В космическом полете выход на орбиту — это орбитальный маневр , который корректирует траекторию космического корабля , позволяя выйти на орбиту вокруг планеты , луны или другого небесного тела. [1] Маневр выхода на орбиту включает либо замедление со скорости, превышающей скорость убегания соответствующего тела , либо ускорение до нее с более низкой скорости.
Когда результатом является переходная орбита , например, выход на орбиту спуска, маневр называется выведением на орбиту .
Орбиты — это периодические или квазипериодические траектории, обычно вокруг центрального небесного тела, такого как Земля или Солнце. Они также могут быть траекториями вокруг точек Лагранжа в системе из нескольких тел, такой как система Земля–Луна . (Например, NASA использовало гало-орбиту для миссии CAPSTONE .)
Низкие орбиты — это траектории глубоко внутри «гравитационного колодца» центрального тела. Примерами служат низкая околоземная орбита и низкая лунная орбита . Вывод на низкую орбиту может потребовать существенного замедления относительно центрального тела или, для запуска с поверхности планеты, существенного ускорения для достижения орбитальной скорости .
Орбиты с более высокой энергией, такие как геостационарная орбита, часто достигаются посредством эллиптических переходных орбит .
Один из видов вывода на орбиту используется при захвате на орбиту вокруг небесного тела.
Избыточная скорость межпланетной переходной орбиты обычно сбрасывается с помощью запуска ракеты , известного как запуск орбиты. Для такого маневра двигатель космического корабля используется для замедления его скорости относительно целевого тела. [2] Например, каждая успешная миссия по посадке на Луну в рамках программы «Аполлон» сначала использовала двигательную установку служебного модуля «Аполлон» для выхода на низкую лунную орбиту.
Для некоторых траекторий прибытия малой тяги достаточно для достижения выхода на орбиту. Космический аппарат Hiten впервые использовал этот подход в 1991 году.
Другой метод, используемый, когда тело назначения имеет ощутимую атмосферу, называется аэрозахватом , который может использовать трение атмосферного сопротивления, чтобы замедлить космический корабль достаточно, чтобы выйти на орбиту. Однако это очень рискованно, и это никогда не было испытано для вывода на орбиту. Обычно замедление при выводе на орбиту выполняется с помощью главного двигателя, так что космический корабль попадает на высокоэллиптичную «орбиту захвата», и только позже апоцентр может быть понижен с помощью дальнейших замедлений, или даже с использованием атмосферного сопротивления контролируемым образом, называемым аэроторможением , чтобы понизить апоцентр и сделать орбиту круговой, минимизируя при этом использование бортового топлива. На сегодняшний день только несколько миссий NASA и ESA выполнили аэроторможение ( Magellan , Mars Reconnaissance Orbiter , Trace Gas Orbiter , Venus Express , ...). [3]
Второй тип вывода на орбиту используется для недавно запущенных спутников и других космических аппаратов. Большинство космических ракет-носителей, используемых сегодня, могут выводить полезную нагрузку только в очень узкий диапазон орбит. Угол относительно экватора и максимальная высота этих орбит ограничиваются используемой ракетой и стартовой площадкой . Учитывая это ограничение, большинство полезных нагрузок сначала выводятся на переходную орбиту, где требуется дополнительный маневр тяги для закругления эллиптической орбиты, которая получается в результате первоначального космического запуска. Ключевое различие между этим видом маневра и выводом на транспланетную орбиту с питанием заключается в значительно меньшем изменении скорости, необходимом для подъема или закругления существующей планетарной орбиты, по сравнению с отменой значительной скорости межпланетного круиза.
Хотя текущие маневры по выводу на орбиту требуют точно рассчитанных по времени запусков обычных химических ракет, был достигнут определенный прогресс в использовании альтернативных средств стабилизации орбит, таких как ионные двигатели или плазменные двигатели, позволяющие достичь того же результата, используя меньше топлива в течение более длительного периода времени. Кроме того, исследования по использованию электропроводящих космических тросов для магнитного отталкивания магнитного поля Земли показали некоторую перспективу, которая фактически полностью исключит необходимость в топливе.