Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
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.
Современный уровень космической техники и прогноз её развития показывают, что основной целью научных исследований с помощью космических средств, по-видимому, в ближайшем будущем будет наша Солнечная система. Главными при этом будут задачи изучения солнечно-земных связей и пространства Земля - Луна, а так же Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и других планет, астрономические исследования, медико-биологические исследования с целью оценки влияния продолжительности полётов на организм человека и его работоспособность.
В принципе развитие космической технике должно опережать «Спрос», связанный с решением актуальных народнохозяйственных проблем. Главными задачами здесь являются ракет-носителей, двигательных установок, космических аппаратов, а так же обеспечивающих средств(командно-измерительных и стартовых комплексов, аппаратуры и т.д.), обеспечение прогресса в смежных отраслях техники, прямо или косвенно связанных с развитием космонавтики.
До полётов в мировое пространство нужно было понять и использовать на практике принцип реактивного движения, научиться делать ракеты, создать теорию межпланетных сообщений и т.д.
Ракетная техника - далеко не новое понятие. К созданию мощных современных ракет-носителей человек шёл через тысячелетия мечтаний, фантазий, ошибок, поисков в различных областях науки и техники, накопления опыта и знаний.
Принцип действия ракеты заключается в её движении под действием силы отдачи, реакции потока частиц, отбрасываемых от ракеты. В ракете. т.е. аппарате, снабжённом ракетным двигателем, истекающие газы образуются за счёт реакции окислителя и горючего, хранящихся в самой ракете. Это обстоятельство делает работу ракетного двигателя независимой от наличия или отсутствия газовой среды. Таким образом, ракета представляет из себя удивительную конструкцию, способную перемещаться в безвоздушном пространстве, т.е. не опорном, космическом пространстве.
Особое место среди русских проектов применения реактивного принципа полёта занимает проект Н. И. Кибальчича, известного русского революционера, оставившего несмотря на короткую жизнь(1853-1881), глубокий след в истории науки и техники. Имея обширные и глубокие знания по математике, физике и особенно химии, Кибальчич изготовлял самодельные снаряды и мины для народовольцев. «Проект воздухоплавательного прибора» был результатом длительной исследовательской работы Кибальчича над взрывчатыми веществами. Он, по существу, впервые предложил не ракетный двигатель, приспособленный к какому-либо существовавшему летательном аппарату, как это делали другие изобретатели, а совершенно новый(ракетодинамический) аппарат, прообраз современных пилотируемых космических средств, у которых тяга ракетных двигателей служит для непосредственного создания подъемной силы, поддерживающей аппарат в полёте. Летательный аппарат Кибальчича должен был функционировать по принципу ракеты!
Но т.к. Кибальчича посадили в тюрьму за покушение на Царя Александра II, то проект его летательного аппарата был обнаружен только в 1917 году в архиве департамента полиции.
Итак, к концу прошлого века идея применения для полётов реактивных приборов получила в России большие масштабы. И первым кто решил продолжить исследования был наш великий соотечественник Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935). Уже в 1883 г. он дал описание корабля с реактивным двигателем. Уже в 1903 году Циолковский впервые в мире дал возможность конструировать схему жидкостной ракеты. Идеи Циолковского получили всеобщее признание ещё в 1920-е годы. И блестящий продолжатель его дела С. П. Королёв за месяц до запуска первого искусственного спутника Земли говорил что идеи и труды Константина Эдуардовича будут всё больше и больше привлекать к себе внимание по мере развития ракетной техники, в чём оказался абсолютно прав.
Начало космической эры
И так через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г. бывший СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.
6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ.После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились и ракета упала на стол, взорвавшись от удара.
31 января 1958 г. был выведен на орбиту спутник «Эксплорер-1», американский ответ на запуск советских спутников. По размерам и массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длинной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг.
Однако его полезный груз был присоединен к четвертой, последней ступени ракеты-носителя «Юнона-1». Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера-Мюллера для регистрации проникающих космических лучей.
Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Земля радиационных поясов. Счетчик Гейгера-Мюллера прекратил счет, когда аппарат находился в апогее на высоте 2530 км, высота перигея составляла 360 км.
5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, как и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1» только три из них были успешными.
В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард
Оба спутника внесли много нового в космическую науку и технику (солнечные батареи, новые данные о плотности верхний атмосферы, точное картирование островов в Тихом океане и т.д.) 17 августа 1958 г. в США была предпринята первая попытка послать с мыса Канаверал в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. Она оказалась неудачной. Ракета поднялась и пролетела всего 16 км. Первая ступень ракеты взорвалась на 77 с полета. 11 октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда «Пионер-1», также оказалась неудачной. Последующие несколько запусков также оказались неудачными, лишь 3 марта 1959 г. «Пионер-4», массой 6,1 кг частично выполнил поставленную задачу: пролетел мимо Луны на расстоянии 60000 км (вместо планируемых 24000 км).
Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фоне созвездия Водолея.
«Луна-2» запущенная 12 сентября 1959 г. совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного пояса.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7 октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной.
Человек в космосе
12 апреля 1961 г. в 9 ч 07 мин по московскому времени в нескольких десятках километров севернее поселка Тюратам в Казахстане на советском космодроме Байконур состоялся запуск межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в носовом отсеке которой размещался пилотируемый космический корабль «Восток» с майором ВВС Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Запуск прошел успешно. Космический корабль был выведен на орбиту с наклонением 65 гр, высотой перигея 181 км и высотой апогея 327 км и совершил один виток вокруг Земли за 89 мин. На 108-ой мин после запуска он вернулся на Землю, приземлившись в районе деревни Смеловка Саратовской области. Таким образом, спустя 4 года после выведения первого искусственного спутника Земли Советский Союз впервые в мире осуществил полет человека в космическое пространство.
Космический корабль состоял из двух отсеков. Спускаемый аппарат, являющийся одновременно кабиной космонавта, представлял собой сферу диаметром 2,3 м, покрытую абляционным материалом для тепловой защиты при входе в атмосферу. Управление кораблем осуществлялось автоматически, а также космонавтом. В полете непрерывно поддерживалась с Землей. Атмосфера корабля - смесь кислорода с азотом под давлением 1 атм. (760 мм рт. ст.). «Восток-1» имел массу 4730 кг, а с последней ступенью ракеты-носителя 6170 кг. Космический корабль «Восток» выводился в космос 5 раз, после чего было объявлено о его безопасности для полета человека.
Через четыре недели после полета Гагарина 5 мая 1961 г. капитан 3-го ранга Алан Шепард стал первым американским астронавтом.
Хотя он и не достиг околоземной орбиты, он поднялся над Землей на высоту около 186 км. Шепард запущенный с мыса Канаверал в КК «Меркурий-3» с помощью модифицированной баллистической ракеты «Редстоун», провел в полете 15 мин 22 с до посадки в Атлантическом океане. Он доказал, что человек в условиях невесомости может осуществлять ручное управление космическим кораблем. КК «Меркурий» значительно отличался от КК «Восток».
Он состоял только из одного модуля - пилотируемой капсулы в форме усеченного конуса длинной 2,9 м и диаметром основания 1,89 м. Его герметичная оболочка из никелевого сплава имела обшивку из титана для защиты от нагрева при входе в атмосферу.
Атмосфера внутри «Меркурия» состояла из чистого кислорода под давлением 0,36 ат.
20 февраля 1962 г. США достигли околоземной орбиты. С мыса Канаверал был запущен корабль «Меркурий-6», пилотируемый подполковником ВМФ Джоном Гленном. Гленн пробыл на орбите только 4 ч 55 мин, совершив 3 витка до успешной посадки. Целью полета Гленна было определение возможности работы человека в КК «Меркурий». Последний раз «Меркурий» был выведен в космос 15 мая 1963 г.
18 марта 1965 г. был выведен на орбиту КК «Восход» с двумя космонавтами на борту - командиром корабля полковником Павлом Иваровичем Беляевым и вторым пилотом подполковником Алексеем Архиповичем Леоновым. Сразу после выхода на орбиту экипаж очистил себя от азота, вдыхая чистый кислород. Затем был развернут шлюзовой отсек: Леонов вошел в шлюзовой отсек, закрыл крышку люка КК и впервые в мире совершил выход в космическое пространство. Космонавт с автономной системой жизнеобеспечения находился вне кабины КК в течении 20 мин, временами отдаляясь от корабля на расстояние до 5 м. Во время выхода он был соединен с КК только телефонным и телемеметрическим кабелями. Таким образом, была практически подтверждена возможность пребывания и работы космонавта вне КК.
3 июня был запущен КК «Джемени-4» с капитанами Джеймсом Макдивиттом и Эдвардом Уайтом. Во время этого полета, продолжавшегося 97 ч 56 мин Уайт вышел из КК и провел вне кабины 21 мин, проверяя возможность маневра в космосе с помощью ручного реактивного пистолета на сжатом газе.
К большому сожалению освоение космоса не обошлось без жертв. 27 января 1967 г. экипаж готовившийся совершить первый пилотируемый полет по программе «Аполлон» погиб во время пожара внутри КК сгорев за 15 с в атмосфере чистого кислорода. Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи стали первыми американскими астронавтами, погибшими в КК. 23 апреля с Байконура был запущен новый КК «Союз-1», пилотируемый полковником Владимиром Комаровым. Запуск прошел успешно.
На 18 витке, через 26 ч 45 мин, после запуска, Комаров начал ориентацию для входа в атмосферу. Все операции прошли нормально, но после входа в атмосферу и торможения отказала парашютная система. Космонавт погиб мгновенно в момент удара «Союза» о Землю со скоростью 644 км\ч. В дальнейшем Космос унес не одну человеческую жизнь, но эти жертвы были первыми.
Нужно заметить, что в естественнонаучном и производительном планах мир стоит перед рядом глобальных проблем, решение которых требует объединённых усилий всех народов. Это проблемы сырьевых ресурсов, энергетики, контроля за состоянием окружающей среды и сохранения биосферы и другие. Огромную роль в кардинальном их решении будут играть космические исследования - одно из важнейших направлений научно-технической революции.
Космонавтика ярко демонстрирует всему миру плодотворность мирного созидательного труда, выгоды объединения усилий разных стран в решении научных и народнохозяйственных задач.
С какими же проблемами сталкивается космонавтика и сами космонавты?
Начнём с жизнеобеспечения. Что такое жизнеобеспечение? Жизнеобеспечение в космическом полёте - это создание и поддержание в течении всего полёта в жилых и рабочих отсеках К.К. таких условий, которые обеспечили бы экипажу работоспособность, достаточную для выполнения поставленной задачи, и минимальную вероятность возникновения патологических изменений в организме человека. Как это сделать? Необходимо существенно уменьшить степень воздействия на человека неблагоприятных внешних факторов космического полёта - вакуума, метеорических тел, проникающей радиации, невесомости, перегрузок; снабдить экипаж веществами и энергией без которых не возможна нормальная жизнедеятельность человека, - пищей, водой, кислородом и сетом; удалить продукты жизнедеятельности организма и вредные для здоровья вещества, выделяемые при работе систем и оборудования космического корабля; обеспечить потребности человека в движении, отдыхе, внешней информации и нормальных условиях труда; организовать медицинский контроль за состоянием здоровья экипажа и поддержание его на необходимом уровне. Пища и вода доставляются в космос в соответствующей упаковке, а кислород - в химически связанном виде. Если не проводить восстановление продуктов жизнедеятельности, то для экипажа из трёх человек на один год потребуется 11 тонн вышеперечисленных продуктов, что, согласитесь, составляет немалый вес, объём, да и как это всё будет хранится в течении года?!
В ближайшем будущем системы регенерации позволят почти полностью воспроизводить кислород и вод на борту станции. Уже давно начали использовать вода после умывания и душа, очищенную в системе регенерации. Выдыхаемая влага конденсируется в холодильно-сушильном агрегате, а затем регенерируется. Кислород для дыхания извлекается из очищенной воды электролизом, а газообразный водород, реагируя с углекислым газом, поступающим из концентратора, образует воду, которая питает электролизер. Использование такой системы позволяет уменьшить в рассмотренном примере массу запасаемых веществ с 11 до 2т. В последнее время практикуется выращивание разнообразных видов растений прямо на борту корабля, что позволяет сократить запас пищи который необходимо брать в космос, об этом упоминал ещё в своих трудах Циолковский.
Космос науке
Освоение космоса во многом помогает в развитии наук:
18 декабря 1980 года было установлено явление стока частиц радиационных поясов Земли под отрицательными магнитными аномалиями.
Эксперименты, проведённые на первых спутниках показали, что околоземное пространство за пределами атмосферы вовсе не «пустое». Оно заполнено плазмой, пронизано потоками энергетических частиц. В 1958 г. в ближнем космосе были обнаружены радиационные пояса Земли - гигантские магнитные ловушки, заполненные заряженными частицами - протонами и электронами высокой энергии.
Наибольшая интенсивность радиации в поясах наблюдается на высотах в несколько тысяч км. Теоретические оценки показывали, что ниже 500 км. Не должно быть повышенной радиации. Поэтому совершенно неожиданным было обнаружение во время полётов первых К.К. областей интенсивной радиации на высотах до 200-300 км. Оказалось, что это связано с аномальными зонами магнитного поля Земли.
Распространилось исследование природных ресурсов Земли космическими методами, что во многом посодействовало развитию народного хозяйства.
Первая проблема которая стояла в 1980 году перед космическими исследователями представляла перед собой комплекс научных исследований, включающих большинство важнейших направлений космического природоведения. Их целью являлись разработка методов тематического дешифрирования многозональной видеоинформации и их использование при решении задач наук о Земле и хозяйственных отраслей. К таким задачам относятся: изучение глобальных и локальных структур земной коры для познания истории её развития.
Вторая проблема является одной из основополагающих физико-технических проблем дистанционного зондирования и имеет своей целью создание каталогов радиационных характеристик земных объектов и моделей их трансформации, которые позволят выполнять анализ состояния природных образований на время съемки и прогнозировать их на динамику.
Отличительной особенностью третей проблемы является ориентация на излучение радиационных характеристик крупных регионов вплоть до планеты в целом с привлечением данных о параметрах и аномалиях гравитационного и геомагнитного полей Земли.
Изучение Земли из космоса
Человек впервые оценил роль спутников для контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и других природных ресурсов Земли лишь спустя несколько лет после наступления космической эры. Начало было положено в 1960г., когда с помощью метеорологических спутников «Тирос» были получены подобные карте очертания земного шара, лежащего под облаками. Эти первые черно-белые ТВ изображения давали весьма слабое представление о деятельности человека и тем не менее это было первым шагом. Вскоре были разработаны новые технические средства, позволившие повысить качество наблюдений. Информация извлекалась из многоспектральных изображений в видимом и инфракрасном (ИК) областях спектра. Первыми спутниками, предназначенными для максимального использования этих возможностей были аппараты типа «Лэндсат». Например спутник «Лэндсат-D», четвертый из серии, осуществлял наблюдение Земли с высоты более 640 км с помощью усовершенствованных чувствительных приборов, что позволило потребителям получать значительно более детальную и своевременную информацию. Одной из первых областей применения изображений земной поверхности, была картография. В доспутниковую эпоху карты многих областей, даже в развитых районах мира были составлены неточно. Изображения, полученные с помощью спутника «Лэндсат», позволили скорректировать и обновить некоторые существующие карты США. В СССР изображения полученные со станции «Салют», оказались незаменимыми для выверки железнодорожной трассы БАМ.
В середине 70-х годов НАСА, министерство сельского хозяйства США приняли решение продемонстрировать возможности спутниковой системы в прогнозировании важнейшей сельскохозяйственной культуры пшеницы. Спутниковые наблюдения, оказавшиеся на редкость точными в дальнейшем были распространены на другие сельскохозяйственные культуры. Приблизительно в то же время в СССР наблюдения за сельскохозяйственными культурами проводились со спутников серий «Космос», «Метеор», «Муссон» и орбитальных станций «Салют».
Использование информации со спутников выявило ее неоспоримые преимущества при оценке объема строевого леса на обширных территориях любой страны. Стало возможным управлять процессом вырубки леса и при необходимости давать рекомендации по изменению контуров района вырубки с точки зрения наилучшей сохранности леса. Благодаря изображениям со спутников стало также возможным быстро оценивать границы лесных пожаров, особенно «коронообразных», характерных для западных областей Северной Америки, а так же районов Приморья и южных районов Восточной Сибири в России.
Огромное значение для человечества в целом имеет возможность наблюдения практически непрерывно за просторами Мирового Океана, этой «кузницы» погоды. Именно над толщами океанской воды зарождаются чудовищной силы ураганы и тайфуны, несущие многочисленные жертвы и разрушения для жителей побережья. Раннее оповещение населения часто имеет решающее значение для спасения жизней десятков тысяч людей. Определение запасов рыбы и других морепродуктов также имеет огромное практическое значение. Океанские течения часто искривляются, меняют курс и размеры. Например, Эль Нино, теплое течение в южном направлении у берегов Эквадора в отдельные годы может распространяться вдоль берегов Перу до 12гр. ю.ш. . Когда это происходит, планктон и рыба гибнут огромных количествах, нанося непоправимый ущерб рыбным промыслам многих стран и том числе и России. Большие концентрации одноклеточных морских организмов повышают смертность рыбы, возможно из-за содержащихся в них токсинов. Наблюдение со спутников помогает выявить «капризы» таких течений и дать полезную информацию тем, кто в ней нуждается. По некоторым оценкам российских и американских ученых экономия топлива в сочетании с «дополнительным уловом» за счет использования информации со спутников, полученной в инфракрасном диапазоне, дает ежегодную прибыль в 2,44 млн. долл. Использование спутников для целей обзора облегчило задачу прокладывания курса морских судов. Так же спутниками обнаруживаются опасные для судов айсберги, ледники. Точное знание запасов снега в горах и объема ледников - важная задача научных исследований, ведь по мере освоения засушливых территорий потребность в воде резко возрастает.
Неоценима помощь космонавтов в создании крупнейшего картографического произведения - Атласа снежно-ледовых ресурсов мира.
Также с помощью спутников находят нефтяные загрязнения, загрязнения воздуха, полезные ископаемые.
космос изучение дыра спутник
Наука о космосе
В течении небольшого периода времени с начала космической эры человек не только послал автоматические космические станции к другим планетам и ступил на поверхность Луны, но также произвел революцию в науке о космосе, равной которой не было за всю историю человечества. Наряду с большими техническими достижениями, вызванными развитием космонавтики, были получены новые знания о планете Земля и соседних мирах. Одним из первых важных открытий, сделанных не традиционным визуальным, а иным методом наблюдения, было установление факта резкого увеличения с высотой, начиная с некоторой пороговой высоты интенсивности считавшихся ранее изотропными космических лучей. Это открытие принадлежит австрийцу В. Ф. Хессу, запустившему в 1946 г.газовый шар-зонд с аппаратурой на большие высоты.
В 1952 и 1953 гг. д-р Джеймс Ван Аллен проводил исследования низко энергетических космических лучей при запусках в районе северного магнитного полюса Земли небольших ракет на высоту 19-24 км и высотных шаров - баллонов. Проанализировав результаты проведенных экспериментов, Ван Аллен предложил разместить на борту первых американских искусственных спутников Земли достаточно простые по конструкции детекторы космических лучей.
С помощью спутника «Эксплорер-1» выведенного США на орбиту 31 января 1958 г. было обнаружено резкое уменьшение интенсивности космического излучения на высотах более 950 км. В конце 1958 г. АМС «Пионер-3», преодолевшая за сутки полета расстояние свыше 100000 км, зарегистрировала с помощью имевшихся на борту датчиков второй, расположенный выше первого, радиационный пояс Земли, который также опоясывает весь земной шар.
В августе и сентябре 1958 г. на высоте более 320 км было произведено три атомных взрыва, каждый мощностью 1,5 к.т. Целью испытаний с кодовым названием «Аргус» было изучение возможности пропадания радио и радиолокационной связи при таких испытаниях. Исследование Солнца - важнейшая научная задача, решению которой посвящены многие запуски первых спутников и АМС.
Американские «Пионер-4» - «Пионер-9» (1959-1968гг.) с околосолнечных орбит передавали по радио на Землю важнейшую информацию о структуре Солнца. В тоже время было запущено более двадцати спутников серии «Интеркосмос» с целью изучения Солнца и околосолнечного пространства.
Чёрные дыры
О чёрных дырах узнали в 1960-х годах. Оказалось, что если бы наши глаза могли видеть только рентгеновское излучение, то звёздное небо над нами выглядело бы совсем иначе. Правда, рентгеновские лучи, испускаемые Солнцем, удалось обнаружить ещё до рождения космонавтики, но о других источниках в звёздном небе и не подозревали. На них наткнулись случайно.
В 1962 году американцы, решив проверить, не исходит ли от поверхности Луны рентгеновское излучение, запустили ракету, снабжённую специальной аппаратурой. Вот тогда-то, обрабатывая результаты наблюдений убедились, что приборы отметили мощный источник рентгеновского излучения. Он располагался в созвездии Скорпион. И уже в 70-х годах на орбиту вышли первые 2 спутника, предназначенные для поиска исследований источников рентгеновских лучей во вселенной, - американский «Ухуру» и советский «Космос-428».
К этому времени кое-что уже начало проясняться. Объекты, испускающие рентгеновские лучи, сумели связать с еле видимыми звёздами, обладающими необычными свойствами. Это были компактные сгустки плазмы ничтожных, конечно по космическим меркам, размеров и масс, раскалённые до нескольких десятков миллионов градусов. При весьма скромной наружности эти объекты обладали колоссальной мощностью рентгеновского излучения, в несколько тысяч раз превышающей полную совместимость Солнца.
Эти крохотные, диаметром около 10 км. , останки полностью выгоревших звёзд, сжавшиеся до чудовищной плотности, должны были хоть как-то заявить о себе. Поэтому так охотно в рентгеновских источниках «узнавали» нейтронные звёзды. И ведь казалось бы всё сходилось. Но расчёты опровергли ожидания: только что образовавшиеся нейтронные звёзды должны были сразу остыть и перестать излучать, а эти лучились рентгеном.
С помощью запущенных спутников исследователи обнаружили строго периодические изменения потоков излучения некоторых из них. Был определён и период этих вариаций - обычно он не превышал нескольких суток. Так могли вести себя лишь две вращающиеся вокруг себя звезды, из которых одна периодически затмевала другую. Это было доказано при наблюдении в телескопы.
Откуда же черпают рентгеновские источники колоссальную энергию излучения, Основным условием превращения нормальной звезды в нейтронную считается полное затухание в ней ядерной реакции. Поэтому ядерная энергия исключается. Тогда, может быть, это кинетическая энергия быстро вращающегося массивного тела? Действительно она у нейтронных звёзд велика. Но и её хватает лишь ненадолго.
Большинство нейтронных звёзд существует не по одиночке, а в паре с огромной звездой. В их взаимодействии, полагают теоретики, и скрыт источник могучей силы космического рентгена. Она образует вокруг нейтронной звезды газовый диск. У магнитных полюсов нейтронного шара вещество диска выпадает на его поверхность, а приобретённая при этом газом энергия превращается в рентгеновское излучение.
Свой сюрприз преподнёс и «Космос-428». Его аппаратура зарегистрировала новое, совсем не известное явление - рентгеновские вспышки. За один день спутник засёк 20 всплесков, каждый из которых длился не более 1 сек. , а мощность излучения возрастала при этом в десятки раз. Источники рентгеновских вспышек учёные назвали БАРСТЕРАМИ. Их тоже связывают с двойными системами. Самые мощные вспышки по выстреливаемой энергии всего лишь в несколько раз уступает полному излучению сотен миллиардов звёзд находящихся в нашей Галлактке.
Теоретики доказали: «чёрные дыры», входящие в состав двойных звёздных систем, могут сигнализировать о себе рентгеновскими лучами. И причина возникновения та же - аккреция газа. Правда механизм в этом случае несколько другой. Оседающие в «дыру» внутренние части газового диска должны нагреться и потому стать источниками рентгена.
Переходом в нейтронную звезду заканчивают «жизнь» только те светила, масса которых не превышает 2-3 солнечных. Более крупные звёзды постигает участь «черной дыры».
Рентгеновская астрономия поведала нам о последнем, может быть, самом бурном, этапе развития звёзд. Благодаря ей мы узнали о мощнейших космических взрывах, о газе с температурой в десятки и сотни миллионов градусов, о возможности совершенно необычного сверхплотного состояния веществ в «чёрных дырах».
Что же ещё даёт космос именно для нас?
В телевизионных (ТВ) программах уже давным-давно не упоминается о том, что передача ведется через спутник. Это является лишним свидетельством огромного успеха в индустриализации космоса, ставшей неотъемлемой частью нашей жизни. Спутники связи буквально опутывают мир невидимыми нитями. Идея создания спутников связи родилась вскоре после второй мировой войны, когда А. Кларк в номере журнала «Мир радио» (Wireless World) за октябрь 1945г. представил свою концепцию ретрансляционной станции связи, расположенной на высоте 35880 км над Землей.
Заслуга Кларка заключалась в том, что он определил орбиту, на которой спутник неподвижен относительно Земли. Такая орбита называется геостационарной или орбитой Кларка. При движении по круговой орбите высотой 35880 км один виток совершается за 24 часа, т.е. за период суточного вращения Земли. Спутник, движущийся по такой орбите, будет постоянно находиться над определенной точкой поверхности Земли.
Первый спутник связи «Телстар-1» был запущен все же на низкую околоземную орбиту с параметрами 950 х 5630 км это случилось 10 июля 1962г. Почти через год последовал запуск спутника «Телстар-2». В первой телепередаче был показан американский флаг в Новой Англии на фоне станции в Андовере. Это изображение было передано в Великобританию, Францию и на американскую станцию в шт. Нью-Джерси через 15 часов после запуска спутника. Двумя неделями позже миллионы европейцев и американцев наблюдали за переговорами людей, находящихся на противоположных берегах Атлантического океана. Они не только разговаривали но и видели друг друга, общаясь через спутник. Историки могут считать этот день датой рождения космического ТВ. Крупнейшая в мире государственная система спутниковой связи создана в России. Ее начало было положено в апреле 1965г. запуском спутников серии «Молния», выводимых на сильно вытянутые эллиптические орбиты с апогеем над Северным полушарием. Каждая серия включает четыре пары спутников, обращающихся на орбите на угловом расстоянии друг от друга 90 гр.
На базе спутников «Молния» построена первая система дальней космической связи «Орбита». В декабре 1975г. семейство спутников связи пополнилось спутником «Радуга», функционирующем на геостационарной орбите. Затем появился спутник «Экран» с более мощным передатчиком и более простыми наземными станциями. После первых разработок спутников наступил новый период в развитии техники спутниковой связи, когда спутники стали выводить на геостационарную орбиту по которой они движутся синхронно с вращением Земли. Это позволило установить круглосуточную связь между наземными станциями, используя спутники нового поколения: американские «Синком», «Эрли берд» и «Интелсат» российские - «Радуга» и «Горизонт».
Большое будущее связывают с размещением на геостационарной орбите антенных комплексов.
17 июня 1991 года, был выведен на орбиту геодезический спутник ERS-1. Главной задачей спутников должны были стать наблюдения за океанами и покрытыми льдом частями суши, чтобы представить климатологам, океанографам и организациям по охране окружающей среды данные об этих малоисследованных регионах. Спутник был оснащен самой современной микроволновой аппаратурой, благодаря которой он готов к любой погоде: "глаза" его радиолокационных приборов проникают сквозь туман и облака и дают ясное изображение поверхности Земли, через воду, через сушу, - и через лед. ERS-1 был нацелен на разработку ледовых карт, которые в последствии помогли бы избежать множество катастроф, связанных со столкновением кораблей с айсбергами и т.д.
При всем том, разработка судоходных маршрутов это, говоря об- разным языком, только верхушка айсберга, если только вспомнить о расшифровке данных ERS об океанах и покрытых льдом пространствах Земли. Нам известны тревожные прогнозы общего потепления Земли, которые приведут к тому, что растают полярные шапки и повысится уровень моря. Затоплены будут все прибрежные зоны, пострадают миллионы людей.
Но нам неизвестно, насколько правильны эти предсказания. Продолжительные наблюдения за полярными областями при помощи ERS-1 и последовавшего за ним в конце осени 1994 года спутника ERS-2 представляют данные, на основании которых можно сделать выводы об этих тенденциях. Они создают систему "раннего обнаружения" в деле о таянии льдов.
Благодаря снимкам, которые спутник ERS-1 передал на Землю, мы знаем, что дно океана с его горами и долинами как бы "отпечатывается" на поверхности вод. Так ученые могут составить представление о том, является ли расстояние от спутника до морской поверхности (с точностью до десяти сантиметров измеренное спутниковыми радарными высотомерами) указанием на повышение уровня моря, или же это "отпечаток" горы на дне.
Хотя первоначально спутник ERS-1 был разработан для наблюдений за океаном и льдами, он очень быстро доказал свою многосторонность и по отношению к суше. В сельском и лесном хозяйстве, в рыболовстве, геологии и картографии специалисты работают с данными, представляемыми спутником. Поскольку ERS-1 после трех лет выполнения своей миссии он все еще работоспособен, ученые имеют шанс эксплуатировать его вместе с ERS-2 для общих заданий, как тандем. И они собираются получать новые сведения о топографии земной поверхности и оказывать помощь, например, в предупреждении о возможных землетрясениях.
Спутник ERS-2 оснащен, кроме того, измерительным прибором Global Ozone Monitoring Experiment Gome который учитывает объем и распределение озона и других газов в атмосфере Земли. С помощью этого прибора можно наблюдать за опасной озоновой дырой и происходящими изменениями. Одновременно по данным ERS-2 можно отводить близкое к земле UV-B излучение.
На фоне множества общих для всего мира проблем окружающей среды, для разрешения которых должны предоставлять основополагающую информацию и ERS-1, и ERS-2, планирование судоходных маршрутов кажется сравнительно незначительным итогом работы этого нового поколения спутников. Но это одна из тех сфер, в которой возможности коммерческого использования спутниковых данных используются особенно интенсивно. Это помогает при финансировании других важных заданий. И это имеет в области охраны окружающей среды эффект, который трудно переоценить: скорые судоходные пути требуют меньшего расхода энергии. Или вспомним о нефтяных танкерах, которые в шторм садились на мель или разбивались и тонули, теряя свой опасный для окружающей среды груз. Надежное планирование маршрутов помогает избежать таких катастроф.
Заключение
В заключение справедливо будет сказать, что двадцатое столетие по праву называют «веком электричества», «атомным веком», «веком химии», «веком биологии». Но самое последнее и, по-видимому, также справедливое его название - «космический век». Человечество вступило на путь, ведущий в загадочные космические дали, покоряя которые оно расширит сферу своей деятельности. Космическое будущее человечества - залог его непрерывного развития на пути прогресса и процветания, о котором мечтали и которое создают те, кто работал и работает сегодня в области космонавтики и других отраслях народного хозяйства.
Список литературы
1.«Космическая техника» под редакцией К. Гэтланда. 1986 г. Москва.
2.«КОСМОС далёкий и близкий» А.Д. Коваль В.П. Сенкевич. 1977 г.
3.«Освоение космического пространства в СССР» В.Л. Барсуков 1982 г.
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://goldref.ru/
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Первый искусственный спутник. Советские собаки-космонавты Белка и Стрелка. Проблема радиоактивных отходов в космосе. Нерациональная модель производства и потребления энергии. Спутниковые солнечные электростанции. Использование гравитационных полей.
презентация , добавлен 30.03.2016
Роль освоения космоса для человечества. День космонавтики – праздник, который по решению Генеральной ассамблеи ООН, отмечается во всемирном масштабе. Ю. Гагарин - первый человек, который преодолел земное притяжение и положил начало новой космической эры.
презентация , добавлен 21.09.2011
К.Э. Циолковский как основоположник космонавтики в России. Важнейшие этапы освоения космоса. Запуск первого искусственного спутника Земли Спутник-1. Первый отряд космонавтов СССР. Первый полёт человека в космос. Исторические слова Юрия Гагарина.
презентация , добавлен 11.04.2012
Понятие космического пространства. Таинственные наскальные рисунки первых людей. 4 октября 1957 года - начало космической эры. Устройство первого спутника. Первые космонавты СССР. Солнечная система. Звезды, составляющие зодиак. Кометы и метеорные тела.
презентация , добавлен 19.09.2012
Пищеварительные процессы на космической орбите, их отличия от земных. Отсутствие разделения на день и ночь, нарушение циркадных ритмов. Условия микрогравитации - испытание для нервной системы. Нарушения иммунной системы. Возможность зачатия в космосе.
презентация , добавлен 08.12.2016
Космос как огромное пространство. Анализ первых советских искусственных спутников Земли. Рассмотрение особенностей ракетно-космической системы "Энергия-Буран". Основные этапы развития космонавтики. Характеристика космических систем-мусоросборщиков.
реферат , добавлен 26.01.2013
Запуск первого искусственного спутника, положивший начало освоению космоса. Понятие космонавтики, основные направления интеграции космических систем в инфраструктуру народного хозяйства. Развитие космического туризма. Легендарный полет Юрия Гагарина.
презентация , добавлен 13.02.2012
Ю.А. Гагарин - первый человек, совершивший полёт в космос. Цели запусков на орбиту Земли космических кораблей "Восток". Первая женщина в космосе. Выход человека из корабля в космическое пространство. Трагическая гибель лётчика-космонавта В.М. Комарова.
презентация , добавлен 06.04.2012
Вопрос замены человека роботами. Использование робототехники для целей исследования и освоения космоса. Что такое космороботы и их основные типы. Основные направления развития робототехнических систем космического назначения на ближайшую перспективу.
реферат , добавлен 14.12.2012
Программа NASA демонстрации лазерной связи со спутником на Лунной орбите LLCD. Космический аппарат LADEE, его научное оборудование. Основные компоненты линии лазерной космической связи для проведения эксперимента. Установление лазерной космической связи.
На момент высадки на Луну в 1969 году многие искренне считали, что к началу 21 века космические путешествия станут обыденным делом, и земляне начнут преспокойно летать на другие планеты. К сожалению, это будущее еще не настало, а люди начали сомневаться, нужны ли нам вообще эти космические путешествия. Может быть и Луны достаточно? Тем не менее, исследования космоса продолжают давать нам бесценную информацию в сфере медицины, добычи полезных ископаемых и безопасности. Ну и, конечно же, прогресс в изучении космического пространства действует на человечество вдохновляюще!
1. Защита от возможного столкновения с астероидом
Если мы не хотим закончить как динозавры, необходимо защитить себя от угрозы столкновения с большим астероидом. Как правило, примерно раз в 10 тысяч лет в Землю угрожает врезаться какое-нибудь небесное тело размером с футбольное поле, что может привести к необратимым последствиям для планеты. Нам действительно следует опасаться таких «гостей» диаметром минимум в 100 метров. Столкновение поднимет пылевую бурю, уничтожит леса и поля, обречёт на голод тех, кто останется в живых. Специальные космические программы направлены на то, чтобы установить опасный объект задолго до того, как он приблизится к Земле, и сбить его с траектории движения.
2. Возможность появления новых великих открытий
Немалое количество всевозможных гаджетов, материалов и технологий первоначально были разработаны для космических программ, но в дальнейшем они нашли своё применение на Земле. Мы все знаем о продуктах, полученных путем сублимационной сушки, и давно их употребляем. В 1960-е годы ученые разработали специальный пластик, покрытый отражающим напылением из металла. При его использовании в производстве обычных одеял он сохраняет до 80% тепла тела человек. Еще одной ценной инновацией является нитинол — гибкий, но упругий сплав, созданный для производства спутников. Теперь из этого материала изготавливают стоматологические брекеты.
3. Вклад в медицину и сферу здравоохранения
Освоение космоса привело к появлению множества медицинских инноваций для земного использования: например, метод введения противораковых лекарств непосредственно в опухоль, аппаратура, с помощью которой медсестра может делать УЗИ и моментально передавать данные врачу за тысячи километров от неё, и механическая рука-манипулятор, выполняющая сложные действия внутри аппарата МРТ. Фармацевтические разработки в области защиты космонавтов от потери костной и мышечной массы в условиях микрогравитации привели к созданию препаратов для профилактики и лечения остеопороза. Причем эти препараты было легче протестировать в космосе, поскольку космонавты теряют около 1,5% костной массы в месяц, а пожилая земная женщина теряет 1,5% в год.
4. Освоение космоса вдохновляет человечество на новые достижения
Если мы хотим создать мир, в котором наши дети будут стремиться стать учеными и инженерами, а не ведущими реалити-шоу, кинозвездами или финансовыми магнатами, то освоение космоса – это весьма вдохновляющий процесс. Пора задавать растущему поколению вопрос: «Кто хочет быть аэрокосмическим инженером и спроектировать летательный аппарат, который сможет попасть в разреженную атмосферу Марса?»
5. Нам необходимо сырье из космоса
В космическом пространстве есть золото, серебро, платина и другие ценные металлы. Некоторые международные компании уже задумываются о добыче полезных ископаемых на астероидах, так что не исключено, что в ближайшем будущем появится профессия космического шахтёра. Луна, например, является возможным «поставщиком» гелия-3 (используется для МРТ и рассматривается как возможное топливо для атомных электростанций). На Земле это вещество стоит до 5 тысяч долларов за литр. Луна также считается потенциальным источником редкоземельных элементов, таких как европий и тантал, которые пользуются большим спросом для использования в электронике, производстве солнечных батарей и других современных приборов.
6. Освоение космоса может помочь найти ответ на очень важный вопрос
Мы все верим в то, что где-то в космосе существует жизнь. Кроме того, многие считают, что инопланетяне уже посещали нашу планету. Однако мы так до сих пор не получили никаких сигналов от далёких цивилизаций. Вот почему учёные-искатели внеземных цивилизаций готовы разворачивать орбитальные обсерватории, например, космический телескоп Джеймса Вебба. Этот спутник планируется к запуску в 2018 году, и с его помощью появится возможность поиска жизни в атмосферах далеких планет за пределами нашей Солнечной системы по химическим признакам. И это только начало.
7. Людям свойственно стремление к исследованиям
Наши первобытные предки родом из Восточной Африки расселились по всей планете, и с тех пор человечество ни разу не прекращало процесса своего перемещения. Мы всегда хотим исследовать и осваивать что-то новое и неизведанное, будь то короткая прогулка на Луну в качестве туриста, или долгое межзвездное путешествие длиной в жизни нескольких поколений. Несколько лет тому назад один из руководителей НАСА озвучил различие между «понятными причинами» и «реальными причинами» освоения космического пространства. Понятные причины – это вопросы получения экономических и технологических преимуществ, а реальные причины включают такие понятия, как любопытство и желание оставить после себя след.
8. Для своей выживаемости человечеству, вероятно, придётся колонизировать космическое пространство
Мы научились отправлять спутники в космос, и это помогает нам контролировать и бороться с насущными земными проблемами, включая лесные пожары, разливы нефти и истощение водоносных горизонтов. Однако существенное увеличение количества населения, банальная жадность и неоправданное легкомыслие касательно экологических последствий уже нанесли серьезный ущерб нашей планете. Ученые считают, что Земля имеет «допускаемую нагрузку» в размере от 8 до 16 миллиардов, а нас уже более 7 миллиардов. Возможно, человечеству пора готовиться к освоению других планет для жизни.
Освоение космоса.
Ю.А.Гагарин.
В 1957 г. под руководством Королёва была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли.
3 ноября 1957 - запущен второй искусственный спутник Земли Спутник-2 впервые выведший в космос живое существо - собаку Лайку. (СССР).
4 января 1959 - станция «Луна-1» прошла на расстоянии 6000 километров от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Она стала первым в мире искусственным спутником Солнца. (СССР).
14 сентября 1959 - станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны в районе Моря Ясности вблизи кратеров Аристид, Архимед и Автолик, доставив вымпел с гербом СССР. (СССР).
4 октября 1959 - запущена АМС «Луна-3», которая впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны. Также во время полёта впервые в мире был на практике осуществлён гравитационный манёвр. (СССР).
19 августа 1960 - совершён первый в истории орбитальный полёт в космос живых существ с успешным возвращением на Землю. На корабле «Спутник-5» орбитальный полёт совершили собаки Белка и Стрелка. (СССР).
12 апреля 1961 - совершён первый полёт человека в космос (Ю. Гагарин) на корабле Восток-1. (СССР).
12 августа 1962 - совершён первый в мире групповой космический полёт на кораблях Восток-3 и Восток-4. Максимальное сближение кораблей составило порядка 6.5 км. (СССР).
16 июня 1963 - совершён первый в мире полёт в космос женщины-космонавта (Валентина Терешкова) на космическом корабле Восток-6. (СССР).
12 октября 1964 - совершил полёт первый в мире многоместный космический корабль Восход-1. (СССР).
18 марта 1965 - совершён первый в истории выход человека в открытый космос. Космонавт Алексей Леонов совершил выход в открытый космос из корабля Восход-2. (СССР).
3 февраля 1966 - АМС Луна-9 совершила первую в мире мягкую посадку на поверхность Луны, были переданы панорамные снимки Луны. (СССР).
1 марта 1966 - станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР. Это был первый в мире перелёт космического аппарата с Земли на другую планету. (СССР).
30 октября 1967 - произведена первая стыковка двух беспилотных космических аппаратов «Космос-186» и «Космос-188». (CCCР).
15 сентября 1968 - первое возвращение космического аппарата (Зонд-5) на Землю после облёта Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии. (СССР).
16 января 1969 - произведена первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей Союз-4 и Союз-5. (СССР).
24 сентября 1970 - станция «Луна-16» произвела забор и последующую доставку на Землю (станцией «Луна-16») образцов лунного грунта. (СССР). Она же - первый беспилотный космический аппарат, доставивший на Землю пробы породы с другого космического тела (то есть, в данном случае, с Луны).
17 ноября 1970 - мягкая посадка и начало работы первого в мире полуавтоматического дистанционно управляемого самоходного аппарата, управляемого с Земли: Луноход-1. (СССР).
октябрь 1975 - мягкая посадка двух космических аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» и первые в мире фотоснимки поверхности Венеры. (СССР).
20 февраля 1986 - вывод на орбиту базового модуля орбитальнной станции [[Мир_(орбитальная_станция)]Мир]
20 ноября 1998 - запуск первого блока Международной космической станции. Производство и запуск (Россия). Владелец (США).
——————————————————————————————
50 лет первому выходу человека в открытый космос.
Сегодня, 18 марта 1965 года, в 11 часов 30 минут по московскому времени при полёте космического корабля «Восход-2» впервые осуществлён выход человека в космическое пространство. На втором витке полёта второй пилот летчик-космонавт подполковник Леонов Алексей Архипович в специальном скафандре с автономной системой жизнеобеспечения совершил выход в космическое пространство, удалился от корабля на расстоянии до пяти метров, успешно провёл комплекс намеченных исследований и наблюдений и благополучно возвратился в корабль. С помощью бортовой телевизионной системы процесс выхода товарища Леонова в космическое пространство, его работа вне корабля и возвращение в корабль передавались на Землю и наблюдались сетью наземных пунктов. Самочувствие товарища Леонова Алексея Архиповича в период его нахождения вне корабля и после возвращения в корабль хорошее. Командир корабля товарищ Беляев Павел Иванович чувствует себя также хорошо.
——————————————————————————————————————
Сегодняшний день характеризуется новыми проектами и планами освоения космического пространства. Активно развивается космический туризм. Пилотируемая космонавтика вновь собирается вернуться на Луну и обратила свой взор к другим планетам Солнечной системы (в первую очередь к Марсу).
В 2009 году в мире на космические программы было потрачено $68 млрд, в том числе в США - $48,8 млрд, ЕС - $7,9 млрд, Японии - $3 млрд, России - $2,8 млрд, Китае - $2 млрд
6 143
Человечество зародилось в Африке. Но не все мы остались там, более чем тысячи лет наши предки распространялись по всему континенту и затем покинули его. Когда они добрались до моря, они построили лодки и пересекли под парусом огромные расстояния до островов, о существовании которых они возможно и не знали. Почему? Вероятно, по той же самой причине, почему мы и звезды и говорим: “Что происходит там? Мы могли туда добраться? Возможно, мы могли бы туда полететь”. Космос, конечно, более враждебен к человеческой жизни, чем поверхность моря; возможность избежать силы тяжести Земли влечет за собой намного больше работы и расходов, чем отчаливать на лодке от берега. Но тогда лодки были передовой технологией своего времени. Путешественники тщательно планировали свои опасные поездки, и многие из них умерли, пытаясь узнать то, что было за горизонтом.Покорение космоса с целью поиска новой среды обитания - это грандиозный, опасный, и, быть может, невозможный проект. Но это никогда не останавливало людей от попытки.
1. Взлет
Сопротивление гравитации
Мощные силы сговорились против вас - в частности, гравитация. Если объект над поверхностью Земли хочет летать свободно, он должен буквально выстрелить вверх со скоростью, превышающей 43 000 км в час. Это влечет большие денежные затраты.
Например, чтобы запустить марсоход “Любопытство” на Марс, потребовалось почти $200 миллионов. А если говорить о миссии с членами экипажа, то сумма значительно увеличится.
Сэкономить деньги поможет многоразовое использование летающих кораблей. Ракеты например, разрабатывались для многоразового использования, и как нам известно, уже есть попытки удачного приземления.
2. Полет
Наши корабли слишком медленныеЛететь сквозь космос легко. Это - вакуум, в конце концов; ничто не замедляет вас. Но при старте ракеты возникают сложности. Чем больше масса объекта, тем больше силы нужно, чтобы переместить его, и ракеты имеют огромную массу.
Химическое ракетное топливо отлично подходит для первоначального ускорения, но драгоценный керосин сгорает за считанные минуты. Импульсное ускорение позволит долететь до Юпитера за 5-7 лет. Это чертовски много фильмов в полете. Нам нужен радикальный новый метод для развития скорости полета.
Поздравляем! Вы успешно запустили ракету на орбиту. Но прежде чем вы вырветесь в космос, откуда не возьмись появится обломок старого спутника и врежется в ваш топливный бак. Все, ракеты больше нет.
Это проблема космического мусора, и это очень реально. “Американская Сеть Наблюдения” за космическим пространством обнаружила 17,000 объектов - каждый, размером с мяч - мчащийся вокруг Земли на скоростях больше чем 28 000 км в час; и еще почти 500,000 обломков размером менее 10 см. Адаптеры запуска, крышки для объективов, даже пятно краски могут пробить воронку в критических системах.
Щиты Уиппла - слои металла и кевлара - могут защитить от крохотных частей, но ничто не может спасти вас от целого спутника. Их насчитывается около 4000 на орбите Земли, большинство погибших в воздухе. Управление полетом помогает избежать опасных путей, но не идеально.
Вытолкнуть их из орбиты не реалистично - это займет целую миссию, чтобы избавиться лишь от одного мертвого спутника. Так что теперь все спутники будут падать с орбиты самостоятельно. Они будут выбрасывать за борт дополнительное топливо, а затем использовать ракетные ускорители или солнечный парус, чтобы направиться вниз к Земле и сгореть в атмосфере.
4. Навигация
Нет никакого GPS для космоса“Сеть Открытого космоса”, антенны в Калифорнии, Австралии, и Испании, являются единственным навигационным инструментом для космоса. Все, что запускается в космос – от спутников студенческих проектов до зонда “Новые горизонты”, блуждающего через Пояс Копейра, зависит от них.
Но с большим количеством миссий, сеть становится переполненной. Коммутатор часто занят. Так что в ближайшем будущем, НАСА работает над тем, чтобы облегчить нагрузку. Атомные часы на самих кораблях сократят время передачи в половину, позволяя вычислять расстояния с единственной передачей информации из космоса. И увеличение пропускной способности лазеров будет обрабатывать большие пакеты данных, таких как фотографии или видео-сообщения.
Но чем дальше ракеты отдаляются от Земли, тем менее надежным становится этот метод. Конечно, радиоволны путешествуют со скоростью света, но передачи в глубокий космос по-прежнему занимают несколько часов. И звезды могут указать вам направление, но они слишком далеко, чтобы указать вам, где вы находитесь.
Эксперт по навигации открытого космоса Джозеф Гинн хочет проектировать автономную систему для будущих миссий, которая собрала бы изображения целей и соседних объектов и использовала бы их относительное местоположение, чтобы разбить на треугольники координат космического корабля, не требующее никакого наземного управления.
Это будет как GPS на Земле. Вы ставите GPS приемник на свое авто и проблема решена.
5. Радиация
Космос превратит вас в мешок с ракомВне безопасного кокона атмосферы Земли и магнитного поля, вас ждет космическая радиация, и это смертельно. Кроме рака, это может также вызвать катаракту и возможно болезнь Альцгеймера.
Когда субатомные частицы стучат в атомы алюминия, из которого сделан корпус космического корабля, их ядра взрываются, испуская еще больше сверхбыстрых частиц, называемых вторичной радиацией.
Решение проблемы? Одно слово: пластик. Он легкий и крепкий, и он полон водородных атомов, маленькие ядра которых не производят много вторичной радиации. НАСА тестирует пластик, который сможет смягчить радиацию в космических кораблях или космических скафандрах.
Или как насчет этого слова: магниты. Ученые на космическом радиационном проекте “Щит Сверхпроводимости” работают над диборидом магния – сверхпроводник, который отклонил бы заряженные частицы далеко от судна.
6. Еда и вода
На Марсе нет супермаркетовВ августе прошлого года астронавты на ISS съели несколько листьев салата, который они вырастили в космосе, впервые. Но крупномасштабное озеленение в нулевой гравитации – это сложно. Вода плавает вокруг в пузырях вместо того, чтобы сочиться через почву, поэтому, инженеры изобрели керамические трубы, чтобы направлять воду вниз к корням растений.
Некоторые овощи уже довольно космически-эффективны, но ученые работают над генетически модифицированной карликовой сливой, высотой меньше метра. Белки, жиры и углеводы могут восполнятся за счет более разнообразного урожая - как картофель и арахис.
Но все это будет зря, если вы исчерпаете всю воду. (На ISS системе переработки мочи и воды необходим периодический ремонт, и межпланетные экипажи не смогут рассчитывать на доукомплектование новых частей.) ГМО здесь тоже могут помочь. Майкл Флинн, инженер научно-исследовательского центра НАСА, работает над водным фильтром, сделанным из генетически модифицированных бактерий. Он сравнил это с тем, как тонкий кишечник перерабатывает то, что вы пьете. В основном вы – система рециркуляции воды, со сроком полезного использования 75 или 80 лет.
7. Мышцы и кости
Невесомость преобразует вас в месивоНевесомость разрушает тело: определенные иммунные клетки не в состоянии выполнять свою работу, а эритроциты взрываются. Это способствует появлению камней в почках и делает ваше сердце ленивым.
Астронавты на ISS тренируются, чтобы бороться с атрофией мышц и потерей костной массы, но они все еще теряют массу кости в космосе, и те циклы вращения невесомости не помогают другим проблемам. Искусственная гравитация исправила бы все это.
В своей лаборатории в массачусетском технологическом институте, бывший астронавт Лоуренс Янг проводит испытания на центрифуге: испытуемые лежат на боку на платформе и вращают ногами педали на стационарном колесе, а вся конструкция постепенно раскручивается вокруг своей оси. Результирующая сила воздействует на ноги космонавтов, отдалённо напоминая гравитационное воздействие.
Тренажёр Янга слишком ограничен, его можно использовать использовать больше часа или два в день, для постоянной гравитации, целый космический корабль должен будет стать центрифугой.
8. Психическое здоровье
Межпланетные путешествия - прямой путь к безумиюКогда у человека случается инсульт или сердечный приступ, врачи иногда понижают температуру пациента, замедляя их метаболизм, чтобы уменьшить повреждение от отсутствия кислорода. Это – уловка, которая могла бы работать и для астронавтов. Межпланетное путешествие в течение года (как минимум) , проживание в тесном космическом корабле с плохой едой и нулевой частной жизнью - рецепт для космического безумия.
Вот почему Джон Брэдфорд говорит, что мы должны спать во время космического путешествия. Президент проектной фирмы SpaceWorks и соавтор отчета для НАСА на длинных миссиях, Брэдфорд считает, что криогенная заморозка экипажа сократит расходы еды, воды, и сохранит команду от психического расстройства.
9. Посадка
Вероятность аварииПланета, привет! Вы были в космосе в течение многих месяцев или даже несколько лет. Далекий мир наконец виднеется через ваш иллюминатор. Все, что вы должны сделать – приземлиться. Но вы кренитесь через лишенное трения пространство со скоростью 200,000 миль в час. О, да, и еще есть гравитация планеты.
Проблема приземления все еще одна из самых актуальных, которую предстоит решить инженерам. Вспомните неудачную на Марс.
10. Ресурсы
Вы не можете взять гору алюминиевой руды с собойКогда космические корабли отправятся в долгое путешествие, они возьмут с собой запасы с Земли. Но вы не можете взять с собой все. Семена, кислородные генераторы, возможно несколько машин для строительства инфраструктуры. Но поселенцы должны будут сделать все остальное сами.
К счастью космос не совсем бесплоден. “У каждой планеты есть все химические элементы, хотя концентрации отличаются”, говорит Иэн Кроуфорд, планетарный ученый из Биркбека, Лондонского университета. У луны есть много алюминия. У Марса есть кварц и окись железа. Соседние астероиды – большой источник углеродных и платиновых руд - и воды, как только первопроходцы выяснят, как взорвать материю в космосе. Если взрыватели и бурильщики слишком тяжелы, чтоб взять их на корабль, они должны будут извлечь ископаемые другими методами: таяние, магниты или переваривающие металл микробы. И НАСА изучает процесс 3D печати, чтобы напечатать целые здания - и не будет никакой потребности импортировать специальное оборудование.
11. Исследование
Мы не можем сделать все сами
Собаки помогли людям колонизировать Землю, но они не выжили бы на . Чтобы распространиться в новом мире, нам будет нужен новый лучший друг: робот.
Колонизация планеты требует много трудной работы, и роботы могут весь день рыть, не имея необходимость есть или дышать. Текущие прототипы - большие и громоздкие, они с трудом передвигаются по земле. Таким образом, роботы должны быть не похожи на нас, это может быть лёгкий управляемый бот с клешнями в форме экскаваторного ковша, разработанный НАСА, чтобы вырыть лед на Марсе.
Однако, если работа требует ловкости и точности, то тут не обойтись без человеческих пальцев. Сегодняшний космический скафандр разработан для невесомости, а не для пеших прогулок по экзопланете. У прототипа НАСА Z-2 есть гибкие суставы и шлем, который дает четкое представление о любой тонкой фиксации потребностей проводки.
12. Космос огромен
Варп-двигатели все еще не существуютСамой быстрой вещью, которую когда-либо строили люди, является зонд по имени Гелиос 2. Он уже не функционирует, но если бы в космосе был звук, то вы услышали бы его крик, поскольку он до сих пор вращается вокруг солнца на скоростях больше чем 157,000 миль в час. Это почти в 100 раз быстрее, чем пуля, но даже в при такой скорости потребовалось бы приблизительно 19,000 лет, чтобы достигнуть ближайшую к нам звезду – Альфа Центавра. Во время такого длительного полета сменилось бы тысячи поколений. И вряд ли кто-то мечтает умереть от старости в космическом корабле.
Чтобы победить время нам нужна энергия – очень много энергии. Возможно вы могли бы добыть на Юпитере достаточное количества гелия 3 для термоядерного синтеза (после того, как изобретем термоядерные двигатели, конечно же). Теоретически, околосветовых скоростей можно добиться с помощью энергии аннигиляции материи и антивещества, но заниматься подобным на Земле – опасно.
“Вы никогда не хотели бы делать это на Земле”, говорит Ле Джонсон, техник НАСА, который работает над сумасшедшими идеями звездолета. “Если вы сделаете это в открытом космосе, и что-то пойдет не так, вы не разрушаете континент”. Слишком сильно? Как насчет солнечной энергии? Все, что вам потребуется – это парус, размером с Техас.
Намного более изящное решение взломать исходный код вселенной - с помощью физики. Теоретический двигатель Мигеля Алькубьерре сжал бы пространство-время перед вашим кораблем и расширил бы позади него, так вы могли бы перемещаться скоростью, превышающую скорость света.
Человечеству будут нужны еще несколько Эйнштейнов, работающих в местах как Большой Адронный Коллайдер, чтобы распутать все теоретические узлы. Вполне возможно, что мы сделаем некоторое открытие, которое изменит все, но этот прорыв вряд ли спасет сложившуюся ситуацию. Если вы хотите больше открытий, вы должны вкладывать в них большие деньги.
13. Есть только одна Земля
Мы должны иметь смелость остатьсяПара десятилетий назад, научно-фантастический автор Ким Стэнли Робинсон изобразил схематически будущую утопию на Марсе, построенном учеными из перенаселенной, перенапрягшей Земли. Его “Марсианская трилогия” сделала мощный толчок для колонизации . Но, на самом деле, кроме науки, почему мы стремимся в космос?
Потребность исследовать заложена в наши гены, это единственный аргумент - первопроходческий дух и желание узнать свое предназначение. “Несколько лет назад мечты о покорении космоса занимали наше воображение, - вспоминает сотрудник NASA, астроном Хайди Хаммел. - Мы говорили на языке отважных покорителей космоса, но всё изменилось после того, как станция «Новые горизонты» в июле 2015 года. Перед нами открылось всё многообразие миров Солнечной системы».
А что же с судьбой и предназначением человечества? Историки знают лучше. Расширение Запада было захватом земли, и великие исследователи были главным образом в нем ради ресурсов или сокровищ. Человеческая охота к перемене мест выражается только в обслуживании политического или экономического желания.
Конечно, нависшее разрушение Земли может быть стимулом. Исчерпайте ресурсы планеты, измените климат, и космос станет единственной надеждой на выживание.
Но это опасный ход мыслей. Это создает моральную опасность. Люди думают, что если мы , то можем начать с чистого листа где-нибудь на Марсе. Это неправильное суждение.
Насколько нам известно, Земля – единственное пригодное для жилья место в известной нам Вселенной. И если мы собираемся покинуть эту планету, то это должно быть нашим желанием, а не следствием безвыходного положения.
Научные исследования, проводимые в космосе, охватывают различные разделы четырех наук: астрономии, физики, геофизики и биологии. Правда, такое разграничение носит нередко условный характер. Изучение, например, космических лучей вдали от Земли является скорее астрономической, чем физической задачей. Но и по традиции и в силу применяемой методики исследование космических лучей относят обычно к физике. То же, впрочем, можно сказать об исследовании радиационных поясов Земли, которое мы посчитали геофизической проблемой. Кстати, большинство задач, изучаемых на спутниках и ракетах, относят иногда к новой науке - экспериментальной астрономии.
Это название, однако, не является общепринятым и, может быть, не привьется. В будущем терминология, вероятно, как-то будет уточнена, но можно думать, что и принятая здесь классификация не приведет к недоразумениям.
ПОЧЕМУ НУЖНЫ ИМЕННО СПУТНИКИ ИЛИ КОСМИЧЕСКИЕ РАКЕТЫ!
Ответ на этот вопрос очевиден, когда речь идет об изучении Луны и планет, межзвездной среды, земной ионосферы и экзосферы. В других случаях спутники нужны для того, чтобы выйти за пределы атмосферы, ионосферы или действия земного магнитного поля.
В самом деле, наша Земля окружена как бы тремя поясами брони. Первый пояс - атмосфера - представляет собой слой воздуха весом в 1000 г на каждый квадратный сантиметр земной поверхности. Масса воздуха сосредоточена в основном в слое толщиной в 10-20 км. По весу этот слой равен весу слоя воды толщиной в 10 м. Иначе говоря, с точки зрения поглощения различных внеземных излучений мы как бы находимся под 10-метровым слоем воды. Даже плохой ныряльщик представляет себе, что такой слой отнюдь не является тонким. Атмосфера сильно поглощает ультрафиолетовые лучи (длина волны короче 3 500-4 000 ангстрем) и инфракрасное излучение (длина волны больше 10 000 ангстрем).
Этот слой не пропускает также рентгеновские лучи, гамма-лучи космического происхождения, а также первичные космические лучи (быстрые заряженные частицы - протоны, ядра и электроны), приходящие из космоса.
Для видимых лучей атмосфера в безоблачное время прозрачна, но и в этом случае она мешает наблюдениям, вызывая мерцание звезд и другие явления, обусловленные движением воздуха, пылью и т. п. Именно поэтому большие телескопы устанавливают на горах в особо благоприятных районах, но и в этих условиях они работают в полную силу лишь небольшую часть времени.
Чтобы избавиться от поглощения в атмосфере, обычно достаточно поднять аппаратуру на 20-40 км, что можно осуществить еще с помощью шаров (баллонов). Не всегда, однако, достаточно подняться до такой высоты. К тому же шары способны продержаться в атмосфере лишь несколько часов и собирают информацию только в районе запуска. Спутник же может летать практически неограниченное время и (в случае близких спутников) за 1,5 часа облетает весь земной шар.
Второй пояс брони - земная ионосфера - начинается с высоты в несколько десятков и простирается до сотен километров над поверхностью Земли. В этой области газ сильно ионизирован и концентрация электронов - их число в кубическом сантиметре - довольно значительна. Выше 1 000 км газа весьма мало, но все же примерно до 20 000 км концентрация газа составляет несколько сот частиц на кубический сантиметр.
Эта область иногда называется экзосферой, или геокороной. От ионосферы она отличается только тем, что здесь частицы практически не сталкиваются между собой; концентрация газа в этой области примерно постоянна. Еще дальше от Земли (как в ее окрестности, так и при переходе к межпланетному пространству) сведений о плотности газа почти нет. В настоящее время считается, что здесь концентрация газа меньше 100 частиц на кубический сантиметр.
Ионосфера обычно не пропускает радиоволн длиннее 30 м (более длинные волны - до 200-300 м - могут проходить через ионосферу ночью; в некоторых случаях проходят также очень длинные волны). Кроме того, даже если радиоволна космического происхождения достигает Земли, ионосфера в той или иной мере искажает ее, причем эти искажения заметны даже для метровых волн. Ионосфера не пропускает также мягких (длинноволновых) рентгеновских и далеких ультрафиолетовых лучей (волны с длиной от десятков примерно до 1 000 ангстрем).
Третий броневой пояс Земли - это ее магнитное поле. Оно простирается на 20-25 земных радиусов, то есть примерно на 100 000 км (всю эту область иногда называют магнитосферой Земли). На больших расстояниях земное поле того же порядка (или меньше), что и магнитное поле в межпланетном пространстве и поэтому не играет особой роли. Земное магнитное поле не подпускает к Земле, если не говорить о полярных районах, заряженных частиц с не слишком высокой энергией. Например, на экваторе в вертикальном направлении Земли могут достичь идущие из космоса протоны (ядра атомов ) только с энергией, большей 15 миллиардов электроновольт. Такой энергией обладает протон, ускоренный в электрическом поле с разностью потенциалов, равной 15 миллиардам вольт.
Отсюда ясно, что в зависимости от характера задачи нужно поднимать аппаратуру выше нескольких десятков километров (атмосфера), выше сотен километров (ионосфера) или даже удаляться от Земли на многие десятки тысяч километров (магнитное поле).
ИОНОСФЕРА И МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Только ракеты и спутники позволяют непосредственно изучать ионосферу и земное магнитное поле на больших высотах.
Один из применяемых методов наблюдения состоит в следующем. На борту спутника имеется передатчик, который излучает волны с частотой 20 и 90 мегагерц (длина волны в вакууме соответственно 15 м 333 см). При этом существенно, что разность фаз обоих этих колебаний (волн) в самом передатчике строго фиксирована. Когда обе волны проходят через ионосферу, их фазы изменяются, причем различным образом. На высокочастотное колебание (90 мегагерц) ионосфера почти не оказывает влияния, и волна распространяется почти так же, как в вакууме. На низкочастотное колебание (20 мегагерц), напротив, прохождение сквозь ионосферу накладывает свой отпечаток. Поэтому в приемном устройстве разность фаз между колебаниями в обеих волнах уже отлична от разности фаз в передатчике. Изменение разности фаз прямо связано с полным числом электронов, находящихся на луче зрения между спутником и приемником. С помощью этого и других методов удается получить «разрезы» ионосферы во всех тех направлениях, о которых ее просвечивает радиолуч, идущий от спутника.
Что касается земного магнитного поля, то его направление и величина определяются с помощью специальных приборов - магнитометров. Существуют разные типы таких приборов, некоторые из них с успехом применены на космических ракетах.
По понятным причинам явилась первым внеземным небесным телом, к которому устремились космические ракеты. Исследования установили, что магнитное поле Луны по крайней мере в 500 раз слабее земного, а возможно, и еще меньше. Луна не имеет также и ярко выраженной ионосферы, то есть окружающего ее слоя ионизированного газа. Были получены фотографии обратной стороны Луны. Можно не сомневаться, что в недалеком будущем будут получены более детальные фотографии Луны, а селенография («лунная
география») обогатится многими новыми открытиями.
Кроме того, возникло и немало новых проблем, касающихся исследований Луны, Так, например, необходимо изучение сейсмической деятельности на Луне. До сих пор не ясно, является ли Луна совершенно холодным телом или на ней время от времени происходит извержение вулканов и возникают землетрясения (видимо, их правильнее называть лунотрясениями). Как решить этот вопрос! Очевидно, нужно высадить на Луну сейсмограф и фиксировать колебания лунной поверхности, если они имеются. Можно также определить радиоактивность лунных пород и некоторые другие их свойства. Все это сделают приборы-автоматы, а полученные ими результаты будут передаваться по радио на Землю. Можно не сомневаться также в том, что в будущем Луна будет использована как космическая станция для целого комплекса исследований. Там для этого идеальные условия: у Луны нет ни атмосферной, ни ионосферной, ни, наконец, магнитной брони. Другими словами, Луна обладает теми же преимуществами, что и далекие искусственные спутники; в то же время использовать ее во многих отношениях удобнее и проще.
НА ОЧЕРЕДИ - МАРС И ВЕНЕРА
О планетах мы знаем довольно мало. Точнее, наши сведения о них очень односторонне о некоторых вопросах знаем много, а о других очень мало. До сих пор, например, ведется спор, есть ли растительность на , каковы климатические условия на этой планете, каков химический состав атмосферы. О много пишут, и задачи, стоящие перед ее исследователями, хорошо известны. Достаточно сказать, что поверхность Венеры очень плохо видна, поэтому мы знаем о ней еще меньше, чем о поверхности Марса. Кстати, в отношении Венеры с достоверностью неизвестен даже период ее вращения, неизвестно, есть ли у нее магнитное поле. Существование поля не установлено и для Марса. Эти нерешенные вопросы должны быть выяснены с помощью космических ракет.
Следующим после Марса и Венеры интересным объектом исследования будет - самая большая планета солнечной системы, планета с целым рядом особенностей. Об одной из них хотелось бы упомянуть. Юпитер является источником очень мощных радиоволн, излучаемых, например, в пятнадцатиметровом диапазоне. Это - своеобразное явление, которое исследуется сейчас радиоастрономическими методами. Юпитер будет и должен изучаться также и с помощью спутников.
Продолжение следует.
P. S. О чем еще думают британские ученные: о том, что при дальнейших исследованиях космоса придется и писать особые требования безопасности в аварийных ситуациях при работе на космических станциях, а то и в открытом космосе, где космонавта-исследователя подстерегает множество опасностей.
