پرواز فضایی مداری (یا پرواز مداری ) به پرواز فضایی گفته می‌شود که در آن فضاپیما در مسیری قرار می‌گیرد که بتواند حداقل برای یک مدار در فضا بماند . برای انجام این کار در اطراف زمین ، باید در یک مسیر آزاد قرار گیرد که دارای ارتفاع در حضیض (ارتفاع در نزدیکترین نزدیک) در حدود 80 کیلومتر (50 مایل) باشد. این مرز فضا است که توسط ناسا ، نیروی هوایی ایالات متحده و FAA تعریف شده است . برای ماندن در مدار در این ارتفاع به سرعت مداری ~7.8 کیلومتر بر ثانیه نیاز است. سرعت مداری برای مدارهای بالاتر کندتر است، اما رسیدن به آنها به دلتا-v بیشتر نیاز دارد . Fédération Aéronautique Internationale خط کارمان را در ارتفاع 100 کیلومتری (62 مایلی) به عنوان یک تعریف کاری برای مرز بین هوانوردی و فضانوردی ایجاد کرده است . این به این دلیل استفاده می شود که همانطور که تئودور فون کارمان محاسبه کرده است، در ارتفاع حدود 100 کیلومتری (62 مایلی)، یک وسیله نقلیه باید سریعتر از سرعت مداری خود حرکت کند تا بتواند بالابر آیرودینامیکی کافی را از جو به دست آورد تا بتواند خود را پشتیبانی کند. [1] : 84 [2]
به دلیل کشش اتمسفر ، کمترین ارتفاعی که در آن یک جسم در مدار دایره‌ای می‌تواند حداقل یک دور کامل بدون نیروی محرکه کامل کند، تقریباً 150 کیلومتر (93 مایل) است.
عبارت "پرواز فضایی مداری" بیشتر برای تمایز از پروازهای فضایی زیر مداری استفاده می شود ، که پروازهایی هستند که اوج فضاپیما به فضا می رسد، اما حضیض بسیار پایین است. [3]
پرواز فضایی مداری از زمین تنها توسط وسایل نقلیه پرتابی انجام شده است که از موتورهای موشک برای رانش استفاده می کنند. برای رسیدن به مدار، موشک باید دلتا-v با سرعت 9.3 تا 10 کیلومتر بر ثانیه را به محموله ارسال کند. این رقم عمدتاً (~7.8 کیلومتر بر ثانیه) برای شتاب افقی مورد نیاز برای رسیدن به سرعت مداری است، اما امکان پسای جوی (تقریباً 300 متر بر ثانیه با ضریب بالستیک یک وسیله نقلیه با سوخت متراکم 20 متری) و تلفات گرانشی (بسته به سوزاندن زمان و جزئیات مسیر و وسیله نقلیه پرتاب) و افزایش ارتفاع.
تکنیک اصلی ثابت شده شامل پرتاب تقریباً عمودی برای چند کیلومتر در حین انجام یک چرخش گرانشی ، و سپس صاف کردن تدریجی مسیر در ارتفاع 170+ کیلومتر و شتاب گرفتن در یک مسیر افقی (با زاویه دید موشک به سمت بالا برای مبارزه با جاذبه و حفظ ارتفاع است. ) برای 5 تا 8 دقیقه سوختگی تا رسیدن به سرعت مداری. در حال حاضر، 2-4 مرحله برای دستیابی به دلتا-v مورد نیاز است. بیشتر پرتاب ها توسط سیستم های پرتاب قابل مصرف انجام می شود .
موشک پگاسوس برای ماهواره های کوچک در عوض از یک هواپیما در ارتفاع 39000 فوتی (12 کیلومتری) پرتاب می شود.
روش های پیشنهادی زیادی برای دستیابی به پرواز فضایی مداری وجود دارد که پتانسیل آن را دارند که بسیار مقرون به صرفه تر از موشک ها باشند. برخی از این ایده‌ها مانند آسانسور فضایی و روتوفاتور به مواد جدیدی نیاز دارند که بسیار قوی‌تر از آنچه در حال حاضر شناخته شده‌اند. سایر ایده‌های پیشنهادی شامل شتاب‌دهنده‌های زمینی مانند حلقه‌های پرتاب ، هواپیماهای فضایی به کمک موشک مانند موتورهای واکنش اسکایلون ، هواپیماهای فضایی با نیروی جت اسکرام‌جت و هواپیماهای فضایی با نیروی RBCC هستند . پرتاب تفنگ برای محموله پیشنهاد شده است.
از سال 2015 اسپیس ایکس پیشرفت قابل توجهی در رویکرد افزایشی خود برای کاهش هزینه پروازهای فضایی مداری نشان داده است. پتانسیل آنها برای کاهش هزینه عمدتاً از فرود پیشران پیشرانه با مرحله تقویت کننده موشک قابل استفاده مجدد و همچنین کپسول Dragon آنها ناشی می شود ، اما همچنین شامل استفاده مجدد از اجزای دیگر مانند فیرینگ محموله و استفاده از چاپ سه بعدی یک سوپر آلیاژ برای ساخت کارآمدتر است. موتورهای موشک، مانند SuperDraco آنها . مراحل اولیه این پیشرفت‌ها می‌تواند هزینه پرتاب مداری را با یک مرتبه قدر کاهش دهد. [4]
جسمی که در مداری در ارتفاع کمتر از تقریباً 200 کیلومتر قرار دارد، به دلیل کشش اتمسفر ناپایدار در نظر گرفته می شود . برای قرار گرفتن یک ماهواره در مداری پایدار (یعنی پایداری بیش از چند ماه)، 350 کیلومتر ارتفاع استانداردتری برای مدار پایین زمین است . به عنوان مثال، در 1 فوریه 1958، ماهواره Explorer 1 به مداری با حضیض 358 کیلومتر (222 مایل) پرتاب شد. [5] پیش از ورود مجدد جوی خود به اقیانوس آرام در 31 مارس 1970، بیش از 12 سال در مدار باقی ماند .
با این حال، رفتار دقیق اجرام در مدار به ارتفاع ، ضریب بالستیک آنها و جزئیات آب و هوای فضا بستگی دارد که می تواند بر ارتفاع جو فوقانی تأثیر بگذارد.
سه "باند" اصلی مدار به دور زمین وجود دارد : مدار پایین زمین (LEO)، مدار زمین متوسط (MEO) و مدار زمین ثابت (GEO).
بر اساس مکانیک مداری ، یک مدار در یک صفحه خاص و عمدتاً ثابت به دور زمین قرار دارد که با مرکز زمین منطبق است و ممکن است نسبت به خط استوا متمایل باشد. حرکت نسبی فضاپیما و حرکت سطح زمین، با چرخش زمین حول محور خود، موقعیتی را تعیین می کند که فضاپیما از روی زمین در آسمان ظاهر می شود و کدام بخش از زمین از فضاپیما قابل مشاهده است.
می توان یک مسیر زمینی را محاسبه کرد که نشان می دهد یک فضاپیما بلافاصله در بالای کدام قسمت از زمین قرار دارد. این برای کمک به تجسم مدار مفید است.
در پروازهای فضایی ، مانور مداری استفاده از سیستم های رانش برای تغییر مدار یک فضاپیما است . برای فضاپیماهای دور از زمین - به عنوان مثال آنهایی که در مدارهای دور خورشید هستند - یک مانور مداری را مانور عمقی (DSM) می نامند .
فضاپیماهای بازگشتی (شامل همه فضاپیماهای بالقوه خدمه) باید راهی برای کاهش سرعت تا حد ممکن در حالی که هنوز در لایه های جوی بالاتر هستند و اجتناب از برخورد با زمین ( ترمز سنگی ) یا سوختن پیدا کنند. برای بسیاری از پروازهای فضایی مداری، کاهش سرعت اولیه با شلیک مجدد موتورهای موشکی فضاپیما، ایجاد اختلال در مدار (با پایین آوردن حضیض در جو) روی یک مسیر زیرمداری انجام می‌شود . بسیاری از فضاپیماها در مدار پایین زمین (مثلاً نانوماهواره‌ها یا فضاپیماهایی که سوخت ایستگاه دارند یا غیرعملکردی هستند) مشکل کاهش سرعت مداری را با استفاده از کشش اتمسفر ( ترمز هوا ) برای ایجاد کاهش سرعت اولیه حل می‌کنند. در همه موارد، هنگامی که کاهش سرعت اولیه حضیض مداری را به درون مزوسفر کاهش داد ، تمام فضاپیماها بیشتر سرعت باقیمانده و در نتیجه انرژی جنبشی را از طریق اثر پسا اتمسفر ناشی از ترمز هوایی از دست می‌دهند .
ترمز هوای عمدی با جهت‌گیری فضاپیمای بازگشتی به‌گونه‌ای انجام می‌شود که سپرهای گرمایی را به سمت جو ارائه کند تا در برابر دماهای بالای ایجاد شده توسط فشرده‌سازی و اصطکاک جوی ناشی از عبور از جو با سرعت‌های مافوق صوت محافظت شود . انرژی حرارتی عمدتاً با گرم کردن فشرده هوا در یک موج ضربه ای جلوتر از وسیله نقلیه با استفاده از یک شکل محافظ حرارتی صاف، با هدف به حداقل رساندن گرمای وارد شده به وسیله نقلیه، تلف می شود.
پروازهای فضایی زیر مداری، با سرعت بسیار پایین‌تری ، پس از ورود مجدد، گرمای زیادی تولید نمی‌کنند .
حتی اگر اجسام در حال چرخش قابل مصرف باشند، بیشتر مقامات فضایی [ به عنوان مثال مورد نیاز ] به سمت ورود مجدد کنترل‌شده فشار می‌آورند تا خطرات جانی و مالی را در سیاره به حداقل برسانند. [ نیازمند منبع ]
{{cite web}}: CS1 maint: نام های عددی: فهرست نویسندگان ( پیوند )