Реферат: История развития космонавтики. Краткая история развития космонавтики Развитие космонавтики ссср

История развития отечественной космонавтики

Космонавтика стала делом жизни нескольких поколений наших соотечественников. Российские исследователи были первооткрывателями в этой сфере.

Огромнейший вклад в дело развития космонавтики внес российский ученый, простой учитель уездного училища Калужской губернии Константин Эдуардович Циолковский. Размышляя о жизни в космическом пространстве, Циолковский начал писать научную работу под названием «Свободное пространство». О том, как выйти в космос, ученый пока не знал. В 1902 г. К.Э. Циолковский прислал в журнал «Новое обозрение» труд, сопроводив его записью: «Я разработал некоторые стороны вопроса о поднятии в пространство с помощью реактивного прибора, подобного ракете. Математические выводы, основанные на научных данных и много раз проверенные, указывают на возможность с помощью таких приборов подниматься в небесное пространство и, может быть, обосновывать поселения за пределами земной атмосферы».

В 1903 г. этот труд - «Исследование мировых пространств реактивными приборами» - был опубликован. В нем ученый разработал теоретические основы возможности полетов в космос. Эта работа и последующие труды, написанные Константином Эдуардовичем, дают основание нашим соотечественникам считать его отцом российской космонавтики.

Глубокие исследования возможности полетов человека в космос связаны с именами других российских ученых - инженера Ф.А. Цандера и самоучки Ю.В. Кондратюка. Каждый из них внес свой вклад в развитие космонавтики. Фридрих Артурович много работ посвятил проблеме создания условий для жизни человека в космосе. Юрий Васильевич разработал многоступенчатый вариант ракеты, предложил оптимальную траекторию вывода ракеты на орбиту. Эти идеи наших соотечественников используются в настоящее время всеми космическими державами, имеют общемировое значение.

Целенаправленное развитие теоретических основ космонавтики как науки и проведение работ по созданию реактивных аппаратов в нашей стране связано с деятельностью в 20–30-х годах Газодинамической лаборатории (ГДЛ) и Групп изучения реактивного движения (ГИРД), а в дальнейшем Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ), сформированного на основе ГДЛ и московской ГИРД. В этих организациях активно работали Ф.А. Цандер, В.П. Ветчинкин, М.К. Тихонравов, Ю.А. Победоносцев, Н.И. Тихомиров, И.Т. Клейменов, В.П. Глушко и другие, а также будущий Главный конструктор ракетно-космических систем С.П. Королев, внесший основной вклад в создание первых ракет-носителей (РН), искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей (КК). Усилиями специалистов в этих организациях были разработаны первые реактивные аппараты с двигателями на твердом и жидком топливе, проведены их огневые и летные испытания. Было положено начало отечественной реактивной технике.

Работы и исследования по ракетной технике практически во всех возможных областях ее применения до Великой Отечественной войны и даже во время ВОВ велись в нашей стране достаточно широко. Кроме ракет с двигателями на различных видах топлива, был разработан и испытан ракетоплан РП-318-1 на основе планера СК-9 (разработки С.П. Королева) и двигателя РДА-1-150 (разработки Л.С. Душкина), показавший принципиальную возможность создания и перспективность реактивной авиации. Были разработаны также различные типы крылатых ракет (классов «земля-земля», «воздух-воздух» и другие), в том числе и с автоматической системой управления. Естественно, широкое развитие в предвоенное время получили только работы по созданию неуправляемых реактивных снарядов. Разработанная простая технология их массового производства позволила гвардейским минометным частям и соединениям внести существенный вклад в дело победы над фашизмом.

13 мая 1946 г. Советом Министров СССР было выпущено основополагающее постановление, предусматривающее создание всей инфраструктуры ракетной промышленности. Значительный упор был сделан, исходя из складывавшейся к этому времени военно-политической обстановки, на создании жидкостных баллистических ракет дальнего действия (БРДД) с перспективой достижения межконтинентальной дальности стрельбы и оснащения их ядерными боезарядами, а также на создании эффективной системы ПВО, базирующейся на зенитных управляемых ракетах и реактивных истребителях-перехватчиках.

Исторически создание ракетно-космической отрасли промышленности было связано с необходимостью разработки боевых ракет в интересах обороны страны. Таким образом, указанным постановлением были фактически созданы все необходимые условия быстрого развития отечественной космонавтики. Началась напряженная работа по становлению ракетно-космической промышленности и техники.

В историю человечества вошли два знаменательных события, связанных с развитием отечественной космонавтики и открывших эпоху практического освоения космоса: запуск на орбиту первого в мире искуственного спутника Земли (ИСЗ) (4 октября 1957 г.) и первый полет человека в космическом корабле по орбите ИСЗ (12 апреля 1961 г.). Роль головной организации в этих работах отводилась Государственному НИИ реактивного вооружения № 88 (НИИ-88), ставшему фактически «альма-матер» для всех ведущих специалистов ракетно-космической отрасли. В его недрах проводились теоретические, проектные и экспериментальные работы по перспективной ракетно-космической технике. Здесь же проектированием БРДД с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) занимался коллектив, возглавляемый Главным конструктором Сергеем Павловичем Королевым; в 1956 г. стал самостоятельной организацией - ОКБ-1 (сегодня это всемирно известная Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им. С.П. Королева).

Выполняя задания правительства по созданию БРДД, С.П. Королев нацеливал коллектив на одновременную разработку и выполнение программ изучения и освоения космоса, начиная с научных исследований верхних слоев атмосферы Земли. Поэтому за полетом первой отечественной баллистической ракеты Р-1 (10.10.1948 г.) последовали полеты геофизических ракет Р-1А, Р-1Б, Р-1В и других.

Летом 1957 г. было опубликовано важное правительственное сообщение о проведении в Советском Союзе успешных испытаний многоступенчатой ракеты. «Полет ракеты, - говорилось в сообщении, - проходил на очень большой, до сих пор не достигаемой высоте». Этим сообщением было отмечено создание грозного оружия межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 - знаменитой «семерки».

Именно появление «семерки» обеспечивало благоприятную возможность выводить в космос искусственные спутники Земли. Но для этого необходимо было сделать очень много: разработать, построить и испытать двигатели общей мощностью в миллионы лошадиных сил, оснастить ракету сложнейшей системой управления, наконец, построить космодром, откуда ракете предстояло стартовать. Эту труднейшую задачу решили наши специалисты, наш народ, наша страна. Решили первыми в мире.

Все работы по созданию первого искусственного спутника Земли возглавлялись королевским ОКБ-1. Проект спутника несколько раз пересматривался, пока, наконец, не остановились на варианте аппарата, запуск которого мог быть осуществлен с помощью созданной ракеты Р-7 и в сжатые сроки. Факт вывода спутника на орбиту должен был быть зафиксирован всеми странами мира, для чего на спутнике смонтировали радиотехническую аппаратуру.

4 октября 1957 года с космодрома Байконур первый в мире ИСЗ был выведен на околоземную орбиту ракетой-носителем Р-7. Точное измерение параметров орбиты спутника осуществлялось наземными радиотехническими и оптическими станциями. Запуск и полет первого ИСЗ позволили получить данные о продолжительности его существования на орбите около Земли, прохождению радиоволн через ионосферу и влиянию условий космического полета на бортовую аппаратуру.

Развитие ракетно-космических систем шло бурными темпами. Полеты первых искусственных спутников Земли, Солнца, Луны, Венеры, Марса, достижение впервые автоматическими аппаратами поверхности Луны, Венеры, Марса и мягкая посадка на эти небесные тела, фотографирование обратной стороны Луны и передача на Землю изображения лунной поверхности, первый облет Луны и возвращение на Землю автоматического корабля с животными, доставка роботом образцов лунной породы на Землю, исследование поверхности Луны автоматическим луноходом, передача на Землю панорамы Венеры, пролет вблизи ядра кометы Галлея, полеты первых космонавтов - мужчин и женщин, одиночные и групповые в одноместных и многоместных кораблях-спутниках, первый выход космонавта-мужчины, а затем и женщины из корабля в открытый космос, создание первой пилотируемой орбитальной станции, автоматического грузового корабля снабжения, полеты международных экипажей, первые перелеты космонавтов между орбитальными станциями, создание системы «Энергия»-«Буран» с полностью автоматическим возвращением многоразового корабля на Землю, длительная работа первого многозвенного орбитального пилотируемого комплекса и многие другие приоритетные достижения России в освоении космоса вызывают у нас законное чувство гордости.

^ Первый полет в космос

12 апреля 1961 г. - этот день навсегда вошел в историю человечества: утром с космодрома «Бойконур» мощная ракета-носитель вывела на орбиту первый в истории космический корабль «Восток» с первым космонавтом Земли - гражданином Советского Союза Юрием Алексеевичем Гагариным на борту.

За 1 ч. 48 мин Ю.А. Гагарин облетел земной шар и благополучно приземлился в окрестности деревни Смеловки Терновского района Саратовской области, за что был награжден Звездой Героя Советского Союза.

По решению Международной авиационной федерации (ФАИ) 12 апреля отмечается Всемирный день авиации и космонавтики. Праздник установлен указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 апреля 1962 года.

После полёта Юрий Гагарин непрерывно совершенствовал своё мастерство как лётчик-космонавт, а также принимал непосредственное участие в обучении и тренировке экипажей космонавтов, в руководстве полётами КК «Восток», «Восход», «Союз».

Первый космонавт Юрий Гагарин окончил Военно-воздушную инженерную академию имени Н.Е. Жуковского (1961–1968), вёл большую общественно-политическую работу, являясь депутатом Верховного Совета СССР 6-го и 7-го созывов, член ЦК ВЛКСМ (избран на 14-м и 15-м съездах ВЛКСМ), президентом Общества советско-кубинской дружбы.

С миссией мира и дружбы Юрий Алексеевич посетил многие страны, ему присуждены золотая медаль им. К. Э. Циолковского АН СССР, медаль де Лаво (ФАИ), золотые медали и почётные дипломы международной ассоциации (ЛИУС) «Человек в космосе» и Итальянской ассоциации космонавтики, золотая медаль «За выдающееся отличие» и почётный диплом Королевского аэроклуба Швеции, Большая золотая медаль и диплом ФАИ, золотая медаль Британского общества межпланетных сообщений, премия Галабера по астронавтике.

С 1966 г. Ю.А. Гагарин являлся почётным членом Международной академии астронавтики. Награжден орденом Ленина и медалями СССР, а также орденами многих стран мира. Юрию Гагарину присвоены звания Герой Социалистического Труда ЧССР, Герой НРБ, Герой Труда СРВ.

Юрий Гагарин трагически погиб в авиационной катастрофе вблизи деревни Новоселове Киржачского района Владимирской области при выполнении тренировочного полёта на самолёте (вместе с летчиком Серегиным).

В целях увековечения памяти Гагарина город Гжатск и Гжатский район Смоленской области были переименованы соответственно в город Гагарин и Гагаринский район. Имя Юрия Гагарина присвоено Военно-воздушной академии в Монино, учреждена стипендия им. Ю.А. Гагарина для курсантов военных авиационных училищ. Международной авиационной федерацией (ФАИ) была учреждена медаль им. Ю. А. Гагарина. В Москве, Гагарине, Звёздном городке, Софии - установлены памятники космонавту; существует мемориальный дом-музей в г. Гагарин, именем Ю.А. Гагарина назван кратер на Луне.

Юрий Гагарин был избран почётным гражданином городов Калуга, Новочеркасск, Сумгаит, Смоленск, Винница, Севастополь, Саратов (СССР), София, Перник (НРБ), Афины (Греция), Фамагуста, Лимасол (Кипр), Сен-Дени (Франция), Тренчанске-Теплице (ЧССР).

Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР.

Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.

В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники.

В освоении космоса человечеству предстоит изучит различные области космического пространства: Луну, другие планеты и межпланетное пространство.

Легендарная Тридцатка, маршрут

Через горы к морю с легким рюкзаком. Маршрут 30 проходит через знаменитый Фишт – это один из самых грандиозных и значимых памятников природы России, самые близкие к Москве высокие горы. Туристы налегке проходят все ландшафтные и климатические зоны страны от предгорий до субтропиков, ночёвки в приютах.

История развития отечественной космонавтики

Огромнейший вклад в дело развития космонавтики внес российский ученый, простой учитель уездного училища Калужской губернии Константин Эдуардович Циолковский. Размышляя о жизни в космическом пространстве, Циолковский начал писать научную работу под названием «Свободное пространство». О том, как выйти в космос, ученый пока не знал. В 1902 г. прислал в журнал «Новое обозрение» труд, сопроводив его записью: «Я разработал некоторые стороны вопроса о поднятии в пространство с помощью реактивного прибора, подобного ракете. Математические выводы, основанные на научных данных и много раз проверенные, указывают на возможность с помощью таких приборов подниматься в небесное пространство и, может быть, обосновывать поселения за пределами земной атмосферы».

Глубокие исследования возможности полетов человека в космос связаны с именами других российских ученых - инженера и самоучки. Каждый из них внес свой вклад в развитие космонавтики. Фридрих Артурович много работ посвятил проблеме создания условий для жизни человека в космосе. Юрий Васильевич разработал многоступенчатый вариант ракеты, предложил оптимальную траекторию вывода ракеты на орбиту. Эти идеи наших соотечественников используются в настоящее время всеми космическими державами, имеют общемировое значение.

Целенаправленное развитие теоретических основ космонавтики как науки и проведение работ по созданию реактивных аппаратов в нашей стране связано с деятельностью в 20–30-х годах Газодинамической лаборатории (ГДЛ) и Групп изучения реактивного движения (ГИРД), а в дальнейшем Реактивного научно-исследовательского института (РНИИ), сформированного на основе ГДЛ и московской ГИРД. В этих организациях активно работали, и другие, а также будущий Главный конструктор ракетно-космических систем, внесший основной вклад в создание первых ракет-носителей (РН), искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей (КК). Усилиями специалистов в этих организациях были разработаны первые реактивные аппараты с двигателями на твердом и жидком топливе, проведены их огневые и летные испытания. Было положено начало отечественной реактивной технике.

Работы и исследования по ракетной технике практически во всех возможных областях ее применения до Великой Отечественной войны и даже во время ВОВ велись в нашей стране достаточно широко. Кроме ракет с двигателями на различных видах топлива, был разработан и испытан ракетоплан РП-318-1 на основе планера СК-9 (разработки) и двигателя РДА-1-150 (разработки), показавший принципиальную возможность создания и перспективность реактивной авиации. Были разработаны также различные типы крылатых ракет (классов «земля-земля», «воздух-воздух» и другие), в том числе и с автоматической системой управления. Естественно, широкое развитие в предвоенное время получили только работы по созданию неуправляемых реактивных снарядов. Разработанная простая технология их массового производства позволила гвардейским минометным частям и соединениям внести существенный вклад в дело победы над фашизмом.

В историю человечества вошли два знаменательных события, связанных с развитием отечественной космонавтики и открывших эпоху практического освоения космоса: запуск на орбиту первого в мире искуственного спутника Земли (ИСЗ) (4 октября 1957 г.) и первый полет человека в космическом корабле по орбите ИСЗ (12 апреля 1961 г.). Роль головной организации в этих работах отводилась Государственному НИИ реактивного вооружения № 88 (НИИ-88), ставшему фактически «альма-матер» для всех ведущих специалистов ракетно-космической отрасли. В его недрах проводились теоретические, проектные и экспериментальные работы по перспективной ракетно-космической технике. Здесь же проектированием БРДД с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) занимался коллектив , возглавляемый Главным конструктором Сергеем Павловичем Королевым; в 1956 г. стал самостоятельной организацией - ОКБ-1 (сегодня это всемирно известная Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им.).

Выполняя задания правительства по созданию БРДД, нацеливал коллектив на одновременную разработку и выполнение программ изучения и освоения космоса, начиная с научных исследований верхних слоев атмосферы Земли. Поэтому за полетом первой отечественной баллистической ракеты Р-1 (10.10.1948 г.) последовали полеты геофизических ракет Р-1А, Р-1Б, Р-1В и других.

Первый полет в космос

За 1 ч. 48 мин облетел земной шар и благополучно приземлился в окрестности деревни Смеловки Терновского района Саратовской области , за что был награжден Звездой Героя Советского Союза.

Первый космонавт Юрий Гагарин окончил Военно-воздушную инженерную академию имени (1961–1968), вёл большую общественно-политическую работу , являясь депутатом Верховного Совета СССР 6-го и 7-го созывов, член ЦК ВЛКСМ (избран на 14-м и 15-м съездах ВЛКСМ), президентом Общества советско-кубинской дружбы.

С миссией мира и дружбы Юрий Алексеевич посетил многие страны, ему присуждены золотая медаль им. АН СССР, медаль де Лаво (ФАИ), золотые медали и почётные дипломы международной ассоциации (ЛИУС) «Человек в космосе» и Итальянской ассоциации космонавтики, золотая медаль «За выдающееся отличие» и почётный диплом Королевского аэроклуба Швеции, Большая золотая медаль и диплом ФАИ, золотая медаль Британского общества межпланетных сообщений, премия Галабера по астронавтике .

С 1966 г. являлся почётным членом Международной академии астронавтики. Награжден орденом Ленина и медалями СССР, а также орденами многих стран мира. Юрию Гагарину присвоены звания Герой Социалистического Труда ЧССР, Герой НРБ, Герой Труда СРВ.

В целях увековечения памяти Гагарина город Гжатск и Гжатский район Смоленской области были переименованы соответственно в город Гагарин и Гагаринский район. Имя Юрия Гагарина присвоено Военно-воздушной академии в Монино, учреждена стипендия им. для курсантов военных авиационных училищ. Международной авиационной федерацией (ФАИ) была учреждена медаль им. Ю. А. Гагарина. В Москве, Гагарине, Звёздном городке, Софии - установлены памятники космонавту; существует мемориальный дом-музей в г. Гагарин, именем назван кратер на Луне.

История освоения космоса - самый яркий пример торжества человеческого разума над непокорной материей в кратчайший срок. С того момента, как созданный руками человека объект впервые преодолел земное притяжение и развил достаточную скорость, чтобы выйти на орбиту Земли, прошло всего лишь чуть более пятидесяти лет - ничто по меркам истории! Большая часть населения планеты живо помнит времена, когда полёт на Луну считался чем-то из области фантастики, а мечтающих пронзить небесную высь признавали, в лучшем случае, неопасными для общества сумасшедшими. Сегодня же космические корабли не только «бороздят просторы», успешно маневрируя в условиях минимальной гравитации, но и доставляют на земную орбиту грузы, космонавтов и космических туристов. Более того - продолжительность полёта в космос ныне может составлять сколь угодно длительное время: вахта российских космонавтов на МКС, к примеру, длится по 6-7 месяцев. А ещё за прошедшие полвека человек успел походить по Луне и сфотографировать её тёмную сторону, осчастливил искусственными спутниками Марс, Юпитер, Сатурн и Меркурий, «узнал в лицо» отдалённые туманности с помощью телескопа «Хаббл» и всерьёз задумывается о колонизации Марса. И хотя вступить в контакт с инопланетянами и ангелами пока не удалось (во всяком случае, официально), не будем отчаиваться - ведь всё ещё только начинается!

Мечты о космосе и пробы пера

Впервые в реальность полёта к дальним мирам прогрессивное человечество поверило в конце 19 века. Именно тогда стало понятно, что если летательному аппарату придать нужную для преодоления гравитации скорость и сохранять её достаточное время, он сможет выйти за пределы земной атмосферы и закрепиться на орбите, подобно Луне, вращаясь вокруг Земли. Загвоздка была в двигателях. Существующие на тот момент экземпляры либо чрезвычайно мощно, но кратко «плевались» выбросами энергии, либо работали по принципу «ахнет, хряснет и пойдёт себе помаленьку». Первое больше подходило для бомб, второе - для телег. Вдобавок регулировать вектор тяги и тем самым влиять на траекторию движения аппарата было невозможно: вертикальный старт неизбежно вёл к её закруглению, и тело в результате валилось на землю, так и не достигнув космоса; горизонтальный же при таком выделении энергии грозил уничтожить вокруг всё живое (как если бы нынешнюю баллистическую ракету запустили плашмя). Наконец, в начале 20 века исследователи обратили внимание на ракетный двигатель, принцип действия которого был известен человечеству ещё с рубежа нашей эры: топливо сгорает в корпусе ракеты, одновременно облегчая её массу, а выделяемая энергия двигает ракету вперёд. Первую ракету, способную вывести объект за пределы земного притяжения, спроектировал Циолковский в 1903 году.

Вид на Землю с МКС

Первый искусственный спутник

Время шло, и хотя две мировые войны сильно замедлили процесс создания ракет для мирного использования, космический прогресс всё же не стоял на месте. Ключевой момент послевоенного времени - принятие так называемой пакетной схемы расположения ракет, применяемой в космонавтике и поныне. Её суть - в одновременном использовании нескольких ракет, размещённых симметрично по отношению к центру массы тела, которое требуется вывести на орбиту Земли. Таким образом обеспечивается мощная, устойчивая и равномерная тяга, достаточная, чтобы объект двигался с постоянной скоростью 7,9 км/с, необходимой для преодоления земного тяготения. И вот 4 октября 1957 года началась новая, а точнее первая, эра в освоении космоса - запуск первого искусственного спутника Земли, как всё гениальное названного просто «Спутник-1», с помощью ракеты Р-7, спроектированной под руководством Сергея Королёва. Силуэт Р-7, прародительницы всех последующих космических ракет, и сегодня узнаваем в суперсовременной ракете-носителе «Союз», успешно отправляющей на орбиту «грузовики» и «легковушки» с космонавтами и туристами на борту - те же четыре «ноги» пакетной схемы и красные сопла. Первый спутник был микроскопическим, чуть более полуметра в диаметре и весил всего 83 кг. Полный виток вокруг Земли он совершал за 96 минут. «Звёздная жизнь» железного пионера космонавтики продлилась три месяца, но за этот период он прошёл фантастический путь в 60 миллионов км!

Первые живые существа на орбите

Успех первого запуска окрылял конструкторов, и перспектива отправить в космос живое существо и вернуть его целым и невредимым уже не казалась неосуществимой. Всего через месяц после запуска «Спутника-1» на борту второго искусственного спутника Земли на орбиту отправилось первое животное - собака Лайка. Цель у неё была почётная, но грустная - проверить выживаемость живых существ в условиях космического полёта. Более того, возвращение собаки не планировалось… Запуск и вывод спутника на орбиту прошли успешно, но после четырёх витков вокруг Земли из-за ошибки в расчётах температура внутри аппарата чрезмерно поднялась, и Лайка погибла. Сам же спутник вращался в космосе ещё 5 месяцев, а затем потерял скорость и сгорел в плотных слоях атмосферы. Первыми лохматыми космонавтами, по возвращении приветствовавшими своих «отправителей» радостным лаем, стали хрестоматийные Белка и Стрелка, отправившиеся покорять небесные просторы на пятом спутнике в августе 1960 г. Их полёт длился чуть более суток, и за это время собаки успели облететь планету 17 раз. Всё это время за ними наблюдали с экранов мониторов в Центре управления полётами - кстати, именно по причине контрастности были выбраны белые собаки - ведь изображение тогда было чёрно-белым. По итогам запуска также был доработан и окончательно утверждён сам космический корабль - всего через 8 месяцев в аналогичном аппарате в космос отправится первый человек.

Помимо собак и до, и после 1961 г в космосе побывали обезьяны (макаки, беличьи обезьяны и шимпанзе), кошки, черепахи, а также всякая мелочь – мухи, жуки и т. д.

В этот же период СССР запустил первый искусственный спутник Солнца, станция «Луна-2» сумела мягко прилуниться на поверхность планеты, а также были получены первые фотографии невидимой с Земли стороны Луны.

День 12 апреля 1961 г. разделил историю освоения космических далей на два периода - «когда человек мечтал о звёздах» и «с тех пор, как человек покорил космос».

Человек в космосе

День 12 апреля 1961 г. разделил историю освоения космических далей на два периода - «когда человек мечтал о звёздах» и «с тех пор, как человек покорил космос». В 9:07 по московскому времени со стартовой площадки № 1 космодрома Байконур был запущен космический корабль «Восток-1» с первым в мире космонавтом на борту - Юрием Гагариным. Совершив один виток вокруг Земли и проделав путь в 41 тыс. км, спустя 90 минут после старта, Гагарин приземлился под Саратовом, став на долгие годы самым знаменитым, почитаемым и любимым человеком планеты. Его «поехали!» и «всё видно очень ясно - космос чёрный - земля голубая» вошли в список наиболее известных фраз человечества, его открытая улыбка, непринуждённость и радушие растопили сердца людей по всему миру. Первый полёт человека в космос управлялся с Земли, сам Гагарин являлся скорее пассажиром, хотя и великолепно подготовленным. Нужно отметить, что условия полёта были далеки от тех, что предлагаются ныне космическим туристам: Гагарин испытывал восьми-десятикратные перегрузки, был период, когда корабль буквально кувыркался, а за иллюминаторами горела обшивка и плавился металл. В течение полёта произошло несколько сбоев в различных системах корабля, но к счастью, космонавт не пострадал.

Вслед за полётом Гагарина знаменательные вехи в истории освоения космоса посыпались одна за другой: был совершён первый в мире групповой космический полёт, затем в космос отправилась первая женщина-космонавт Валентина Терешкова (1963 г), состоялся полёт первого многоместного космического корабля, Алексей Леонов стал первым человеком, совершившим выход в открытый космос (1965 г) - и все эти грандиозные события - целиком заслуга отечественной космонавтики. Наконец, 21 июля 1969 г состоялась первая высадка человека на Луну: американец Нил Армстронг сделал тот самый «маленький-большой шаг».

Лучший вид в Солнечной системе

Космонавтика - сегодня, завтра и всегда

Сегодня путешествия в космос воспринимаются как нечто само собой разумеющееся. Над нами летают сотни спутников и тысячи прочих нужных и бесполезных объектов, за секунды до восхода солнца из окна спальни можно увидеть вспыхнувшие в ещё невидимых с земли лучах плоскости солнечных батарей Международной космической станции, космические туристы с завидной регулярностью отправляются «бороздить просторы» (тем самым воплощая в реальность ерническую фразу «если очень захотеть, можно в космос полететь») и вот-вот начнётся эра коммерческих суборбитальных полётов с чуть ли не двумя отправлениями ежедневно. Освоение космоса управляемыми аппаратами и вовсе поражает всякое воображение: тут и снимки давно взорвавшихся звёзд, и HD-изображения дальних галактик, и веские доказательства возможности существования жизни на других планетах. Корпорации-миллиардеры уже согласовывают планы по строительству на орбите Земли космических отелей, да и проекты колонизации соседних нам планет давно не кажутся отрывком из романов Азимова или Кларка. Очевидно одно: однажды преодолев земное тяготение, человечество будет вновь и вновь стремиться ввысь, к бесконечным мирам звёзд, галактик и вселенных. Хочется пожелать только, чтобы нас никогда не покидала красота ночного неба и мириадов мерцающих звёзд, по-прежнему манящих, таинственных и прекрасных, как в первые дни творения.

Космос раскрывает свои тайны

Академик Благонравов остановился на некоторых новых достижениях советской науки: в области физики космоса.

Начиная со 2 января 1959 года, при каждом полете советских космических ракет проводилось исследование излучений на больших расстояниях от Земли. Детальному изучению подвергся открытый советскими учеными так называемый внешний радиационный пояс Земли. Изучение состава частиц радиационных поясов с помощью различных сцинтилляционных и газоразрядных счетчиков, находившихся на спутниках и космических ракетах, позволило установить, что во внешнем поясе присутствуют электроны значительных энергий до миллиона электронвольт и даже выше. При торможении в оболочках космических кораблей они создают интенсивное пронизывающее рентгеновское излучение. При полете автоматической межпланетной станции в сторону Венеры была определена средняя энергия этого рентгеновского излучения на расстояниях от 30 до 40 тысяч километров от центра Земли, составляющая около 130 килоэлектронвольт. Эта величина мало изменялась с изменением расстояния, что позволяет судить о постоянном энергетическом спектре электронов в этой области.

Уже первые исследования показали нестабильность внешнего пояса радиации, перемещения максимума интенсивности, связанные с магнитными бурями, вызываемыми солнечными корпускулярными потоками. Последние измерения с автоматической межпланетной станции, запущенной в сторону Венеры, показали, что хотя ближе к Земле происходят изменения интенсивности, но наружная граница внешнего пояса при спокойном состоянии магнитного поля практически на протяжении двух лет оставалась постоянной как по интенсивности, так и по пространственному расположению. Исследования последних лет позволили также построить модель ионизованной газовой оболочки Земли на основе экспериментальных данных для периода, близкого к максимуму солнечной деятельности. Наши исследования показали, что на высотах меньше тысячи километров основную роль играют ионы атомарного кислорода, а начиная с высот, лежащих между одной и двумя тысячами километров, в ионосфере превалируют ионы водорода. Протяженность самой внешней области ионизованной газовой оболочки Земли, так называемой водородной «короны», весьма велика.

Обработка результатов измерений, проведенных на первых советских космических ракетах, показала, что на высотах примерно от 50 до 75 тысяч километров за пределами внешнего радиационного пояса обнаружены потоки электронов с энергиями, превышающими 200 электронвольт. Это позволило предположить существование третьего самого внешнего пояса заряженных частиц с большой интенсивностью потоков, но меньшей энергией. После пуска в марте 1960 года американской космической ракеты «Пионер V» были получены данные, которые подтвердили наши предположения о существовании третьего пояса заряженных частиц. Этот пояс, по-видимому, образуется в результате проникновения солнечных корпускулярных потоков в периферийные области магнитного поля Земли.

Были получены новые данные в отношении пространственного расположения радиационных поясов Земли, обнаружена область повышенной радиации в южной части Атлантического океана, что связано с соответствующей магнитной земной аномалией. В этом районе нижняя граница внутреннего радиационного пояса Земли опускается до 250 – 300 километров от поверхности Земли.

Полеты второго и третьего кораблей-спутников дали новые сведения, которые позволили составить карту распределения радиации по интенсивности ионов над поверхностью земного шара. (Докладчик демонстрирует эту карту перед слушателями).

Впервые токи, создаваемые положительными ионами, входящими в состав солнечного корпускулярного излучения, были зарегистрированы вне магнитного поля Земли на расстояниях порядка сотен тысяч километров от Земли, при помощи трехэлектродных ловушек заряженных частиц, установленных на советских космических ракетах. В частности, на автоматической межпланетной станции, запущенной по направлению к Венере, были установлены ловушки, ориентированные на Солнце, одна из которых предназначалась для регистрации солнечного корпускулярного излучения. 17 февраля, во время сеанса связи с автоматической межпланетной станцией, было зарегистрировано прохождение ее через значительный поток корпускул (с плотностью порядка 10 9 частиц на квадратный сантиметр в секунду). Это наблюдение совпало с наблюдением магнитной бури. Такие опыты открывают пути к установлению количественных соотношений между геомагнитными возмущениями и интенсивностью солнечных корпускулярных потоков. На втором и третьем кораблях-спутниках была изучена в количественном выражении радиационная опасность, вызываемая космическими излучениями за пределами земной атмосферы. Эти же спутники были использованы для исследования химического состава первичного космического излучения. Новая аппаратура, установленная на кораблях-спутниках, включала фотоэмульсионный прибор, предназначенный для экспонирования и проявления непосредственно на борту корабля стопки толстослойных эмульсий. Полученные результаты имеют большую научную ценность для выяснения биологического влияния космических излучений.

Технические проблемы полета

Далее докладчик остановился на ряде существенных проблем, обеспечивших организацию полета человека в космос. Прежде всего надо было решить вопрос о методах выведения на орбиту тяжелого корабля, для чего нужно было иметь мощную ракетную технику. Такая техника у нас создана. Однако недостаточно было сообщить кораблю скорость, превышающую первую космическую. Необходима была еще и высокая точность выведения корабля на заранее рассчитанную орбиту.

Следует иметь в виду, что требования к точности движения по орбите в дальнейшем будут повышаться. Это потребует проведения коррекции движения с помощью специальных двигательных установок. К проблеме коррекции траекторий примыкает проблема маневра направленного изменения траектории полета космического аппарата. Маневры могут осуществляться с помощью импульсов, сообщаемых реактивным двигателем на отдельных специально выбранных участках траекторий, либо с помощью тяги, действующей длительное время, для создания которой применены двигатели электрореактивного типа (ионные, плазменные).

В качестве примеров маневра можно указать переход на более высоко лежащую орбиту, переход на орбиту, входящую в плотные слои атмосферы для торможения и посадки в заданном районе. Маневр последнего типа применялся при посадке советских кораблей-спутников с собаками на борту и при посадке корабля-спутника «Восток».

Для осуществления маневра, выполнения ряда измерений и для других целей необходимо обеспечить стабилизацию корабля-спутника и его ориентацию в пространстве, сохраняемую в течение определенного промежутка времени или изменяемую по заданной программе.

Переходя к проблеме возвращения на Землю, докладчик остановился на следующих вопросах: торможение скорости, защита от нагрева при движении в плотных слоях атмосферы, обеспечение приземления в заданном районе.

Торможение космического аппарата, необходимое для гашения космической скорости, может быть осуществлено либо с помощью специальной мощной двигательной установки, либо посредством торможения аппарата в атмосфере. Первый из этих способов требует весьма больших запасов веса. Использование сопротивления атмосферы для торможения позволяет обойтись сравнительно небольшими дополнительными весами.

Комплекс проблем, связанных с разработкой защитных покрытий при торможении аппарата в атмосфере и организацией процесса входа с приемлемыми для организма человека перегрузками, представляет собой сложную научно-техническую задачу.

Бурное развитие космической медицины поставило на повестку дня вопрос о биологической телеметрии как об основном средстве врачебного контроля и научного медицинского исследования во время космического полета. Использование радиотелеметрии накладывает специфический отпечаток на методику и технику медико-биологических исследований, поскольку к аппаратуре, размещаемой на борту космических кораблей, предъявляется ряд специальных требований. Эта аппаратура должна иметь очень небольшой вес, малые габариты. Она должна быть рассчитана на минимальное энергопотребление. Кроме того, бортовая аппаратура должна устойчиво работать на активном участке и при спуске, когда действуют вибрации и перегрузки.

Датчики, предназначенные для преобразования физиологических параметров в электрические сигналы, должны быть миниатюрными, рассчитанными на длительную работу. Они не должны создавать неудобств космонавту.

Широкое применение радиотелеметрии в космической медицине заставляет исследователей обратить серьезное внимание на конструирование такой аппаратуры, а также на согласование объема необходимой для передачи информации с емкостью радиоканалов. Поскольку новые задачи, стоящие перед космической медициной, приведут к дальнейшему углублению исследований, к необходимости значительного увеличения количества регистрируемых параметров, потребуется внедрение систем, запоминающих информации, и методов кодирования.

В заключение докладчик остановился на вопросе о том, почему для первого космического путешествия был выбран именно вариант облета Земли по орбите. Этот вариант представлял собою решительный шаг к завоеванию космического пространства. Им обеспечивалось исследование вопроса о влиянии длительности полета на человека, решалась задача управляемого полета, задача управления спуском, вхождения в плотные слои атмосферы и благополучного возвращения на Землю. По сравнению с этим полет, осуществленный недавно в США, представляется малоценным. Он мог иметь значение как промежуточный вариант для проверки состояния человека при этапе набора скорости, при перегрузках во время спуска; но после полета Ю. Гагарина в такой проверке уже не было надобности. В этом варианте эксперимента безусловно преобладал элемент сенсации. Единственную ценность этого полета можно видеть в проверке действия разработанных систем, обеспечивающих вхождение в атмосферу и приземление, но, как мы видели, проверка подобных систем, разработанных у нас в Советском Союзе для более сложных условий, была надежно осуществлена еще ранее первого космического полета человека. Таким образом, ни в какое сравнение не могут быть поставлены достижения, полученные у нас 12 апреля 1961 г., с тем, что до настоящего времени оказалось достигнуто в США.

И как бы ни старались, говорит академик, враждебно настроенные по отношению к Советскому Союзу люди за рубежом своими измышлениями умалить успехи нашей науки и техники, весь мир оценивает эти успехи должным образом и видит, насколько вырвалась наша страна вперед по пути технического прогресса. Я лично был свидетелем того восторга и восхищения, которые были вызваны известием об историческом полете нашего первого космонавта среди широких масс итальянского народа.

Полет прошел исключительно успешно

Доклад о биологических проблемах космических полетов сделал академик Н. М. Сисакян. Он охарактеризовал основные этапы развития космической биологии и подвел некоторые итоги научных биологических исследований, связанных с космическими полетами.

Докладчик привел медико-биологические характеристики полета Ю. А. Гагарина. В кабине поддерживалось барометрическое давление в пределах 750 – 770 миллиметров ртутного столба, температура воздуха – 19 – 22 градуса Цельсия, относительная влажность – 62 – 71 процент.

В предстартовом периоде, примерно за 30 минут до старта космического корабля, частота сердечных сокращений составила 66 в минуту, частота дыхания – 24. За три минуты до старта некоторое эмоциональное напряжение проявилось в увеличении частоты пульса до 109 ударов в минуту, дыхание продолжало оставаться ровным и спокойным.

В момент старта корабля и постепенного набора скорости частота сердцебиения возросла до 140 – 158 в минуту, частота дыхания составляла 20 – 26. Изменения физиологических показателей на активном участке полета, по данным телеметрической записи электрокардиограмм и пнеймограмм, были в допустимых пределах. К концу активного участка частота сердечных сокращений составила уже 109, а дыхания – 18 в минуту. Иными словами, эти показатели достигли значений, характерных для ближайшего к старту момента.

При переходе к невесомости и полете в этом состоянии показатели сердечно-сосудистой и дыхательной систем последовательно приближались к исходным значениям. Так, уже на десятой минуте невесомости частота пульса достигла 97 ударов в минуту, дыхания – 22. Работоспособность не нарушилась, движения сохранили координацию и необходимую точность.

На участке спуска, при торможении аппарата, когда вновь возникали перегрузки, были отмечены кратковременные, быстро преходящие периоды учащения дыхания. Однако уже при подходе к Земле дыхание стало ровным, спокойным, с частотой около 16 в минуту.

Через три часа после приземления частота сердечных сокращений составляла 68, дыхание – 20 в минуту, т. е. величины, характерные для спокойного, нормального состояния Ю. А. Гагарина.

Все это свидетельствует о том, что полет прошел исключительно успешно, самочувствие и общее состояние космонавта на всех участках полета было удовлетворительным. Системы жизнеобеспечения работали нормально.

В заключение докладчик остановился на важнейших очередных проблемах космической биологии.

Методика проведения 4 урока
"Основы космонавтики"

Цель урока: формирование знаний о теоретических и практических основах космонавтики.

Задачи обучения:

Общеобразовательные: формирование понятий:

О теоретических и практических предпосылках, задачах и методах космических исследований;
- о связи космонавтики с астрономией, физикой и другими естественно-математическими науками и с техникой;
- о средствах космонавтики - космических летательных аппаратах (КЛА);
- об основных типах реактивных ракетных двигателей (РДТТ, ЖРД, ЭРД, ЯРД);
- о траекториях, скоростях и особенностях движения КЛА, особенностях межпланетной и межзвездной навигации.

Воспитательные: формирование научного мировоззрения учащихся в ходе знакомства с историей человеческого познания. Патриотическое воспитание при ознакомлении с выдающейся ролью российской науки и техники в развитии космонавтики. Политехническое образование и трудовое воспитание при изложении сведений о практическом применении космонавтики.

Развивающие: формирование умений решать задачи на применение законов движения космических тел, формул Циолковского и космических скоростей к описанию движения КЛА.

Ученики должны знать :

О космонавтике (предмете, задаче и методах космонавтических исследований, связи ее с другими науками);
- о средствах космонавтики: основных типах КЛА, их устройстве и характеристиках;
- об основных типах ракетных двигателей, их устройстве и характеристиках
- формулу Циолковского, формулы и значения I, II, III космических скоростей (для Земли);
- о траекториях полета КЛА и связи между формой их орбит и скоростью движения.

Ученики должны уметь : решать задачи на применение формулы Циолковского и законов движения космических тел для расчета характеристик движения КЛА.

Наглядные пособия и демонстрации:

Диафильмы: "Элементы механики космических полетов".
Кинофильмы : "Искусственные спутники Земли"; "Космические полеты".
Таблицы : "Космические полеты"; "Космические исследования".
Приборы и инструменты : прибор для демонстрации движения ИСЗ.

Задание на дом:

1) Изучить материала учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова : §§ 14 (4), 16 (4).
- Е.П. Левитана : §§ 7-11 (повторение).
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича : § 11; упражнения 11 (3, 4)

2) Выполнить задания из сборника задач Воронцова-Вельяминова Б.А. : 174; 179; 180; 186.

3) Подготовить доклады и сообщения к уроку "История космонавтики".

План урока

Этапы урока		Методы изложения	Время, мин
	Актуализация темы занятия	Рассказ
	Формирование понятий о теоретических и практических предпосылках, задачах и методах космонавтических исследований	Лекция	7-10
	Формирование понятий о средствах космонавтики и основных типах ракетных двигателей	Лекция	10-12
	Формирование понятий о траекториях, скоростях и особенностях движения КЛА, особенностях межпланетной и межзвездной навигации	Лекция	10-12
	Решение задач
	Обобщение пройденного материала, подведение итогов урока, домашнее задание

Методика изложения материала

Данный урок лучше всего проводить в форме лекции, в ходе которой осуществляется систематизации, обобщение и развитие "донаучных" космонавтических знаний учеников и сведений по космонавтике и реактивному движению, изученных ими в курсах природоведения, естествознания и физики за весь период школьного обучения. Авторы пособия предлагают ограничиться разбором вопросов об орбитах и скорости ИСЗ, полетах КЛА к Луне и простейших траекториях межпланетных перелетов. Мы считаем необходимым дополнить и расширить этот материал, теоретизировать его так, чтобы в результате обучения школьник обрел целостное понятие о теоретических и практических основах космонавтики. Изложение материала должно опираться на ранее изученный материал по физике (основы классической механики: законы Ньютона, закон Всемирного тяготения, закон сохранения импульса, реактивное движение) и астрономии (астрометрии и небесной механики: законы Кеплера, сведения о космических скоростях, орбитах космических тел и возмущениях). Патриотический аспект воспитания реализуется в акцентировании внимания учащихся на достижениях отечественной науки и техники, вкладе российских ученых в возникновение, становление и развитие ракетостроения и космонавтики. Исторических подробностей следует избегать, откладывая их на последующее занятие.

Космонавтика - полеты в космическом пространстве; совокупность отраслей науки и техники, обеспечивающих исследование и освоение космического пространства и космических объектов и их систем с помощью различных космических летательных аппаратов (КЛА): ракет, искусственных спутников Земли (ИСЗ), автоматических межпланетных станций (АМС), космических кораблей (КК), пилотируемых или управляемых с Земли.

Теоретический фундамент космонавтики образуют:

1. Астрономия (астрометрия, небесная механика и астрофизика).

2. Теория космических полетов - космодинамика - прикладная часть небесной механики, исследующая траектории полета, параметры орбит КЛА и т. д.

3. Ракетная техника, обеспечивающая решение научно-технических проблем создания космических ракет, двигателей, систем управления, связи и передачи информации, научного оборудования и т.д.

4. Космическая биология и медицина.

Основным и вплоть до настоящего времени единственным средством передвижения в космическом пространстве является ракета. Законы ракетного движения выводятся на основе законов классической механики: кинематики и динамики (II закона Ньютона, закона сохранения импульса и т. д.).

Формула К. Э. Циолковского описывает движение ракеты в космическом пространстве без учета действия внешних условий и характеризует энергетические ресурсы ракеты:

, - число Циолковского, где m 0 - начальная, m к - конечная массы ракеты, w - скорость истечения отбрасываемой массы по отношению к ракете (скорость реактивной струи), g - ускорение свободного падения.

Рис. 73

Ракета-носитель (РН) - многоступенчатая баллистическая ракета для выведения в космос полезного груза (ИСЗ, АМС, КК и др.). Ракетоносителями обычно являются 2-4 ступенчатые ракеты, сообщающие полезному грузу I - II космическую скорость (рис. 73).

Ракетный двигатель (РД) - реактивный двигатель, предназначенный для ракет и не использующий для работы окружающую среду. В РД происходит не только преобразование подводимой к двигателю энергии (химической, солнечной, ядерной и т. д.) в кинетическую энергию движения рабочего тела двигателя, но и непосредственно создается движущая сила тяги в виде реакции струи вытекающего из двигателя рабочего тела. Таким образом РД представляет собой как бы сочетание собственно двигателя и движителя.

Удельная тяга РД определяется формулой: .

В настоящее время широкое применение нашли только химические РД.

Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) применяется около 2000 лет - широко в ракетной артиллерии и ограниченно в космонавтике. Диапазон тяг РДТТ колеблется от грамм до сотен тонн (для мощных РД). Топливо в виде зарядов (вначале - дымного пороха, с конца XIX века - бездымного пороха, с середины ХХ века - специальные составы) полностью помещается в камеру сгорания. После запуска горение обычно продолжается до полного выгорания топлива, изменение тяги не регулируется. По конструкции и эксплуатации наиболее прост, но имеет ряд недостатков: низкая удельная тяга, однократность запуска и т. д. Устанавливается на некоторых РН США ("Скаут", "Тор", "Титан"), Франции и Японии. Применяется также в качестве тормозных, спасательных, корректирующих и т. д. систем (рис. 74).

Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) - РД, работающий на жидком ракетном топливе. Предложен К. Э. Циолковским в 1903 году. Основной двигатель современной космической техники. Тяга от долей грамма до сотен тонн. По назначению ЖРД делятся на основные (маршевые), тормозные, корректирующие и т. д. В качестве топлива применяют: из окислителей - кислород жидкий, четырехокись азота, перекись водорода; из горючих - керосин, гидразин, аммиак жидкий, водород жидкий. Наиболее перспективны сочетание жидких водорода и кислорода (РН "Энергия") (рис. 75).

Для увеличения удельной тяги перспективно использование ядерной энергии. Экспериментальные образцы ядерных ракетных двигателей (ЯРД ) разрабатывались с середины 60-х годов в СССР и США. В настоящее время Россия является единственным государством, располагающим маршевым ЯРД (рис. 76).

Продолжаются разработки электрических РД (ЭРД) - электротермических, электромагнитных, ионных. Первые экспериментальные образцы ЭРД были созданы в СССР в 1929-30 г.г.; в настоящее время ЭРД используются в качестве двигателей ориентации КЛА России и США. Маршевый ионный двигатель установлен на АМС, запущенной в конце 90-х гг. в США (рис. 77).

С точки зрения механики космического полета РД разделяются на:

1. Двигательные системы с ограниченной скоростью истечения w » 3 - 30 км/с, определяемой наибольшей температурой реактивной струи (химические, ядерные и т. д.). Они работают непродолжительное время (минуты, секунды) в атмосфере и вакууме на малых активных участках траектории полета (сотни км).

2. Системы ограниченной мощности с отдельным источником энергии, от которого зависит их эффективность (электрические и др.).

3. Системы с ограниченной тягой (парусные и радиоизотопные).

На активных участках полета движение КЛА зависит от работы его двигателей; на пассивных участках траекторий на движение КЛА влияют силы притяжения со стороны космических тел, давление света и солнечный ветер, а в верхних слоях атмосфер - аэродинамические силы трения.

Основные характеристики пассивного движения КЛА можно определить при решении задачи 2-х тел.

В центральном поле тяготения массивных космических тел КЛА движутся по кеплеровским орбитам, причем:

1. Траектория движения КЛА прямолинейна в случае, когда его начальная скорость u 0 = 0 и КЛА равноускоренно падает к центру притяжения.

2. КЛА движутся по эллиптическим траекториям, когда начальная скорость направлена под углом к центру притяжения, при . По эллиптическим орбитам вокруг Земли движутся ее ИСЗ, современные космические корабли и орбитальные станции, а также АМС, вращающиеся вокруг исследуемых ими планет.

3. По параболическим траекториям при u 0 = u II , когда конечная скорость КЛА в бесконечно удаленной точке пространства равна нулю.

4. По гиперболическим траекториям (u 0 > u II), почти неотличимым от прямолинейных на большом удалении от центра притяжения.

Траектории межпланетных полетов различаются по форме, длительности перелета, энергетическим затратам и другим факторам, зависящим от цели и особенностей космического полета. Интересно отметить, что КЛА практически никогда не движутся по прямой линии: траектории их движения (кроме некоторых идеализированных случаев) представляют собой отрезки кривых II порядка (окружности, эллипса, параболы и гиперболы), соединяющие орбиты космических тел или сами тела.

Выделяют 3 пассивных участка траекторий межпланетных полетов: 1) внутри "сферы действия" Земли, в которой движение КЛА определяется только силой земного притяжения; 2) от границы сферы действия Земли до границы сферы действия космического тела - цели полета, самому длинному и продолжительному, на котором движение КЛА определяется притяжением Солнца; 3) внутри сферы действия космического тела - цели полета.

Выше уже отмечалось, что для выхода из сферы действия Земли КЛА должен иметь скорость u > u II; . Добавочная скорость, которую находящийся на орбите искусственного спутника КЛА должен обрести для того, чтобы выйти из сферы действия Земли, называется скоростью выхода u в . , где r - расстояние от космического тела, R дÅ - радиус сферы действия Земли (R дÅ = 925000 км).

При запуске КЛА с поверхности Земли необходимо учитывать:

1) скорость и направление вращения Земли вокруг своей оси;
2) скорость и направление вращения Земли вокруг Солнца (u Å = 29,785 км/с).

Весьма сложен требующий больших энергетических затрат запуск ИСЗ, вращающихся в направлении, противоположном направлению вращения Земли вокруг своей оси; более сложен запуск КЛА по траектории, не лежащей в плоскости эклиптики.

Если скорость выхода совпадает по направлению со скоростью движения Земли v Å , орбита КЛА, кроме перигелия, лежит вне орбиты Земли (рис. 79в).
При противоположной направленности скорости u в орбита КЛА, за исключением афелия, лежит внутри орбиты Земли (рис. 79а).
При той же направленности и равенстве скоростей u в = u Å орбита КЛА становится прямой, по которой КЛА будет падать на Солнце около 64 суток (рис. 79г).
При u в = 0 орбита КЛА совпадает с орбитой Земли (рис. 79б).

Чем выше скорость u в КЛА, тем больше эксцентриситет его эллиптической орбиты. Путем сравнительно несложных расчетов определяется значение v в , необходимое для того, чтобы перигелий или афелий орбит КЛА лежал на орбите внешней или внутренней планет,.

Траектории полета КЛА, одновременно касающиеся орбит Земли и космических тел - целей межпланетного полета, называются гомановскими траекториями (в честь рассчитавшего их немецкого ученого В. Гоманна).

Для внешних планет: . Для внутренних планет: , где r - среднее расстояние планетного тела от Солнца.

Продолжительность перелета по гомановской траектории рассчитывается по формуле: средних солнечных суток.

При расчетах траектории межпланетного полета по гомановским траекториям необходимо учитывать взаимное расположение (начальную конфигурацию) Земли, Солнца и планеты-цели, характеристики и особенности движения планет по их орбитам. Например, полет к Марсу по кратчайшей гомановской траектории займет всего 69,9 d , к Юпитеру - 1,11 года, к Плутону - 19,33 года. Однако реально оптимальное взаимное положение Земли, Солнца и этих планет происходит исключительно редко и для уменьшения времени перелета требуется повысить u в , что требует дополнительных энергозатрат. Поэтому, в числе прочих причин, пилотируемые полеты к планетам Солнечной системы существенно дороже и сложнее, нежели исследование этих планет с помощью АМС, которые могут годами лететь к своим целям по самым экономичным траекториям. С учетом действия возмущений со стороны планет и Солнца АМС и космические корабли должны иметь двигатели для корректировки траектории движения.

При достижении сферы действия планеты-цели, для выхода на эллиптическую или круговую орбиту вокруг нее КЛА должен уменьшить скорость до значения, меньшего II космической для данной планеты.

В межпланетной навигации широко используется маневр КЛА в гравитационном поле планет Солнечной системы.

При движении в центральном поле тяготения массивного космического тела на КЛА действует сила притяжения со стороны этого тела, изменяющая скорость и направление движения КЛА. Направленность и величина ускорения КЛА зависят от того, насколько близко пролетит КЛА от космического тела и от угла j между направлениями входа и выхода КЛА в сферу действия этого тела.

Скорость КЛА изменяется на величину:

Наибольшее ускорение КЛА приобретает при движении по траектории, проходящей на минимальном расстоянии от космического тела, если скорость входа КЛА в сферу действия равна I космического скорости u I у поверхности этого тела, при этом .

При облете Луны КЛА может увеличить свою скорость на 1,68 км/с, при облете Венеры - на 7,328 км/с, при облете Юпитера - на 42,73 км/с. Скорость выхода КЛА из сферы действия планеты можно значительно увеличить включением двигателей в момент прохождения перицентра.

На рис. 80-81 приведены некоторые расчетные траектории межпланетных перелетов.

Астронавтика - раздел космонавтики, исследующий проблемы межзвездных полетов. В настоящее время изучает в основном теоретические проблемы механики перелета, поскольку современная наука не располагает сведениями для решения технических вопросов достижения звезд.

Для межзвездного полета КЛА должен выйти за пределы сферы действия Солнца, равной 9× 10 12 км. Межзвездные расстояния огромны: до ближайшей звезды 270000 а.е.; внутри описанной вокруг Солнца сферы радиусом 10 пк находится всего около 50 звезд.

В настоящее время в полет за пределы Солнечной системы отправились АМС "Пионер-10 и -11" и "Вояджер-1 и -2", которые удалятся на расстояние 1 светового года через тысячи лет.

Существующие и даже перспективные виды РД не пригодны или малопригодны для межзвездных перелетов, поскольку не могут обеспечить разгон КЛА до скорости свыше 0,1 скорости света с .

К ближайшим из звезд теоретически возможны лишь полеты "в один конец" автоматических межзвездных зондов (АМЗ) или пилотируемые перелеты с целью колонизации подходящих планет с экипажем в состоянии "обратимой смерти" (гибернации) или со сменой поколений внутри корабля, что требует решения множества не только технических, но и этических, психологических, биологических проблем (экипаж никогда не возвратится на Землю; большую часть жизни или даже всю жизнь при смене поколений ему предстоит провести внутри корабля; необходимо создание полностью замкнутой экосистемы КЛА и т. д.); еще до старта земные астрономические наблюдения должны дать гарантии существования планет земной группы с подходящими для жизни условиями у звезды - цели полета (иначе полет теряет смысл).

"Голубой мечтой" современной астронавтики является теоретически идеальный квантовый (фотонный) РД с w = c - единственно пригодный для осуществления межзвездных перелетов в пределах Галактики (рис. 78).

Движение физических тел со скоростями, близкими к скорости света, рассматриваются в общей теории относительности (ОТО), исследующей пространственно-временные закономерности любых физических процессов.

В рамках ОТО формула Циолковского обобщается и принимает вид: ,

где z - число Циолковского, m 0 - начальная, m 1 - конечная массы КЛА, u 1 - конечная скорость КЛА в земной системе отсчета, w - скорость реактивной струи относительно корабля.

Скорости света не сможет достигнуть даже фотонный звездолет при w = c , поскольку:.

Полет со скоростью выше скорости света согласно современной науке невозможен для любых материальных объектов. Однако (теоретически) звездолет может перемещаться со скоростью, близкой скорости света, .

Возможны варианты межзвездного полета:

1. Полет в 3 этапа: разгон КЛА до наибольшей скорости; полет по инерции с выключенными двигателями; торможение до нулевой скорости.
2. Полет в 2 этапа с постоянным ускорением: первую половину пути КЛА увеличивает скорость с ускорением g~ gÅ = 10 м/с 2 , а затем начинает торможение с тем же ускорением.

Согласно основным положениям ОТО для наблюдателя на борту КЛА при приближении к скорости света все физические процессы будут замедляться в раз, и во столько же раз будут сокращаться расстояния вдоль направления движения КЛА: пространство и время как бы "сжимаются". В системе отсчета корабля он будет неподвижен, а относительно Земли и цели полета будет перемещаться со скоростью u £ c .

Собственное (корабельное) время полета и независимое время, протекающее с момента старта на Земле, рассчитываются по разным формулам: , где и - функции гиперболического косинуса и гиперболического синуса, r - расстояние до цели полета.

При непрерывном ускорении g = 10 м/с 2 полет до звезды a Центавра займет по корабельным часам 3,6 года, по земным - 4,5 года; полет к центру Галактики займет по корабельным часам Т к = 19,72 года, по земным Т Å = 27000 лет; полет к галактике М31 ("туманности Андромеды"), ближайшей из спиральных галактик, займет соответственно Т к = 28 лет и Т Å = 3,5 миллиона лет!

Такова плата за межзвездные полеты согласно "парадоксу близнецов": облетевшие пол-Галактики и постаревшие на десятки лет астронавты возвратятся на Землю тысячи и миллионы лет спустя после старта. Помимо чисто этических проблем вернувшихся из, по сути, "полета в один конец" пришельцев из далекого прошлого в мир будущего, встает важная проблема ценности доставленной астронавтами информации: за время полета наука на Земле не стоит на месте!

Очень важны энергетические проблемы межзвездных полетов: если для достижения II космической скорости межпланетного пилотируемого перелета Земля - Марс будет затрачена энергия около 8,4× 10 9 кВт× ч (вырабатываемой электростанцией мощностью 100 МВт за 8,5 часов), то для разгона КЛА до 0,2с потребуется энергия 10 15 кВт× ч - вся энергия, вырабатываемая электростанциями Земли за 10 лет. Увеличение скорости до 0,4 с влечет увеличение расхода энергии в 16 раз при 100 % КПД двигателей! Запасы топлива для термоядерного РД составят свыше 99 % массы КЛА. Для синтеза антивещества для единственного полета фотонного звездолета требуется такое количество энергии, что современная наука не может указать его источника в переделах Солнечной системы.

Таким образом, по законам физики на современном уровне развития земной цивилизации межзвездные пилотируемые полеты КЛА практически невозможны. Исследования ближайших звезд межзвездными беспилотными АМЗ вполне возможны (в настоящее время в США и России разрабатываются проекты запуска АМЗ к Проксиме Центавра, звезде Барнарда и некоторым другим объектам в середине XXI века). Имеющие несколько десятков тонн массы полезной нагрузки АМЗ будут разгоняться до скорости 0,1-0,2с солнечными, радиоизотопными или термоядерными РД, время полета составит десятки или даже сотни лет.

Изученный материал закрепляется в ходе решения задач:

Упражнение 10:

1. Почему проще запустить КЛА к Плутону, нежели к Солнцу?

2. Возможна ли излюбленная в фантастике 60-х годов ситуация, когда КЛА с вышедшим из строя двигателем притягивается и падает на Солнце?

3. Где и почему выгоднее располагать космодромы: на полюсах или на экваторе Земли?

4. Определите скорость выхода КЛА за пределы Солнечной системы. Как долго он будет лететь к ближайшей из звезд?

5. Почему внутри космического корабля на пассивном участке траектории полета наступает невесомость?

6. Какова скорость АМС, вращающейся по круговой орбите вокруг Юпитера на расстоянии: а) 2000 км; б) 10000 км от планеты?

7. Изобразите на чертеже конфигурацию Земли, Солнца и Марса, считая их орбиты круговыми, при полете советских АМС "Марс-2" и "Марс-3", достигших Марса 21.11.1971 года и 2.12.1971 года после 192 и 188 суток полета, если противостояние планет произошло 10 августа 1971 года.

По мнению В.В. Радзиевского следует обратить внимание учителей и учащихся "на огромное практическое значение астрономии в связи с активным освоением космоса, на роль космонавтики в решении экологических проблем загрязнения окружающей среды (перенос загрязняющих атмосферу предприятий в космос, выброс в космос вредных отходов производства, демографические перспективы)… Необходимо усилить элементы космонавтики в самой программе, ввести вопросы: закон сохранения энергии в задаче 2-х тел (элементарный вывод)...

В 60-80-е годы в школах Советского Союза преподавался факультативный курс А.Д. Марленского "Основы космонавтики" (IX класс, 70 часов учебных занятий по 2 ч. в неделю) . Сведения о его структуре, содержании и планировании занятий могут пригодиться современному учителю физики и астрономии для использования соответствующего материала на уроках физики и астрономии (особенно в физико-математических классах) и внеклассных занятиях:

1) История космонавтики (2 ч.) (Первые фантастические проекты космических полетов. К.Э. Циолковский – основоположник научной космонавтики. Основные этапы развития ракетной техники. Запуск первого советского ИСЗ и начало космической эры. Полет человека в космос).

2) Движение и устройство ракет (4 ч.) (Принцип действия ракеты. Понятие о механике тел переменной массы. Формула Циолковского. Основные части и числовые характеристики одноступенчатой ракеты. Многоступенчатые ракеты. Ракетные двигатели и топлива). Начинать с повторения закона сохранения импульса; с опорой на него проанализировать одноимпульсный выброс массы из ракеты. Рассмотреть серию последовательных выбросов и показать, что результирующая скорость ракеты при однонаправленных выбросах равна сумме скоростей, которые она получает при каждом выбросе массы. Сообщить формулу Циолковского (без подробного вывода, но с детальным анализом физического смысла и решением соответствующих задач). Рассмотреть движение ракеты с точки зрения законов динамики, в зависимости от реактивной силы. Продемонстрировать на опытах возникновение реактивной силы на примерах вытекающих водяных струй и показать, как можно изменить силу тяги (приводится схема установки). Ознакомить учеников с числовыми характеристиками одноступенчатых и многоступенчатых РН. Предложить (дома) разработать проекты ракет с различными характеристиками, разобрать на следующем уроке. Работа РД изучается в общих чертах. Рассматриваются схемы их устройства, подачи топлива и графики изменения характеристик (скорость, температура и давление продуктов сгорания вдоль оси РД). Обратить внимание на основные данные РД и ракетного топлива в сравнении с тепловыми двигателями и топливом наземного транспорта. Полезно продемонстрировать действующие модели ракет.

3) Свободное движение ракеты в поле тяготения (8 ч) (Центральное поле тяготения. Задача 2-х тел. Закон сохранения механической энергии при движении в поле тяготения. Гравитационный параметр. Формула скорости тела, движущегося по эллиптической орбите. Траектории движения в поле тяготения (кеплеровы орбиты). Законы Кеплера. Круговая скорость, скорость освобождения, гиперболический избыток скорости. Понятие о возмущенном движении. Сфера действия. Невесомость). Повторить закон Всемирного тяготения применительно к 2 материальным точкам и подробно проанализировать его формулу; указать на возможность представления массивных космических тел в виде материальных точек. Формируется представление о поле тяготения как поле центральных сил и его характеристиках: ускорения свободного падения (позволяют определять силовые воздействия центрального поля на тела, вносимые в разные точки поля) и потенциалы (для определения энергетических затрат при различных перемещениях тел в этом поле). Обосновать выбор нулевого значения гравитационного потенциала для бесконечно удаленных точек в этом случае гравитационные потенциалы всех космических тел отсчитываются от нулевого уровня и их легко сравнивать. Сравнивая гравитационные потенциалы точек на поверхности планет, можно судить о величине работы для удаления тела из данной точки в бесконечность (введение понятия о II космической скорости). Решение задачи 2-х тел опирается на законы сохранения энергии и момента импульса (следует сформировать понятие о законе сохранения момента импульса на основе демонстрации скамьи Жуковского, определения понятия момента импульса и ряде опытов)

4) Движение ракеты под действием тяги (6 ч.) (Вывод КА на орбиту. Потери скорости. Начальная и суммарная характеристические скорости. Управление КА. Коррекции траектории. Перегрузки в полете. Понятие о космической навигации. Инерциальная, астро- и радионавигация. Ориентация и стабилизация КА). 5) Искусственные спутники Земли (8 ч.) (Орбиты ИСЗ. Возмущение орбит, вызванное несферичностью Земли, сопротивлением атмосферы, притяжением Луны и Солнца. Движение ИСЗ относительно поверхности Земли. Вывод ИСЗ на орбиту. Многоимпульсные маневры. Встреча на орбите. Орбиты ожидания. Гомановские переходы. Стыковка. Орбитальные станции. Спуск с орбиты. Основные физические явления при входе в атмосферу. Баллистический и планирующий спуски). 6) Полеты к Луне и планетам (8 ч.) (Траектории полетов к Луне. Искусственные спутники луны. Посадка на Луну. Траектории полета к планетам. Оптимальные траектории. Окна запуска. Коррекции траектории. Многоимпульсные траектории. Использование гравитационного поля планет для изменения траекторий КА. Облет планет. Посадка на планеты. Использование атмосферы при посадке. Коридор входа. Жесткая и мягкая посадки). 7) Условия космического полета (2 ч.) (Радиационная опасность. Метеоритная опасность. Способы защиты. Жизнеобеспечение в КК. Космическая психология. Ритм жизни в КК. Влияние невесомости и перегрузки на организм). 8) Научное и практическое использование космонавтики (6 ч.) (Успехи СССР в использовании космоса. Научная аппаратура ИСЗ, КА и АМС. Исследования Земли, околоземного космического пространства, Луны, планет, межпланетного пространства средствами космонавтики. Практическое использование космонавтики: в геодезии, метеорологии, для навигации, связи, разведки земных ресурсов). 9) Перспективы космонавтики (2 ч.) (Проекты дальнейших космических полетов в Солнечной системе. Проекты освоения Луны и планет. Возможность межзвездных перелетов). 10 часов практических работ (в том числе астрономических наблюдений).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
См. также: Все публикации на ту же тему >>