维珍银河的VSS Unity有翼太空船让亚轨道飞行再次成为新闻焦点。
亚轨道飞行是指,这些飞行器虽然会穿越边界模糊的太空,但速度不足以使其留在太空中。
机械与航空航天工程教授约翰·M·霍拉克解释了其背后的科学原理。
随着理查德·布兰森爵士搭乘维珍银河的VSS Unity有翼太空船飞行,以及杰夫·贝索斯搭乘蓝色起源公司的New Shepard飞行器飞行,触及太空边界并体验数分钟的失重,“亚轨道”一词将频频出现在人们的视野中。
那么,究竟什么是“亚轨道”?简而言之,这意味着这些飞行器将穿越边界模糊的太空,但一旦抵达那里,速度将不足以使其留在太空中。
如果一艘航天器(或其他任何物体)达到每小时17,500英里(每小时28,000公里)或更高的速度,它将不会落回地面,而是会持续绕地球下落。这种持续的下落正是处于轨道上的含义,也是卫星和月球能够保持在地球上空的原因。
任何飞入太空、但水平速度不足以留在太空中的物体,例如这些火箭,都会重返地球,因此其飞行轨迹即为亚轨道。
这些亚轨道飞行为何重要
尽管2021年7月发射的两艘航天器不会进入轨道,但私人航天器抵达太空这一成就,是人类历史上的重要里程碑。搭乘这些航天器以及未来所有私营部门亚轨道飞行的人员,将在数分钟内身处太空,体验数分钟的令人兴奋的失重,并且当之无愧地获得宇航员飞行徽章。
一个投掷得当的棒球
从概念上讲,布兰森和贝索斯所乘坐的飞行,与将棒球抛向空中并无太大区别。
棒球向上抛得越快,它升得越高,在空中停留的时间也越长。如果同时给球施加一定的水平速度,它将在航程上飞得更远。
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设想你在一片空旷的场地上抛出棒球。球上升时速度会减慢,因为其速度所具有的动能转化为了高度增加所形成的势能。最终,球将达到最大高度,然后落回地面。
现在设想,你能够将棒球抛得足够快,使其达到约60英里(97公里)的高度。瞧!棒球已经抵达太空。但当球达到最大高度时,其垂直速度将为零,并开始落回地球。
这一飞行过程可能持续数分钟,在其中的大部分时间里,棒球将经历近乎失重的状态——搭乘这些航天器的新晋宇航员亦是如此。与假想中的棒球一样,宇航员将抵达太空,但不会进入轨道,因此他们的飞行属于亚轨道飞行。


