رحلة فضائية مدارية

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ابحث عن المصادر:  "Orbital spaceflight" – news  · journalist  · books  · scholar  · JSTOR ( March 2008 ) ( Learn how and when to remove this message )

الرحلة الفضائية المدارية (أو الرحلة المدارية ) هي رحلة فضائية يتم فيها وضع مركبة فضائية على مسار حيث يمكنها البقاء في الفضاء لمدة مدار واحد على الأقل . للقيام بذلك حول الأرض ، يجب أن تكون على مسار حر يبلغ ارتفاعه عند الحضيض (الارتفاع عند أقرب اقتراب) حوالي 80 كيلومترًا (50 ميلًا)؛ هذا هو حدود الفضاء كما حددته وكالة ناسا والقوات الجوية الأمريكية وإدارة الطيران الفيدرالية . يتطلب البقاء في المدار عند هذا الارتفاع سرعة مدارية تبلغ حوالي 7.8 كم / ثانية. تكون السرعة المدارية أبطأ في المدارات الأعلى، لكن الوصول إليها يتطلب دلتا أكبر . أنشأ الاتحاد الدولي للملاحة الجوية خط كارمان على ارتفاع 100 كم (62 ميلًا) كتعريف عملي للحد الفاصل بين الملاحة الجوية والملاحة الفضائية. يستخدم هذا لأنه على ارتفاع حوالي 100 كم (62 ميل)، كما حسب ثيودور فون كارمان ، يجب على المركبة أن تسافر بسرعة أكبر من السرعة المدارية للحصول على رفع هوائي ديناميكي كافٍ من الغلاف الجوي لدعم نفسها. ^{[1] : 84  [2]}

بسبب السحب الجوي ، فإن أدنى ارتفاع يمكن لجسم في مدار دائري أن يكمل فيه دورة كاملة واحدة على الأقل دون دفع هو حوالي 150 كيلومترًا (93 ميلًا).

يُستخدم تعبير "الرحلات الفضائية المدارية" في الغالب للتمييز بينها وبين الرحلات الفضائية دون المدارية ، وهي الرحلات التي يصل فيها أوج المركبة الفضائية إلى الفضاء، ولكن الحضيض يكون منخفضًا للغاية. ^[3]

هناك ثلاثة "نطاقات" رئيسية للمدار حول الأرض: مدار أرضي منخفض (LEO)، ومدار أرضي متوسط ​​(MEO)، ومدار جغرافي ثابت (GEO).

وفقًا لميكانيكا المدارات ، يقع المدار في مستوى محدد ثابت إلى حد كبير حول الأرض، والذي يتزامن مع مركز الأرض، وقد يكون مائلًا بالنسبة لخط الاستواء. تحدد الحركة النسبية للمركبة الفضائية وحركة سطح الأرض، أثناء دوران الأرض حول محورها، الموضع الذي تظهر فيه المركبة الفضائية في السماء من الأرض، وأجزاء الأرض التي يمكن رؤيتها من المركبة الفضائية.

من الممكن حساب مسار أرضي يظهر أي جزء من الأرض توجد فوقه مركبة فضائية مباشرة؛ وهذا مفيد للمساعدة في تصور المدار.

رحلات الفضاء البشرية المدارية
المركبة الفضائية	الإطلاق الأول	أخر إطلاق	الإطلاقات
فوستوك	1961	1963	6
الزئبق	1962	1963	4
فوسخود	1964	1965	2
تَوأَم	1965	1966	10
سويوز	1967	جاري	146
أبولو	1968	1975	15
مكوك	1981	2011	134
شنتشو	2003	جاري	9
طاقم التنين	2020	جاري	11
المجموع	-	-	333

لم يتم تحقيق رحلات الفضاء المدارية من الأرض إلا بواسطة مركبات الإطلاق التي تستخدم محركات الصواريخ للدفع. للوصول إلى المدار، يجب أن ينقل الصاروخ إلى الحمولة دلتا في حوالي 9.3-10 كم / ثانية. هذا الرقم هو في الأساس (~ 7.8 كم / ثانية) للتسارع الأفقي اللازم للوصول إلى السرعة المدارية، لكنه يأخذ في الاعتبار السحب الجوي (حوالي 300 م / ث مع معامل الباليستية لمركبة تعمل بالوقود الكثيف بطول 20 مترًا)، وخسائر الجاذبية (اعتمادًا على وقت الاحتراق وتفاصيل المسار ومركبة الإطلاق)، واكتساب الارتفاع.

تتضمن التقنية الرئيسية المثبتة الإطلاق عموديًا تقريبًا لبضعة كيلومترات أثناء أداء دوران الجاذبية ، ثم تسطيح المسار تدريجيًا على ارتفاع 170+ كم والتسارع على مسار أفقي (مع توجيه الصاروخ لأعلى لمقاومة الجاذبية والحفاظ على الارتفاع) لمدة 5-8 دقائق حتى يتم تحقيق السرعة المدارية. حاليًا، هناك حاجة إلى 2-4 مراحل لتحقيق دلتا في المطلوبة. تتم معظم عمليات الإطلاق بواسطة أنظمة إطلاق قابلة للاستهلاك .

في المقابل، يتم إطلاق صاروخ بيجاسوس للأقمار الصناعية الصغيرة من طائرة على ارتفاع 39000 قدم (12 كم).

كانت هناك العديد من الطرق المقترحة لتحقيق رحلات الفضاء المدارية والتي لديها القدرة على أن تكون أكثر تكلفة من الصواريخ. تتطلب بعض هذه الأفكار مثل المصعد الفضائي ، والمحرك الدوار ، مواد جديدة أقوى بكثير من أي مواد معروفة حاليًا. تشمل الأفكار المقترحة الأخرى مسرعات أرضية مثل حلقات الإطلاق ، والطائرات/الطائرات الفضائية بمساعدة الصواريخ مثل محركات رد الفعل Skylon ، والطائرات الفضائية التي تعمل بمحرك سكرامجت ، والطائرات الفضائية التي تعمل بمحركات RBCC . تم اقتراح إطلاق المدافع للشحن.

منذ عام 2015، أظهرت سبيس إكس تقدمًا كبيرًا في نهجها التدريجي لتقليل تكلفة رحلات الفضاء المدارية. تأتي إمكاناتها لخفض التكاليف بشكل أساسي من الهبوط الدافع الرائد باستخدام مرحلة التعزيز الصاروخي القابلة لإعادة الاستخدام بالإضافة إلى كبسولة دراغون الخاصة بها ، ولكنها تشمل أيضًا إعادة استخدام المكونات الأخرى مثل أغطية الحمولة واستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لسبائك فائقة لبناء محركات صاروخية أكثر كفاءة، مثل SuperDraco الخاصة بها . يمكن أن تؤدي المراحل الأولية من هذه التحسينات إلى تقليل تكلفة الإطلاق المداري بمقدار كبير. ^[4]

يُعتبر الجسم الموجود في مدار على ارتفاع أقل من 200 كم تقريبًا غير مستقر بسبب السحب الجوي . لكي يكون القمر الصناعي في مدار مستقر (أي مستدام لأكثر من بضعة أشهر)، فإن 350 كم هو ارتفاع أكثر معيارية للمدار الأرضي المنخفض . على سبيل المثال، في 1 فبراير 1958، تم إطلاق القمر الصناعي إكسبلورر 1 في مدار مع حضيض 358 كيلومترًا (222 ميلًا). ^[5] وظل في المدار لأكثر من 12 عامًا قبل إعادة دخوله الغلاف الجوي فوق المحيط الهادئ في 31 مارس 1970.

ومع ذلك، فإن السلوك الدقيق للأجسام في المدار يعتمد على الارتفاع ، ومعاملها الباليستي ، وتفاصيل الطقس الفضائي التي يمكن أن تؤثر على ارتفاع الغلاف الجوي العلوي.

في رحلات الفضاء ، المناورة المدارية هي استخدام أنظمة الدفع لتغيير مدار المركبة الفضائية . بالنسبة للمركبات الفضائية البعيدة عن الأرض - على سبيل المثال تلك الموجودة في مدارات حول الشمس - تسمى المناورة المدارية بمناورة الفضاء العميق (DSM) .

يجب على المركبات الفضائية العائدة (بما في ذلك جميع المركبات المأهولة المحتملة) أن تجد طريقة لإبطاء سرعتها قدر الإمكان أثناء وجودها في طبقات الغلاف الجوي العليا وتجنب الاصطدام بالأرض ( الكبح الصخري ) أو الاحتراق. بالنسبة للعديد من الرحلات الفضائية المدارية، يتم توفير التباطؤ الأولي من خلال إعادة تشغيل محركات الصواريخ الخاصة بالمركبة، مما يؤدي إلى اضطراب المدار (عن طريق خفض الحضيض إلى الغلاف الجوي) على مسار دون مداري. تحل العديد من المركبات الفضائية في مدار أرضي منخفض (على سبيل المثال، الأقمار الصناعية النانوية أو المركبات الفضائية التي نفد منها وقود المحطة أو أصبحت غير صالحة للعمل بطريقة أخرى) مشكلة التباطؤ من السرعات المدارية من خلال استخدام السحب الجوي ( الكبح الجوي ) لتوفير التباطؤ الأولي. في جميع الحالات، بمجرد أن يخفض التباطؤ الأولي الحضيض المداري إلى طبقة الميزوسفير ، تفقد جميع المركبات الفضائية معظم السرعة المتبقية، وبالتالي الطاقة الحركية، من خلال تأثير السحب الجوي للكبح الجوي .

يتم تحقيق الكبح الجوي المتعمد من خلال توجيه المركبة الفضائية العائدة بحيث يتم تقديم دروع الحرارة للأمام باتجاه الغلاف الجوي للحماية من درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن الضغط الجوي والاحتكاك الناجم عن المرور عبر الغلاف الجوي بسرعات تفوق سرعة الصوت . يتم تبديد الطاقة الحرارية بشكل أساسي عن طريق الضغط الذي يسخن الهواء في موجة صدمة أمام المركبة باستخدام شكل درع حراري غير حاد، بهدف تقليل الحرارة التي تدخل المركبة.

الرحلات الفضائية دون المدارية، بما أنها بسرعات أقل بكثير، لا تولد قدرًا كبيرًا ^{من الحرارة عند} إعادة الدخول.

حتى لو كانت الأجسام التي تدور حول الأرض قابلة للتصرف، فإن معظم ^[ السلطات الفضائية ^{] [ بحاجة لمثال ] تدفع} نحو عمليات إعادة الدخول الخاضعة للرقابة لتقليل المخاطر على الأرواح والممتلكات على الكوكب. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

• كان سبوتنيك 1 أول جسم من صنع الإنسان يصل إلى مداره الفضائي. تم إطلاقه في 4 أكتوبر 1957 بواسطة الاتحاد السوفييتي .
• كانت مركبة فوستوك 1 ، التي أطلقها الاتحاد السوفييتي في 12 أبريل 1961، وعلى متنها يوري جاجارين ، أول رحلة فضائية بشرية ناجحة تصل إلى مدار الأرض.
• كانت مركبة فوستوك 6 ، التي أطلقها الاتحاد السوفييتي في 16 يونيو 1963، وعلى متنها فالنتينا تيريشكوفا ، أول رحلة فضائية ناجحة تقوم بها امرأة للوصول إلى مدار الأرض.
• كانت مركبة الفضاء كرو دراغون ديمو 2 ، التي أطلقتها سبيس إكس والولايات المتحدة في 30 مايو 2020، أول رحلة فضائية مأهولة ناجحة لشركة خاصة تصل إلى مدار الأرض.

• مستويات الرحلات الفضائية: دون المدارية ، المدارية، بين الكواكب ، بين النجوم وبين المجرات
• قائمة المدارات