Суборбитальный полёт

Суборбитальный полёт — это полёт летательного аппарата по траектории, которая пересекает условную границу космоса (линию Кармана, 100 км над уровнем моря), но при этом не достигает первой космической скорости, необходимой для выхода на орбиту вокруг Земли. В отличие от орбитального полёта, суборбитальный аппарат движется по баллистической траектории, большую часть времени испытывая воздействие силы тяжести и атмосферы, и возвращается на Землю, не совершив полного витка вокруг планеты.

Определение и границы

Основным критерием суборбитального полёта является достижение высоты, считающейся космической (обычно 100 км), при недостаточной горизонтальной скорости для выхода на орбиту. Для орбитального полёта необходима скорость около 7,9 км/с (первая космическая), тогда как для суборбитального достаточно скорости порядка 1–3 км/с. Траектория суборбитального полёта представляет собой параболу или эллипс, вершина которого находится в космосе, а обе конечные точки — на поверхности Земли.

Граница космоса, линия Кармана, определена Международной авиационной федерацией (FAI) как высота 100 км. Однако в некоторых странах, например в США, граница космоса официально установлена на высоте 50 миль (около 80 км). Соответственно, полёты, достигающие этой высоты, также могут считаться суборбитальными.

История

Ранние эксперименты

Первые суборбитальные полёты были осуществлены в ходе разработки баллистических ракет. 3 октября 1942 года немецкая ракета «Фау-2» (A-4) впервые достигла высоты 84,5 км, что стало первым в истории рукотворным объектом, побывавшим в космосе. После Второй мировой войны трофейные «Фау-2» использовались США и СССР для научных исследований верхних слоёв атмосферы.

Начало космической эры

Первым суборбитальным полётом с живым существом на борту стал полёт собак Дезика и Цыгана 22 июля 1951 года на советской геофизической ракете Р-1В. Оба животных благополучно вернулись на Землю.

20 февраля 1947 года США запустили первую ракету с биологическим материалом (плодовые мушки дрозофилы) на высоту 109 км. 14 июня 1949 года обезьяна Альберт II стала первым приматом в космосе, достигнув высоты 134 км, но погибла при ударе о землю.

Первые люди

Первым человеком, совершившим суборбитальный полёт, стал советский космонавт Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года. Однако его полёт был орбитальным — он совершил один виток вокруг Земли. Первым суборбитальным полётом человека считается полёт американского астронавта Алана Шепарда 5 мая 1961 года на корабле «Меркурий-Редстоун-3» (Freedom 7). Полёт длился 15 минут 28 секунд, максимальная высота составила 187,5 км. Шепард стал первым американцем в космосе.

Второй суборбитальный полёт человека совершил Вирджил Гриссом 21 июля 1961 года на корабле «Меркурий-Редстоун-4» (Liberty Bell 7). Полёт длился 15 минут 37 секунд, высота — 190 км. После приводнения люк корабля преждевременно открылся, и аппарат затонул, но астронавт был спасён.

Советский Союз также осуществил суборбитальные полёты человека, но они не были официально признаны на международном уровне. 15 мая 1960 года на корабле «Восток-1» (беспилотный) была проведена отработка. Первый суборбитальный полёт советского космонавта (по некоторым данным) мог состояться 7 марта 1961 года на корабле «Восток-3А» с манекеном и собакой, но данные о пилотируемых суборбитальных полётах в СССР засекречены.

Современные суборбитальные программы

В 2004 году компания Scaled Composites (США) осуществила первый частный суборбитальный полёт на аппарате SpaceShipOne. Пилот Майк Мелвилл достиг высоты 100 км 21 июня 2004 года, а 4 октября 2004 года SpaceShipOne выиграл Ansari X Prize.

В 2010-х годах компании Virgin Galactic (Великобритания/США) и Blue Origin (США) разработали собственные суборбитальные системы. 20 июля 2021 года Blue Origin совершила первый пилотируемый полёт своего корабля New Shepard с основателем компании Джеффом Безосом на борту. 11 июля 2021 года Virgin Galactic осуществила полёт SpaceShipTwo Unity с Ричардом Брэнсоном. Оба полёта достигли высоты более 80 км.

В России в 2020-х годах разрабатывается проект суборбитального туристического корабля «Космополис» (компания «КосмоКурс»), однако его реализация приостановлена.

Классификация

Суборбитальные полёты можно классифицировать по нескольким признакам:

По назначению

• Научные — для исследования верхних слоёв атмосферы, ионосферы, космического излучения, микрогравитации.
• Испытательные — для отработки систем космических аппаратов, теплозащиты, парашютов, систем спасения.
• Туристические — для коммерческих полётов с пассажирами на борту.
• Военные — для тестирования баллистических ракет, систем ПРО, разведки.
• Образовательные — для запуска студенческих экспериментов и малых спутников.

По типу аппарата

• Баллистические ракеты — одноразовые аппараты, используемые для научных и военных целей.
• Многоразовые суборбитальные корабли — аппараты, способные совершать многократные полёты (например, SpaceShipTwo, New Shepard).
• Ракетопланы — аппараты, сочетающие свойства самолёта и ракеты (например, SpaceShipOne).
• Аэростаты с ракетным ускорителем — гибридные системы, поднимающиеся на высоту с помощью стратостата, а затем запускающие ракету.

Технические характеристики

Траектория

Суборбитальная траектория состоит из трёх фаз:

1. Активный участок — работа двигателя, разгон до максимальной скорости.
2. Баллистический участок — полёт по инерции в условиях микрогравитации, достигается максимальная высота (апогей).
3. Спуск и посадка — торможение в атмосфере, раскрытие парашютов, приводнение или посадка на взлётно-посадочную полосу.

Скорость и высота

• Типичная максимальная скорость: 1–3 км/с (3600–10800 км/ч).
• Типичная максимальная высота: 100–200 км (для туристических полётов), до 400–500 км (для научных ракет).
• Длительность полёта: от 10 до 30 минут, из которых 3–6 минут в невесомости.

Двигатели

Суборбитальные аппараты используют жидкостные или твердотопливные ракетные двигатели. Для многоразовых систем применяются гибридные двигатели (например, SpaceShipTwo использует гибридный двигатель на полибутадиене и закиси азота). Blue Origin New Shepard использует жидкостный двигатель BE-3 на водороде и кислороде.

Применение

Научные исследования

Суборбитальные ракеты (геофизические ракеты) используются для:

• Изучения верхних слоёв атмосферы (термосферы, экзосферы).
• Измерения космического излучения, солнечного ветра, магнитных полей.
• Проведения экспериментов в условиях микрогравитации (кристаллизация белков, горение, биология).
• Тестирования приборов для спутников и орбитальных станций.

Космический туризм

Коммерческие суборбитальные полёты предлагают пассажирам несколько минут невесомости и вид на Землю из космоса. Стоимость билета (по состоянию на 2023 год) составляет от 250 000 до 500 000 долларов США. Основные операторы:

• Virgin Galactic (SpaceShipTwo)
• Blue Origin (New Shepard)
• Space Perspective (стратостат с капсулой, не достигает космоса)

Военные цели

Суборбитальные траектории используются для испытаний баллистических ракет, систем противоракетной обороны (ПРО), гиперзвуковых летательных аппаратов. Например, российская ракета «Авангард» (гиперзвуковой планирующий блок) движется по суборбитальной траектории.

Образовательные и студенческие проекты

Суборбитальные ракеты малого класса (например, REXUS, Terrier-Orion) запускаются университетами и научными организациями для проведения экспериментов студентов.

Интересные факты

• Первым человеком, побывавшим в космосе, но не на орбите, считается Алан Шепард, хотя формально его полёт был суборбитальным.
• Суборбитальные полёты значительно дешевле орбитальных: стоимость вывода 1 кг груза на суборбитальную траекторию составляет около 1000–5000 долларов, тогда как на орбиту — от 10 000 до 100 000 долларов.
• В 2021 году компания Blue Origin запустила в суборбитальный полёт 90-летнего актёра Уильяма Шетнера, ставшего самым пожилым человеком в космосе.
• В СССР в 1960-х годах существовала программа «Восток-З» для суборбитальных полётов женщин-космонавтов, но она была закрыта после полёта Валентины Терешковой.
• Суборбитальные полёты могут использоваться для быстрой доставки грузов между континентами: время полёта из Москвы в Нью-Йорк по суборбитальной траектории составило бы около 30–40 минут.

Критика и ограничения

Суборбитальные полёты критикуются за:

• Высокую стоимость при малой продолжительности невесомости (3–6 минут против нескольких дней на МКС).
• Экологический след — выбросы продуктов сгорания в верхние слои атмосферы.
• Безопасность — аварии SpaceShipTwo (2014) и New Shepard (2022, беспилотный) показали риски.
• Недостижение орбиты — суборбитальные полёты не позволяют проводить длительные научные эксперименты или размещать спутники.

Тем не менее, суборбитальные технологии рассматриваются как важный этап в развитии космической индустрии, позволяющий отрабатывать системы для будущих орбитальных и межпланетных миссий.

Источники

• Федеральное космическое агентство России (Роскосмос) — официальные данные о суборбитальных полётах.
• Международная авиационная федерация (FAI) — определение линии Кармана.
• NASA — отчёты о программах «Меркурий» и научных ракет.
• Blue Origin, Virgin Galactic — официальные пресс-релизы и технические описания.
• Журнал «Космонавтика и ракетостроение» — статьи о суборбитальных полётах в СССР.
• Encyclopedia Astronautica — база данных по космическим полётам.