Zbor suborbital
Această intrare sau secțiune despre aviație și astronautică nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Un zbor suborbital este un zbor spațial care ajunge în spațiu , dar a cărui orbită intersectează atmosfera sau suprafața corpului de la care a început zborul, nereușind astfel să facă o revoluție completă.
De exemplu, un obiect aruncat de pe pământ care ajunge la 100 km deasupra nivelului mării și apoi se prăbușește înapoi pe pământ, face efectiv un zbor suborbital. Unele zboruri suborbitale au fost întreprinse pentru a testa nave spațiale și rachete de transport pentru zboruri orbitale ulterioare. Alte vehicule sunt proiectate special numai pentru zborurile suborbitale; exemplele includ vehicule cu echipaj, cum ar fi X-15 sau SpaceShipOne , și vehicule fără pilot, cum ar fi rachete balistice intercontinentale (ICBM) și rachete de cercetare.
Zborurile suborbitale sunt distincte de zborurile care reușesc să ajungă pe o orbită, dar apoi folosesc retroreflectoare pentru a ieși din orbită înainte de a finaliza o perioadă orbitală întreagă. Prin urmare, zborurile sistemului fracțional de bombardare orbitală nu sunt considerate suborbitale, ci pur și simplu zboruri către o orbită terestră joasă (LEO).
Cerințe de altitudine
Prin definiție, un zbor suborbital (care pleacă de pe pământ) atinge o altitudine mai mare de 100 km deasupra nivelului mării . Această altitudine, cunoscută sub numele de linia Kármán , a fost aleasă de Fédération Aéronautique Internationale deoarece corespunde aproximativ punctului în care un avion cu o viteză capabilă să se susțină cu ridicarea atmosferei Pământului ar începe să zboare mai repede decât viteza orbitală [1 ] .
Orbită
În timpul căderii libere , traiectoria face parte dintr-o orbită eliptică descrisă printr-o ecuație orbitală . Distanța perigeului este mai mică decât raza pământului, astfel încât elipsa intersectează pământul și, prin urmare, avionul nu este capabil să finalizeze o orbită. Axa majoră este verticală, axa semi-majoră este mai mare de jumătate din raza pământului și aproape întotdeauna mai mică decât raza.
Viteză, distanță orizontală, altitudine
Pentru a minimiza delta-v necesară (o cantitate astro-dinamică care indică combustibilul utilizat în manevrele orbitale), porțiunea de zbor la altitudine mai mare se efectuează cu motorul rachetei oprit (aceasta se numește tehnic și cădere liberă pentru partea ascendentă a traiectoriei). Maximă viteză într - un zbor este obținută la cea mai mică altitudine din această traiectorie cădere liberă, atât în cazul în care aeronava este ascendentă și când coboară.
Dacă scopul zborului este pur și simplu să ajungă la spațiu, de exemplu pentru a concura pentru Ansari X Award , nu este necesară o deplasare orizontală. În acest caz, cel mai mic delta-v necesar este de aproximativ 1,4 km / s pentru un zbor suborbital cu o viteză maximă de aproximativ 1 km / s . Zburând mai încet și cu mai puțină cădere liberă, ar avea nevoie de mai mult delta-v.
Comparați aceste date cu zboruri orbitale: o orbită terestră joasă (LEO), cu o altitudine de aproximativ 300 km, are nevoie de o viteză de aproximativ 8 km / s și necesită un delta-v de aproximativ 10 km / s. S.
Pentru zborurile suborbitale care acoperă o distanță orizontală, viteza maximă și delta-v necesare sunt intermediare între cele pentru un zbor vertical și un LEO. Viteza maximă în părțile inferioare ale traiectoriei este acum compusă dintr-o componentă orizontală și una verticală. Cu cât este mai mare distanța orizontală parcursă, cu atât ambele viteze cât și altitudinea maximă vor fi mai mari. Pentru racheta V-2 , care a atins îngust spațiul cu o distanță parcursă de aproximativ 330 km, viteza maximă a fost de 1,6 km / s. SpaceShipTwo , care este în curs de dezvoltare, va avea o orbită similară de cădere liberă, dar viteza maximă anunțată este de 1,1 km / s (posibil datorită opririi motorului la o altitudine mai mare).
În ceea ce privește distanțele chiar mai mari parcurse, datorită orbitei eliptice, altitudinea maximă poate fi, de asemenea, mult mai mare decât cea a unui LEO. Într-un zbor intercontinental, cum ar fi cel al unei rachete balistice intercontinentale sau o posibilă navă spațială comercială viitoare, viteza maximă este de aproximativ 7 km / s, iar altitudinea maximă este de aproximativ 1200 km. Rețineți că un zbor intercontinental la o altitudine de 300 km ar necesita un delta-v mai mare decât cel al unui LEO.
Fiecare zbor care se întoarce la suprafață, inclusiv zborurile suborbitale, suferă o reintrare atmosferică . Viteza la începutul reintrării este practic viteza maximă a zborului. Încălzirea aerodinamică cauzată va varia în consecință: este mult mai mică pentru un zbor cu o viteză maximă de numai 1 km / s decât pentru un zbor cu o viteză maximă de 7 sau 8 km / s.
Durata zborului
Într-un zbor vertical la altitudini nu prea mari, timpul de cădere liberă corespunde atât părților ascendente cât și descendente vitezei maxime împărțite la accelerația gravitației ; prin urmare, cu o viteză maximă de 1 km / s în total, durata zborului ar fi de 3 minute și 20 de secunde. Durata zborului înainte și după cădere liberă poate varia.
Pentru un zbor intercontinental, faza propulsivă durează de la 3 la 5 minute, căderea liberă (partea centrală a zborului) aproximativ 25 de minute. Pentru un ICBM, faza de reintrare durează aproximativ 2 minute; această fază este mai lungă pentru orice zbor de aterizare ușoară, precum și pentru un posibil zbor comercial viitor.
Zborurile suborbitale pot dura multe ore. Sonda spațială Pioneer 1 a fost prima sondă NASA care a ajuns pe Lună . Un eșec parțial l-a făcut să urmeze o traiectorie suborbitală, cu care a reintrat în atmosfera Pământului 43 de ore după lansare.
Profiluri de zbor
Deși există mai multe profiluri posibile pentru zborul suborbital, unele dintre acestea sunt mai frecvente decât altele.
Rachete balistice
Primele vehicule suborbitale care au ajuns în spațiu au fost rachete balistice . Prima rachetă balistică care a ajuns în spațiu a fost nazista V-2 la începutul anului 1944 (data exactă este incertă), care a atins o altitudine de 189 km. Acesta a fost primul obiect creat de om care a ajuns în spațiu. În anii 1950, Statele Unite și URSS au dezvoltat rachete balistice intercontinentale (ICBM) cu o rază de acțiune mult mai mare. În zilele noastre există multe națiuni care posedă ICBM-uri și chiar mai mult decât possegono de rachete balistice cu rază medie de acțiune (Intermediate Range Ballistic Missiles, IRBM).
Zboruri turistice
Turismul spațial va căuta inițial să atingă altitudinea necesară pentru a fi clasificat drept zbor spațial. Traseul de zbor va fi probabil vertical sau foarte abrupt, aeronava aterizând în același loc cu decolare.
Aeronava își va opri probabil motoarele cu mult înainte de a atinge altitudinea maximă și apoi va încetini progresiv până la cel mai înalt punct al traiectoriei. Timp de câteva minute, din momentul în care motoarele sunt oprite până în punctul în care atmosfera începe să încetinească accelerația, pasagerii vor experimenta senzația de greutate .
În 2004, o serie de companii au lucrat la avioane de acest tip pentru competiția Ansari X Award . SpaceShipOne a fost declarat oficial câștigător al competiției de Rick Searfoss la 4 octombrie 2004 , după ce a finalizat două zboruri în două săptămâni.
În 2005, Sir Richard Branson de la Virgin Group a anunțat crearea Virgin Galactic și programul său pentru crearea unui avion SpaceShipTwo cu 9 locuri numit VSS Enterprise .
Experimente științifice
O altă utilizare frecventă a aeronavelor suborbitale este în rachetele de cercetare științifică. Zborurile științifice suborbitale au început în anii 1920, când Robert Goddard a lansat prima rachetă cu combustibil lichid , dar nu a ajuns în spațiu. Zborurile moderne cu rachete au început la sfârșitul anilor 1940 folosind avioane derivate din rachetele balistice naziste V-2. Pe piață există astăzi zeci de rachete diferite, produse de o mare varietate de industrii din diferite țări. Rachetele utilizate pentru zborurile de cercetare științifică suborbitală se numesc rachete sonore . De obicei, cercetătorii doresc să efectueze experimente în condiții de microgravitație sau deasupra atmosferei. Au fost raportate numeroase oferte de la cercetători dornici să efectueze experimente pe SpaceShipOne, dar ofertele au fost amânate până la următoarea versiune a aeronavei [1] .
Zboruri intercontinentale
O altă piață promițătoare pentru nava spațială suborbitală este zborurile intercontinentale . Cercetări precum cele efectuate pentru proiectul X-20 Dyna-Soar sugerează că un zbor suborbital semi-balistic ar putea călători din Europa în America de Nord în mai puțin de o oră.
Dimensiunea rachetei necesare pentru realizarea acestui tip de zbor, în raport cu sarcina utilă, este similară cu cea a unui ICBM. ICBM-urile au un delta-v mai mic decât este necesar pentru a ajunge pe o orbită și, prin urmare, acesta ar fi un factor de cost mai mic.
Din acest motiv, datorită costului ridicat, această utilizare se va limita probabil la zborurile cu mărfuri de mare valoare și de urgență, cum ar fi zborurile de curierat , sau ar putea fi considerată cea mai avansată formă de avion comercial ; sau ar putea fi considerat un sport extrem și pentru operațiuni militare rapide.
Atingerea orbitei
Operatorii comerciali ar putea folosi zboruri suborbitale pentru a face progrese constante către un zbor orbital. Avioanele de testare vor putea atinge viteze din ce în ce mai mari, până când vor atinge orbita scăzută a Pământului. Cu toate acestea, există o mare dezbatere cu privire la validitatea acestei abordări, având în vedere diferența mare de scară a celor două probleme (zbor suborbital și zbor orbital). Cu toate acestea, există, de fapt, modele cu aripi fixe și cu o singură etapă, cum ar fi Skylon , astfel încât această abordare ar putea să nu fie atât de impracticabilă.
Cabluri de antrenare
S-a propus utilizarea cablurilor de tractare ( tethers ), pentru a aduce sarcini utile pe orbită într-o traiectorie suborbitală. De exemplu, o stație spațială orbitantă ar putea extinde un cablu, iar o aeronavă suborbitală s-ar putea apropia și bloca. Dacă este fezabilă, această metodă ar fi mult mai puțin costisitoare decât să fie nevoie să rachete sarcini utile direct pe orbită. [2] .
Zboruri majore suborbitale (fără pilot)
- La începutul anului 1944 (data nu este sigură) o rachetă de test V-2 lansată de la Peenemünde în Germania a atins o altitudine de 189 km: acesta a fost primul zbor suborbital.
- La 8 septembrie 1944, pentru prima dată o rachetă balistică (un V-2, lansat din Germania) își atinge ținta: Chiswick , Londra , Anglia . Trei civili au fost uciși și șaptesprezece au fost răniți în explozia care a lăsat un crater mare. În septembrie 1944, V-2 au lovit în mod regulat Mach- 4 la coborârea finală.
- Bumper 5 a fost o rachetă în două etape. La 24 februarie 1949, lansat din Nisipurile Albe , etapa superioară a atins o altitudine de 399 km și o viteză de aproximativ 2300 de metri pe secundă. [3]
- URSS - 1986: propulsat de o rachetă Energia , Polyus nu a reușit să ajungă pe orbită. Acesta a fost cel mai greu obiect lansat vreodată în zbor suborbital.
Principalele zboruri suborbitale (cu pilot)
| Data (GMT) | Misiune | Echipaj | Țară | Comentarii |
|---|---|---|---|---|
| 5 mai 1961 | Mercury-Redstone 3 | Alan Shepard |  Statele Unite | Primul zbor suborbital ghidat, primul american din spațiu |
| 21 iulie 1961 | Mercury-Redstone 4 | Virgil Grissom | Statele Unite | |
| 19 iulie 1963 | Zborul X-15 90 | Joseph A. Walker | Statele Unite | Primul avion cu aripi fixe din spațiu |
| 22 august 1963 | Zborul X-15 91 | Joseph A. Walker | Statele Unite | Prima persoană și avionul care efectuează două zboruri în spațiu |
| 5 aprilie 1975 | Soyuz 18a | Vasily Lazarev Oleg Makarov |  Uniunea Sovietică | Lansare orbitală eșuată. Anulat după o defecțiune la separarea stadionului |
| 24 aprilie 2004 | Zborul SpaceShipOne 15P | Mike Melvill | Statele Unite | Prima navă spațială comercială |
| 29 septembrie 2004 | Zborul SpaceShipOne 16P | Mike Melvill | Statele Unite | Primul dintre cele două zboruri care au câștigat Ansari X Award |
| 4 octombrie 2004 | Zborul SpaceShipOne 17P | Brian Binnie | Statele Unite | Al doilea dintre cele două zboruri pentru premiul Ansari X |
Viitorul zborurilor spațiale suborbitale
Companiile private precum Rocketplane Limited și Blue Origin se interesează de zborurile suborbitale, parțial pentru competiții precum Ansari X Award. NASA și altele experimentează cu aeronave hipersonice bazate pe scramjet care pot fi utilizate în siguranță cu profiluri de zbor care se potrivesc pentru să fie zboruri suborbitale.
Notă
- ^ ( RO ) 100 km. Altitude Boundary for Astronautics , pe fai.org , FAI (arhivat din original la 17 ianuarie 2010) .
- ^ (EN) Tether Launch Assist: Reducerea costului lansării de pe pământ pe orbită folosind Tethers MXER pe tethers.com, Tethers Unlimited, Inc .. Accesat la 24 mai 2008 (depus de „Adresa URL originală 16 noiembrie 2017) .
- ^ (EN) Bumper Project pe wsmr.army.mil, White Sands Missile Range (depus de 'url original 10 ianuarie 2008).
