Pojazd kosmiczny

Pojazd kosmiczny – połączenie statku kosmicznego i jego rakiety nośnej⁣, która wynosi go w przestrzeń kosmiczną. Najwcześniejsze pojazdy kosmiczne były jednorazowymi systemami startowymi, wykorzystującymi rakietę jedno- lub wielostopniową do przenoszenia stosunkowo małego statku kosmicznego (w stosunku do całkowitego rozmiaru i masy pojazdu)^[1]. Wyjątkiem od tej reguły był wahadłowiec, składający się z wielokrotnego użytku statku kosmicznego przewożącego załogę i ładunek użyteczny, wspieranego przez zestaw jednorazowego zewnętrznego zbiornika paliwa i dwóch rakiet nośnych na paliwo stałe wielokrotnego użytku^[2].

Wczesne pojazdy kosmiczne były czasami nazywane „statkami kosmicznymi”^[3][4]. a termin ten pochodzi z literatury science fiction i oznacza hipotetyczny pojazd, który porusza się poza niską orbitą okołoziemską i jest w pełni wielokrotnego użytku, wymagając jedynie regularnego uzupełniania paliwa jak w samolocie^[5].

W powieści Juliusza Verne’a „Z Ziemi na Księżyc” z 1865 roku podejmowane były udane próby wystrzelenia pocisku z trzema osobami na pokładzie celem wykonania lądowania na Księżycu^[6]. W 1880 roku The Pall Mall Gazette określiła '„Columbiadę”' Verne’a jako „statek kosmiczny”, co było pierwszym odnotowanym użyciem tego terminu^[7].

Koncepcja „statku kosmicznego” (lub „statku rakietowego”) została rozwinięta w science fiction XX wieku, takiej jak Flash Gordon, jako samodzielny, prawdopodobnie napędzany rakietą, zunifikowany pojazd zdolny do osiągnięcia pozaziemskiego celu, zachowujący swoją strukturę w nienaruszonym stanie i wymagający jedynie uzupełnienia paliwa, jak samolot. Występująca w rzeczywistości technologia rakietowa nie umożliwiała tego, podczas gdy samolot wymaga ilości paliwa zajmującej stosunkowo niewielką część całkowitego rozmiaru i masy, to rakieta wymaga dodatkowo utleniacza, aby działać w próżni kosmicznej^[8]. Nie może używać powietrza atmosferycznego jako paliwa, tę funkcję spełnia paliwo o dużej objętości i dużej masie w połączeniu ze wspomnianym utleniaczem. Ponadto duża ilość energii wymagana do osiągnięcia co najmniej niskiej prędkości orbitalnej wokół Ziemi wymaga niezwykle wysokiego stosunku paliwa do suchej (konstrukcyjnej) masy pojazdu^[9]. Technologie konstrukcyjne z połowy XX wieku uniemożliwiały zbudowanie zestawu zbiorników paliwa zdolnych pomieścić wystarczającą ilość paliwa i utleniacza, aby osiągnąć wymaganą prędkość^[10]. Zatem jednorazowe wielostopniowe rakiety nośne były niezbędnym wyborem konstrukcyjnym, gdy pod koniec lat 50. XX wieku rozpoczęły się loty kosmiczne. Jednak od lat 90. XX wieku rozpoczęto prace rozwojowe nad jednolitymi, jednostopniowymi rakietami nośnymi (SSTO), w ramach projektów takich jak X-33, Roton, McDonnell Douglas DC-X i Skylon. Do 2020 roku większość projektów rozwojowych SSTO zakończyła się niepowodzeniem^[11], z wyjątkiem Skylona, który jest nadal rozwijany^[12].

Większość obecnie używanych statków kosmicznych jest jednorazowego użytku, zaprojektowana do przenoszenia pojedynczego ładunku w przestrzeń kosmiczną, a nie do odzyskiwania i ponownego użycia^[13]. Zazwyczaj składają się z kilku stopni, które odłączają się sekwencyjnie w miarę nabierania prędkości i wysokości przez statek aż do całkowitego wyczerpywania się paliwa^[14].

Systemy startowe wielokrotnego użytku umożliwiają wystrzelenie wielu ładunków i mogą być odzyskiwane po każdym użyciu. Jedynymi w pełni wielokrotnego użytku statkami kosmicznymi współcześnie wykorzystywanymi są New Shepard i SpaceShipTwo. Oba z nich wykonują loty suborbitalne^[15][16]. SpaceX obecnie rozwija program Starship, aby stał się w pełni wielokrotnego użytku orbitalnym statkiem kosmicznym^[17].