Успехи в освоении космоса

Реферат

По

Физике

На тему:

«Успехи в освоении космоса»

Выполнил ученик 10 «В» класса,

МОУ СОШ №5 г.Лобня,

Степаненко Мирослав

2006г.

Введение

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. 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.

В 17 веке появился фантастический рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полете на Луну. Герои этого рассказа добрался до Луны в железной полоске, над которой он все время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, полоска все выше поднималась над Землей, пока не достигла Луны. «Из пушки на Луну» отправились герои Жюля Верна. Известный английский писатель Герберт Уэльс описал фантастическое путешествие на Луну в снаряде, корпус которого был сделан из материала, не подверженного силе тяготения.

Предлагались разные средства для осуществления космического полета. Писатели фантасты упоминали и ракеты. Однако эти ракеты были технически необоснованной мечтой. Ученые за многие века не назвали единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть могучую силу земного притяжения и унестись в меж планетное пространство. Великая честь открыть людям дорогу к другим мирам выпала на долю нашего соотечественника К. Э. Циолковского.  

Скромный калужский учитель сумел рассмотреть в известной всем пороховой ракете прообраз могучих космических кораблей будущего. Его идеи еще долго будут служить основой в освоении человека космического пространства.

Много веков прошло с тех пор, когда был изобретен порох и создана первая ракета, применявшаяся главным образом для увеселительных фейерверков в дни больших торжеств. Но только Циолковский показал, что единственный летательный аппарат, способный проникнуть за атмосферу и даже на всегда покинуть Землю, - это ракета.

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».

Освоение Космоса

Сейчас мы становимся свидетелями того, как начинается сбываться это великое пророчество. Начало проникновения человека в космос было положено 4 октября 1957 года. В этот памятный день вышел на орбиту запущенный в СССР первый в истории человечества искусственный спутник Земли. Он весил 86,3 кг. Прорвавшись сквозь земную атмосферу, первая космическая ласточка вынесла в околоземное пространство научные приборы и радиопередатчики. Они передали на Землю первую научную информацию о космическом пространстве, окружающем Землю.

Первый спутник начал обращаться вокруг Земли по эллиптической орбите. Крайние точки ее подъема - наибольшая (апогей) и наименьшая (перигей) - располагались соответственно на высоте 947 и 228 км. Наклон  плоскости орбиты к экватору составлял 65⁰. Свой первый оборот спутник совершил  за 1 час 36,2 минуты и делал за сутки немногим менее 15 оборотов.

Сравнительно низкое расположение перигея орбиты вызвало торможение спутника в разряженный слоях земной атмосферы и сокращало его период обращения на 2,94 секунды в сутки. Такое незначительное сокращение времени обращения говорило о том, что спутник снижался очень медленно, причем с начала уменьшался апогей, а сама орбита постепенно приближалась к круговой.

Через 20 дней космический первенец умолк - иссякли батареи его передатчиков. Раскаляемый Солнцем и замерзающий в земной тени, он безмолвно кружился над пославшей его планетой, отражая солнечные лучи и импульсы радиолокаторов. Постепенно опускаясь, он просуществовал еще около двух с половиной месяцев и сгорел в нижних, более плотных слоях атмосферы.

Полет первого спутника позволил получить ценнейшие сведения. Тщательно изучив постепенное изменение орбиты за счет торможения в атмосфере, ученые смогли рассчитать плотность атмосферы на всех высотах, где пролетел спутник, и по этим данным более точным предусмотреть изменение орбит последующих спутников.

Определение точной траектории искусственных спутников позволило провести ряд геофизических исследований, уточнить форму Земли, точнее изучить ее сплюснутость, что дает возможность составлять более точные географические карты.

Отклонения действительной траектории спутника от вычисленной говорят о неравномерности поля Земного тяготения, на которую влияет распределение масс внутри Земли и в земной коре. Таким образом, изучив движение спутника, ученые уточнили сведения о поле земного тяготения и о строении земной коры.

Такие вычисления делались и раньше на основании движения Луны, но спутник, летящий на высоте всего несколько сот километров над Землей, сильнее реагирует на ее поле тяготения, чем Луна, находящаяся от Земли на расстоянии почти 400 тыс. км.

Очень большое значение имело изучение прохождения радиоволн через ионосферу, т.е. через наэлектризованные верхние слои земной атмосферы. Радиоволны, посланные со спутника, как  бы насквозь прощупывали ионосферу. Анализ этих результатов позволил существенно уточнить строение газовой оболочки земли.

Второй советский спутник был выведен на более вытянутую орбиту 3 ноября 1957 г. Если ракета первого спутника позволила под­нять его на 947 км (апогей), то ракета второго спутника была более мощной. При почти той же минимальной высоте подъема (перигей) апогей орбиты достиг 1671 км, и спутник весил значительно больше первого — 508,3 кг.

Третий спутник поднялся еще выше — на 1880 км и был еще тяжелее. Он весил 1327 кг.

Вслед за советскими спутниками вышли на свои орбиты американские спутники. Свою программу ракетных исследований по плану Международного геофизического года амери­канцы начали практически осуществлять поз­же. Только 31 января 1958 г. после нескольких неудачных попыток американцам удалось вы­вести на орбиту свой первый искусственный спутник Земли «Эксплорер-1»   («Исследова­тель-1»). Он весил 13,96 кг и был оборудован аппаратурой для изучения космических лучей. микрометеоритов, а также для измерения тем­пературы оболочки спутника и газа, заполняв­шего его внутренний объем.

Следующий спутник американцев — «Аван­гард» весил 1,5 кг. Он не имел на борту вообще никакой научной аппаратуры и был предназ­начен только для испытаний радиопередатчи­ков и солнечных батарей.

Оба эти американских спутника не могут идти ни в какое сравнение с первыми советскими спутниками. Позднее американцы вывели на орбиты несколько десятков спутников. Вес их колебался от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов. С их помощью американскими ученым удалось получить ряд важных данных о строении верхней атмосферы и околоземного пространства. Эти результаты могли бы быть более значительными, если бы американские спутники направлялись с целью изучения космоса. Но при запуске многих из них преследовались военные цели. С каждым годом растет число спутников, выпущенных советскими и американскими учеными. Усложняется и становится более многообразной и научная аппаратура — в космос посылаются целые лаборатории. Орбиты спутников, как обручи, опоясали земной шар во всех направлениях — от экваториальных (параллельных экватору) до полярных (проходящих через полюсы Земли). Ученые кропотливо изучают поступающую со всех широт и высот научную информацию (сообщения от установленных на спутниках приборов).

2 января 1959 г. умчалась в сторону Луны и вышла на околосолнечную орбиту советская космическая ракета «Луна-1». Она стала спут­ником Солнца. На Западе ее назвали лунни­ком. Запуском ее была прослежена вся толща околоземного космического пространства. За 34 часа полета ракета прошла 370 тыс. км, пересекла орбиту Луны и вышла в околосол­нечное пространство. После этого еще около 30 часов велось наблюдение за ее полетом и принималась с установленных на ней приборов ценнейшая научная информация. Впервые приборы, посланные человеком, изучали космическое  пространство  на протяжении 500 тыс. км от Земли.

Сведения, полученные в этом полете, существенно дополнили наши сведения об одном из важнейших открытий первых лет космической эры — открытии околоземных поясов радиации. Кроме различных измерении, на   про­тяжении 500 тыс. км полета велись наблюдения газового состава межпланетной среды, наблюдения метеоритов, космических лучей и др.

Не менее изумительным был полет второй советской космической ракеты «Луна-2», запушенной 12 сентября 1959 г. Приборный контейнер этой ракеты 14 сентября в 00 часов 02 минуты 24 секунды коснулся поверхности Луны! Впервые за всю историю аппарат, созданный руками человека, достиг другого небесного тела и доставил на безжизненную планету памятник великому подвигу советского народа— вымпел с изображением Герба СССР. Луна-2 установила, что у Луны нет магнитного поля и поясов радиации в пределах точности приборов.                               

Не успела весть об этом событии как следует дойти до сознания людей, как наша страну поразила мир новым удивительным достижением: 4 октября 1959 г., в день второй годовщины запуска первого советского спутника Земли, в Советском Союзе была запущена третья космическая ракета — «Луна-3». Она отделила от себя автоматическую межпланетную станцию с приборами. Контейнер был направлен так, что, обогнув Луну, он вернулся обратно в район Земли. Установленная в нем аппаратура сфотографировала и передала на Землю изображение не видимой нами обратной стороны Луны.           

Этот блестящий научный эксперимент интересен не только беспримерным фактом получения первой фотографии, сделанной в космосе, и передачи ее на Землю, но и осуществлением чрезвычайно интересной и сложной орбиты.                           

«Луна-3» должна   была оказаться над обратной стороны Луны, а система ориентации должна была развернуть контейнер так, чтобы его фотоаппараты были направлены на Луну. Для этого по команде с Земли весь контейнер привели во вращение, и, когда в фотоэлементы, расположенные на нижнем днище контейнера, попали яркие лучи Солнца, вызванный ими в этих фотоэлементах ток послужил сигналом, по которому контейнер прекратил вращение и, остановившись, как завороженный, стал смотреть на Солнце. (От слабого отраженного света Земли и Луны фотоэлементы — датчики солнечной ориентации — сработать не могли.) Фотоаппараты и лунные датчики, расположенные на противоположном верхнем днище контейнера, оказались смотрящими в сторону Луны. В начале работы выбрали такое взаимное расположение Земли Луны и Солнца, при котором Земля была  в стороне от линии, соединяющей Луну и Солнце. Поэтому Земля — светило значительно более яркое, чем Луна,— не могла попасть в объективы датчиков лунной ориентации, так как находилась в другом секторе неба.

 После того как освещенная Солнцем обратная сторона Луны оказалась в поле зрения лунных датчиков, солнечные датчики отключились, станция более точно «довернулась» по лунным датчикам и началось фотографирование.

И так, при подлете контейнера к Луне требовалось, чтобы он, Луна и Солнце оказались на одной прямой. Кроме того, притяжение Луны должно было так искривить орбиту «Луны-3», чтобы она вернулась к Земле со стороны северного полушария, где расположены все советские наблюдательные станции.

Стартовав из северного полушария, «Луна-3» как бы поднырнула под Луну — прошла с ее южной стороны,—затем отклонялась вверх, полностью обогнув Луну, и вернулась к Земле, как и было рассчитано, со стороны северного полушарии.

Автоматические устройства на борту контейнера в космосе проявили пленку и с помощью электронной техники по радио передали фотографии на Землю.

Фотографирование обратной стороны Луны представляет собой первый активный  шаг в практике «внеземной» астрономии. Впервые изучение другого небесного тела велось не наблюдением с Земли, а непосредственно из космического пространства вблизи этого тела.

Наши астрономы получили уникальную фотографию обратной стороны Луны, по которой смогли составить атлас лунных гор и «морей». Названия присвоенные открытым горным образованиям и равнинам, на вечно утвердили славу родины первооткрывателей, пославших чудесное автоматическое устройство - прообраз будущих космических обсерваторий.

Американским ученым после многих неудачных попыток так же удалось получить серию снимков поверхности Луны. Ракеты серии «Рейнджер» мчалась навстречу и непрерывно вела телевизионную передачу изображений лунной поверхности. Фотографии изображений, переданных с минимальных расстояний (в последние мгновения, перед тем как космический аппарат разбился о поверхность Луны), позволяли различать детали около 50 м.

Прочно овладев техникой запуска автоматических аппаратов, советские ученые приступили к созданию космического корабля для по­летов человека.

Десятки неразрешенных вопросов стояли перед наукой. Надо было создать во много раз более мощные ракеты-носители для выве­дения па орбиту космических кораблей, в несколько раз более тяжелых, чем самые тяжелые искусственные спутники, запущенные ранее. Нужно было сконструировать и построить летательные аппараты, не только пол­ностью обеспечивающие безопасность космо­навта на всех этапах полета, но и создающие необходимые условия для его жизни и работы. Необходимо было разработать целый комплекс специальной тренировки, который позволил бы организму будущих космонавтов заранее при­способиться к существованию в условиях пере­грузок и невесомости. Надо было разрешить счет, мною и других вопросов.

Несмотря на всю сложность этой грандиозной проблемы, советская наука и техника бле­стяще справились с ее  решением.

После ряда пробных запусков, когда места в кабине спутника занимали различные живые существа — от грибков и бактерий до извест­ных всему миру Белки и Стрелки,— конструк­ция космического корабля со всеми его слож­ными системами выведения на орбиту, стабили­зации полета и обратного спуска на Землю была полностью отработана.

В исторический день 12 апреля 1961 г. Ушел в космос корабль «Восток» с первым в истории человечества летчиком-космонавтом на борту Юрием Алексеевичем Гагариным. Облетев зем­ной шар, он через 1 час 48 минут благопо­лучно приземлился в заданном районе Совет­ского Союза.

Слава о новом беспримерном подвиге совет­ского народа в деле освоения космического пространства громовым эхом прокатилась по всему миру. Она вызвала радость и восхище­ние в сердцах наших друзей.

Прошло всего несколько месяцев, и 6 авгус­та того же года стартовал космический корабль «Восток-2» с летчиком-космонавтом Германом Степановичем Титовым. «Восток-2» сделал 17,5 витков вокруг Земли и пробыл в космическом полете 25 часов 18 минут.

Тщательное изучение научных данных, полученных в этих двух полетах, позволило уже через год — в августе 1962 г.— сделать новый большой шаг вперед. Стартовавшие один за другим (с интервалом в одни сутки) косми­ческие корабли «Восток-3» и «Восток-4» с летчи­ками-космонавтами Андрияном Григорьевичем Николаевым и Павлом Романовичем Попо­вичем совершили первый групповой полет в космос.

«Восток-3» сделал более 64 оборотов вокруг Земли и находился в космическом полете 95 ча­сов. «Восток-4» сделал более 48 оборотов и пробыл в космическом полете 71 час. Этот полет доказал, что разработанная нашими учеными система подготовки космонавтов позволяет им выработать такие физические качества, которые обеспечивают нормальную жизнедеятельность и полную работоспособность в условиях длительного космического полета. В этом  состоял главный итог полета.

 По сравнению с полетами наших космонавтов более чем скромными кажутся первые робкие прыжки в космос аме­риканских космонавтов Шепарда и Гриссома, один из которых чуть было не кончил­ся трагично. По сравнению полетами Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова это были всего лишь «подпрыгивания» над нашей планетой.

По сообщению корреспондента газеты «Нью-Йорк Таймс» 15- минутный прыжок Аллана Шепарда был осуществлен с помощью ракеты, мощность которой составляла «всего лишь одну десятую мощности советской ракеты, а вес капсулы составлял лишь одну пятую веса кабины корабля «Восток».

Только 20 февраля 1962 г., после предварительных запус­ке по проекту «Меркурий» двухтонной кабины с роботом и обезьянами, американцам уда­юсь осуществить первый космический полет Джона Гленна. Этот полет был совершен на космическом  корабле «Френдшип-7» весом около полутора тонн. Джон Гленн совершил на своем корабле три витка вокруг Земли и опустился в Атлантический океан. Но его полет протекал не совсем благополучно. Во время полета обнаружились неисправности в системах автоматического управления косми­ческим кораблем, и после первого витка Гленну пришлось перейти на ручное управление. Отка­зала также на некоторое время система охлаждения, и в кабине сильно повысилась температура. На втором и третьем витках по­лет продолжался только благодаря энтузиазму, выдержке и мужеству космонавта.

Второй  космический  день Америки — 24 мая 1962 г.— был омрачен большими волне­ниями за судьбу второго космонавта — Малькольма Скотта Карпентера.

Полет Карпентера был еще более драматич­ным, чем полет Джона Гленна. Неполадки об­наружились опять и системе управления и терморегулирования кабины и скафандра. Кос­монавт приводнился в Атлантическом океане в 350 км от предполагаемого района посадки корабля. 20 морских кораблей и 70 самолетов и вертолетов и в течение часа разыскивали от­важного космонавта. Одна шведская газета на­звала этот полет «космической драмой между жизнью и смертью».

Третий космический день Америки был 3 октября 1162 г. В этот день в США с мыса Кеннеди па полуострове Флорида стартовал двухтонный космический корабль-спутник «Сиг­ма-7», пилотируемый летчиком-космонавтом Уолтером Ширрой.

Космический корабль сделал 6 витков во­круг Земли и благополучно приводнился в центральной части Тихого океана. Неисправ­ности системы регулирования температуры внутри скафандра, омрачившие и этот полет, удалось быстро исправить непосредственно на орбите, и дальнейший полет продолжался бла­гополучно.

Наряду с полетами космических кораблей в СССР и США были осуществлены и пробные запу­ски ракет к планетам. 12 февраля 1961 г. с борта искусственного спутника Земли в сторону Венеры стартовала советская автоматическая межпланетная станция «Венера». Вслед за ней к Венере была запущена американская авто­матическая станция «Маринер-2».

1 ноября 1962 г. в сторону Марса стартовала советская космическая ракета «Марс-1». Ее ор­бита была самой протяженной по сравнению с орбитами всех предыдущих полетов косми­ческих аппаратов. Вытянувшись по эллипсу от Земли, она коснулась орбиты Марса. Семь с половиной месяцев длился полет только до встречи с Марсом: 500 млн. км прошел за это время «Марс-1».На значительных расстояниях от Земли сократилось число регистрируемых микроме­теоров. Они, по-видимому, концентрируют­ся вблизи Земли, до 40 тыс. км от ее по­верхности.

Так закончилась первая космическая пяти­летка. Но космические события следуют с кос­мической быстротой.

14 июня 1963 г. вышел на орбиту косми­ческий корабль «Восток-5» с летчиком-космо­навтом Валерием Федоровичем Быковским, а вслед за ним корабль-спутник «Восток-6», пилотируемый первой в мире женщиной-космонавтом Валентиной Владимировной Тереш­ковой. Пять суток пробыл в космосе Валерий Быковский, за 119 часов он 81 раз облетел Землю. Первая в мире женщина-космонавт про­была в космосе 71 час и совершила 48 оборотов вокруг Земли. Своим полетом она убедительно доказала равные возможности женщины в та­ком трудном и сложном деле, каким является освоение космоса.

Новым этапом в исследовании необъятных просторов Вселенной явился запуск 12 октября 1964 г. в СССР трехместного корабля «Восход». Экипаж корабля состоял из трех человек: ко­мандира корабля инженера-полковника Владими­ра Михайловича Комарова, научного сотрудника кандидата технических наук Константина Петровича Феоктистова и врача Бориса Борисовича Егорова. Три специалиста разного профиля провели обширные исследования космоса. Корабль «Восход» существенно отличается от кораблей типа «Восток». Его орбита пролегала выше, кос­монавты впервые совершали полет без скафанд­ров, а приземлились, не покидая кабину, кото­рая системой «мягкой посадки» была плавно спущена и буквально мягко «поставлена» на по­верхность Земли. Новая система телевидения передавала с борта корабля не только изображе­ние космонавтов, но и картину наблюдений.

С каждым годом ширится фронт мирных исследований космического пространства. Вслед за спутниками, «жестко» привязанными к своим орбитам, в космос вышли аппараты, способные осуществлять достаточно широкое маневрирование.

Советские космические аппараты «Полет-1» и «Полет-2», маневрируя в космосе, переходили с орбиты на орбиту, меняя не только высоту, но и плоскость наклона орбиты. Это первые шаги на пути соединения, или, как говорят инженеры, стыковки, космических кораблей непосредственно в космосе, на орбите. Причаливая к кораблю, ракеты-заправщики смогут перегружать на негорючее и строительные детали. Из конструкций, доставленных на орбиту, космонавты смонтируют сначала космические лаборатории, а потом, наверное и целые научные города...

Мирным целям успешно служат и некоторые американские спутники. С помощью метеорологических спутников американцам удалось заблаговременно предупредить население о приближении нескольких тайфунов — сильнейших разрушительных ураганов, очень часто проносящихся над Америкой.

Спутники «Телестар-1» и «Телестар-2» успешно перекинули телевизионный «мост» между Европой и Америкой, ретранслируя из Америки в Европу телевизионные программы.

Проведен первый международный космический эксперимент: радиоволны, посланные из английской обсерватории Джоурелл Бенк, отразившись от огромного надутого металлизированного шара — американского спутника «Эхо-2»,— были приняты в Советском Союзе под Горьким, в Зименках. Были переданы радиотелеграммы, фототелеграммы и радиотелефонный разговор.

30 января 1964 г. и СССГ был произведен запуск интереснейших спутников — «Электрон-1» и «Электроя-2». С одной ракеты были запущены сразу два спутника, один на более высокую, другой на более низкую орбиту.

Ценность такого запуска заключается в том, что одновременные измерения на разных высотах позволят лучше исследовать пространственную структуру поясов радиации и их изменение во времени. Запущенные через полюсы «Электрон-3» и «Электрон-4» продолжили одновременно комплексное исследование верхних слоев атмосферы.

После неудачных попыток в выведении тяжелых кораблей-спутников американцам в 1964 г. удалось запустить два многотонных спутника. Это первые удачные запуски по рассчитанной на многие годы программе, которая предусматривает вначале облет, а затем и высадку космонавтов на Луне.

 Тем же задачам посвящены и продолжающиеся в СССР исследования окололунного пространства. Очередная станция «Луна-4» прошла в непосредственной близости от нашего естественного спутника. Непрерывно ведется изучение и дальнего космоса. 2 апреля 1964 г. отправилась в глубины космоса очередная советская автома­тическая станция «Зонд-1». Ее задача прозондировать многие миллионы километров околосолнечного пространства и передать на Землю научную информацию.

Используемая литература 

  Детская  Энциклопедия. 2 том. Издательство «Просвещение»                                                                    Москва      1965 г.

  О.Г. Газенко, И.Д. Пестров, В.И. Макалов:                            «Человечество и космос»  Москва     «Наука»  1987 г.

В.П. Глушко «Космонавтика». Издательство «Советская энциклопедия»   1970 г.

Л.А. Гильберг «От самолета к орбитальному комплексу»                      Москва «Просвещение» 1992 г.

С.В. Чекалкин «Космос - завтрашние заботы»                                 Москва «Знание» 1992 г.

Научно- популярный журнал  Российской академии наук и Астномо- геодезического общества «Земля и Вселенная» серия «Космонавтика, астрономия, геофизика» май-июнь 3/96.

Научно- популярный журнал  Российской академии наук и Астномо- геодезического общества «Земля и Вселенная» серия «Космонавтика, астрономия, геофизика» май-июнь 3/97.

Научно- популярный журнал  Российской академии наук и Астномо- геодезического общества «Земля и Вселенная» серия «Космонавтика, астрономия, геофизика» март-апрель 2/97.