День космонавтики

Космонавтика России

В этой презентации речь пойдёт о величайшей науке в величайшей стране: космонавтике в России

«Земля – это колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели.»

• Быть может, уже много тысяч лет назад, глядя на ночное небо, человек мечтал о полете к звездам. Мириады мерцающих ночных светил заставляли его уноситься мыслью в безбрежные дали Вселенной, будили воображение, заставляли задумываться над тайнами мироздания.

МЕЧТА О ПОЛЁТЕ

• Шли века, человек приобретал все большую власть над природой, но мечта о полете к звездам оставалась все такой же несбыточной, как тысячи лет назад. Легенды и мифы всех народов полны рассказов о полете к Луне, Солнцу и звездам. Средства для таких полетов, предлагавшиеся народной фантазией, были примитивны: колесница, влекомая орлами, крылья, прикрепленные к рукам человека.

ВЕЩИЕ СЛОВА

• В 1911 году Циолковский произнес свои вещие слова: «Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, с начала робко проникнуть за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все около земное пространство».

Циолковский Константин Эдуардович. Пионер космонавтики и ракетной техники. [17 (29) сентября 1857, село Ижевское под Рязанью — 19 сентября 1935, Калуга]

• Константин Эдуардович Циолковский родился 17 (29) сентября 1857 г. в селе Ижевском Рязанской губернии, где его отец служил лесничим. После перенесенной в детстве скарлатины почти полностью потерял слух, что лишило его возможности поступить в учебное заведение. Образование получил самостоятельно, в 1879 г. он сдал экстерном экзамены на звание учителя народного училища, а в 1880 г. был назначен на должность учителя арифметики и геометрии в Боровское уездное училище Калужской губернии. Позже он перебрался в Калугу, где и прожил до самой смерти.

Сфера научных интересов Циолковского

• Все свободное время Циолковский посвящал научным опытам. В своей квартире он устроил маленькую лабораторию, где проделывал множество экспериментов. В средине 1880-х гг. окончательно определилась сфера научных интересов Циолковского — он решил посвятить себя разработке летательных аппаратов. «В 1885 г., имея 28 лет, — писал он, — я твердо решил отдаться воздухоплаванию и теоретически разработать металлический управляемый аэростат». Результатом его исследования в этой области стало сочинение «Теория и опыт аэростата», в котором было дано научно-техническое обоснование конструкции дирижабля с тонкой металлической оболочкой. Несмотря на оригинальность, проект Циолковского, отправленный в воздухоплавательный отдел Русского технического общества, не заинтересовал его членов и остался нереализованным. Такая же судьба ждала в будущем большинство его разработок. В 1893 г. Циолковский выпустил небольшую брошюру «Аэростат металлический управляемый».

•    В начале 1390-х гг. у Циолковского возник интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха. В 1891 г. он опубликовал работу «К вопросу о летании посредством крыльев» , а в 1894 г. появилась статья Циолковского «Аэроплан, или птицеподобная (авиационная) летательная машина» . Здесь он сделал попытку путем расчетов определить основные летные характеристики аэроплана для установившегося горизонтального полета. Для своего времени это была очень содержательная работа, но более популярного, чем научного характера. Не ограничиваясь теоретическими рассуждениями, Циолковский соорудил у себя дома в Калуге первую в России самодельную воздуходувную (аэродинамическую) трубу и провел здесь много экспериментов по определению сопротивления тел различной формы. В 1900 г., получив небольшое денежное пособие от Академии наук, он создал аэродинамическую трубу большей мощности с аэродинамическими весами. К сожалению, результаты экспериментов Циолковского не были своевременно опубликованы и потому не оказали никакого влияния на развитие авиации. Многие закономерности, им впервые установленные, были обнаружены потом другими учеными.

Основы теории реактивного движения Циолковского

• Однако главным образом имя Циолковского связывается теперь с развитием теории реактивного движения (ракетодинамикой), основы которой он заложил. Первая его статья на эту тему «Исследование мировых пространств реактивными приборами» появилась в 1903 г. в журнале «Научное обозрение». В этом труде Циолковский впервые в истории предложил использовать ракету для исследований космических пространств и межпланетных полетов. Он первый задумался над вопросами: каковы основные законы, управляющие движением ракеты, заметно меняющей в процессе полета свою массу? Как рассчитать скорость полета реактивного аппарата? Как выбраться на реактивном приборе за пределы атмосферы? Как выбраться за пределы притяжения Земли? В этой же статье Циолковский впервые дал описание жидкостной ракеты, в которой горючим является жидкий водород, а окислителем — жидкий кислород.

МАТИМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

• Циолковский попытался сделать математический расчет движения такой ракеты в свободном пространстве. Понятно, что в ходе полета масса ракеты из-за расхода топлива будет постепенно уменьшаться. Циолковский учел это и вывел формулу, позволяющую определить скорость ракеты при постепенном изменении ее массы. Эта формула называется теперь формулой Циолковского. Благодаря ей впервые стало возможным путем вычислений заранее определять летные характеристики ракет. (Позже Циолковский попробовал разрешить более сложную задачу — рассчитать движение ракеты при ее вертикальном старте с поверхности Земли, то есть тогда, когда на нее воздействуют гравитация и сила лобового сопротивления воздуха. Выведенные им формулы не учитывают многих обстоятельств, с которыми столкнулась позднее ракетодинамика (например, Циолковский не имел еще представления о силах сопротивления при сверхзвуковых скоростях, движение ракеты он рассматривал как прямолинейное, а влияние систем управления на летные характеристики вообще не учитывалось). Поэтому в наше время расчеты Циолковского можно рассматривать лишь как первое (грубое) приближение, но суть происходящего отражена в них верно.)

Предвидения Циолковского при освоении космоса

•    Но при всем увлечении Циолковского ракетодинамикой ракета всегда оставалась для него только средством для преодоления земного притяжения и выхода в космос. Он много размышлял над теми проблемами, которые встретит человек, оказавшись в межпланетном пространстве и на других планетах, поэтому его с полным основанием можно считать также основоположником космонавтики . Многие предвидения Циолковского в этой области оказались чрезвычайно точными. Он, к примеру, красочно и очень верно описал ощущения, которые будет испытывать человек при старте ракеты и при выходе ее в космическое пространство, а также то, что он там увидит. Циолковский был твердо убежден, что выход человечества в космос совершенно неизбежен и что именно освоение космоса поможет решить многие современные проблемы землян. В своих книгах он описывал целые кольца космических поселений на громадных орбитальных станциях будущего, расположенных вокруг Солнца. Большую роль на них должны были играть космические оранжереи, так как в космосе можно собирать более значительные урожаи, чем на Земле. Он считал, что обилие дешевой солнечной энергии позволит человеку переместить в космос многие промышленные предприятия

Возрастание интереса к работам Циолковского

• Вместе с тем в 1920-е гг. заметно возрос интерес к работам Циолковского. Его избирают членом различных научных обществ. В 1921 г. постановлением Совнаркома Циолковскому была назначена персональная пенсия. После этого он смог оставить преподавание в школе и всецело сосредоточиться на научной деятельности. Начали переиздаваться старые его работы и печататься новые (с 1925 по 1932 год было опубликовано 60 работ Циолковского). Имя его в это время делается широко известным как в нашей стране, так и за рубежом. Но особенно приятно было Циолковскому, что дело его нашло последователей — в Москве и Ленинграде создаются Группы по изучению реактивного движения (ГИРДы), поддерживавшие тесную связь с Циолковским.

«Время, возможно, существует, однако, мы не знаем, где его следует искать. Если время существует в природе, то оно еще не открыто...»

• При Советской власти условия жизни и работы Циолковского радикалыю изменились. Циолковскому была назначена персональная пенсия и обеспечена возможность плодотворной деятельности. Его труды в значительной степени способствовали развитию ракетной и космической техники в СССР и др, странах. За «Особые заслуги в области изобретений, имеющих огромное значение для экономической мощи и обороны Союза ССР» Циолковский в 1932 награжден орденом Трудового Красного Знамени. Накануне 100-летия со дня рождения Ц. в 1954 АН СССР учредила золотую медаль им. К. Э. Циолковского "3а выдающиеся работы в области межпланетных сообщений". В Калуге и Москве сооружены памятники учёному; создан мемориальный дом-музей в Калуге; его имя носят Государственный музей истории космонавтики и педагогический институт, школа в Калуге, Московский авиационно-технологический институт. Именем Циолковского назван кратер на Луне.

В гордые Советские годы…

• 4 октября 1957 г. СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. (Рис 1.) 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.

Человек в космосе

• С помощью различных спектрометров в течение многих лет ведутся регулярные геофизические исследования. Проводятся измерения потоков заряженных частиц высоких энергии и их взаимодействие с магнитным полем Земли, изучается их вклад в радиационные пояса. По результатам наблюдений получена новая информация о верхних слоях атмосферы, полярных сияниях, потоках микрометеорных частиц вдоль орбиты ДОС. Материалы с результатами геофизических исследований либо привозились космонавтами при возвращении, либо доставлялись с помощью специальных СГК. Постоянно ведутся съемки различных районов планеты (в том числе зарубежных территорий на коммерческой основе) с целью исследования природных ресурсов Земли и окружающей среды. Эксперименты по космической технологии проводились на электронагревательных установках отечественного и зарубежного производства. Цель этих работ - изучение процессов структурообразования металлических сплавов в условиях невесомости и получение кристаллов полупроводниковых материалов улучшенного качества. Изучалось влияние факторов открытого космического пространства на различные материалы и элементы электрорадиосистем.

Современные ракеты-носители

• Ракета-носитель "Протон": Параметры орбиты выведения: Высота в перегеи180 км; Высота в апогеи 340 км; Период обращения 89,6 мин; Наклонение 51,6 град; Высота орбиты сборки 385км; Высота рабочей орбиты 350-500 км; Длительность функционирования 15 лет.

ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ ОРБИТА

• ФГБ "Заря" выводится на эллиптическую орбиту ракетой носителем "Протон". Минимальная высота этой орбиты составляет около 180 км, максимальная около 340 км. После отделения от последней ступени ракеты-носителя на ФГБ раскрываются антенны систем "Курс" и "Компарус" и панели СБ, переводятся в рабочий режим соответствующие бортовые системы. Управление полетом ФГБ осуществляется из российского Центра управления полетами - ЦУП-М (г. Королев Московской обл.). Причем передача команд возможна как через наземные станции слежения, расположенные на территории России, так и через американский Центр управления полетом - ЦУП-Х (г. Хьюстон, штат Техас), а также через спутники-ретрансляторы.

В недалёком будущем…

• Российские специалисты уже провели первые испытания воздушного аппарата, который планируется использовать в программе изучения Марса.

Через 20 лет

• Основная проблема для полета на Марс - это не двигательные технологии (их уже опробовали на том же Deep Space 1), не деньги (предположительно они есть), а биологическая защита. Лететь придется вне естественного защитного кокона Земли - магнитного поля. Без него частицы 'солнечного ветра' - протоны и ядра гелия, вместо того чтобы 'накрутиться' на магнитную линию и по ней соскользнуть к полюсу образовав полярное сияние, беспрепятственно прошивают пространство... на космическом же корабле просто нет защитного поля такой протяженности как земное! Знаете, какой толщины стенка наших модулей "Заря" и "Звезда"? ДВА МИЛЛИМЕТРА. Конечно, с внешней стороны она прикрыта теплоизоляцией из многослойного лавсана и дополнительно - тонкими противометеоритными экранами, тем не менее никакой защиты от радиации она не дает.

«...нас ждут бездны открытий и мудрости. Будем жить, чтобы получить их и царствовать во Вселенной, подобно другим бессмертным.»

• Много изменений произошло в нашей стране, но надо верить в торжество здравого смысла. Наши достижения в космосе не будут преданы забвению и получат дальнейшее развитие в новых идеях. Космонавтика жизненно необходима всему человечеству!