非常に高い場所から大砲を水平に発射した際の弾の飛行経路。図のうち、AとBがここでいう弾道飛行にあたる。 弾道飛行 （だんどうひこう、英 : sub-orbital flight ）は、大砲 の弾 のように弧 の弾道 を描く飛行形態。一般的には、弾道ミサイル や軌道 に到達しないロケット の飛行経路を指す言葉として使われる。宇宙開発 の分野では宇宙弾道飛行 や準軌道飛行 と呼ばれることもある (sub-orbital spaceflight )。
ICBM などの弾道ミサイルの中には、高度1000kmというスペースシャトル の飛行高度（～578km）以上の高さに達するものもあるが、弾道飛行では速度が第一宇宙速度 （28,400 km/h）を超えないため、いずれは地表に到達し、地球 を回る軌道となることはない。
宇宙飛行 という観点から見ると、弾道飛行は宇宙空間に到達でき、かつ必要な速度は抑えられるため、最初の目標とされてきた。1961年 、アメリカ 初の有人宇宙飛行 を実現したマーキュリー計画 も、当初は16分間の弾道飛行であった。また、2004年 にAnsari X Prize に参戦した民間企業による宇宙船 として初めて有人宇宙飛行を実現したスペースシップワン も、高度100km、マッハ 3の弾道飛行であった。2010年 現在、カーマン・ライン を超える弾道飛行は宇宙旅行 の対象となっている。
ソビエト連邦で1946年から1947年にかけて接収したV2ロケット を基に有人弾道飛行を実施する計画がロケット技術者のMichael Tikhonravovと化学者のNikolai Chernyshevによって策定され、クレムリン で協議された[ 1] [ 2] [ 3] [ 4]
この計画では姿勢制御装置 や生命維持装置 を装備した与圧 式カプセルを備え、カプースチン・ヤール から打ち上げ、高度190kmまで上昇後、カプセルが分離してパラシュート で降下して着地寸前に減速用の逆噴射 小型ロケットを使用して軟着陸 する予定だった[ 5] OKB-1 の一員だったM.K.Tihonravovが提案した。この計画にはBP-190の名称が与えられ、1947年に作業に着手して1940年代末から1950年代初頭にかけて国内で入手可能な技術で軌道周回と人工衛星の軌道投入に到達可能な速度の実現可能性を実証した[ 4] [ 4] セルゲイ・コロリョフ は当初、彼らを支援していたものの、有人飛行は時期尚早であるとして後に反対の立場にまわる事になる[ 1] OKB-1 はR-5 の受注を抱えていて有人飛行に着手する余裕が無かった[ 6]
マーキュリー・レッドストーン3号 マーキュリー・レッドストーン3号は、アメリカ航空宇宙局 の有人宇宙飛行 計画のひとつでマーキュリー計画 において最初に打ち上げられた有人機である。コールサイン はフリーダム7。1961年 5月5日に打ち上げられ、宇宙空間までの弾道飛行に成功した。これは、アメリカ合衆国 における初の有人宇宙飛行となった。
マーキュリー・レッドストーン3号は飛行時間15分28秒、最高高度187.42kmの弾道飛行を行い、地上に帰還した。着水地点は射場より487.26km離れた大西洋 上であり、アラン・シェパード および宇宙船はヘリコプター により航空母艦 レイク・シャンプレイン に回収された。
X-15
X-15 X-15 は、アメリカ で開発された高高度極超音速 実験機。ノースアメリカン 社によって3機が製作された。ジェットエンジン ではなくロケットエンジン により高高度まで上昇可能な能力を持つロケットプレーン であり、この機体で得られた極超音速 下での空力特性や熱力学的影響などの研究結果は、やがてはスペースシャトル の開発にまで貢献した。
1963年 8月22日に行われた91回目のフライトで、ジョセフ・A・ウォーカー の操る機体がカーマンライン を超えて高度107,960mに到達した。これがX-15計画中の最高到達高度となった。
スペースシップワン スケールド・コンポジッツ社 によって開発された有人宇宙船 であるスペースシップワンは、2004年 6月21日に高度約100 km（カーマン・ライン ）の宇宙空間 に向けた弾道飛行を成功させ、世界で初めての民間企業 による有人宇宙飛行 を実現した。
スペースシップワン の後継機であるスペースシップツーは、弾道飛行による宇宙旅行の実現を目指しており、2018年 12月に高度82.7kmの有人宇宙飛行を実現した[ 7]
ブルーオリジン によって開発された有人宇宙船 であるニューシェパード は、同じく弾道飛行による宇宙旅行の実現を目指している。名称は、前述のマーキュリー・レッドストーン3号 のアラン・シェパード 宇宙飛行士に由来する。2015年 11月23日に高度100 km（カーマン・ライン ）を超え宇宙空間 に向けた初の無人弾道飛行を、次いで2021年 7月に有人宇宙飛行を実現した。
自由落下（ここでの自由落下はただ落下する運動ということではなく、水平投射後に重力の影響を受けて落下する運動である。）中の軌道は軌道方程式 で与えられる楕円軌道 の一部分として表すことができる。近地点距離 は大気も含めた 地球の半径 Rよりも小さいため、ここでの軌道の楕円 は地球と交差する。この時宇宙船は宇宙に飛び立つことはできない。 長軸は地球に垂直で、半長軸 a は R '/ 2以上である。 比軌道エネルギー
ϵ ϵ -->
{\displaystyle \epsilon }
ε ε -->
=
− − -->
μ μ -->
2
a
>
− − -->
μ μ -->
R
{\displaystyle \varepsilon =-{\mu \over {2a}}>-{\mu \over {R}}\,\!}
ここで
μ μ -->
{\displaystyle \mu \,\!}
標準重力パラメータ である。
また、ほとんど常にa < R が成り立ち、
ϵ ϵ -->
{\displaystyle \epsilon }
周回軌道 での最小値
− − -->
μ μ -->
2
R
{\displaystyle -{\mu \over {2R}}\,\!}
したがって宇宙船をただ単に宇宙空間まで持ち上げるだけの場合と比較して、宇宙空間に行くために余分に必要な比エネルギーは0と
μ μ -->
2
R
{\displaystyle \mu \over {2R}\,\!}
主要項目 応用 有人宇宙飛行
軌道・航行 打ち上げ
主な機関 その他
