Миссия Fram2, финансируемая предпринимателем Чун Вангом, является частным полетом SpaceX для изучения полюсов Земли на полярной орбите. Запланирована к запуску 31 марта 2025 года с использованием космического корабля Crew Dragon Resilience.
Миссия получила название «Фрам-2» в честь легендарного корабля полярных исследований «Фрам». Эта миссия стала новаторской, поскольку она станет первым полётом человека на полярную орбиту.
В течение трёх-пяти дней экипаж будет проводить научные исследования, направленные на изучение полюсов Земли и их космической среды. В рамках этой миссии космический корабль Crew Dragon будет совершать свободный полёт, не пристыковываясь к космической станции. Это станет важным шагом в истории освоения человеком полярной орбиты.
Экипаж Fram2, состоящий из четырёх гражданских лиц, которые никогда ранее не были в космосе, — Chun Wang (командир миссии), Jannicke Mikkelsen (командир корабля), Rabea Rogge (пилот), Eric Philips (специалист миссии, медик).
Уникальность миссии Fram2 заключается в том, что для достижения полярной орбиты требуется больше энергии, чем для экваториальной. В связи с этим особо отмечается, что проект полностью финансируется частным лицом, а экипаж - гражданские лица.
Полярная орбита
Полярная орбита - это тип спутниковой орбиты, где спутник проходит над или почти над Северным и Южным полюсами тела, вокруг которого он вращается, как правило, вокруг Земли, во время каждого оборота. Давайте разберем это таким образом, чтобы это было ясно и полезно, особенно в контексте миссии Fram2, которая нас интересует.
Что такое полярная орбита?
- Путь. На полярной орбите спутник движется с севера на юг (или наоборот) через Землю, проходя близко к обоим полюсам. Орбита называется «полярной», потому что ее плоскость примерно перпендикулярна экватору Земли, с наклоном, как правило, от 60 до 90 градусов относительно экватора. При этом орбита все еще может быть классифицирована как полярная, даже если она проходит в пределах от 20 до 30 градусов полюсов.
- Покрытие. Эта орбита позволяет спутнику видеть почти всю поверхность Земли с течением времени, когда планета вращается под ней. Например, спутник на полярной орбите на высоте 800 км проходит со скоростью около 7,5 км в секунду и может проходить над полюсами несколько раз в день.
- Высота. Полярные орбиты обычно имеют небольшую высоту, в пределах от 200 до 1000 километров над Землёй. Это делает их идеальными для детальных наблюдений за поверхностью планеты. Миссия Frame2 будет находиться на орбите высотой от 425 до 450 километров. Орбитальный наклон составит 90. Полный оборот вокруг Земли будет занимать 93 минуты 10 секунд.
Зачем использовать полярную орбиту?
Полярные орбиты выбираются для конкретных миссий из-за их уникальных преимуществ:
- Глобальный охват. Поскольку спутник проходит над полюсами, а Земля вращается внизу, он может в конечном итоге сканировать всю планету. Это идеально подходит для таких миссий, как наблюдение Земли, картографирование или мониторинг погоды. Поэтому полярные орбиты обычно используются для картирования Земли, разведки и метеорологических спутников.
- Многие спутники на полярной орбите находятся в подтипе, называемом солнечно-синхронной орбитой, где каждый проход происходит в одно и то же местное время суток. Эта консистенция имеет решающее значение для таких приложений, как дистанционное зондирование, где вы хотите сравнивать изображения без изменений, вызванных изменением условий солнечного света.
- Полюса в фокусе. Для миссии, подобной Fram2, которая направлена на изучение полюсов Земли, полярная орбита является оптимальным выбором. Она обеспечивает прямой и частый доступ к этим регионам, что делает её идеальной для научных исследований. Экипаж сможет наблюдать и изучать уникальные явления, такие как полярные сияния, и другие особенности полярной среды, которые не так легко исследовать с других орбит, например, с геостационарной.
Проблемы на полярной орбите
- Запуск спутников на полярную орбиту требует больше энергии, чем на экваториальную. Это связано с тем, что спутники на полярных орбитах не могут использовать скорость вращения Земли, которая значительно облегчает вывод на орбиту в экваториальной зоне. Из-за этого требуется более мощная ракета-носитель. Ракета может потерять до 460 м/с (Delta-v), что составляет около 5% от скорости, необходимой для достижения низкой околоземной орбиты.
- Наклонение орбиты и стартовая площадка: угол наклона орбиты зависит от места, где происходит запуск. Запуск Fram2 будет осуществляться с Космического центра Кеннеди площадке 39A, куда космический корабль Dragon был доставлен вчера. Для достижения правильной полярной наклонности требуется тщательное планирование траектории.
Сравнение с другими орбитами
Чтобы дать вам представление о том, как отличаются полярные орбиты:
- Геостационарная орбита (GEO): Как описано в веб-результате ЕКА, спутники GEO находятся на высоте 35 786 км над экватором и соответствуют вращению Земли, оставаясь неподвижными на одном месте. Они отлично подходят для общения, но не могут хорошо видеть полюса.
- Низкая околоземная орбита (LEO): многие спутники НОО (высотой 200-2000 км) находятся на наклонных орбитах, но не обязательно полярными. Полярные орбиты представляют собой подмножество НОО, оптимизированное для глобального охвата.
- Солнце-синхронная орбита (SSO): особый вид полярной орбиты, где спутник проходит над одним и тем же местом в одно и то же местное время каждый день, часто используется для погодных или визуальных спутников.
Визуализация полярной орбиты
Представьте себе спутник, движущийся по пути, который выглядит как большая петля, идущая от Северного полюса к Южному полюсу и обратно, в то время как Земля вращается под ним. В течение дня, когда Земля завершает одно полное вращение, путь спутника будет «сканироваться» по всему земному шару, как медленная спираль, обернутая вокруг планеты.
Таким образом, полярная орбита - это траектория север-юг, которая позволяет спутнику (или космическому кораблю, подобному Crew Dragon в миссии Fram2), наблюдать за всей Землей с особым акцентом на полюсах. Это энергоемко, но бесценно для миссий, нуждающихся в глобальных или полярно-специфических данных.
Рекорды
Миссия Fram 2 войдет в историю как первая пилотируемая программа с выходом на полярную орбиту. До этого рекордный показатель наклонения орбиты для американских экипажей составлял 65 градусов - этот результат был достигнут во время миссии STS-36 в 1990 году.
Стоит отметить, что стандартные полеты шаттлов были ограничены 57-градусным наклонением орбиты. Такое ограничение было введено из соображений безопасности - более высокое наклонение приводило бы к пролету над густонаселенными районами восточного побережья США.
Однако для STS-36 было сделано исключение. Миссия получила специальное разрешение на выход на рекордную орбиту, поскольку несла важный военный груз повышенной секретности. Характер этой полезной нагрузки остается засекреченным и по сей день.
