Освоение космоса

Освоение космоса

Вступление:

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.

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.

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.

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. 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). Реактивным принципом движения он начал интересоваться очень рано. 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. 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. Его полезный груз был присоединён 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.

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.

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 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. «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 «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 

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  Беляевым и вторым пилотом подполковником Алексеем 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.

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 воду 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.