Рефераты по точным наукам

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 прибора ми 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, послед ней 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” толь ко 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 пер вый 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 по ля и радиационного пояса.

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 об шивку 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 чело века 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, за крыл 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 телеметрическим 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 жер тв. 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.

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 случи лось 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 “Эк ран” с более мощным передатчиком и более простыми наземными станциями. После первых разработок спутников наступил но вый 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” , “Эр ли берд” и “Интелсат” российские - “Радуга” и “Горизонт” .

Первая попытка в этом направлении была предпринята американцами, создавшими семейство метеорологических спутников “Тирос” . Девять таких спутников были выведены на орбиту в период 1960-1965гг. На каждом спутнике были установлены две малогабаритные ТВ-камеры и приблизительно на половине спутников сканирующий инфракрасный радиометр для получения изображения облачного покрова Земли. В России метеорологическим космическим аппаратом стал спутник “Метеор” . Два или три спутника этой серии находятся на орбите одновременно и собирают информацию о состоянии атмосферы, тепловом излучении Земли и т.д. Полезный груз спутника состоит из оптико-механического ТВ оборудования работающего в видимой области спектра. Кроме того, имеется сканирующая инфракрасная аппаратура для получения данных о содержании влаги в атмосфере и вертикальном профиле темпера тур. Предупреждения о внезапных изменениях погоды по объединенным данным с метеорологических радиолокационных станций и спутников передаются по радио из Москвы, Санкт-Петербурга и других центров, а специальная служба сообщает эту информацию на суда и самолеты. За последний 20 лет существенно возросли количество, качество и надежность обзора с помощью спутников.

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.

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 низ ко 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 кт. 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.

В СССР впервые были созданы возможности для осуществления мягкой посадки на Луну с созданием новых АМС серии “Луна” в 1963г. Эти станции массой до 1,8 т были рассчитаны на доставку приборного контейнера массой 100 кг на поверхность Луны.

При запуске АМС “Луна-9” в феврале 1966г. была впервые успешно осуществлена мягкая посадка на Луну объекта, изготовленного руками человека. Второй “прилунившейся” станцией стала “Луна-13” .

С помощью механического грунтомера и радиационного плотномера была получена уникальная информация о плотности и составе поверхности грунта. При запуске АМС “Луна-17” впервые была поставлена задача передвижения по лунной поверхности. После успешной посадки с посадочной ступени был спущен аппарат “Луноход-1” В течение 10 мес. работы “Луноход-1” , управляемый с Земли по радио, прошел по лунной поверхности более 10,5 км.

Одно из наиболее ярких светил ночного неба - покрытая облаками планета Венера - стало одной из первых целей полетов АМС. Впервые возможность запуска АМС появилась в конце 1960г., когда в СССР была создана первая ракета-носитель А-2-е. В феврале 1961г. воспользовавшись “окном” для запусков к Венере СССР запустил АМС “Венера-1” , которая прошла на расстоянии 100 тыс. км от Венеры и вышла на околосолнечную орбиту.

12 ноября 1965 г. была запущена, с целью достижения ее поверхности “Венера-3” . 1 марта 1965 г. станция достигла поверхности Венеры, осуществив первый полет АМС на другую планету. В 1967 г. успешный полет совершила станция “Венера-4” , направленная непосредственно на планету. На расстоянии 45000 км от Венеры от станции отделился сферический спускаемый аппарат (СА) диаметром 1 м, который при входе в атмосферу планеты выдержал перегрузку до 300 g. Парашютная система в дальнейшем обеспечила спуск в атмосфере, который продолжался 94 мин. Была принята информация о том, что на высоте 25 км температура атмосферы равна 271 гр. и давление 17-20 атм. На поверхности планеты температура ровна 475 гр. и давление 15 атм.

Было установлено, что атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа. В последствии были проведены несколько запусков с целью погружения в атмосферу Венеры.

Первой космической станцией, запущенной к Марсу 1 ноября 1962 г., была советская АМС “Марс-1” . США запустили в 1964 г. первые две АМС “Маринер” . Запуск “Маринер-3” оказался неудачным и через три недели на околосолнечную орбиту был выведен “Маринер-4” .

14 июля 1965 г. он пролетел на расстоянии 9600 км от Марса, не обнаружив ни радиационных поясов, ни магнитного поля вокруг плане ты. Было установлено что давление у поверхности планеты составляет менее 1% земного давления над уровнем моря и соответствует давлению в атмосфере Земли на высоте 30-35 км. На поверхности Марса были обнаружены кратеры, аналогичные лунным.

Первая советская АМС совершившая посадку на Марс была “Марс 2” массой 4650 кг. В составе грунта было обнаружено: 15-20 % кремния, 14 % железа, кальций, алюминий, сера, титан, магний, цезий и калий. В составе воздуха было обнаружено 95 % углекислого газа, 2,7 % азота и признаки наличия кислорода, аргона и водяного пара.

К Меркурию впервые отправилась АМС “Маринер-10” , первоначально посланная к Венере в 1973 г. 29 марта 1973 г. космический аппарат достиг своей цели, планеты Меркурий, пройдя на расстоянии 690 км от ее теневой поверхности. Во время каждого полета проводились исследования поверхности планеты. В атмосфере Мер курия были найдены следы аргона, неона и гелия в триллион раз меньшем количестве чем на Земле. Диапазон температур поверхности от 510 до -210 гр., напряженность магнитного поля 1 % земного, а масса планеты 6 % массы Земли.

Первое место посадки было выбрано на базальтовом основании Моря Спокойствия, расположенного к востоку от центра области лунных равнин. Нейл Армстронг (командир корабля) и полковник Эдвин Олдрин (пилот лунной кабины) совершили здесь посадку в лунной кабине (ЛК) “Орел” 20 июля 1969 г. в 20 ч 17 мин 43 с по Гринвичу.

Астронавты сделали много фотоснимков лунного ландшафта, включая скалы и равнину, собрали 22 кг образцов лунного грунта для изучения на Земле. Выйдя первым из ЛК и последним войдя в нее, Армстронг провел на Луне 2ч 31мин. Во время шестой экспедиции на Луну в декабре 1972 г. время пребывания экипажа на ее поверхности составило 22 ч 5 мин. Длина путешествия по Луне также возросла со 100 м, которые прошли пешком первые астронавты КК “Аполлон-11” , до 35 км, которые на электрическом автомобиле про ехал экипаж “Аполлона-17” .

Экспедиция на КК “Аполлон-17” была последней экспедицией на Луну. За время шести посещений Луны было собрано 384,2 кг образцов породы и грунта. В процессе выполнения программы исследований был сделан ряд открытий, но наиболее важным являются следующие два. Во-первых, было установлено, что Луна стерильна, на ней не обнаружено никаких форм жизни. Во-вторых было установлено, что Луна, подобно Земле, прошла через ряд периодов внутреннего разогрева.

Но поскольку американцы в дальнейшем основное внимание уде лили престижной программе “Аполлон” , то от обширной программ мы космических исследований помимо “Аполлона” у них остались только орбитальная станция “Скайлэб” , запущенная на орбиту 14 мая 1973 г. и космический транспортный корабль многоразового использования “Спэйс Шаттл” , который сегодня является единственным действующим пилотируемым КК Соединенных Штатов.

Орбитальный блок космической станции (КС) был создан на ба зе ракеты S-4B - третьей ступени ракеты-носителя “Сатурн-5” , доставившей в свое время человека на Луну. Ее (ракеты) водород ный бак был переоборудован в просторное двухэтажное помещение для экипажа из трех человек. Полный внутренний объем КС “Скайлэб” вместе с пристыкованным к ней модифицированным основным блоком КК “Аполлон” - около 330 м куб. (объем не большого дома с двумя спальнями) . Астронавты дышали смесью кислорода с азотом при давлении 0,35 ат при температуре 21 гр. C.

За период с мая 1973 г. по февраль 1974 г. на КС “Скайлэб” работало 3 экипажа. Последний в составе Джеральда Карра, Эдварда Гибсона и Уильяма Поуга работал на ее борту в течение 84 суток.

11 июля 1979 г. станция вошла в плотные слои атмосферы и прекратила свое существование.

В СССР работы по программе орбитальных КС начались в конце 60-х годов. 19 апреля 1971 г. на орбиту ракетой-носителем “Протон” была выведена первая в мире орбитальная КС “Салют-1” . Станция состояла из трех основных отсеков - переходного, рабочего и агрегатного, представлявшими из себя цилиндры диаметром 2,9 м, 4,15 м и 2,2 м соответственно. Полная длинна орбитального комплекса “Салют-1” - “Союз” - 21,4 м, масса комплекса более 25 тонн.

На КС “Салют-1” отработал один экипаж в составе Г. Добровольского, В. Пацаева и В. Волкова, погибший при возращении на Землю. Через 175 суток после запуска по команде с Земли сработали тормозные двигатели и КС “Салют-1” упала в Тихий океан. Всего успешно отработали на орбите семь станций серии “Салют” . Последняя из них “Салют-7” отработала до конца 1985 г.

В феврале 1986 г. в СССР была выведена в космос орбитальная станция нового поколения “Мир” . В отличие от своих предшественников, “Салютов” , эта станция воплощает принципиально новый подход к заселению около земного пространства. Если “Салюты” служили одновременно и домом, и местом работы, “Мир” стал базовым блоком, то есть тем звеном, вокруг которого группируются крупные специализированные КА - научные модули. В этих больших лабораториях, насыщенных научными приборами и установками, проводятся исследования. Станция “Мир” служит не только связующим звеном, объединяющим различные КА в единое целое, но и выполняет роль центра, откуда экипаж управляет всем орбитальным комплексом. Первый модуль - астрофизическая обсерватория “Квант” причалил к “Миру” весной 1987 г. - ненамного уступает в размерах самой станции. Объем всей станции составляет 40 м куб.

Мы вступили лишь в четвертое десятилетие космической эры, а уже вполне привыкли к таким чудесам, как охватившие всю Землю спутниковые системы связи и наблюдения за погодой, навигации и оказания помощи терпящим на суше и на море. Как о чем-то вполне обыденном слушаем сообщение о многомесячной работе людей на орбите, не удивляемся следам на Луне, снятым “в упор” фотографиям далеких планет, впервые показанному КА ядро кометы. За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира. И не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не может обойтись без освоения всего околоземного пространства. Освоение космоса - этой “провинции всего человечества” - продолжается нарастающими темпами.