Ուղեծրային թռիչք

Ուղեծրային տիեզերական թռիչքը կամ ուղեծրային թռիչքը տիեզերական թռիչք է, որի ընթացքում տիեզերանավը տեղադրվում է այնպիսի հետագծի վրա, որտեղ այն կարող է տիեզերքում մնալ առնվազն մեկ ուղեծրային պտույտի ընթացքում։ Երկրի շուրջ դրա համար տիեզերանավը պետք է գտնվի ազատ հետագծի վրա, որի պերիգեյի՝ ամենամոտ մոտեցման բարձրությունը մոտ 80 կմ է։ Սա տիեզերքի սահմանն է ըստ ՆԱՍԱ-ի, ԱՄՆ ռազմաօդային ուժերի և Դաշնային ավիացիոն վարչության։ Այդ բարձրության վրա ուղեծրում մնալու համար անհրաժեշտ է մոտ 7,8 կմ/վ ուղեծրային արագություն։ Ավելի բարձր ուղեծրերում ուղեծրային արագությունն ավելի փոքր է, սակայն դրանց հասնելու համար անհրաժեշտ է ավելի մեծ դելտա-v։

Միջազգային ավիացիոն ֆեդերացիան սահմանել է Կարմանի գիծը՝ 100 կմ բարձրություն, որպես ավիացիայի և տիեզերագնացության միջև գործնական սահման։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ մոտ 100 կմ բարձրության վրա, ինչպես հաշվարկել է Թեոդոր ֆոն Կարմանը, տրանսպորտային միջոցը պետք է շարժվեր ուղեծրային արագությունից ավելի արագ, որպեսզի մթնոլորտից ստանար բավարար աերոդինամիկական վերամբարձ ուժ և կարողանար իրեն պահել օդում^[1]^{էջ 84}^[2]։

Մթնոլորտային դիմադրության պատճառով ամենացածր բարձրությունը, որտեղ շրջանաձև ուղեծրում գտնվող օբյեկտը կարող է առանց շարժիչային համակարգի կատարել առնվազն մեկ ամբողջական պտույտ, մոտավորապես 150 կմ է։

«Ուղեծրային թռիչք» արտահայտությունը հիմնականում օգտագործվում է այն ենթաուղեծրային թռիչքներից տարբերակելու համար, որոնց ընթացքում տիեզերանավի ապոգեյը հասնում է տիեզերք, սակայն պերիգեյը չափազանց ցածր է ամբողջական ուղեծիր կազմելու համար^[3]։

Հետագիծ

Երկրի շուրջ ուղեծիրների երեք հիմնական «գոտիներն» են ցածր մերձերկրյա ուղեծիրը՝ LEO, միջին մերձերկրյա ուղեծիրը՝ MEO, և գեոհաստատուն ուղեծիրը՝ GEO։

Ըստ ուղեծրային մեխանիկայի՝ ուղեծիրը գտնվում է Երկրի շուրջ որոշակի, մեծ մասամբ ֆիքսված հարթության մեջ, որն անցնում է Երկրի կենտրոնով և կարող է թեքված լինել հասարակածի նկատմամբ։ Տիեզերանավի հարաբերական շարժումը և Երկրի մակերևույթի շարժումը, քանի որ Երկիրը պտտվում է իր առանցքի շուրջ, որոշում են, թե տիեզերանավը գետնից դիտողի համար երկնքում որտեղ է երևում և Երկրի որ հատվածներն են տեսանելի տիեզերանավից։

Հնարավոր է հաշվարկել գետնային հետագիծը, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ պահին տիեզերանավը Երկրի որ հատվածի անմիջապես վերևում է գտնվում։ Դա օգտակար է ուղեծիրը պատկերացնելու համար։

Արձակում

Տիեզերանավ	Առաջին արձակում	Վերջին արձակում	Արձակումներ
Ուղեծրային մարդատար տիեզերական թռիչքներ
Վոստոկ	1961	1963	6
Մերկուրի	1962	1963	4
Վոսխոդ	1964	1965	2
Ջեմինի	1965	1966	10
Սոյուզ	1967	Շարունակվում է	146
Ապոլոն	1968	1975	15
Սփեյս Շաթլ	1981	2011	134
Շենչժոու	2003	Շարունակվում է	9
Crew Dragon	2020	Շարունակվում է	11
Ընդամենը	-	-	333

Երկրից ուղեծրային տիեզերական թռիչք հնարավոր է եղել իրականացնել միայն այն կրող հրթիռներով, որոնք շարժման համար օգտագործում են հրթիռային շարժիչներ։ Ուղեծիր հասնելու համար հրթիռը պետք է օգտակար բեռին հաղորդի մոտ 9.3–10 կմ/վ դելտա-v։ Այս մեծության հիմնական մասը՝ մոտ 7,8 կմ/վ, անհրաժեշտ է ուղեծրային արագության համար պահանջվող հորիզոնական արագացմանը, իսկ մնացածը ծախսվում է մթնոլորտային դիմադրությունը հաղթահարելու, ձգողական կորուստները փոխհատուցելու և բարձրություն ձեռք բերելու վրա։

Գործնականում կիրառվող հիմնական մեթոդը գրեթե ուղղահայաց արձակումն է մի քանի կիլոմետր բարձրության վրա՝ ձգողական շրջադարձի կատարմամբ, այնուհետև հետագծի աստիճանական հարթեցումը մոտ 170 կմ և ավելի բարձրության վրա։ Դրանից հետո հրթիռը շարժվում է հիմնականում հորիզոնական հետագծով, մի փոքր վեր ուղղված՝ բարձրությունը պահպանելու համար, մինչև 5–8 րոպեանոց այրման ընթացքում հասնի ուղեծրային արագության։ Պահանջվող դելտա-v-ին հասնելու համար ներկայում սովորաբար անհրաժեշտ է 2–4 աստիճան։ Արձակումների մեծ մասը իրականացվում է մեկանգամյա օգտագործման կրող հրթիռներով։

Փոքր արբանյակների համար նախատեսված Պեգասուս հրթիռը, ի տարբերություն դասական համակարգերի, արձակվում է օդանավից՝ մոտ 12 կմ բարձրությունից։

Ուղեծրային տիեզերական թռիչքին հասնելու համար առաջարկվել են բազմաթիվ այլ մեթոդներ, որոնք տեսականորեն կարող են ավելի մատչելի լինել, քան հրթիռները։ Դրանցից են տիեզերական վերելակը, ռոտովատորը, արձակման օղակները, հրթիռային աջակցությամբ օդանավերը կամ տիեզերական ինքնաթիռները, օրինակ՝ Սկայլոնը, սքրամջեթ շարժիչով տիեզերական ինքնաթիռները և հրթիռային համակցված ցիկլի շարժիչով համակարգերը։ Բեռների համար առաջարկվել է նաև հրանոթային արձակումը։

2015 թվականից SpaceX-ը զգալի առաջընթաց է ցուցադրել ուղեծրային թռիչքի արժեքը նվազեցնելու ավելի աստիճանական մոտեցմամբ։ Արժեքի նվազեցման հիմնական ներուժը կապված է վերօգտագործվող հրթիռային արագացուցիչ աստիճանի շարժիչային համակարգով ուղղահայաց վայրէջքի, Dragon պարկուճի, ինչպես նաև այլ բաղադրիչների՝ օրինակ օգտակար բեռի ծածկերի, կրկնակի օգտագործման հետ։ Օգտագործվում են նաև 3D տպագրության տեխնոլոգիաներ՝ ավելի արդյունավետ հրթիռային շարժիչների, օրինակ՝ SuperDraco-ի կառուցման համար։ Այս բարելավումների սկզբնական փուլերը կարող էին ուղեծրային արձակման արժեքը նվազեցնել մոտ մեկ կարգով^[4]։

Կայունություն

Մոտ 200 կմ-ից ցածր բարձրության վրա գտնվող ուղեծրային օբյեկտը համարվում է անկայուն մթնոլորտային դիմադրության պատճառով։ Որպեսզի արբանյակը ունենա կայուն ուղեծիր, այսինքն՝ պահպանի այն ավելի քան մի քանի ամիս, ցածր երկրաշուրջ ուղեծիրի համար սովորական բարձրությունը մոտ 350 կմ է։ Օրինակ, 1958 թվականի փետրվարի 1-ին արձակված Էքսփլորեր 1 արբանյակը տեղադրվել էր 358 կմ պերիգեյով ուղեծրում^[5]։ Այն ուղեծրում մնաց ավելի քան 12 տարի և մթնոլորտային վերամուտք կատարեց Խաղաղ օվկիանոսի վրա 1970 թվականի մարտի 31-ին։

Այնուամենայնիվ, ուղեծրում գտնվող օբյեկտների ճշգրիտ վարքագիծը կախված է բարձրությունից, բալիստիկ գործակցից և տիեզերական եղանակի մանրամասներից, որոնք կարող են ազդել վերին մթնոլորտի բարձրության վրա։

Ուղեծրի պահպանում

Ուղեծրային մանևր

Տիեզերական թռիչքում ուղեծրային մանևրը տիեզերանավի շարժիչային համակարգերի օգտագործումն է՝ տիեզերանավի ուղեծիրը փոխելու համար։ Երկրից հեռու գտնվող տիեզերանավերի դեպքում, օրինակ՝ Արեգակի շուրջ ուղեծրերում, ուղեծրային մանևրը կոչվում է խոր տիեզերքի մանևր՝ deep-space maneuver։

Ուղեծրից դուրսբերում և վերամուտք

Վերադարձող տիեզերանավերը, այդ թվում՝ բոլոր պոտենցիալ մարդատար սարքերը, պետք է գտնեն բարձր մթնոլորտային շերտերում հնարավորինս շատ դանդաղելու միջոց՝ խուսափելով գետնին ուղղակի բախվելուց կամ այրվելուց։ Բազմաթիվ ուղեծրային թռիչքներում սկզբնական դանդաղեցումն ապահովվում է տիեզերանավի հրթիռային շարժիչների այրմամբ, որի արդյունքում ուղեծիրը խանգարվում է՝ պերիգեյը իջեցնելով մթնոլորտի մեջ և տիեզերանավը տեղափոխելով ենթաուղեծրային հետագծի վրա։ Ցածր երկրաշուրջ ուղեծիրում գտնվող շատ տիեզերանավեր, օրինակ՝ նանոարբանյակները կամ վառելիքը սպառած ու չգործող սարքերը, դանդաղեցման խնդիրը լուծում են աերոարգելակումով՝ օգտագործելով մթնոլորտային դիմադրությունը։

Երբ պերիգեյը իջնում է միջնոլորտի մեջ, բոլոր տիեզերանավերը կորցնում են իրենց մնացած արագության և կինետիկ էներգիայի մեծ մասը մթնոլորտային դիմադրության միջոցով։ Վերամուտքի ժամանակ տիեզերանավը սովորաբար ուղղորդվում է այնպես, որ ջերմային վահանը առաջ լինի դեպի մթնոլորտը՝ պաշտպանելու համար հիպերձայնային արագությամբ մթնոլորտով անցնելու ընթացքում առաջացող բարձր ջերմաստիճաններից։ Ջերմային էներգիայի մեծ մասը ցրվում է մեքենայի առջև ձևավորվող հարվածային ալիքի օդի սեղմման միջոցով, իսկ բութ ջերմային վահանի ձևը նվազեցնում է տրանսպորտային միջոց մտնող ջերմությունը։

Ենթաուղեծրային թռիչքները, լինելով շատ ավելի ցածր արագությամբ, վերամուտքի ժամանակ չեն առաջացնում նույնպիսի մեծ ջերմային բեռ, ինչ ուղեծրային թռիչքները։ Նույնիսկ եթե ուղեծրային օբյեկտները մեկանգամյա օգտագործման են, տիեզերական կառույցները ձգտում են վերահսկվող վերամուտքերի՝ Երկրի վրա մարդկանց և գույքի համար վտանգները նվազեցնելու նպատակով։

Պատմություն

Սպուտնիկ 1-ը առաջին մարդաստեղծ օբյեկտն էր, որը իրականացրեց ուղեծրային տիեզերական թռիչք։ Այն արձակվեց 1957 թվականի հոկտեմբերի 4-ին Խորհրդային Միության կողմից։
Վոստոկ 1-ը, որը Խորհրդային Միությունը արձակեց 1961 թվականի ապրիլի 12-ին և որը տեղափոխում էր Յուրի Գագարինին, առաջին հաջողված մարդատար տիեզերական թռիչքն էր, որը հասավ Երկրի ուղեծիր։
Վոստոկ 6-ը, որը Խորհրդային Միությունը արձակեց 1963 թվականի հունիսի 16-ին և որը տեղափոխում էր Վալենտինա Տերեշկովային, առաջին հաջողված կնոջ տիեզերական թռիչքն էր դեպի Երկրի ուղեծիր։
Crew Dragon Demo-2-ը, որը արձակվեց SpaceX-ի և Միացյալ Նահանգների կողմից 2020 թվականի մայիսի 30-ին, առաջին հաջողված մարդատար տիեզերական թռիչքն էր մասնավոր ընկերության կողմից, որը հասավ Երկրի ուղեծիր։

Ծանոթագրություններ

↑ O'Leary, Beth Laura (2009). Darrin, Ann Garrison (ed.). Handbook of space engineering, archaeology, and heritage. Advances in engineering. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8431-3.
↑ «Where does space begin? – Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums». Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums (ամերիկյան անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2015-11-17-ին. Վերցված է 2015-11-10-ին.
↑ February 2020, Adam Mann 10 (2020 թ․ փետրվարի 10). «What's the difference between orbital and suborbital spaceflight?». Space.com (անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2020 թ․ հունիսի 16-ին. Վերցված է 2020-07-13-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ թվային անուններ: authors list (link)
↑ Belfiore, Michael (2013 թ․ դեկտեմբերի 9). «The Rocketeer». Foreign Policy. Արխիվացված օրիգինալից 2013 թ․ դեկտեմբերի 10-ին. Վերցված է 2013 թ․ դեկտեմբերի 11-ին.
↑ «Explorer 1 – NSSDC ID: 1958-001A». NASA. Արխիվացված օրիգինալից 2019 թ․ մայիսի 27-ին. Վերցված է 2019 թ․ օգոստոսի 21-ին.

Արտաքին հղումներ

[1] O'Leary, Beth Laura (2009). Darrin, Ann Garrison (ed.). Handbook of space engineering, archaeology, and heritage. Advances in engineering. CRC Press. ISBN 978-1-4200-8431-3.

[space_begin-2] «Where does space begin? – Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums». Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums (ամերիկյան անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2015-11-17-ին. Վերցված է 2015-11-10-ին.

[3] February 2020, Adam Mann 10 (2020 թ․ փետրվարի 10). «What's the difference between orbital and suborbital spaceflight?». Space.com (անգլերեն). Արխիվացված օրիգինալից 2020 թ․ հունիսի 16-ին. Վերցված է 2020-07-13-ին.{{cite web}}: CS1 սպաս․ թվային անուններ: authors list (link)

[fp20131209-4] Belfiore, Michael (2013 թ․ դեկտեմբերի 9). «The Rocketeer». Foreign Policy. Արխիվացված օրիգինալից 2013 թ․ դեկտեմբերի 10-ին. Վերցված է 2013 թ․ դեկտեմբերի 11-ին.

[5] «Explorer 1 – NSSDC ID: 1958-001A». NASA. Արխիվացված օրիգինալից 2019 թ․ մայիսի 27-ին. Վերցված է 2019 թ․ օգոստոսի 21-ին.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]