رحلات فضائية دون مدارية

فيديو لرحلة فضائية شبه مدارية لصاروخ السبر بلاك برانت 9
رحلات الفضاء البشرية شبه المدارية ( حدود الفضاء المحددة من قبل الاتحاد الدولي للفضاء )
اسمسنةرحلات جويةموقع
ميركوري-ريدستون 3 ميركوري-ريدستون 419612كيب كانافيرال
الرحلة 90 من طائرة إكس-15، الرحلة 91 من طائرة إكس-1519632قاعدة إدواردز الجوية
سويوز 18 أ19751قاعدة بايكونور الفضائية
رحلة سبيس شيب وان ١٥ مساءً، رحلة سبيس شيب وان ١٦ مساءً، رحلة سبيس شيب وان ١٧ مساءً20043ميناء موهافي الجوي والفضائي
بلو أوريجين NS-16 [ 1 ] بلو أوريجين NS-18 بلو أوريجين NS-1920213مزرعة الذرة
بلو أوريجين NS-20 بلو أوريجين NS-21

بلو أوريجين NS-22

20223
بلو أوريجين NS-25، بلو أوريجين NS-26 ، بلو أوريجين NS-2820243
بلو أوريجين NS-30، بلو أوريجين NS-31، بلو أوريجين NS-32، بلو أوريجين NS-33، بلو أوريجين NS-34 ، بلو أوريجين NS-3620256
رحلات الفضاء البشرية شبه المدارية ( الحدود الفضائية التي تحددها الولايات المتحدة ؛ باستثناء ما سبق ذكره)
اسمسنةرحلات جويةموقع
الرحلة 62 من طراز X-1519621قاعدة إدواردز الجوية
رحلة إكس-15 رقم 77 رحلة إكس-15 رقم 8719632
الرحلة 138 من طائرة إكس-15، الرحلة 143 من طائرة إكس-15، الرحلة 150 من طائرة إكس-15، الرحلة 153 من طائرة إكس-1519654
رحلة إكس-15 رقم 17419661
الرحلة 190 من طائرة إكس-15، الرحلة 191 من طائرة إكس-1519672
رحلة إكس-15 رقم 19719681
سويوز إم إس-1020181قاعدة بايكونور الفضائية
VSS Unity VP-0320181ميناء موهافي الجوي والفضائي
VSS Unity VF-0120191
VSS Unity Unity21 VSS Unity Unity2220212ميناء الفضاء الأمريكي
VSS Unity Unity25 Galactic 01 Galactic 02 Galactic 03 Galactic 04 Galactic 0520236ميناء الفضاء الأمريكي
المجرة 06 المجرة 0720242ميناء الفضاء الأمريكي

الرحلة الفضائية شبه المدارية هي رحلة فضائية تصل فيها المركبة إلى الفضاء الخارجي ، لكن مسارها يتقاطع مع سطح الجسم الجاذبي الذي انطلقت منه. ولذلك، لن تُكمل دورة مدارية كاملة ، ولن تُصبح قمراً صناعياً، ولن تصل إلى سرعة الإفلات .

على سبيل المثال، يُعتبر مسار جسم يُطلق من الأرض ويصل إلى خط كارمان (حوالي 83 كم [52 ميل] - 100 كم [62 ميل] [ 2 ] فوق مستوى سطح البحر )، ثم يسقط عائدًا إلى الأرض، رحلة فضائية شبه مدارية. وقد أُجريت بعض الرحلات شبه المدارية لاختبار المركبات الفضائية ومركبات الإطلاق المُخصصة لاحقًا للرحلات الفضائية المدارية . وهناك مركبات أخرى مصممة خصيصًا للرحلات شبه المدارية فقط؛ ومن أمثلتها المركبات المأهولة، مثل X-15 و SpaceShipTwo ، والمركبات غير المأهولة، مثل الصواريخ الباليستية العابرة للقارات وصواريخ السبر .      

الرحلات التي تصل إلى سرعة كافية للدخول في مدار أرضي منخفض ، ثم تعود إلى مدارها قبل إكمال دورتها الكاملة الأولى، لا تُعتبر رحلات دون مدارية. ومن أمثلة ذلك رحلات نظام القصف المداري الجزئي .

يُطلق أحيانًا على الرحلة التي لا تصل إلى الفضاء اسم الرحلة شبه المدارية، ولكن لا يمكن تصنيفها رسميًا على أنها "رحلة فضائية شبه مدارية". عادةً ما يُستخدم صاروخ، ولكن تم تحقيق بعض الرحلات الفضائية شبه المدارية التجريبية أيضًا باستخدام مدافع فضائية . [ 3 ]

متطلبات الارتفاع

قذيفة المدفع لإسحاق نيوتن . المساران أ و ب يمثلان مسارًا شبه مداري.

بحسب التعريف، تصل الرحلة الفضائية شبه المدارية إلى ارتفاع يزيد عن 100 كيلومتر (62 ميلاً) فوق مستوى سطح البحر . وقد اختار الاتحاد الدولي للملاحة الجوية هذا الارتفاع، المعروف بخط كارمان، لأنه يمثل تقريبًا النقطة التي تتجاوز عندها سرعة المركبة التي تحلق بسرعة كافية لدعم نفسها بالرفع الديناميكي الهوائي من الغلاف الجوي للأرض سرعة المدار . [ 4 ] يمنح الجيش الأمريكي ووكالة ناسا شارة رواد الفضاء لمن يحلقون على ارتفاع يزيد عن 80 كيلومترًا (50 ميلاً) ، [ 5 ] على الرغم من أن وزارة الخارجية الأمريكية لا تضع حدًا فاصلاً واضحًا بين الطيران الجوي والطيران الفضائي . [ 6 ]    

مدار

أثناء السقوط الحر، يكون المسار جزءًا من مدار إهليلجي وفقًا لمعادلة المدار . تكون مسافة الحضيض أقل من نصف قطر الأرض R شاملًا الغلاف الجوي، وبالتالي يتقاطع الإهليلج مع الأرض، ومن ثم تفشل المركبة الفضائية في إكمال مدارها. المحور الأكبر رأسي، ونصف المحور الأكبر a أكبر من R /2. طاقة المدار النوعيةϵ{\displaystyle \epsilon }يُعطى بواسطة:

ε=-μ2أ>-μR{\displaystyle \varepsilon =-{\mu \over {2a}}>-{\mu \over {R}}\,\!}

أينμ{\displaystyle \mu \,\!}هو المعامل القياسي للجاذبية .

في أغلب الأحيان يكون a < R ، وهو ما يتوافق مع قيمة أقلϵ{\displaystyle \epsilon }أقل من الحد الأدنى اللازم لدوران كامل، وهو-μ2R{\displaystyle -{\mu \over {2R}}\,\!}

وبالتالي فإن صافي الطاقة النوعية الإضافية المطلوبة مقارنة برفع المركبة الفضائية إلى الفضاء فقط يتراوح بين 0 وμ2R{\displaystyle \mu \over {2R}\,\!}.

السرعة والمدى والارتفاع

لتقليل التغير المطلوب في السرعة (وهو مقياس ديناميكي فلكي يُحدد بشكل كبير كمية الوقود اللازمة )، يتم تنفيذ الجزء العلوي من الرحلة مع إيقاف تشغيل الصواريخ (يُطلق على هذا تقنيًا اسم السقوط الحر حتى بالنسبة للجزء الصاعد من المسار). (قارن بتأثير أوبرث ). تُحقق أقصى سرعة في الرحلة عند أدنى ارتفاع لمسار السقوط الحر هذا، سواء في بدايته أو نهايته.

إذا كان الهدف ببساطة هو "الوصول إلى الفضاء"، كما هو الحال في التنافس على جائزة أنصاري إكس ، فلا حاجة للحركة الأفقية. في هذه الحالة، يبلغ الحد الأدنى المطلوب من تغيير السرعة (دلتا-في) للوصول إلى  ارتفاع 100 كيلومتر حوالي 1.4 كيلومتر/ثانية . أما الحركة الأبطأ، مع انخفاض السقوط الحر، فتتطلب تغييراً أكبر في السرعة. 

قارن هذا برحلات الفضاء المدارية : يتطلب المدار الأرضي المنخفض (LEO) ، على ارتفاع حوالي 300 كيلومتر، سرعة تقارب 7.7 كيلومتر/ثانية، مما يستلزم تغييرًا في السرعة (دلتا-في) يبلغ حوالي 9.2 كيلومتر/ثانية. (في حال انعدام مقاومة الغلاف الجوي، فإن الحد الأدنى النظري لتغيير السرعة (دلتا-في) سيكون 8.1 كيلومتر/ثانية لوضع مركبة فضائية في مدار على ارتفاع 300 كيلومتر انطلاقًا من نقطة ثابتة كالقطب الجنوبي . ويمكن أن ينخفض ​​الحد الأدنى النظري بمقدار يصل إلى 0.46 كيلومتر/ثانية عند الإطلاق شرقًا من قرب خط الاستواء ).     

بالنسبة للرحلات الفضائية شبه المدارية التي تغطي مسافة أفقية، تقع السرعة القصوى والتغير المطلوب في السرعة (دلتا-في) بين تلك الخاصة بالرحلات العمودية والرحلات في مدار أرضي منخفض. تتكون السرعة القصوى عند بداية المسار من مركبة أفقية ومركبة رأسية. كلما زادت المسافة الأفقية المقطوعة، زادت السرعة الأفقية. (تزداد السرعة الرأسية مع المسافة في المسافات القصيرة، ولكنها تتناقص مع المسافة في المسافات الطويلة). بالنسبة لصاروخ V-2 ، الذي وصل للتو إلى الفضاء بمدى يبلغ حوالي 330  كم، كانت السرعة القصوى 1.6  كم/ث. أما مركبة Scaled Composites SpaceShipTwo ، قيد التطوير، فستكون لها مدار سقوط حر مماثل، ولكن السرعة القصوى المعلنة هي 1.1  كم/ث (ربما بسبب إيقاف تشغيل المحرك على ارتفاع أعلى).

بالنسبة للمدى الأطول، وبسبب المدار الإهليلجي، قد يكون أقصى ارتفاع أعلى بكثير مما هو عليه في المدار الأرضي المنخفض. في رحلة عابرة للقارات لمسافة 10,000 كيلومتر، مثل رحلة صاروخ باليستي عابر للقارات أو رحلات الفضاء التجارية المستقبلية المحتملة ، تبلغ السرعة القصوى حوالي 7  كيلومترات في الثانية، وقد يتجاوز أقصى ارتفاع 1300  كيلومتر. أي رحلة فضائية تعود إلى سطح الأرض، بما في ذلك الرحلات شبه المدارية، ستخضع لعملية إعادة دخول الغلاف الجوي . السرعة عند بدء إعادة الدخول هي في الأساس السرعة القصوى للرحلة. وبالتالي، يختلف التسخين الديناميكي الهوائي الناتج تبعًا لذلك: فهو أقل بكثير في رحلة بسرعة قصوى تبلغ  كيلومترًا واحدًا في الثانية فقط مقارنةً برحلة بسرعة قصوى تبلغ 7 أو 8  كيلومترات في الثانية.

يمكن حساب الحد الأدنى لتغير السرعة (دلتا-في) والارتفاع الأقصى المقابل له لمدى معين، d ، بافتراض أن الأرض كروية الشكل بمحيط معين.40000 كم ،  مع إهمال دوران الأرض وغلافها الجوي. لنفترض أن θ هي نصف الزاوية التي سيدور بها المقذوف حول الأرض، أي بالدرجات 45° × d /١٠٠٠٠ كم  . يتوافق مسار دلتا-في الأدنى مع قطع ناقص له بؤرة في مركز الأرض والأخرى في منتصف المسافة بين نقطة الإطلاق ونقطة الوصول (في مكان ما داخل الأرض). (هذا هو المدار الذي يقلل نصف المحور الأكبر، والذي يساوي مجموع المسافات من نقطة على المدار إلى البؤرتين. تقليل نصف المحور الأكبر يقلل من طاقة المدار النوعية ، وبالتالي دلتا-في، وهي سرعة الإطلاق). تؤدي الحجج الهندسية إلى ما يلي (حيث R هو نصف قطر الأرض، حوالي ٦٣٧٠  كم):

المحور الرئيسي=(1+الخطيئةθ)R{\displaystyle {\text{المحور الرئيسي}}=(1+\sin \theta )R}

المحور الأصغر=R2(الخطيئةθ+الخطيئة2θ)=Rالخطيئة(θ)المحور شبه الرئيسي{\displaystyle {\text{المحور الأصغر}}=R{\sqrt {2\left(\sin \theta +\sin ^{2}\theta \right)}}={\sqrt {R\sin(\theta ){\text{المحور شبه الأكبر}}}}}

المسافة بين نقطة الأوج ومركز الأرض=R2(1+الخطيئةθ+كوسθ){\displaystyle {\text{مسافة الأوج من مركز الأرض}}={\frac {R}{2}}(1+\sin \theta +\cos \theta )}

ارتفاع نقطة الأوج فوق سطح الأرض=(الخطيئةθ2-الخطيئة2θ2)R=(12الخطيئة(θ+π4)-12)R{\displaystyle {\text{ارتفاع الأوج فوق السطح}}=\left({\frac {\sin \theta }{2}}-\sin ^{2}{\frac {\theta }{2}}\right)R=\left({\frac {1}{\sqrt {2}}}\sin \left(\theta +{\frac {\pi }{4}}\right)-{\frac {1}{2}}\right)R}

يبلغ ارتفاع نقطة الأوج أقصى حد له (حوالي 1320  كم) لمسار يقطع ربع المسافة حول الأرض (10000 كم  ) . ستكون للمدى الأطول نقاط أوج أقل في حل دلتا-v الأدنى.

الطاقة الحركية النوعية عند الإطلاق=μR-μالمحور الرئيسي=μRالخطيئةθ1+الخطيئةθ{\displaystyle {\text{الطاقة الحركية النوعية عند الإطلاق}}={\frac {\mu }{R}}-{\frac {\mu }{\text{المحور الرئيسي}}}={\frac {\mu }{R}}{\frac {\sin \theta }{1+\sin \theta }}}

Δv=السرعة عند الإطلاق=2μRالخطيئةθ1+الخطيئةθ=2زRالخطيئةθ1+الخطيئةθ{\displaystyle \Delta v={\text{السرعة عند الإطلاق}}={\sqrt {2{\frac {\mu }{R}}{\frac {\sin \theta }{1+\sin \theta }}}}={\sqrt {2gR{\frac {\sin \theta }{1+\sin \theta }}}}}

(حيث g هي تسارع الجاذبية على سطح الأرض). تزداد قيمة Δv مع زيادة المدى، وتستقر عند 7.9  كم/ث مع اقتراب المدى من٢٠٠٠٠ كيلومتر (نصف المسافة حول العالم). يتوافق المسار الأمثل لقطع نصف المسافة حول العالم، والذي يتطلب  أقل تغيير في السرعة، مع مدار دائري فوق سطح الأرض مباشرةً (بالطبع، في الواقع، يجب أن يكون فوق الغلاف الجوي). انظر أدناه لمعرفة مدة الرحلة.

يُعرَّف الصاروخ الباليستي العابر للقارات بأنه صاروخ قادر على إصابة هدف يبعد 5500 كيلومتر على الأقل ، ووفقًا  للمعادلة المذكورة أعلاه، يتطلب ذلك سرعة ابتدائية تبلغ 6.1  كيلومتر/ثانية. ويتطلب رفع السرعة إلى 7.9  كيلومتر/ثانية للوصول إلى أي نقطة على سطح الأرض صاروخًا أكبر بكثير، لأن كمية الوقود اللازمة تزداد بشكل كبير مع تغير السرعة (انظر معادلة الصاروخ ).

يشير الاتجاه الأولي لمسار ذي أقل تغيير في السرعة إلى منتصف المسافة بين الاتجاه العمودي للأعلى والاتجاه العمودي نحو نقطة الوجهة (التي تقع أسفل الأفق). وينطبق هذا في حال تجاهل دوران الأرض. ولا ينطبق هذا تمامًا على كوكب يدور حول محوره إلا إذا تم الإطلاق من أحد قطبيه. [ 7 ]

مدة الرحلة

في رحلة عمودية على ارتفاعات متوسطة، يكون زمن السقوط الحر، صعودًا وهبوطًا، مساويًا للسرعة القصوى مقسومة على تسارع الجاذبية الأرضية ، أي عند سرعة قصوى تبلغ 1  كم/ث، يكون الزمن الإجمالي 3 دقائق و20 ثانية. ويمكن أن تختلف مدة مراحل الطيران قبل السقوط الحر وبعده.

في الرحلات العابرة للقارات، تستغرق مرحلة الإطلاق من 3 إلى 5 دقائق، بينما تستغرق مرحلة السقوط الحر (مرحلة منتصف المسار) حوالي 25 دقيقة. أما بالنسبة للصواريخ الباليستية العابرة للقارات، فتستغرق مرحلة دخول الغلاف الجوي حوالي دقيقتين؛ وستكون هذه المدة أطول في حالة الهبوط السلس، كما هو الحال في الرحلات التجارية المستقبلية المحتملة. وقد أجرت الرحلة التجريبية الرابعة لمركبة "ستارشيب" التابعة لشركة سبيس إكس تجربة مماثلة، حيث انطلقت من تكساس وهبطت هبوطًا سلسًا مُحاكى في المحيط الهندي بعد 66 دقيقة من الإطلاق.

قد تستغرق الرحلات شبه المدارية من ثوانٍ معدودة إلى أيام. كان بايونير 1 أول مسبار فضائي لوكالة ناسا ، وكان الهدف منه الوصول إلى القمر . إلا أن عطلاً جزئياً تسبب في اتباعه مساراً شبه مداري، ليعود إلى الغلاف الجوي للأرض بعد 43 ساعة من إطلاقه. [ 8 ]

لحساب زمن الرحلة لمسار ذي أقل قيمة دلتا-في، وفقًا لقانون كبلر الثالث ، فإن فترة المدار بأكمله (إذا لم يمر عبر الأرض) ستكون:

فترة=(المحور شبه الرئيسيR)32×فترة المدار الأرضي المنخفض=(1+الخطيئةθ2)322πRز{\displaystyle {\text{period}}=\left({\frac {\text{نصف المحور الرئيسي}}{R}}\right)^{\frac {3}{2}}\times {\text{فترة المدار الأرضي المنخفض}}=\left({\frac {1+\sin \theta }{2}}\right)^{\frac {3}{2}}2\pi {\sqrt {\frac {R}{g}}}}

باستخدام قانون كبلر الثاني ، نضرب هذا في جزء مساحة القطع الناقص الذي يمسحه الخط من مركز الأرض إلى المقذوف:

نسبة المساحة=1πدالة الجيب العكسية2الخطيئةθ1+الخطيئةθ+2كوسθالخطيئةθπ(المحور الرئيسي) (المحور الثانوي){\displaystyle {\text{الكسر المساحي}}={\frac {1}{\pi }}\arcsin {\sqrt {\frac {2\sin \theta }{1+\sin \theta }}}+{\frac {2\cos \theta \sin \theta }{\pi {\text{(المحور الأكبر)(المحور الأصغر)}}}}}

مدة الرحلة=((1+الخطيئةθ2)32دالة الجيب العكسية2الخطيئةθ1+الخطيئةθ+12كوسθالخطيئةθ)2Rز=((1+الخطيئةθ2)32أركوسكوسθ1+الخطيئةθ+12كوسθالخطيئةθ)2Rز{\displaystyle {\begin{aligned}{\text{زمن الرحلة}}&=\left(\left({\frac {1+\sin \theta }{2}}\right)^{\frac {3}{2}}\arcsin {\sqrt {\frac {2\sin \theta }{1+\sin \theta }}}+{\frac {1}{2}}\cos \theta {\sqrt {\sin \theta }}\right)2{\sqrt {\frac {R}{g}}}\\&=\left(\left({\frac {1+\sin \theta }{2}}\right)^{\frac {3}{2}}\arccos {\frac {\cos \theta }{1+\sin \theta }}+{\frac {1}{2}}\cos \theta {\sqrt {\sin \theta }}\right)2{\sqrt {\frac {R}{g}}}\\\end{aligned}}}

هذا يُعطي حوالي 32 دقيقة لقطع ربع المسافة حول الأرض، و42 دقيقة لقطع نصفها. بالنسبة للمسافات القصيرة، يكون هذا التعبير تقاربياً لـ2د/ز{\displaystyle {\sqrt {2d/g}}}.

انطلاقًا من الصيغة التي تتضمن دالة جيب التمام العكسي، فإن مشتق زمن الطيران بالنسبة إلى d (أو θ) يؤول إلى الصفر عندما تقترب d من٢٠٠٠٠ كيلومتر  (نصف المسافة حول العالم ) . مشتقة Δv تؤول إلى الصفر هنا أيضًا. لذا إذا كانت d = يبلغ طول مسار دلتا-في الأدنى حوالي 19000 كيلومتر .19500 كم  ، لكنها ستستغرق بضع ثوانٍ أقل من المسار لـ d =20000 كم  ( والتي يكون مسارها(طولها 20000 كم  ) .

ملفات تعريف الرحلات

مخطط أول رحلة فضائية أمريكية شبه مدارية مأهولة، 1961. صاروخ الإطلاق يرفع المركبة الفضائية خلال أول دقيقتين و22 ثانية. الخط المتقطع: انعدام الجاذبية.
غلاف مجلة العلوم والميكانيكا لشهر نوفمبر 1931، والذي يظهر مركبة فضائية شبه مدارية مقترحة من شأنها أن تصل إلى ارتفاع 700 ميل (1100 كم) في رحلتها التي تستغرق ساعة واحدة من برلين إلى نيويورك. 

على الرغم من وجود العديد من مسارات الطيران شبه المدارية المحتملة، فمن المتوقع أن يكون بعضها أكثر شيوعًا من غيرها.

تم إطلاق الطائرة X-15 (1958-1968) إلى ارتفاع 13.7 كم بواسطة طائرة أم من طراز B-52 ، ورفعت نفسها إلى حوالي 100 كم، ثم انزلقت إلى الأرض.

الصواريخ الباليستية

كانت الصواريخ الباليستية أولى المركبات شبه المدارية التي وصلت إلى الفضاء . وكان أول صاروخ باليستي يصل إلى الفضاء هو الصاروخ الألماني V-2 ، من ابتكار علماء بينيمونده ، في 3 أكتوبر 1942، حيث بلغ ارتفاعه 85 كيلومترًا (53 ميلًا) . [ 9 ] ثم في أواخر الأربعينيات، طورت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي صواريخ باليستية عابرة للقارات (ICBMs) في وقت واحد، وكانت جميعها مبنية على صاروخ V-2، ثم تطورت لاحقًا إلى صواريخ باليستية عابرة للقارات ذات مدى أطول بكثير. واليوم، تمتلك العديد من الدول صواريخ باليستية عابرة للقارات، بل وأكثر من ذلك تمتلك صواريخ باليستية متوسطة المدى (IRBMs) ذات مدى أقصر. 

رحلات سياحية

ستركز الرحلات السياحية شبه المدارية في البداية على بلوغ الارتفاع المطلوب للتأهل للوصول إلى الفضاء. وسيكون مسار الرحلة إما عمودياً أو شديد الانحدار، مع هبوط المركبة الفضائية عائدة إلى موقع إقلاعها.

ستُطفئ المركبة الفضائية محركاتها قبل بلوغها أقصى ارتفاع، ثم ستصعد تدريجيًا إلى أعلى نقطة. وخلال بضع دقائق، من لحظة إطفاء المحركات وحتى بدء الغلاف الجوي في إبطاء التسارع الهابط، سيشعر الركاب بانعدام الوزن .

تم التخطيط لمركبة ميغاروك للقيام برحلات فضائية شبه مدارية من قبل الجمعية البريطانية بين الكواكب في الأربعينيات من القرن العشرين. [ 10 ] [ 11 ]

في أواخر عام 1945، بدأت مجموعة بقيادة م. تيخونرافوف ك. ونج تشيرنيشيفا في الأكاديمية السوفيتية NII-4 (المخصصة لعلوم وتكنولوجيا مدفعية الصواريخ) العمل على مشروع صاروخ ستراتوسفيري، VR-190 ، يهدف إلى الطيران العمودي بواسطة طاقم من طيارين اثنين، إلى ارتفاع 200  كم (65000  قدم) باستخدام V-2 المستولى عليها . [ 12 ]

في عام 2004، عملت عدة شركات على مركبات من هذه الفئة للمشاركة في مسابقة جائزة أنصاري إكس. وفي 4 أكتوبر 2004، أعلن ريك سيرفوس رسميًا فوز مركبة سكيلد كومبوزيتس سبيس شيب ون بالمسابقة، بعد إتمام رحلتين جويتين خلال أسبوعين.

في عام ٢٠٠٥، أعلن السير ريتشارد برانسون، من مجموعة فيرجن، عن تأسيس شركة فيرجن غالاكتيك وخططه لإنشاء مركبة فضائية من طراز سبيس شيب تو تتسع لتسعة ركاب، أطلق عليها اسم VSS Enterprise . وقد اكتمل بناؤها لاحقًا بثمانية مقاعد (طيار واحد، ومساعد طيار واحد، وستة ركاب)، وشاركت في اختبارات النقل المقيد، بالإضافة إلى مشاركتها مع المركبة الأم الأولى WhiteKnightTwo ، أو VMS Eve . كما أكملت المركبة رحلات انزلاق منفردة، مع استخدام الأجزاء الخلفية المتحركة في كل من الوضعين الثابت والمتحرك. وقد تم تشغيل محرك الصاروخ الهجين عدة مرات في منصات اختبار أرضية، وتم تشغيله في رحلة تجريبية للمرة الثانية في ٥ سبتمبر ٢٠١٣. [ ١٣ ] وقد تم طلب أربع مركبات سبيس شيب تو إضافية، وستعمل من ميناء الفضاء الجديد أمريكا . وكان من المتوقع تسيير رحلات تجارية تحمل ركابًا في عام ٢٠١٤، ولكن تم إلغاؤها بسبب الكارثة التي وقعت خلال رحلة SS2 PF04 . صرح برانسون قائلاً: "سنتعلم من الأخطاء التي حدثت، ونكتشف كيف يمكننا تحسين السلامة والأداء، ثم نمضي قدماً معاً." [ 14 ]

التجارب العلمية

يُستخدم عدد كبير من المركبات شبه المدارية اليوم كصواريخ استكشافية علمية . بدأت الرحلات العلمية شبه المدارية في عشرينيات القرن الماضي عندما أطلق روبرت هـ. جودارد أول صواريخ تعمل بالوقود السائل ، إلا أنها لم تصل إلى ارتفاعات الفضاء . في أواخر أربعينيات القرن الماضي، تم تحويل صواريخ V-2 الباليستية الألمانية التي تم الاستيلاء عليها إلى صواريخ استكشافية من طراز V-2، مما ساهم في وضع الأساس للصواريخ الاستكشافية الحديثة. [ 15 ] يوجد اليوم عشرات الأنواع المختلفة من الصواريخ الاستكشافية في السوق، من موردين متنوعين في مختلف البلدان. ​​عادةً ما يرغب الباحثون في إجراء تجارب في بيئة انعدام الجاذبية أو فوق الغلاف الجوي.

النقل دون المداري

تشير الأبحاث، مثل تلك التي أجريت لمشروع X-20 Dyna-Soar، إلى أن رحلة شبه باليستية شبه مدارية يمكن أن تسافر من أوروبا إلى أمريكا الشمالية في أقل من ساعة.

مع ذلك، فإن حجم الصاروخ، نسبةً إلى الحمولة اللازمة لتحقيق ذلك، يُشابه حجم الصاروخ الباليستي العابر للقارات. تتميز الصواريخ الباليستية العابرة للقارات بتغير سرعة أقل قليلاً من تلك اللازمة للوصول إلى المدار؛ وبالتالي ستكون تكلفتها أقل قليلاً من تكلفة الوصول إلى المدار، لكن الفرق ليس كبيراً. [ 16 ]

نظراً للتكلفة العالية للرحلات الفضائية، فمن المرجح أن تقتصر الرحلات شبه المدارية في البداية على عمليات تسليم البضائع ذات القيمة العالية والضرورة القصوى مثل رحلات البريد السريع أو عمليات الاستجابة السريعة العسكرية أو السياحة الفضائية .

تُعدّ مركبة "سبيس لاينر" نموذجًا أوليًا لمركبة فضائية شبه مدارية فائقة السرعة ، قادرة على نقل 50 راكبًا من أستراليا إلى أوروبا في 90 دقيقة، أو 100 راكب من أوروبا إلى كاليفورنيا في 60 دقيقة. [ 17 ] ويكمن التحدي الرئيسي في زيادة موثوقية المكونات المختلفة، ولا سيما المحركات، لجعل استخدامها في نقل الركاب بشكل يومي ممكنًا.

تدرس شركة سبيس إكس إمكانية استخدام مركبتها ستار شيب كنظام نقل شبه مداري من نقطة إلى أخرى. [ 18 ]

رحلات فضائية شبه مدارية غير مأهولة بارزة

رحلات فضائية مأهولة شبه مدارية

على ارتفاع يزيد عن 100  كيلومتر (62.14 ميل). [ أ ] 

الجدول الزمني لرحلات المركبة الفضائية " سبيس شيبون" ، و "سبيس شيب تو" ، و "سي إس إكس تي"، ملف SVG، مرر مؤشر الماوس فوق أي نقطة لعرض التفاصيل.
التاريخ (بتوقيت غرينتش)مهمةطاقمدولةملاحظات
11961-05-05ميركوري-ريدستون 3آلان شيبرد الولايات المتحدةأول رحلة فضائية مأهولة شبه مدارية، وأول أمريكي في الفضاء
221-07-1961ميركوري-ريدستون 4فيرجيل جريسوم الولايات المتحدةثاني رحلة فضائية مأهولة شبه مدارية، وثاني أمريكي في الفضاء
31963-07-19الرحلة 90 من طراز X-15جوزيف أ. ووكر الولايات المتحدةأول مركبة مجنحة في الفضاء
422-08-1963الرحلة 91 من طراز X-15جوزيف أ. ووكر الولايات المتحدةأول إنسان ومركبة فضائية يقومان برحلتين إلى الفضاء
51975-04-05سويوز 18 أفاسيلي لازاريف أوليغ ماكاروف الاتحاد السوفياتيفشل إطلاق الصاروخ إلى المدار. تم إلغاء العملية بعد حدوث عطل أثناء انفصال المرحلة.
62004-06-21رحلة سبيس شيب وان رقم 15Pمايك ميلفيل الولايات المتحدةأول رحلة فضائية تجارية
729-09-2004رحلة سبيس شيب وان رقم 16Pمايك ميلفيل الولايات المتحدةالرحلة الأولى من رحلتين للفوز بجائزة أنصاري إكس
82004-10-04رحلة سبيس شيب وان رقم 17Pبرايان بيني الولايات المتحدةالرحلة الثانية لجائزة إكس برايز، والفوز بالجائزة
92021-07-20بلو أوريجين NS-16جيف بيزوس مارك بيزوس والي فونك أوليفر دايمن الولايات المتحدةأول رحلة طيران مأهولة لشركة بلو أوريجين
102021-10-13بلو أوريجين NS-18أودري باورز كريس بوشويزن جلين دي فريس ويليام شاتنر الولايات المتحدةالرحلة الثانية المأهولة لشركة بلو أوريجين
112021-12-11بلو أوريجين NS-19لورا شيبارد تشرشلي مايكل ستراهان ديلان تايلور إيفان ديك لين بيس كاميرون بيس الولايات المتحدةالرحلة الثالثة المأهولة لشركة بلو أوريجين
122022-03-31بلو أوريجين NS-20مارتي ألين شارون هاغل مارك هاغل جيم كيتشن جورج نيلد غاري لاي الولايات المتحدةالرحلة الرابعة المأهولة لشركة بلو أوريجين
132022-06-04بلو أوريجين NS-21إيفان ديك كاتيا إيشازاريتا هاميش هاردينج فيكتور كوريا هيسبانها جايسون روبنسون فيكتور فيسكوفو الولايات المتحدةالرحلة الخامسة المأهولة لشركة بلو أوريجين
142022-08-04بلو أوريجين NS-22كوبي كوتون ماريو فيريرا فانيسا أوبراين كلينت كيلي الثالث سارة صبري ستيف يونغ الولايات المتحدةرحلة بلو أوريجين السادسة التي يقودها طاقم
152024-05-19بلو أوريجين NS-25ماسون أنجيل سيلفان تشيرون إد دوايت كينيث هيس كارول شالر جوبيشاند ثوتاكورا الولايات المتحدةالرحلة السابعة المأهولة لشركة بلو أوريجين
162024-08-29بلو أوريجين NS-26نيكولينا إلريك روب فيرل يوجين جرين مطبخ إيمان جهانجير كارسن إفرايم رابين الولايات المتحدةالرحلة الثامنة المأهولة لشركة بلو أوريجين
172024-11-22بلو أوريجين NS-28هنري (هانك) ولفوند أوستن ليترال جيمس (دينار أردني) راسل شارون هاغل مارك هاغل إميلي كالاندريللي الولايات المتحدةالرحلة التاسعة المأهولة لطاقم شركة بلو أوريجين
182025-02-25بلو أوريجين NS-30لين بيس، خيسوس كاليخا، توشار شاه، ريتشارد سكوت، إيلين شيا هايد، راسل ويلسون الولايات المتحدةالرحلة العاشرة التي يقودها طاقم من شركة بلو أوريجين
192025-04-14بلو أوريجين NS-31عائشة بو، أماندا نغوين، غايل كينغ، كاتي بيري، لورين سانشيز، كيرياني فلين الولايات المتحدةالرحلة الحادية عشرة التي يقودها طاقم من شركة بلو أوريجين. جميع أفراد الطاقم من النساء.
202025-05-31بلو أوريجين NS-32الدكتورة غريتشن غرين، جيسي ويليامز، أيميت (آمي) ميدينا، خورخي بول جيريس، خايمي أليمان، مارك روكيت الولايات المتحدةالرحلة الثانية عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.
212025-06-29بلو أوريجين NS-33
  • آلي كوهنر
  • كارل كوهنر
  • ليلاند لارسون
  • فريدي ريسينيو الابن
  • أوولابي ساليس
  • جيمس سيتكينز
 الولايات المتحدةالرحلة الثالثة عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.
222025-08-03بلو أوريجين NS-34
 الولايات المتحدةالرحلة الرابعة عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.
232025-10-08بلو أوريجين NS-36
  • كلينت كيلي الثالث
  • آرون نيومان
  • جيف إلجين
  • فيتالي أوستروفسكي
  • دانا كاراغوسوفا
  • ويليام هـ. لويس
 الولايات المتحدةالرحلة الخامسة عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.

رحلات جوية شبه مدارية مأهولة تُطلق عمودياً

كانت معظم رحلات الصواريخ المأهولة إما رحلات فضائية مدارية أو رحلات طائرات تعمل بالصواريخ، والتي تُطلق أفقيًا. أما الرحلات شبه المدارية المأهولة التي تُطلق عموديًا فكانت نادرة قبل إطلاق مركبة نيو شيبارد، وغالبًا ما كانت نتيجة فشل صاروخ مأهول مُخصص للرحلات الفضائية المدارية. تُبين القائمة التالية جميع رحلات الصواريخ شبه المدارية المأهولة التي تُطلق عموديًا.

التاريخ (بتوقيت غرينتش)مهمةطاقممركبة الإطلاقأبوجيدولةملاحظات
1961-05-05ميركوري-ريدستون 3آلان شيبردمركبة إطلاق ميركوري-ريدستون187.5  كم الولايات المتحدةأول أمريكي في الفضاء
21-07-1961ميركوري-ريدستون 4فيرجيل جريسوممركبة إطلاق ميركوري-ريدستون190.3  كم الولايات المتحدةثاني أمريكي في الفضاء
1975-04-05سويوز 18 أفاسيلي لازاريف أوليغ ماكاروفسويوز192  كم الاتحاد السوفياتيفشل إطلاق الصاروخ إلى المدار. تم إلغاء العملية بعد حدوث عطل أثناء انفصال المرحلة.
26-09-1983سويوز 7K-ST رقم 16Lفلاديمير تيتوف جينادي ستريكالوفسويوز0.65  كم الاتحاد السوفياتيإلغاء الإطلاق
28 يناير 1986STS-25فرانسيس ر. "ديك" سكوبي، مايكل ج. سميث ، إليسون س. أونيزوكا، جوديث أ. ريسنيك ، رونالد إي. ماكنير، غريغوري ب. جارفيس، س. كريستا مكوليفمكوك الفضاء تشالنجر20  كم الولايات المتحدةكارثة مكوك الفضاء تشالنجر ، ومقتل جميع رواد الفضاء الذين كانوا على متنه
30 يناير 2014هيوز 1مايك هيوزصاروخ مبني ذاتيًا0.419  كم الولايات المتحدةأصيب مايك هيوز
2018-03-24هيوز 2مايك هيوزصاروخ مبني ذاتيًا0.572  كم الولايات المتحدة
2018-10-11سويوز إم إس-10أليكسي أوفشينين نيك هاغسويوز93  كم روسيافشل إطلاق المركبة المدارية
2020-02-22هيوز 3مايك هيوزصاروخ مبني ذاتيًا1.5  كم الولايات المتحدةلقي مايك هيوز مصرعه في حادث هبوط اضطراري بعد تحطم مظلته عند الإطلاق
2021-07-20بلو أوريجين NS-16جيف بيزوس مارك بيزوس والي فونك أوليفر دايمننيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةأول رحلة طيران مأهولة لشركة بلو أوريجين
2021-10-13بلو أوريجين NS-18أودري باورز كريس بوشويزن جلين دي فريس ويليام شاتنرنيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة الثانية المأهولة لشركة بلو أوريجين
2021-12-11بلو أوريجين NS-19لورا شيبارد تشرشلي مايكل ستراهان ديلان تايلور إيفان ديك لين بيس كاميرون بيسنيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة الثالثة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2022-03-31بلو أوريجين NS-20مارتي ألين شارون هاغل مارك هاغل جيم كيتشن جورج نيلد غاري لاينيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة الرابعة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2022-06-04بلو أوريجين NS-21إيفان ديك كاتيا إيشازاريتا هاميش هاردينج فيكتور كوريا هيسبانها جايسون روبنسون فيكتور فيسكوفونيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة الخامسة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2022-08-04بلو أوريجين NS-22كوبي كوتون ماريو فيريرا فانيسا أوبراين كلينت كيلي الثالث سارة صبري ستيف يونغنيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةرحلة بلو أوريجين السادسة التي يقودها طاقم
2024-05-19بلو أوريجين NS-25ماسون أنجيل سيلفان تشيرون إد دوايت كينيث هيس كارول شالر جوبيشاند ثوتاكورانيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة السابعة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2024-08-29بلو أوريجين NS-26نيكولينا إلريك روب فيرل يوجين جرين مطبخ إيمان جهانجير كارسن إفرايم رابيننيو شيبارد105  كم الولايات المتحدةالرحلة الثامنة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2024-11-22بلو أوريجين NS-28هنري (هانك) ولفوند أوستن ليترال جيمس (دينار أردني) راسل شارون هاغل مارك هاغل إميلي كالاندريللينيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة التاسعة المأهولة لطاقم شركة بلو أوريجين
2025-02-25بلو أوريجين NS-30لين بيس، خيسوس كاليخا، توشار شاه، ريتشارد سكوت، إيلين شيا هايد، راسل ويلسوننيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة العاشرة التي يقودها طاقم من شركة بلو أوريجين
2025-04-14بلو أوريجين NS-31عائشة بو، أماندا نغوين، غايل كينغ، كاتي بيري، لورين سانشيز، كيرياني فليننيو شيبارد106  كم الولايات المتحدةالرحلة الحادية عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين
2025-05-31بلو أوريجين NS-32الدكتورة غريتشن غرين، جيسي ويليامز، أيميت (آمي) ميدينا، خورخي بول جيريس، خايمي أليمان، مارك روكيتنيو شيبارد104  كم الولايات المتحدةالرحلة الثانية عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.
2025-06-29بلو أوريجين NS-33
  • آلي كوهنر
  • كارل كوهنر
  • ليلاند لارسون
  • فريدي ريسينيو الابن
  • أوولابي ساليس
  • جيمس سيتكينز
نيو شيبارد106  كم الولايات المتحدةقام الطاقم الثالث عشر برحلة طيران بلو أوريجين.
2025-08-03بلو أوريجين NS-34
نيو شيبارد104  كم الولايات المتحدةالرحلة الرابعة عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.
2025-10-08بلو أوريجين NS-36
  • كلينت كيلي الثالث
  • آرون نيومان
  • جيف إلجين
  • فيتالي أوستروفسكي
  • دانا كاراغوسوفا
  • ويليام هـ. لويس
نيو شيبارد107  كم الولايات المتحدةالرحلة الخامسة عشرة المأهولة لشركة بلو أوريجين.

مستقبل الرحلات الفضائية شبه المدارية المأهولة

تُبدي شركات خاصة مثل فيرجن غالاكتيك ، وأرماديلو إيروسبيس (التي أعيد تأسيسها لاحقًا باسم إكسوس إيروسبيس)، وإيرباص ، وبلو أوريجين ، وماستن سبيس سيستمز اهتمامًا برحلات الفضاء شبه المدارية، ويعود ذلك جزئيًا إلى مشاريع مثل جائزة أنصاري إكس. وتُجري ناسا وغيرها تجارب على طائرات فرط صوتية تعمل بمحركات سكرامجت ، والتي يُمكن استخدامها في مسارات طيران تُصنّف ضمن رحلات الفضاء شبه المدارية. كما تُحاول كيانات غير ربحية مثل أركاسبيس وكوبنهاغن سابوربيتالز إطلاق صواريخ .

مشاريع رحلات الفضاء دون المدارية

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. الرحلات التي تتجاوز 80 كم ولكن لا تتجاوز 100 كم، بما في ذلك تلك التي تقوم بها مركبة SpaceShipTwo ، معترف بها كرحلات فضائية من قبل الولايات المتحدة.

مراجع

  1. فوست، جيف (20 يوليو 2021). "بلو أوريجين تطلق بيزوس في أول رحلة مأهولة على متن مركبة نيو شيبارد الفضائية" . سبيس نيوز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2021 .
  2. راينهارت، دين ن. (2007). "الحد الرأسي لسيادة الدولة" . مجلة قانون الطيران والتجارة . 72 (1).
  3. "طائر السنونو" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2010-09-26.
  4. "حدود الارتفاع 100 كم لعلم الملاحة الفضائية" . الاتحاد الدولي للملاحة الجوية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 سبتمبر 2017 .
  5. ويلان، ماري (5 يونيو 2013). "تكريم رواد الفضاء X-15 كرواد فضاء" . nasa.gov . مؤرشف من الأصل في 11 يونيو 2017. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 .
  6. "85. بيان الولايات المتحدة، تعريف وتحديد الفضاء الخارجي وطبيعة واستخدام المدار الثابت بالنسبة للأرض، اللجنة الفرعية القانونية التابعة للجنة الأمم المتحدة المعنية بالاستخدامات السلمية للفضاء الخارجي في دورتها الأربعين في فيينا من أبريل" . state.gov . تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 .
  7. بلانكو، فيليب (سبتمبر 2020). "نمذجة مسارات الصواريخ الباليستية العابرة للقارات حول كرة أرضية دوارة باستخدام مجموعة أدوات الأنظمة". مُعلِّم الفيزياء . 58 (7): 494-496 . Bibcode : 2020PhTea..58..494B . doi : 10.1119/10.0002070 . S2CID 225017449 . 
  8. "Pioneer 1 - NSSDC ID: 1958-007A" . NASA NSSDC.
  9. صاروخ V-2 الألماني، كينيدي، غريغوري ب.
  10. هولينغهام، ريتشارد (25 أغسطس 2015). "كيف كان بإمكان صاروخ نازي أن يضع بريطانيًا في الفضاء" . bbc.com . مؤرشف من الأصل في 14 نوفمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 .
  11. "ميغاروك" . www.bis-space.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مايو 2018 .
  12. ^ أناتولي كيسيليف. ألكسندر أ. ميدفيديف؛ فاليري أ. مينشيكوف (ديسمبر 2012). الملاحة الفضائية: ملخص وآفاق . ترجمة ف. شيرباكوف؛ ن. نوفيتشكوف؛ أ.نيشيف. سبرينغر العلوم والإعلام التجاري. ص 1 – 2. رقم ISBN  9783709106488.
  13. "المركبات المُقاسة: المشاريع - سجلات الاختبار لمركبة الفضاء الثانية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2013 .
  14. "برانسون يعلق على حادث تحطم مركبة فيرجن غالاكتيك: 'الفضاء صعب - لكنه يستحق العناء'". سي نت. تم الاطلاع عليه في 1 أغسطس 2015.
  15. "ch2" . history.nasa.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29-11-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-11-2015 .
  16. "مراجعة الفضاء: النقل شبه المداري من نقطة إلى نقطة: يبدو جيدًا نظريًا، ولكن..." www.thespacereview.com . مؤرشف من الأصل في 1 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 .
  17. سيبل، م. (2010). "بدائل واعدة لخارطة طريق مركبة سبيس لاينر" (ملف PDF) . مجلة أكتا أسترونوتيكا . 66 ( 11-12 ): 1652-1658 . رمز Bibcode : 2010AcAau..66.1652S . doi : 10.1016/j.actaastro.2010.01.020 .
  18. رالف، إريك (30 مايو 2019). "إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة سبيس إكس، يرغب في استخدام مركبات ستار شيب كوسيلة نقل بين الأرض والأرض" . تيسلراتي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مايو 2019 .
  19. ^ والتر دورنبيرجر، مويج، برلين 1984. ISBN 3-8118-4341-9.
  20. "مشروع المصد" . ميدان وايت ساندز للصواريخ. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 يناير 2008.
  21. "حريق يدمر مركبة ستار شيب في رحلتها التجريبية السابعة، ويتسبب في تساقط الحطام من الفضاء" . آرس تكنيكا. 17 يناير 2025.
  22. روليت، جوي (17 يناير 2025). "انفجار مركبة ستار شيب التابعة لشركة سبيس إكس خلال اختبار طيران، مما أجبر شركات الطيران على تغيير مسارها" . رويترز .
  23. «يجري المنظمون تحقيقاً في التقارير الواردة عن أضرار مادية ناجمة عن انفجار مركبة ستار شيب التابعة لشركة سبيس إكس» . سي إن إن. ١٧ يناير ٢٠٢٥.
  24. آموس، جوناثان (3 يونيو 2014). "إيرباص تتخلى عن نموذج "الطائرة الفضائية""" . بي بي سي نيوز . مؤرشف من الأصل في 4 مايو 2018. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 .