Лекция по астрономии №2.

 

Лекция по астрономии №2

План:

1.     История развития отечественной космонавтики. Первый искусственный спутник Земли, полет Ю.А. Гагарина

2.     Достижения современной космонавтики

История развития отечественной космонавтики. Первый искусственный спутник Земли, полет Ю.А. Гагарина

 

Освоение космического пространства подарило миру много открытий. Развитие космонавтики повлекло за собой совершенствование техники, привело к открытиям в разных областях знаний — от физики до медицины. Развитие космонавтики в России и за рубежом началось намного раньше появления первых космических кораблей.

В Советском Союзе в конце 1950-х гг. начали запускать первые в мире космические аппараты. Эти аппараты преодолевали силы земного притяжения, воздушное пространство планеты и отправлялись в космос (на высоту более 100 км над поверхностью Земли). Чтобы преодолеть силы тяготения, аппарату необходимо было развить скорость свыше 28 000 км/ч. Для этого к нему прикрепляли сверхмощные ракетные двигатели, которые через несколько минут после взлета отделялись от основной конструкции аппарата.

Причина взлета ракеты: в камере сгорания ракетного двигателя два вида топлива образуют горячие газы. Эти газы расширяются, разгоняются в сверхзвуковом сопле (канале) и с огромной скоростью вырываются наружу в виде огненной вспышки. Именно эти газы толкают космический аппарат ввысь с невероятной скоростью.

Устройства одноступенчатой и многоступенчатой ракет. Космические зонды. Ракета (рис. 1.8) — летательный аппарат, который двигается в пространстве в результате действия реактивной тяги, возникающей вследствие отброса части собственной массы аппарата.

Многоступенчатая ракета (рис. 1.9) — космический аппарат, который состоит из двух или более механически соединенных ракет, называемых ступенями. Эти ступени в полете разделяются. Многоступенчатые ракеты развивают гораздо большие скорости и предназначены для более дальних полетов.

Рис. 1.8. Устройство одноступенчатой ракеты [16]

Рис. 1.9. Устройство многоступенчатой ракеты [16]

Космические зонды. Космические зонды — это космические аппараты (станции), которые управляются без помощи человека, автоматически.

Главная цель таких аппаратов — проведение научных исследований различных небесных тел и космических пространств. В СССР в 1959 г. поверхности Луны достигли три космических зонда. Они сняли поверхность спутника нашей планеты и способствовали ее изучению.

Первым, кто серьезно заинтересовался освоением космоса, был простой школьный учитель Константин Эдуардович Циолковский (приложение 9, рис. П. 4).

Он родился в 1857 г., с детства интересовался науками и восхищался красивым звездным небом. Константин Эдуардович считал, что развитие жизни на нашей планете способно преодолеть бесчисленные километры Вселенной.

Ученый обосновал с научной и технической точек зрения использование ракет и ракетных установок для совершения космических полетов. В своих сочинениях Константин Эдуардович спроектировал управляемый аэростат. Он предложил разработать управляемый дирижабль в металлической оболочке. Позднее он изобрел чертеж металлического аэроплана с толстым крылом.

Рис. 1.10. С.П. Королев [17]

В начале XX в. Циолковский написал статью, в которой описал проект ракеты дальнего действия, снабженной жидкостным реактивным двигателем. Ученый осуществил математические расчеты, благодаря которым мог рекомендовать самое удобное распределение массы ракеты и траекторию ее полета.

Константин Эдуардович исследовал возможность полета человека в условиях невесомости.

Сергей Павлович Королев (рис. 1.10) — ученик Циолковского, продолжил дело своего наставника на практике. Он был патриотом и всеми силами ратовал за создание на родине ракетно-космической промышленности.

Сергей Павлович поспособствовал (со своим единомышленником) созданию реактивно-научного исследовательского института. Ученый был одним из первых конструкторов баллистических ракет.

Инициатором великих полетов был Королев. Его союзниками стали такие российские ученые, как математик и механик Мстислав Всеволодович Келдыш и инженер-конструктор Михаил Клавдиевич Тихонра- вов. Они предложили правительству проект о выведении в открытый космос искусственного спутника Земли (ИСЗ). Власть одобрила это предложение, и научные работники приступили к работе. Четвертого октября 1957 г. на орбиту Земли был запущен первый в истории человечества ИСЗ. Его так и назвали «Спутник-1». Он представлял собой небольшой металлический шар, оснащенный четырьмя антеннами, которые передавали сигналы на Землю.

«Спутник-1» отправился в космос на ракете-носителе (рис. 1.11). Он провел там 92 дня и совершил 1440 оборотов вокруг Земли.

Это событие показало миру, что Россия — великая космическая держава. С этого времени началась эра советской космонавтики.

Рис. 1.11. «Спутник-1» [18]

Для исследования радиационных поясов нашей планеты через год Королев со своей командой выпустили на орбиту еще несколько спутников. Разрабатывались проекты по запуску на Луну автоматических станций, которые завершились невероятным успехом.

Первыми земными существами, побывавшими в космосе, были собаки. В августе 1960 г. на советском космическом корабле «Спутник-5» в полет отправились Белка и Стрелка. Собаки-космонавты провели в космосе 25 часов и удачно приземлились.

Ученые разработали лунный аппарат, который был способен мягко приземлиться на космический объект и передать фотоматериалы с Луны на Землю. С того момента появилась возможность полета людей в межгалактических пространствах.

Был создан пилотируемый космический корабль «Восток-1», который являлся первым в мире аппаратом для осуществления полетов в космос.

Цель полета в космос — выполнить одновитковый полет вокруг Земли на высоте около 200 км.

Рис. 1.12. Юрий Гагарин [17]

У Президиума ЦК КПСС насчитывалось 20 претендентов, среди которых были — Юрий Алексеевич Гагарин и Герман Степанович Титов. К полету был допущен Гагарин.

Юрию Алексеевичу было 27 лет, и он был полон сил, энергии (рис. 1.12). Обладал хорошими внешними данными. Родился Гагарин в семье обычных рабочих.

С детства мечтал о полетах. Стартовал Гагарин с космодрома Байконур.

В полете он проводил наблюдения, делал записи карандашом, принимал пишу. Свои впечатления фиксировал на магнитофон.

Гагарин пролетел один раз вокруг Земли, катапультировался из корабля и благополучно приземлился с парашютом на берегу реки Волги. Продолжительность его полета — 1 час 48 мин.

Сенсация: впервые в космосе побывал человек, и этим человеком оказался советский космонавт.

Это было величайшее событие. Россия — великая космическая держава, которая ценит и помнит колоссальные труды ученых и космонавтов.

В Советском Союзе памятный день установлен указом Президиума Верховного Совета СССР от 12 апреля 1962 г. и отмечался под названием «День космонавтики». В этот же день отмечался Всемирный день авиации и космонавтики.

В Российской Федерации День космонавтики установлен в соответствии со ст. 1.1 Федерального закона от 13.03.1995 № 32-ФЗ «О днях воинской славы и памятных датах России».

Рис. 1.13. Герман Титов [18]

На специальном пленарном заседании Генеральной Ассамблее ООН 7 апреля 2011 г. была принята резолюция, провозгласившая 12 апреля Международным днем полета человека в космос.

Каждый год в нашей стране отмечается великий праздник — День космонавтики. За ним стоит титанический труд всего российского народа. Память о событиях 1950— 1960-х гг. побуждает нас с надеждой смотреть в будущее. И в наши дни есть такие же смелые, умные и образованные люди, как Циолковский, Королев, Гагарин, Терешкова и другие, поэтому появляется уверенность в том, что наука достигнет небывалых вершин, и Россия сохранит статус великой космической державы. Спустя четыре месяца, 6—7 августа 1961 г., было совершено еще одно восхождение к звездам. Титов выполнил более продолжительный полет на корабле «Восток-2», равный 25 часам. Его аппарат совершил 17 оборотов вокруг планеты.

Герману Степановичу было почти 26 лет (рис. 1.13).

Он родился в семье школьного учителя в Алтайском крае. С самого детства стремился стать летчиком. Титов получил почетное звание Героя Советского Союза.

Россия опережала развитые страны, такие как Америка, Япония. И первая женщина в межгалактическом пространстве принадлежит тоже России. Ею оказалась Валентина Терешкова (рис. 1.14).

Королев хотел увидеть женщину в космосе. Из всех желающих отобрали пять вероятных претенденток. Победила Терешкова. Она идеально соответствовала эталону советской девушки: имела рабоче-крестьянское происхождение, ее отец погиб на фронте. Она верила в советскую власть, горячо любила родину. В июне 1963 г. Валентина Владимировна стала первой женщиной — капитаном космического корабля «Восток-6». Ей было 26 лет. Она провела в невесомости и закрытом пространстве почти трое суток, при этом управляла аппаратом и фотографировала межпланетное пространство.

Рис. 1.14. Валентина Терешкова [20]

После полета Терешкова поступила в военно-воздушную академию, где достигла звания профессора.

В октябре 1964 г. с советского космодрома Байконур в полет отправился первый в мире многоместный космический корабль. Его назвали «Восход-1». Экипаж этого корабля составили Владимир Комаров, Константин Феоктистов, Борис Егоров. «Восход-1» был на тонну тяжелее «Востока-1». Его масса составляла 5300 кг. За счет более мощной ракеты этот космический корабль легко отрывался от Земли.

Достижения современной космонавтики

Космонавтика — это наука (теория) и технология космических полетов с целью исследования космического пространства при помощи автоматических и пилотируемых космических аппаратов.

Современная космонавтика — это сотрудничество множества отраслей естествознания, техники и информатики.

Космонавты — хорошо подготовленные люди, которые отправляются в полеты в пилотируемых космических кораблях.

В США их называют астронавтами. Для того чтобы стать космонавтом, надо иметь отменное здоровье, много тренироваться и закаляться, так как в космосе организм испытывает сильнейшие нагрузки. За всю историю космических полетов только около 550 человек из 35 стран мира стали космонавтами.

В настоящее время крупнейшими мировыми космическими державами являются США, Россия, Германия и Китай. Большинство космических свершений принадлежит нашим и американским покорителям Вселенной.

Всякое лидерство начинается с хорошего образования. В нашей стране хороших специалистов в области космоса готовит Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, а в 2017 г. в МГУ имени М.В. Ломоносова объявили о создании факультета космических исследований. Осенью прошел набор первых 100 человек.

Перечислим основные достижения космонавтики, начиная с 2000 г.

• 1. Открыты осцилляции солнечных нейтрино. Это доказывает наличие у нейтрино массы покоя и справедливость теории внутреннего строения Солнца и звезд.
• 2. По результатам наблюдения анизотропии реликтового излучения спутником WMAP (NASA) количество темной материи и темной энергии во Вселенной измерено с высокой точностью.
• 3. С помощью космического телескопа «Хаббл» получена фотография наиболее далеких галактик. Эти галактики образовались в период 400—800 млн лет после начала расширения Вселенной.
• 4. Космический телескоп «Кеплер» к 2016 г. открыл 1000 экзопланет.
• 5. Открыта с помощью телескопа «Хаббл» первая экзопланета размером меньше Земли.
• 6. Начато строительство экстремально большого телескопа — оптического телескопа диаметром 39 м. Он будет способен изучать атмосферы и поверхности экзопланет.
• 7. Получено первое сообщение об обнаружении гравитационных волн, излученных при слиянии черных дыр.
• 8. Открытие в ЮАР второй станции «Сажень-ТМ-БИС». Первая такая станция была установлена в Бразилии в 2014 г. Это ради- о-лазерный комплекс, который был введен в эксплуатацию как часть глобальной системы ГЛОНАСС.
• 9. В Никарагуа открылась первая в Центральной Америке российская измерительная станция системы ГЛОНАСС.
• 10. Ученые Роскосмоса обнаружили на орбите Международной космической станции жизнеспособные споры и фрагменты ДНК микроорганизмов, которые устойчивы к неблагоприятным факторам космоса. Следовательно, была установлена новая верхняя граница биосферы Земли.

• 11. Российские космонавты Федор Юрчихин и Сергей Рязанский вышли в открытый космос и запустили новый российский профессиональный спутник нанокласса ТНС-0 № 2.
• 12. Специалисты Научного центра оперативного мониторинга Земли получили и обработали первый в истории снимок, сделанный аппаратурой многоканального радиометра среднего и дальнего инфракрасных диапазонов, установленной на космическом аппарате (КА) «Канопус-В-ИК». Аппаратура КА «Канопус-В-ИК» способна обнаружить различные тепловые объекты, в том числе и очаги пожаров площадью всего 25 м².
• 13. В ракетно-космической корпорации «Энергия» был открыт первый в России центр виртуального проектирования космических кораблей и модулей. Центр позволит инженерам и технологам с помощью ЗО-очков входить в виртуальный корабль или модуль и работать в искусственно созданном цифровом пространстве с использованием самых современных технологий.
• 14. GPS — спутниковая система навигации. Она способна измерять расстояние, скорость движения и местоположение любых объектов на Земле. Благодаря спутникам этой системы появилась возможность доставлять пассажиров в любую точку планеты в кратчайшие сроки.
• 15. ГЛОНАСС — российская глобальная навигационная спутниковая система.
• 16. Исторический успех Space X при запуске Falcon Heavy в феврале 2018 г. О разработке ракеты было сообщено в апреле 2011 г. Falcon Heavy — ракета-носитель сверхтяжелого класса (рис. 1.15). Она состоит из трех ракет Falcon 9, соединенных между собой. Два ускорителя, созданные на основе первой ступени ракеты-носителя, закреплены по бокам. Центральный сегмент находится посередине. Вершина ускорителей покрыта специальным защитным конусом. Чтобы создать Falcon Heavy, ракеты Falcon 9 прошли через различные модификации.

Преимущества Falcon Heavy: возможность ракеты доставлять в космос новый тип полезной нагрузки, она способна транспортировать груз массой вдвое большей, чем любая другая ракета в мире; возрождает интерес к космосу, технологии, инженерии и математике.

В современном мире полет в космос — обычное явление.

В России космической отраслью управляет Роскосмос — российская корпорация, которая занимается развитием проекта ГЛОНАСС.

Рис. 1.15. Falcon Heavy — ракета-носитель сверхтяжелого класса [22]

Главное отличие от системы GPS состоит в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют синхронности с вращением Земли. Это обеспечивает им большую стабильность. В результате группировка космических аппаратов (КА) ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок, однако срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Классификация спутников:

• ? спутники дистанционного зондирования Земли. Они фотографируют и снимают на видео поверхность нашей планеты;
• ? биоспутники. Они предназначены для изучения поведения животных в космическом полете;
• ? метеорологические спутники — наблюдают за изменениями климата на Земле. Они передают данные, чтобы предсказать погоду;
• ? разведывательные спутники. Они собирают информацию о положении дел вооруженных сил противника;
• ? навигационные спутники — определяют местоположение и точное время, скорость и направление движения наземных, водных, воздушных объектов;
• ? спутники связи — передают радио- и телевизионные сигналы на нашей планете.

В ходе развития цивилизации перед человечеством вставали проблемы, и благодаря им людям удавалось подняться на новый этап. В наше время одной из проблем является проблема мирного освоения космоса.

Глобальные проблемы — это противоречия, характеризующиеся общепланетарным масштабом.

Несмотря на то, что космос — это новая для человека среда, уже появилась проблема засорения обломками устаревшей техники и сломанных космических аппаратов околоземного пространства. Сейчас над планетой кружат более 16000 спутников, но многие из них уже не работают. Поломки аппаратов, называемые космическим мусором, продолжают летать вокруг Земли. В результате ликвидации станций образовалось около 3000 т обломков. Засорение — это опасность для новых пилотируемых объектов. Мусор опасен не только для космонавтов, но и для простых жителей, так как может вызвать серьезные ранения.

В прошлом веке человек смог покорить звездное небо. В нашем веке возникает ощущение, что человечество неудержимо движется к своей гибели. Но пока человек обладает разумом, есть надежда, что глобальная проблема мирного освоения космоса может быть решена. Нужно только побороть безразличие друг к другу и окружающей среде.

Представить развитие науки и техники можно на ближайшие 10—15 лет, а вот на больший срок — до конца XXI в. — очень и очень трудно. Любое предсказание, в том числе и в космонавтике, предвзято и необъективно.

Развитие космонавтики в XXI в. будет определяться как ее собственными научными и технологическими наработками прошлых лет, так и прогрессом во многих областях науки, технологии, экономики и мировой политики. Прогнозирование развития космонавтики относят к области футурологии — концепции будущего человеческой цивилизации.