигшим орбиты Земли. "Восток-6", запущенный Советским Союзом 16 июня 1963 года с Валентиной Терешковой на борту, стал первым успешным космическим полётом женщины, достигшим орбиты Земли. Crew Dragon Demo 2, запущенный SpaceX и Соединенными Штатами 30 мая 2020 года, стал первым успешным пилотируемым космическим полётом частной компании, достигшим орбиты Земли.