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亚轨道太空飞行

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亚轨道太空飞行是进入了太空,但因其飞行轨迹与大气层或地球表面相交而无法完成一周轨道飞行的太空飞行

通常亚轨道飞行是以火箭达成,但Space Gun也曾在实验中达成过[1]

海拔条件

一个常见的定义是飞行超过海拔100公里高度,这个由国际航空联盟所定义的高度通称为卡门线,因为在此高度维持飞行升力所需的速度超过轨道速度 [2]。美国军方及NASA则颁发太空人徽章给飞行高度超过50英里(80.47公里)的飞行员[3],虽然美国国务院似乎并不支持区分一般飞行及太空飞行。[4]

轨道

轨道方程式可知道自由落体的轨迹是一个部分的椭圆轨道近地点的距离小于包括大气层在内的地球半径R,因此这个椭圆与地球相交,太空船不可能绕地球一圈。 椭圆主轴是垂直的,半长轴 a 大于 R/2。 轨道比能(specific orbital energy) 可计算为:

其中标准重力参数

a 几乎永远大于 R,代表小于完整轨道需要的最小值

因此比起刚好让太空船进入太空,所需的净额外比能(net extra specific energy)介于0到 之间。

速度,距离,海拔

飞行时间

一个洲际飞行的加力飞行阶段为3至5分钟,自由落体中端阶段约25分钟。一个洲际导弹大气重返阶段大约2分钟,而观光太空飞行所需的软着陆则需时更多。

亚轨道飞行也可能持续数十小时。NASA第一个太空卫星先锋1号原本目标是月球,但一个错误使它变成亚轨道飞行,最终在发射43小时之后重返地球大气。

飞行剖面图

1961年美国第一次载人亚轨道飞行剖面图。火箭在前2分22秒推升太空船 。虚线:无重力。

虽然有极多可能的亚轨道飞行剖面图,以下列出常见的剖面图。

X-15(1958-68年间)可推升至约海拔100公里,接着失去高度并滑翔下降。

弹道导弹

弹道导弹是最先达到亚轨道飞行的物体。第一个进入太空的弹道导弹是1942年10月3日德国V-2火箭达到60英里高度(97公里)。接下来在1950年美国及苏联同时基于当时佩内明德的科学家及V-2的基础发展洲际导弹。现在有许多国家都拥有洲际导弹,还有更多国家拥有远程弹道导弹

观光飞行

科学实验

亚轨道载具的一个主要用途是作为科学研究的探空火箭。科学用途的探空火箭起源于1920年代罗伯特·戈达德发射的第一枚液态燃料火箭,虽然当时的火箭并未进入太空。近代的探空火箭则起源于1940年代末期德国V-2火箭。今日的市场上有各个国家不同供应商提供的各式各样探空火箭。一般来说,研究人员希望能在微重力大气层之上进行实验。曾经有报导指出研究人员多次希望在SpaceShipOne上太空进行实验,但都被拒绝,并被告知SpaceShipTwo才提供此服务。[1].

亚轨道运输

诸如X-20等研究指出半弹道亚轨道飞行(semi-ballistic sub-orbital flight)可以在1小时内从欧洲到北美。

然而,能达到这个目标的火箭大小将可比拟洲际导弹。洲际导弹所需的ΔV稍微少于达到轨道速度,因此所需代价稍低,但差异不大。 [5]

由于成本极高,这种运输方式一开始只能局限在高价值,非常急迫的快递,或者是超高级私人专机极限运动或是军队快速反应功能。

SpaceLiner是一高超音速亚轨道太空飞机概念,可以运送50位乘客在90分钟内由澳洲抵达欧洲,或100位乘客在60分钟内由欧洲抵达美国加州。[6] 此概念主要挑战在于增加各项零件的稳定度,特别是引擎,才有可能作为用于每天皆可飞行的客机。

天钩

著名亚轨道无人飞行

  • 首次亚轨道太空飞行发生在1944年初,一枚V-2导弹发射达到海拔189公里的高度。[7][来源请求]
  • 一枚称为Bumper 5的两节式火箭在1949年2月24日在白沙导弹靶场发射升空,达到海拔399公里高度,秒速2300米(接近7马赫)[8]
  • 前苏联1986年以能量号火箭发射Polyus失败,这是目前为止进入亚轨道的最大物体。

亚轨道载人飞行

海拔高度超过100公里以上

发射日期 (GMT) 任务名 宇航员 国家 备注
1 1961-05-05 水星-红石3号 艾伦·雪帕德  美国 第一次载人亚轨道太空飞行,第一位进入太空的美国人
2 1961-07-21 水星-红石4号 维吉尔·葛利森  美国
3 1963-07-19 X-15试验机 Joseph A. Walker  美国 第一架进入太空的有翼飞机
4 1963-08-22 X-15试验机 Joseph A. Walker  美国 第一位两度进入太空的太空人及飞机
5 1975-04-05 联盟18А 瓦西里·拉扎列夫
奥列格·马卡洛夫
 苏联 火箭分离失败后终止的失败轨道太空飞行。
6 2004-06-21 太空船1号 Mike Melvill  美国 第一次商业太空飞行
7 2004-09-29 太空船1号 Mike Melvill  美国 第一次Ansari X-Prize飞行
8 2004-10-04 太空船1号 Brian Binnie  美国 第二次X-Prize飞行

未来的亚轨道载人飞行

维珍银河XCORArmadillo AerospaceBlue Origin以及Masten Space Systems等私人公司都对亚轨道飞行很有兴趣。

NASA等单位正在实验Scramjet高超音速技术也可望符合亚轨道飞行的标准。

非营利组织如ARCASPACE(罗马尼亚太空人及航太协会)还有Copenhagen Suborbitals也曾尝试过以火箭发射亚轨道飞行任务。

参见

参考资料