Почему о тестовом запуске Starship пишут то как об орбитальном полете, то как о суборбитальном? Вообще орбита — это место или скорость?

Орбита — это геометрическая линия в пространстве, которую чертит центр масс тела, свободно летящего в центральном поле тяготения. Крупномасштабную траекторию, формируемую центральным гравитационным полем, Иоганн Кеплер назвал орбитой, от латинского слова orbita — «колея», «путь».

Околоземные орбиты — замкнутые эллипсы вокруг центра обращения, с макушкой апогея и «низиной» перигея. Если высоты апогея и перигея равны, то орбита — круговая. Для свободного полета по ней нужна определенная скорость во всех ее точках, называемая орбитальной скоростью. Она горизонтальна и меняет величину с высотой: чем ниже орбита, тем сильнее там гравитационное поле и быстрее орбитальная скорость. Луна (удаление от Земли — 380 000 километров) ползет со скоростью 1,023 километра в секунду. На геостационарной орбите (высота — 35 670 километров) орбитальная скорость 3,08 километра в секунду, у спутников GPS (высота — 20 000 километров) скорость 3,89 километра в секунду.

Ниже — быстрее: на солнечно-синхронных орбитах (возьмем 700 километров) скорость — 7,51 километра в секунду, у Starlink (на высоте 550 километров) — 7,59 километра в секунду, у станции МКС (высота — 416 километров) скорость — 7,66 километра в секунду. На низкой опорной орбите (высота 200 километров) скорость — 7,72 километра в секунду. Самая большая скорость будет на нулевой высоте на поверхности условной сферической Земли в отсутствие атмосферы и рельефа. Она называется первой космической скоростью и равна 7,91 километра в секунду.

Первая космическая скорость характеризует гравитационные условия на поверхности планеты, определяемые двумя ее главными параметрами: массой и размером. Поэтому первая космическая скорость становится характеристикой планеты или другого небесного тела, и указывается для них как важная (баллистическая) информация. Хотя эта скорость самая большая среди всех круговых орбит, энергия тела в состоянии орбитального движения здесь минимальна; вся она кинетическая. Это минимальная энергия для свободного орбитального полета в миллиметре над Землей. С ростом высоты орбиты скорость снижается медленно, зато добавляется и быстро растет потенциальная энергия подъема на эту высоту. Поэтому полная энергия тела на круговой орбите, сумма кинетической энергии (орбитальной скорости) и потенциальной (энергии высоты), растет с высотой орбиты — оставляя «лежать» на поверхности планеты орбитальный минимум энергии в виде первой космической скорости.

В течение оборота и круговые, и эллиптические орбиты не меняются, оставаясь теми же на следующих витках. Неизменность формы эллипса и его разворота в пространстве называется стабильностью орбиты. Стабильной орбите нельзя залезать в атмосферу — еe аэродинамика затормозит тело и поменяет его орбиту. На высоте 150 километров (где влияние атмосферы уже чувствуется) снижение достигает до 20 километров за виток (зависит от компактности спутника), на высоте 130-120 километров начинается последний оборот. При завершении полета перигей можно опустить еще ниже. Для управляемого сведения с орбиты в целевой район Земли стандарт NASA во всех новых программах Std 8719.14 требует высоты перигея 50 километров, лежащей в верхней стратосфере.

А если перигей лежит под поверхностью Земли? Эллипс такой орбиты меньшей частью погружен в планету, большей торчит над ней, уходя вершиной в космос. Полет по космической части такого эллипса не отличается от обычного орбитального оборота. А на нисходящем участке тело встретит земную поверхность и закончит движение. Подземная часть эллипса математически верная, но физически мнимая, ведь полет в плотных мантийных породах по очевидным причинам невозможен. Стабильности орбиты тут нет в принципе, ее заменяет гарантированное невыполнение оборота.

Полет по реальной части такой орбиты назвали суборбитальным, а саму эту часть — суборбитальной траекторией. Суборбитальный полет является космическим, как и орбитальный, если его часть проходит выше границы космоса (линии Кармана в 100 километров высоты или других). Специализированные суборбитальные космические аппараты многих разных типов выполняют ежегодно сотни полетов по суборбитальным космическим траекториям, иные поднимаются в космос на высоту 1000-1200 километров, втрое выше МКС. Это боеголовки межконтинентальных ракет и их ступени разведения. Такие суборбитальные траектории, будучи боевыми и имея ряд своих практических особенностей, лежат в широком диапазоне дальностей, высот, разведения и прочего.

На суборбитальную траекторию запускался Space Shuttle и космический корабль CST-100 Starliner, которые выходили с нее на орбиту своими двигателями. Разрабатываются космические аттракционы для суборбитальных туристов. Суборбитальность — большой, широкий, проработанный и бесконечный пласт.

Если высота полета не достигает космоса, суборбитальный полет — не космический. Точно так же он не орбитальный, если не достигается орбитальная скорость. Нельзя назвать сверхзвуковым полет, в котором не достигли сверхзвука. Нельзя назвать несовершеннолетнего совершеннолетним. Орбитальная скорость не достигнута — значит, полет остался в разряде суборбитальных. Раз тело не удержалось на орбите, оно падает вниз, а это означает возникновение точки падения на поверхности. Через нее и пройдет суборбитальный эллипс обращения, уходя в подземную часть.

А при малых масштабах, условно плоской Земле и однородном гравитационном поле, вместо эллипса орбиты/суборбиты выступает обычная наземная снарядно-пулевая и баллисто-пращевая парабола. Полет по ней не суборбитальный, как не считается суборбитальным полет мины из ротного миномета. Есть и частный случай суборбитальных полетов — вертикальный, движение чисто вверх, а оттуда вниз.

Информация от SpaceХ вначале предполагала полет по низкой устойчивой круговой орбите со сходом с нее до завершения полного витка. Однако перед пуском Starship все упоминания об орбитальности исчезли, осталась лишь максимальная высота 234 километров. Стало понятно, что планируется суборбитальная траектория. Возможно, ее выбор определился гарантированным районом падения возле Гавайев, чего не даст орбита в случае отказа тормозного импульса для схода с орбиты. Это безопаснее для первого баллистического полета. Возможно, это был размен Илона Маска на получение наконец лицензии на запуск от FAА. Проясняющие подробности, вероятно, появятся в открытых источниках. И тогда можно будет их проанализировать.