Міністерство освіти та науки України
Національний технічний університет
"Харківський політехнічний інститут"
Контрольна роботазісторії науки і техніки
Тема №60: "Освоєння космосу: історія та сучасність"
Студента 1 курсу
Групи КІТЗ-19
Гладкова Євгена Єгоровича
План
Вступ
Початок космічної ери
Космос та наука
Чорні дірки
Висновок
Список використаної літератури
Вступ
У другій половині XX ст. людство, ступив на поріг Всесвіту, вийшло в космічний простір. Дорогу в космос відкрила наша Батьківщина. Перший штучний супутник Землі, який відкрив космічну еру, запущений колишнім Радянським Союзом, а перший космонавт світу - громадянин колишнього СРСР.
Космонавтика - це величезний каталізатор сучасної науки і техніки, який став за небачено короткий термін одним з головний важелів сучасного світового процесу. Вона стимулює розвиток електроніки, машинобудування, матеріалознавства, обчислювальної техніки, енергетики та багатьох інших галузей народного господарства.
У науковому плані людство прагне знайти в космосі відповідь на такі принципові питання, як будова і еволюція Всесвіту, утворення Сонячної системи, походження та шляхи розвитку життя. Від гіпотез про природу планет і будову космосу, люди перейшли до всебічного і безпосереднього вивчення небесних тіл і міжпланетного простору за допомогою ракетно-космічної техніки.
В освоєнні космосу людству належить вивчить різні області космічного простору: Місяць, інші планети і міжпланетний простір.
Сучасний рівень космічної техніки та прогноз її розвитку показують, що основною метою наукових досліджень за допомогою космічних засобів, очевидно, в найближчому майбутньому буде наша Сонячна система. Головними при цьому будуть завдання вивчення сонячно-земних зв'язків і простору Земля - Місяць, а так само Меркурія, Венери, Марса, Юпітера, Сатурна та інших планет, астрономічні дослідження, медико-біологічні дослідження з метою оцінки впливу тривалості польотів на організм людини та її працездатність.
У принципі розвиток космічної техніки повинен випереджати попит, пов'язаний з вирішенням актуальних народногосподарських проблем. Головними завданнями тут є створення ракет-носіїв, двигунів, космічних апаратів, а також засобів забезпечення (командно-вимірювальних і стартових комплексів, апаратури і т.д.), забезпечення прогресу в суміжних галузях техніки, прямо або побічно пов'язаних з розвитком космонавтики.
До польотів у світовий простір потрібно було зрозуміти і використовувати на практиці принцип реактивного руху, навчитися робити ракети, створити теорію міжпланетних повідомлень і т.д.
Ракетна техніка - далеко не нове поняття. До створення потужних сучасних ракет-носіїв людина йшла через тисячоліття мрій, фантазій, помилок, пошуків у різних галузях науки і техніки, накопичення досвіду і знань.
Принцип дії ракети полягає в її русі під дією сили потоку частинок, що виникають при згоранні палива ракети. У ракеті, тобто апараті, обладнаному ракетним двигуном, гази утворюються за рахунок реакції окислювача і пального, що зберігаються в самій ракеті. Ця обставина робить роботу ракетного двигуна незалежною від наявності або відсутності газового середовища. Таким чином, ракета являє собою дивну конструкцію, здатну переміщатися в безповітряному просторі - космічному.
Особливе місце серед російських проектів застосування реактивного принципу польоту займає проект Н. І. Кібальчича, відомого російського революціонера, який залишив, незважаючи на коротке життя (1853-1881), глибокий слід в історії науки і техніки. Маючи великі й глибокі знання з математики, фізики і особливо з хімії, Кибальчич виготовляв саморобні снаряди і міни. "Проект повітроплавного приладу" був результатом тривалої дослідницької роботи Кібальчича над вибуховими речовинами. Він, по суті, вперше запропонував не ракетний двигун, пристосований до якого-небудь існуючого літальному апарату, як це робили інші винахідники, а зовсім новий (ракетодінамічний) апарат, прообраз сучасних пілотованих космічних засобів, у яких тяга ракетних двигунів служить для безпосереднього створення підйомної сили, що підтримує апарат у польоті. Літальний апарат Кибальчича повинен був функціонувати за принципом ракети!
Але Кибальчича посадили до в'язниці за замах на царя Олександра II, і тому його проект літального апарату був виявлений тільки в 1917 році в архіві департаменту поліції.
Отже, до кінця минулого століття ідея застосування для польотів реактивних приладів отримала у Росії великі масштаби. І першим, хто вирішив продовжити дослідження був наш великий співвітчизник Костянтин Едуардович Ціолковський (1857-1935рр.). Реактивним принципом руху він почав цікавитися дуже рано. Вже у 1883 році він дав опис корабля з реактивним двигуном, а у 1903 році Ціолковський вперше у світі мав можливість сконструювати схему рідинної ракети. Ідеї Ціолковського отримали загальне визнання ще у 1920-і роки. І блискучий продовжувач його справи С. П. Корольов за місяць до запуску першого штучного супутника Землі говорив, що ідеї та праці Костянтина Едуардовича будуть все більше і більше залучати до себе увагу в міру розвитку ракетної техніки, в чому, безперечно, виявився абсолютно правий.
Початок космічної ери
Через 40 років після того, як був знайдений проект літального апарату, створений Кібальчичем, 4 жовтня 1957 року колишній СРСР здійснив запуск першого в світі штучного супутника Землі. Перший радянський супутник дозволив вперше виміряти щільність верхньої атмосфери, одержати дані про поширення радіосигналів в іоносфері, відпрацювати питання виведення на орбіту, тепловий режим та інші відомості. Супутник представляв собою алюмінієву сферу діаметром 58 см і масою 83,6 кг з чотирма штирові антенами довжиною 2,4-2,9 м. У герметичному корпусі розміщувалися апаратура та джерела електроживлення. Початкові параметри орбіти складали: висота перигею 228 км, висота апогею 947 км, нахил 65,1º.
3 листопада Радянський Союз повідомив про виведення на орбіту другого радянського супутника. В окремій герметичній кабіні знаходилися собака Лайка і телеметрична система для реєстрації її поведінки в невагомості. Супутник був також забезпечений науковими приладами для дослідження випромінювання Сонця і космічних променів.
6 грудня 1957 року у Сполучених Штатах Америки була зроблена спроба запустити супутник "Авангард-1" за допомогою ракети-носія, розробленого Дослідницькою лабораторією ВМФ. Після запалювання ракета піднялася над пусковим столом, однак через секунду двигуни вимкнулися і ракета впала на стіл, вибухнувши від удару .
31 січня 1958 року був виведений на орбіту супутник "Експлорер-1", американська відповідь на запуск радянських супутників. За своїми розмірами і масою він не був кандидатом у рекордсмени. Будучи довжиною менше 1 м і діаметром близько 15,2 см, він мав масу всього лише 4,8 кг.
Однак його корисний вантаж було приєднано до четвертого, останнього ступеню ракети-носія "Юнона-1". Супутник разом з ракетою на орбіті мав довжину 205 см і масу 14 кг. На ньому були встановлені датчики зовнішньої і внутрішньої температур, датчики ерозії і ударів для визначення потоків мікрометеоритів і лічильник Гейгера-Мюллера для реєстрації проникаючих космічних променів.
Важливий науковий результат польоту супутника складався у відкритті навколо Землі радіаційних поясів. Лічильник Гейгера-Мюллера припинив рахунок, коли апарат знаходився вже в апогеї на висоті 2530 км, а висота перигею становила приблизно 360 км.
5 лютого 1958 року в США була зроблена друга спроба запустити супутник "Авангард-1", але вона також закінчилася аварією, як і перша спроба. Нарешті 17 березня супутник був виведений на орбіту. У період з грудня 1957 року по вересень 1959 року було зроблено одинадцять спроб вивести на орбіту "Авангард-1" і тільки три з них були успішними.
Обидва супутники внесли багато нового в розвиток космічної науки і техніки (сонячні батареї, нові дані про щільність верхній атмосфери, точне картування островів у Тихому океані і т.д.). 17 серпня 1958 року у США була зроблена перша спроба послати з мису Канаверал, що знаходиться на околиці Місяця, зонд з науково-дослідною апаратурою. Вона виявилася невдалою. Ракета піднялася і пролетіла всього 16 км. Перша ступінь ракети вибухнула на висоті на 77 м. 11 жовтня 1958 року була зроблена друга спроба запуску місячного зонда "Піонер-1", що також виявилася невдалою. Наступні кілька запусків також виявилися невдалими, лише 3 березня 1959 року "Піонер-4", масою 6,1 кг частково виконав поставлене завдання: пролетів мимо Місяця на відстані 60000 км (замість планованих 24000 км).
Так само, як і при запуску супутника Землі, пріоритет у запуску першого зонда належить СРСР. 2 січня 1959 року був запущений перший, створений руками людини об'єкт, який був виведений на траєкторію, що проходить досить близько від Місяця, на орбіту супутника Сонця. Таким чином " Місяць-1" вперше досягла другої космічної швидкості. "Місяць-1" мала масу 361,3 кг і пролетіла біля Місяця на відстані 5500 км. На відстані 113000 км від Землі з ракетної ступені, пристикованої до "Місяцю-1", була випущена хмара парів натрію, яка утворила штучну комету. Сонячне випромінювання викликало яскраве свічення парів натрію і оптичні системи на Землі сфотографували хмару на тлі сузір'я Водолія.
"Місяць-2" була запущена 12 вересня 1959 року і здійснила перший у світі політ на інше небесне тіло. У 390,2-кілограмової сфері розміщувалися прилади, які показали, що Місяць не має магнітного поля і радіаційного поясу.
Автоматична міжпланетна станція (АМС) "Місяць-3" була запущена 4 жовтня 1959 року. Вага станції дорівнював 435 кг. Основною метою запуску був обліт Місяця і фотографування її зворотної, невидимої із Землі, сторони. Фотографування проводилося 7 жовтня в протягом 40 хв. з висоти 6200 км над Місяцем.
12 квітня 1961 о 9 год. 07 хв. за московським часом у кількох десятках кілометрів на північ від селища Тюратам у Казахстані на радянському космодромі Байконур відбувся запуск міжконтинентальної балістичної ракети Р-7, в носовому відсіку якої розміщувався пілотований космічний корабель "Схід" з майором ВВС Юрієм Олексійовичем Гагаріним на борту. Запуск пройшов успішно. Космічний корабель був виведений на орбіту з нахилом 65º, висотою перигею 181 км і висотою апогею 327 км і зробив один виток навколо Землі за 89 хв. На 108-ій хвилині після запуску він повернувся на Землю, приземлившись в районі села Смелівка Саратовської області. Таким чином, через 4 роки після виведення першого штучного супутника Землі Радянський Союз вперше в світі здійснив політ людини в космічний простір.
Космічний корабель складався з двох відсіків. Спусковий апарат, який є одночасно кабіною космонавта, являв собою сферу діаметром 2,3 м, покриту матеріалом для теплового захисту при вході в атмосферу. Керування кораблем здійснювалось автоматично, а також космонавтом. У польоті безперервно підтримувалася подібна с Землею атмосфера - суміш кисню з азотом під тиском 1 атм. (760 мм рт. ст.). "Схід-1" мав масу 4730 кг, а з останньою сходинкою ракети-носія 6170 кг. Космічний корабель "Схід" виводився в космос 5 разів, після чого було оголошено про його безпеку для польоту людини.
Через чотири тижні після польоту Гагаріна - 5 травня 1961 року капітан 3-го рангу Алан Шепард став першим американським астронавтом.
Хоча він і не досяг навколоземній орбіти, він піднявся над Землею на висоту близько 186 км. Шепард був запущений з мису Канаверал у космічному кораблі "Меркурій-3" за допомогою модифікованої балістичної ракети "Редстоун" і провів у польоті 15 хв. 22 с. до посадки в Атлантичному океані. Він довів, що людина в умовах невагомості може здійснювати ручне управління космічним кораблем. Космічний корабель "Меркурій" значно відрізнявся від космічний корабля "Схід".
Він складався тільки з одного модуля - пілотованої капсули у формі усіченого конуса довжиною 2,9 м і діаметром підстави 1,89 м. Його герметична оболонка з нікелевого сплаву мала обшивку з титану для захисту від нагріву при вході в атмосферу. Атмосфера всередині "Меркурія" складалася з чистого кисню під тиском 0,36 ат.
20 лютого 1962 року США досягли навколоземній орбіти. З мису Канаверал був запущений корабель "Меркурій-6", пілотований підполковником ВМФ Джоном Гленном. Гленн пробув на орбіті тільки 4 год. 55 хв., здійснивши 3 витка до успішної посадки. Метою польоту Гленна було визначення можливості роботи людини в космічного корабля "Меркурій". Останній раз "Меркурій" вийшов у космос 15 травня 1963 року.
18 березня 1965 року був виведений на орбіту корабель "Схід" з двома космонавтами на борту - командиром корабля полковником Павлом Бєляєвим і другим пілотом підполковником Олексієм Леоновим. Відразу після виходу на орбіту екіпаж очистив себе від азоту, вдихаючи чистий кисень. Потім був розгорнутий шлюзовий відсік: Леонов увійшов у шлюзовій відсік, закрив кришку люка космічного кораблю і вперше в світі здійснив вихід у космічний простір. Космонавт з автономною системою життєзабезпечення перебував поза кабіною кораблю протягом 20 хв., часом віддаляючись від корабля на відстань до 5 м. Під час виходу він був сполучений з кораблем тільки телефонним і телеметричним кабелями. Таким чином, була практично підтверджена можливість перебування і роботи космонавта поза космічним кораблем.
3 червня був запущений "Джемені-4" з капітанами Джеймсом Макдівіттом і Едвардом Вайтом. Під час цього польоту, що тривав 97 год. 56 хв. Уайт вийшов з кораблю і провів поза кабіною 21 хв., перевіряючи можливість маневру в космосі за допомогою ручного реактивного пістолета на стиснутому газі.
На превеликий жаль, освоєння космосу не обійшлося без жертв. 27 січня 1967 року екіпаж, що готувався здійснити перший пілотований політ за програмою "Аполлон", загинув під час пожежі всередині корабля, згорівши за 15 с в атмосфері чистого кисню. Вірджил Гриссом, Едвард Уайт та Роджер Чаффі стали першими американськими астронавтами, загиблими у космічних кораблях. 23 квітня з Байконура був запущений новий корабель "Союз-1", пілотований полковником Володимиром Комаровим. Запуск пройшов успішно.
На 18 витку, через 26 годин 45 хвилин після запуску, Комаров почав орієнтацію для входу в атмосферу. Всі операції пройшли нормально, але після входу в атмосферу і гальмування відмовила парашутна система. Космонавт загинув миттєво в момент удару "Союзу" о Землю зі швидкістю 644 км/год. У подальшому космос забрав ще не одне людське життя, але ці жертви були першими.
Потрібно зауважити, що в природно-науковому і продуктивному планах світ стоїть перед низкою глобальних проблем, вирішення яких потребує об'єднаних зусиль усіх народів. Це проблеми сировинних ресурсів, енергетики, контролю за станом навколишнього середовища і збереження біосфери та інші. Величезну роль в кардинальному їх рішенні буде грати космічні дослідження - однин з найважливіших напрямів науково-технічної революції.
Космонавтика яскраво демонструє всьому світу плідність мирної творчої праці, вигоди об'єднання зусиль різних країн у вирішенні наукових і народногосподарських завдань.
З якими ж проблемами стикається космонавтика і самі космонавти?
Почнемо з життєзабезпечення. Що це таке? Життєзабезпечення в космічному польоті - це створення і підтримка протягом усього польоту в житлових та робочих відсіках корабля таких умов, які забезпечили б екіпажу працездатність, достатню для виконання поставленого завдання, і мінімальну ймовірність виникнення патологічних змін в організмі людини. Як це зробити? Необхідно істотно зменшити ступінь впливу на людину несприятливих зовнішніх факторів космічного польоту - вакууму, метеоричних тіл, проникаючої радіації, невагомості, перевантажень; забезпечити екіпаж речовинами і енергією, без яких не можлива нормальна життєдіяльність людини; їжею, водою, киснем; видалити продукти життєдіяльності організму та шкідливі для здоров'я речовини, які виділяються при роботі систем і устаткування космічного корабля; забезпечити потреби людини в русі, відпочинку, зовнішній інформації та нормальних умовах праці; організувати медичний контроль за станом здоров'я екіпажу та підтримувати його на необхідному рівні. Продукти харчування і вода доставляються в космос у відповідній упаковці, а кисень - в хімічно зв'язаному вигляді. Якщо не проводити відновлення продуктів життєдіяльності, то для екіпажу з трьох чоловік на один рік буде потрібно 11 тонн перерахованих вище продуктів, що, погодьтеся, становить чималу вагу, об'єм, так і як це все буде зберігається протягом року?!
У найближчому майбутньому системи регенерації дозволять майже повністю відтворювати кисень і воду на борту станції. Вже давно почали використовувати воду після вмивання і душа, очищену в системі регенерації. Волога конденсується в холодильно-сушильному агрегаті, а потім регенерується. Кисень для дихання витягується з очищеної води електролізом, а газоподібний водень, реагуючи з вуглекислим газом, що надходить з концентратора, утворює воду, яка живить електролізер. Використання такої системи дозволяє зменшити в розглянутому прикладі масу запасів речовин з 11 до 2т. Останнім часом практикується вирощування різноманітних видів рослин прямо на борту корабля, що дозволяє скоротити запас їжі, який необхідно брати в космос, і про це згадував ще у своїх працях Ціолковський.
Космос та наука
Освоєння космосу багато в чому допомагає в розвитку наук. Так, 18 грудня 1980 року було встановлено явище стоку часток радіаційних поясів Землі під негативними магнітними аномаліями.
Експерименти, проведені на першому супутнику показали, що навколоземний простір за межами атмосфери зовсім не "порожній". Він заповнений плазмою та пронизаний потоками енергетичних частинок. У 1958 році в ближньому космосі були виявлені радіаційні пояси Землі - гігантські магнітні пастки, заповнені зарядженими частками - протонами і електронами високої енергії.
Найбільша інтенсивність радіації в поясах спостерігається на висотах у декілька тисяч кілометрів. Теоретичні оцінки показували, що нижче за 500 км не повинно бути підвищеної радіації. Тому зовсім несподіваним було виявлення під час польотів перших кораблів областей інтенсивної радіації на висотах до 200-300 км. Виявилося, що це пов'язано з аномальними зонами магнітного поля Землі.
Розвинулися дослідження природних ресурсів Землі космічними методами, що багато в чому посприяло розвитку народного господарства.
Перша проблема, яка стояла в 1980 році перед космічними дослідниками, представляла перед собою комплекс наукових досліджень, що включають більшість найважливіших напрямків космічного природознавства. Їхньою метою була розробка методів тематичного дешифрування
28-04-2015, 23:38