Полёт в космическое пространство и за его пределы.

Полёт в космос: исследование околоземного и дальнего космоса, спутники, пилотируемые и автоматические миссии. История и программы космических полётов.

19 мин чтения

100%

Источник: Spaceflight — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Космический полет (или полёт в космос) — это применение астронавтики для запуска объектов, как правило, космических аппаратов, в космическое пространство или сквозь него, с экипажем на борту или без. Большинство космических полётов выполняются без экипажа и осуществляются в основном с помощью космических аппаратов, таких как спутники на орбите вокруг Земли, но также включают в себя космические зонды для полётов за пределы околоземной орбиты. Управление такими полётами осуществляется дистанционно или в автономном режиме. Более сложные пилотируемые космические полёты начались вскоре после запуска первых орбитальных спутников и достигли Луны, а также обеспечили постоянное присутствие человека в космосе вокруг Земли, особенно благодаря использованию космических станций. К программам пилотируемых космических полётов относятся «Союз», «Шэньчжоу», лунная программа «Аполлон» и программа «Спейс Шаттл». В настоящее время полёты осуществляются к Международной космической станции и китайской космической станции «Тяньгун». Космические полёты используются для вывода на околоземную орбиту спутников связи, разведывательных спутников, спутников наблюдения Земли, а также для исследования космоса, например, с помощью космических обсерваторий и космических зондов, или даже для космического туризма. Достижение космического полёта возможно с использованием различных типов пусковых систем, традиционно – посредством ракетного запуска, который обеспечивает первоначальный импульс для преодоления силы гравитации и вывода космического аппарата с поверхности Земли. После выхода в космос движение космического аппарата – как при неработающем двигателе, так и при работающем – изучается в области астродинамики. Некоторые космические аппараты остаются в космосе практически неограниченно долго, что создаёт проблему загрязнения космического пространства в виде светового загрязнения и космического мусора, представляющего опасность для космических полётов. В противном случае, космические аппараты выводятся из эксплуатации путем контролируемого сгорания в атмосфере, либо, если это невозможно, их возвращение на Землю контролируется для безопасной посадки или затопления, часто в специально отведенных районах Тихого океана – «кладбище космических аппаратов». Таким образом, космические аппараты являются объектом управления космическим движением.

Flight into or through outer space

Spaceflight (or space flight) is an application of astronautics to fly objects, usually spacecraft, into or through outer space, either with or without humans on board. Most spaceflight is uncrewed and conducted mainly with spacecraft such as satellites in orbit around Earth, but also includes space probes for flights beyond Earth orbit. Such spaceflight operate either by telerobotic or autonomous control. The more complex human spaceflight has been pursued soon after the first orbital satellites and has reached the Moon and permanent human presence in space around Earth, particularly with the use of space stations. Human spaceflight programs include the Soyuz, Shenzhou, the past Apollo Moon landing and the Space Shuttle programs. Other current spaceflight are conducted to the International Space Station and to China's Tiangong Space Station. Spaceflight is used for placing in Earth's orbit communications satellites, reconnaissance satellites, Earth observation satellites, but also for space exploration such as space observatories and space probes, or even for space tourism. Spaceflight can be achieved with different types of launch systems, conventionally by rocket launching, which provide the initial thrust to overcome the force of gravity and propel a spacecraft from the surface of the Earth. Once in space, the motion of a spacecraft—both when unpropelled and when under propulsion—is covered by the area of study called astrodynamics. Some spacecraft remain in space practically indefinitely, which has created the problem of space pollution in the form of light pollution and space junk, which is a hazard to spaceflight. Otherwise spacecraft are terminated by atmospheric reentry, in which they disintegrate, or if they do not, their reentry is mostly controlled to safely reach a surface by landing or impacting, often being dumped into the oceanic spacecraft cemetery. Spacecraft have thus been the subject of some space traffic management.

Терминология

Существует несколько терминов, обозначающих полет в космос или сквозь него. Космическая миссия – это космический полет, осуществляемый для достижения определенной цели. Целями космических миссий могут быть исследование космоса, проведение космических исследований и достижение национальных приоритетов в области космических полетов. Космический транспорт – это использование космических аппаратов для доставки людей или грузов в космос или сквозь него. Это может включать в себя пилотируемые космические полеты и полеты грузовых космических аппаратов.

История

Первое теоретическое предложение о космических путешествиях с использованием ракет было опубликовано шотландским астрономом и математиком Уильямом Лейчем в эссе 1861 года "A Journey Through Space" ("Путешествие через космос"). Более известной (хотя и не широко известной за пределами России) является работа Константина Циолковского "Исследование мировых пространств реактивными приборами", опубликованная в 1903 году. Космический полет стал инженерной возможностью благодаря работе Роберта Х. Годдарда, опубликовавшего в 1919 году статью "A Method of Reaching Extreme Altitudes" ("Метод достижения экстремальных высот"). Его применение сопла де Лаваля к ракетам с жидким топливом повысило эффективность настолько, что межпланетные путешествия стали возможными. Он также доказал в лаборатории, что ракеты будут работать в вакууме космоса; тем не менее, его работа не была воспринята всерьез общественностью. Его попытка заключить контракт с армией на разработку ракетного оружия во время Первой мировой войны была сорвана перемирием с Германией 11 ноября 1918 года. Работая на частное финансирование, он первым запустил ракету с жидким топливом в 1926 году. Труды Годдарда оказали значительное международное влияние в его области. В ходе Второй мировой войны были разработаны и применены в качестве оружия первые управляемые ракеты V-2 нацистской Германией. Во время испытательного полета в июне 1944 года одна из таких ракет достигла космоса на высоте , став первым объектом в истории человечества, совершившим это. В конце Второй мировой войны большая часть команды ракет V-2, включая ее руководителя Вернера фон Брауна, сдалась Соединенным Штатам и была переправлена для работы над американскими ракетами в то, что впоследствии стало Армейским агентством по баллистическим ракетам, производящим ракеты, такие как Juno I и Atlas. В то же время Советский Союз под руководством Иосифа Сталина разрабатывал межконтинентальные баллистические ракеты для доставки ядерного оружия в качестве противовеса бомбардировщикам Соединенных Штатов. Сергей Королев, испытавший влияние Циолковского, стал главным конструктором ракет, а производные его ракеты Р-7 "Семёрка" были использованы для запуска первого в мире искусственного спутника Земли "Спутника-1" 4 октября 1957 года, а затем первого человека на орбите Земли, Юрия Гагарина, на корабле "Восток-1" 12 апреля 1961 года. Первым американским спутником был "Explorer 1", запущенный 1 февраля 1958 года, а первым американцем на орбите стал Джон Гленн на корабле "Friendship 7" 20 февраля 1962 года. Будучи директором Космического центра Маршалла, фон Браун руководил разработкой более мощного класса ракет под названием "Saturn", что позволило США отправить первых двух людей, Нила Армстронга и Базза Олдрина, на Луну и обратно на "Apollo 11" в июле 1969 года. В то же время Советский Союз тайно пытался, но не смог разработать ракету Н1, предназначенную для обеспечения возможности высадки людей на Луну. С тех пор космические полеты широко используются для вывода спутников на орбиту Земли для широкого спектра целей, для отправки беспилотных космических аппаратов для исследования космоса за пределами Луны и для обеспечения постоянного присутствия человека в космосе посредством серии космических станций, начиная с программы "Салют" и заканчивая Международной космической станцией.

The first theoretical proposal of space travel using rockets was published by Scottish astronomer and mathematician William Leitch, in an 1861 essay "A Journey Through Space". More well known (though not widely outside Russia) is Konstantin Tsiolkovsky's work, "Исследование мировых пространств реактивными приборами" (The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices), published in 1903. Spaceflight became an engineering possibility with the work of Robert H. Goddard's publication in 1919 of his paper A Method of Reaching Extreme Altitudes. His application of the de Laval nozzle to liquid fuel rockets improved efficiency enough for interplanetary travel to become possible. He also proved in the laboratory that rockets would work in the vacuum of space; nonetheless, his work was not taken seriously by the public. His attempt to secure an Army contract for a rocket propelled weapon in the first World War was defeated by the November 11, 1918 armistice with Germany. Working with private financial support, he was the first to launch a liquid fueled rocket in 1926. Goddard's papers were highly influential internationally in his field. In the course of World War II the first guided rockets, the V 2 were developed and employed as weapons by Nazi Germany. At a test flight in June 1944 one such rocket reached space at an altitude of , becoming the first object in human history to do so. At the end of World War II, most of the V 2 rocket team including its head Wernher von Braun surrendered to the United States, and were expatriated to work on American missiles at what became the Army Ballistic Missile Agency, producing missiles such as Juno I and Atlas. At that time the Soviet Union under Joseph Stalin was developing intercontinental ballistic missiles to carry nuclear weapons as a counter measure to United States bomber planes. The Tsiolkovsky influenced Sergey Korolev became the chief rocket designer, derivatives of his R 7 Semyorka missiles were used to launch the world's first artificial Earth satellite, Sputnik 1, on October 4, 1957, and later the first human to orbit the Earth, Yuri Gagarin in Vostok 1, on April 12, 1961. The first US satellite was Explorer 1, launched on February 1, 1958, and the first American in orbit became John Glenn in Friendship 7 on February 20, 1962. As director of the Marshall Space Flight Center, Von Braun oversaw development of a larger class of rocket called Saturn, which allowed the US to send the first two humans, Neil Armstrong and Buzz Aldrin, to the Moon and back on Apollo 11 in July 1969. At the same time, the Soviet Union secretly tried but failed to develop the N1 rocket, meant to give them the capability to land humans on the Moon. Ever since spaceflight has been widely employed for placing satellites into orbit around Earth for a broad range of purposes, for sending uncrewed spacecraft exploring space beyond the Moon and having continuous crewed human presence in space with a series of space stations, from the Salyut program to the International Space Station.

Запуск

Ракеты – единственное средство, способное в настоящее время достичь орбиты или выйти за её пределы. Другие неракетные технологии космического запуска ещё не созданы или не достигают орбитальных скоростей. Запуск ракеты для космического полёта обычно начинается с космодрома, который может быть оборудован пусковыми комплексами и пусковыми площадками для вертикального запуска ракет, а также взлётно-посадочными полосами для взлёта и посадки самолётов-носителей и крылатых космических аппаратов. Космодромы располагаются вдали от населённых пунктов из-за уровня шума и соображений безопасности. Для межконтинентальных баллистических ракет (МБР) используются различные специальные пусковые установки. Запуск часто привязан к определённым стартовым окнам, которые зависят от положения небесных тел и орбит относительно места запуска. Наибольшее влияние обычно оказывает вращение самой Земли. После запуска орбиты обычно располагаются в относительно постоянных плоских плоскостях под фиксированным углом к оси Земли, и Земля вращается внутри этой орбиты. Пусковая площадка – это стационарная конструкция, предназначенная для запуска летательных аппаратов. Обычно она состоит из пусковой башни и огневого канала, окружённых оборудованием для сборки, заправки и обслуживания ракет-носителей. Перед запуском ракета может весить сотни тонн. Космический челнок "Колумбия" на STS-1 весил при взлёте.

Достижение космоса

Наиболее часто используемое определение космического пространства — это всё, что находится за линией Кармана, расположенной над поверхностью Земли. Соединённые Штаты иногда определяют космическое пространство как всё, что находится на высоте более 80 километров. Ракетные двигатели — единственный в настоящее время практически применимый способ достижения космоса. Обычные авиационные двигатели не могут достичь космоса из-за отсутствия кислорода. Ракетные двигатели выбрасывают рабочее тело для создания тяги, которая обеспечивает достаточную дельту v (изменение скорости) для выхода на орбиту. Для пилотируемых ракет-носителей часто устанавливаются системы аварийного спасения, позволяющие астронавтам покинуть корабль в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Альтернативы

Было предложено множество способов достижения космоса, отличных от ракетных двигателей. Такие идеи, как космический лифт и системы обмена импульсом, такие как ротоваторы или скайхуки, требуют создания новых материалов, значительно прочнее любых известных на сегодняшний день. Электромагнитные пусковые установки, например, пусковые кольца, могут быть реализованы с использованием существующих технологий. Среди других предложений – ракетно-ускоряемые самолеты/космические самолеты, такие как Skylon от Reaction Engines (в настоящее время находится на ранней стадии разработки), космические самолеты с прямоточными воздушно-реактивными двигателями и космические самолеты с двигателями РВКК. Для доставки грузов предлагается использовать электромагнитные пушки.

Выходим с орбиты

Достижение замкнутой орбиты не является обязательным условием для лунных и межпланетных полётов. Ранние советские космические аппараты успешно достигали очень больших высот, не выходя на орбиту. NASA рассматривало возможность прямого запуска миссий «Аполлон» на лунную траекторию, но в итоге выбрало стратегию первоначального выхода на временную парковочную орбиту, а затем выполнения отдельного импульса через несколько оборотов для перехода на лунную траекторию. Использование парковочной орбиты значительно упростило планирование миссий «Аполлон» по нескольким важным причинам. Она служила «запасом времени» и существенно расширяла допустимые окна запуска. Парковочная орбита давала экипажу и центру управления несколько часов для тщательной проверки работоспособности космического корабля после нагрузок, связанных с запуском, прежде чем отправляться в длительное путешествие к Луне. Автоматическим миссиям не требуется возможность аварийного прекращения полёта или минимизация воздействия радиации, и поскольку современные ракеты-носители обычно укладываются в «мгновенные» окна запуска, космические зонды к Луне и другим планетам обычно используют прямой вывод на траекторию для достижения максимальной эффективности. Хотя некоторые из них могут совершать кратковременные периоды свободного полёта в процессе запуска, они не проходят одно или несколько полных оборотов на парковочной орбите перед импульсом, выводящим их на траекторию покидания Земли. Скорость убегания от небесного тела уменьшается с увеличением высоты над ним. Однако для космического аппарата более эффективно расходовать топливо как можно ближе к поверхности; см. эффект Оберта и соответствующие материалы. Это ещё один способ объяснить потери производительности, связанные с обеспечением безопасного перигея парковочной орбиты.

Астродинамика

Астродинамика – это изучение траекторий космических аппаратов, в особенности с учетом гравитационных и пропульсивных воздействий. Астродинамика позволяет космическому аппарату прибыть в пункт назначения в нужное время, не расходуя избыточное количество топлива. Для поддержания или изменения орбиты может потребоваться система орбитальных маневров. Альтернативные ракетным методы орбитального движения включают солнечные паруса, магнитные паруса, плазменные магнитосферные системы и использование эффекта гравитационного маневра.

Энергия переноса

Термин "энергия передачи" означает общее количество энергии, сообщаемой ракетной ступенью своей полезной нагрузке. Это может быть энергия, сообщаемая первой ступенью ракеты-носителя верхней ступени и полезной нагрузке, или верхней ступенью или двигателем разгонного блока космическому аппарату.

Достигаем космическую станцию .

Для того, чтобы достичь космической станции, космическому аппарату необходимо выйти на ту же орбиту и приблизиться к ней на очень близкое расстояние (например, в пределах прямой видимости). Это достигается с помощью комплекса орбитальных маневров, называемых сближением и стыковкой. После сближения с космической станцией, космический аппарат либо стыкуется с ней, либо пристыковывается к ней. Стыковка подразумевает соединение двух автономных космических аппаратов, а пристыковка – процесс соединения, при котором неактивный аппарат помещается в стыковочный узел другого аппарата с использованием роботизированного манипулятора. По состоянию на 2020 год, единственными космическими кораблями, регулярно используемыми для пилотируемых космических полётов, являются "Союз", "Шэньчжоу" и "Crew Dragon". Американский флот космических шаттлов эксплуатировался с апреля 1981 года по июль 2011 года. SpaceShipOne совершил два пилотируемых суборбитальных полёта.

Суборбитальные

На суборбитальном космическом полете космический аппарат достигает космоса, а затем возвращается в атмосферу, следуя (в основном) баллистической траектории. Обычно это происходит из-за недостаточной удельной орбитальной энергии, в этом случае суборбитальный полет длится всего несколько минут, но также возможно, что объект, обладающий достаточной энергией для выхода на орбиту, имеет траекторию, пересекающую атмосферу Земли, иногда спустя много часов. "Пионер-1" был первым космическим зондом NASA, предназначенным для достижения Луны. Частичный сбой заставил его вместо этого следовать по суборбитальной траектории до высоты, прежде чем вновь войти в атмосферу Земли через 43 часа после запуска. Наиболее общепризнанной границей космоса является линия Кармана над уровнем моря. (NASA также определяет астронавтом человека, совершившего полет выше над уровнем моря.) Широкой публике неизвестно, что увеличение потенциальной энергии, необходимое для пересечения линии Кармана, составляет всего около 3% от орбитальной энергии (потенциальной плюс кинетической энергии), требуемой для самой низкой возможной орбиты Земли (круговой орбиты, расположенной чуть выше линии Кармана). Иными словами, достичь космоса гораздо легче, чем остаться на орбите. 17 мая 2004 года Civilian Space eXploration Team запустила ракету GoFast в рамках суборбитального полета – первого любительского космического полета. 21 июня 2004 года SpaceShipOne был использован для первого частного пилотируемого космического полета.

Точка-точка

Перевозка из точки в точку, или с Земли на Землю, — это категория суборбитальных космических полётов, в которой космический аппарат обеспечивает быструю транспортировку между двумя наземными пунктами. Обычный авиарейс между Лондоном и Сиднеем, который обычно занимает более двадцати часов, можно преодолеть менее чем за час. Хотя сегодня ни одна компания не предлагает такой вид транспорта, SpaceX заявила о планах начать его осуществлять уже в 2020-х годах с использованием Starship. Суборбитальный космический полёт на межконтинентальное расстояние требует скорости аппарата, лишь незначительно уступающей скорости, необходимой для выхода на низкую околоземную орбиту. При использовании ракет соотношение размеров ракеты к полезной нагрузке сопоставимо с размерами межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Любой межконтинентальный космический полёт должен решать проблемы нагрева при повторном входе в атмосферу, сопоставимые с теми, что возникают при орбитальных полётах.

Орбитальный

Минимальный орбитальный космический полет требует значительно более высоких скоростей, чем минимальный суборбитальный полет, и поэтому представляет собой гораздо более сложную технологическую задачу. Для достижения орбитального космического полета тангенциальная скорость вокруг Земли столь же важна, как и высота. Чтобы обеспечить стабильный и продолжительный полет в космосе, космическому аппарату необходимо достичь минимальной орбитальной скорости, необходимой для замкнутой орбиты.

Межпланетная

Межпланетные космические полеты — это полеты между планетами в пределах одной планетной системы. На практике этот термин используется для обозначения путешествий между планетами нашей Солнечной системы. Планы будущих пилотируемых межпланетных космических миссий часто предусматривают окончательную сборку космических аппаратов на околоземной орбите, как, например, в программе Constellation от NASA и в российском проекте "Клипер"/"Паром".

Межзвездный

"Новые горизонты" – пятый космический аппарат, отправленный на траекторию выхода за пределы Солнечной системы. Ранее это были "Вояджер-1", "Вояджер-2", "Пионер-10" и "Пионер-11". Самый удалённый от Солнца – "Вояджер-1", находящийся на расстоянии более 100 а. е. и движущийся со скоростью 3,6 а. е. в год. Для сравнения, Проксима Центавра, ближайшая к Солнцу звезда, расположена на расстоянии 267 000 а. е. "Вояджеру-1" потребуется более 74 000 лет, чтобы достичь этого расстояния. Аппараты, использующие другие технологии, такие как ядерный импульсный двигатель, вероятно, смогут добраться до ближайшей звезды значительно быстрее. Другая возможность, которая могла бы обеспечить межзвездные полёты для людей, – использование замедления времени, поскольку это позволило бы пассажирам быстродвижущегося аппарата продвигаться в будущее, практически не старея, так как их высокая скорость замедлит ход времени на борту. Однако для достижения таких скоростей всё равно потребуется разработка новых, передовых методов движения. Также было предложено использовать динамическую парусность для путешествий в межзвёздном пространстве.

Межгалактический

Межгалактические путешествия подразумевают космические перелеты между галактиками и считаются значительно более сложными в технологическом плане, чем даже межзвездные путешествия, и, по современным инженерным оценкам, относятся к области научной фантастики. Тем не менее, теоретически, нет никаких окончательных доказательств невозможности межгалактических путешествий. На сегодняшний день ряд ученых серьезно занимаются изучением межгалактических путешествий.

Космический корабль

Космические аппараты – это транспортные средства, предназначенные для работы в космическом пространстве. Первый «истинный космический аппарат» иногда называют лунным модулем «Аполлон», поскольку это был единственный пилотируемый аппарат, разработанный и использовавшийся исключительно в космосе, и он примечателен своей неаэродинамической формой.

Двигатель

Космические аппараты сегодня преимущественно используют ракетные двигатели для создания тяги, но другие методы, такие как ионные двигатели, становятся все более распространенными, особенно для автоматических аппаратов. Это может значительно снизить массу аппарата и увеличить его дельта-v.

Системы запуска

Запускные системы используются для вывода полезной нагрузки с поверхности Земли в космическое пространство.

Необходимое

Большинство современных космических полётов осуществляются с помощью многоступенчатых ракет-носителей для выхода в космос.

Повторно используемые

Первый многоразовый космический аппарат, X-15, был запущен в воздух по суборбитальной траектории 19 июля 1963 года. Первый частично многоразовый орбитальный космический аппарат, космический челнок, был запущен США в 20-ю годовщину полета Юрия Гагарина, 12 апреля 1981 года. В эпоху шаттлов было построено шесть орбитальных аппаратов, все из которых совершали полеты в атмосфере, а пять – в космосе. "Энтерпрайз" использовался исключительно для испытаний сближения и посадки, взлетая с задней части Boeing 747 и выполняя посадку без тяги двигателей на авиабазе Эдвардс в Калифорнии. Первым космическим шаттлом, вылетевшим в космос, был "Колумбия", за которым последовали "Челленджер", "Дискавери", "Атлантис" и "Эндевор". "Эндевор" был построен для замены "Челленджера", который был потерян в январе 1986 года. "Колумбия" потерпела катастрофу при повторном входе в атмосферу в феврале 2003 года. Первым автоматическим частично многоразовым космическим аппаратом был "Буран" (Снежная буря), запущенный СССР 15 ноября 1988 года, однако он совершил всего один полет. Этот космический самолет был рассчитан на экипаж и сильно напоминал американский космический челнок, хотя его боковые ускорители использовали жидкое топливо, а основные двигатели располагались в основании того, что в американском челноке являлось внешним топливным баком. Недостаток финансирования, усугубленный распадом СССР, помешал дальнейшим полетам "Бурана". Космический челнок был выведен из эксплуатации в 2011 году, главным образом из-за его устаревания. В 2020-х годах роль шаттлов в пилотируемых полетах планируется передать SpaceX Dragon 2 и CST 100. Перевозку тяжелых грузов сейчас осуществляют коммерческие ракеты-носители. Scaled Composites SpaceShipOne был многоразовым суборбитальным космическим самолетом, который в 2004 году доставил пилотов Майка Мелвилла и Брайана Бинни в последовательных полетах для победы в Ansari X Prize. Компания Spaceship Company построила его преемника SpaceShipTwo. Флот SpaceShipTwo, принадлежащий Virgin Galactic, планировал начать многоразовые частные космические полеты с платными пассажирами (космическими туристами) в 2008 году, но запуск был отложен из-за аварии при разработке двигательной установки. SpaceX 21 декабря 2015 года впервые осуществила вертикальную мягкую посадку первой ступени многоразовой орбитальной ракеты после вывода на низкую околоземную орбиту 11 коммерческих спутников Orbcomm OG 2. Второй запуск Falcon 9 состоялся 30 марта 2017 года. SpaceX теперь регулярно восстанавливает и повторно использует свои первые ступени, планируя также повторно использовать обтекатели. В настоящее время SpaceX разрабатывает полностью многоразовую сверхтяжелую ракету-носитель под названием Starship, которая, как ожидается, значительно снизит стоимость освоения космоса благодаря полной многоразовости.

The first reusable spacecraft, the X 15, was air launched on a suborbital trajectory on 19 July 1963. The first partially reusable orbital spacecraft, the Space Shuttle, was launched by the USA on the 20th anniversary of Yuri Gagarin's flight, on 12 April 1981. During the Shuttle era, six orbiters were built, all of which flown in the atmosphere and five of which flown in space. The Enterprise was used only for approach and landing tests, launching from the back of a Boeing 747 and gliding to deadstick landings at Edwards AFB, California. The first Space Shuttle to fly into space was the Columbia, followed by the Challenger, Discovery, Atlantis, and Endeavour. The Endeavour was built to replace the Challenger, which was lost in January 1986. The Columbia broke up during reentry in February 2003. The first automatic partially reusable spacecraft was the Buran (Snowstorm), launched by the USSR on 15 November 1988, although it made only one flight. This spaceplane was designed for a crew and strongly resembled the US Space Shuttle, although its drop off boosters used liquid propellants and its main engines were located at the base of what would be the external tank in the American Shuttle. Lack of funding, complicated by the dissolution of the USSR, prevented any further flights of Buran. The Space Shuttle was retired in 2011 due mainly to its old age. The Shuttle's human transport role is to be replaced by the SpaceX Dragon 2 and CST 100 in the 2020s. The Shuttle's heavy cargo transport role is now done by commercial launch vehicles. Scaled Composites SpaceShipOne was a reusable suborbital spaceplane that carried pilots Mike Melvill and Brian Binnie on consecutive flights in 2004 to win the Ansari X Prize. The Spaceship Company has built its successor SpaceShipTwo. A fleet of SpaceShipTwos operated by Virgin Galactic planned to begin reusable private spaceflight carrying paying passengers (space tourists) in 2008, but this was delayed due to an accident in the propulsion development. SpaceX achieved the first vertical soft landing of a re usable orbital rocket stage on December 21, 2015, after delivering 11 Orbcomm OG 2 commercial satellites into low Earth orbit. The first Falcon 9 second flight occurred on 30 March 2017. SpaceX now routinely recovers and reuses their first stages, with the intent of reusing fairings as well. SpaceX is now developing a fully reusable super heavy lift rocket known as Starship, hoped to drastically reduce the price of space exploration due to being fully reusable.

Безопасность

Все ракеты-носители содержат огромное количество энергии, необходимой для вывода части полезной нагрузки на орбиту. Поэтому существует риск преждевременного и внезапного высвобождения этой энергии с серьезными последствиями. Когда 17 января 1997 года ракета "Дельта II" взорвалась через 13 секунд после старта, поступали сообщения о разбитых витринах магазинов в 16 км от места взрыва. Космос – относительно предсказуемая среда, однако риски случайной дегерметизации и потенциального отказа оборудования, в том числе новейшего, всё же сохраняются. В апреле 2004 года в Нидерландах была основана Международная ассоциация содействия космической безопасности с целью укрепления международного сотрудничества и научного прогресса в области безопасности космических систем.

Безвесомость

В условиях микрогравитации, таких как те, что создаются космическим аппаратом на орбите вокруг Земли, люди испытывают ощущение "невесомости". Кратковременное воздействие микрогравитации вызывает космическую адаптацию – самоограничивающуюся тошноту, вызванную нарушением работы вестибулярной системы. Длительное воздействие приводит к множеству проблем со здоровьем. Наиболее серьезной является потеря костной массы, часть которой может быть необратимой, но микрогравитация также вызывает значительное ослабление мышечной и сердечно-сосудистой систем.

Излучение

По мере удаления от атмосферы возрастает воздействие радиации от поясов Ван Аллена, солнечного и космического излучения. На большем удалении от Земли солнечные вспышки могут вызвать смертельную дозу радиации за считанные минуты, а риск для здоровья, связанный с космическим излучением, значительно повышает вероятность развития рака при длительном воздействии – в течение десятилетия и более.

Поддержка жизни

В пилотируемой космонавтике система жизнеобеспечения – это комплекс устройств, обеспечивающих выживание человека в космическом пространстве. NASA часто использует термин "Система экологического контроля и жизнеобеспечения" или аббревиатуру ECLSS при описании этих систем для своих пилотируемых космических миссий. Система жизнеобеспечения может предоставлять: воздух, воду и пищу. Она также должна поддерживать нормальную температуру тела, приемлемое давление и удалять отходы жизнедеятельности. Защита от вредных внешних факторов, таких как радиация и микрометеориты, также может быть необходима. Компоненты системы жизнеобеспечения критически важны для жизни и разрабатываются и изготавливаются с применением методов инженерной безопасности.

Космическая погода

Космическая погода – это концепция изменения условий окружающей среды в космическом пространстве. Она отличается от понятия погоды в пределах планетарной атмосферы и охватывает явления, связанные с окружающей плазмой, магнитными полями, излучением и другими веществами в космосе (как правило, вблизи Земли, но также в межпланетной и иногда межзвездной среде). «Космическая погода описывает условия в космосе, влияющие на Землю и её технологические системы. Наша космическая погода является следствием активности Солнца, особенностей магнитного поля Земли и нашего положения в Солнечной системе». Космическая погода оказывает значительное влияние на различные аспекты освоения и развития космоса. Изменение геомагнитных условий может приводить к изменению плотности атмосферы, вызывая быстрое снижение высоты орбиты космических аппаратов. Геомагнитные бури, вызванные усиленной солнечной активностью, могут выводить из строя датчики на борту космических аппаратов или создавать помехи для их бортовой электроники. Понимание космической среды также важно при разработке систем защиты и жизнеобеспечения для пилотируемых космических кораблей.

Экологические соображения

Загрязнение выхлопными газами ракет зависит от состава выхлопных газов, образующихся в результате реакций топлива, и места их выброса. В основном они выбрасывают парниковые газы, а иногда и токсичные компоненты. Особенно на больших высотах атмосферы усиливается парниковый эффект от выбрасываемых газов.

Помимо воздействия на атмосферу, наблюдается влияние на околоземное космическое пространство. Существует вероятность того, что орбиты могут стать недоступными на протяжении многих поколений из-за экспоненциального роста космического мусора, вызванного разрушением спутников и космических аппаратов (синдром Кесслера). Поэтому многие запускаемые сегодня ракеты-носители проектируются с возможностью контролируемого схода с орбиты после использования.

Регулирование

Широкий круг вопросов, таких как управление космическим трафиком или вопросы ответственности, всегда были предметом регулирования космической деятельности. Участие и представительство всего человечества в космических полетах является вопросом международного космического права с самого начала освоения космоса.

Космические путешествия

Быть космическим путешественником – значит быть способным и активно участвовать в эксплуатации космических аппаратов. Это предполагает знание широкого круга дисциплин и развитие специализированных навыков, включая: аэронавтику; космонавтику; программы подготовки астронавтов; космическую погоду и прогнозирование; управление космическими аппаратами; эксплуатацию различного оборудования; проектирование и строительство космических аппаратов; взлет и возвращение в атмосферу; орбитальную механику (также известную как астродинамика); связь; двигатели и ракеты; выполнение операций, таких как буксировка, строительство в условиях микрогравитации и стыковка в космосе; оборудование для работы с грузами, опасными грузами и их хранение; выход в открытый космос; действия в чрезвычайных ситуациях; выживание в космосе и оказание первой помощи; пожаротушение; системы жизнеобеспечения. Уровень необходимых знаний в этих областях зависит от характера работы и типа используемого аппарата. "Космические путешествия" аналогичны морским плаваниям. За пределами системы Земля-Луна еще не было пилотируемых миссий. Однако Соединенные Штаты, Россия, Китай, страны Европейского космического агентства (ЕКА), а также несколько корпораций и предприятий имеют планы на разных стадиях реализации по отправке на Марс (см. Пилотируемая миссия на Марс). Субъектами космической деятельности могут быть суверенные государства, наднациональные организации и частные корпорации. Космическими державами считаются те, которые способны самостоятельно строить и запускать аппараты в космос. Растущее число частных компаний становятся или уже являются космическими путешественниками.

Глобальная координация

Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства (UNOOSA) является основным многосторонним органом, обеспечивающим международное сотрудничество и обмен информацией о космической деятельности между странами, осуществляющими космическую деятельность, и странами, не осуществляющими космическую деятельность.