Занятие по теме: "История развития космонавтики"

Идея космических путешествий возникла после появления гелиоцентрической системы мира, когда стало ясно, что планеты — это объекты, подобные Земле, и таким образом, человек в принципе мог бы посетить их. Первым опубликованным описанием пребывания человека на Луне стала фантастическая повесть Кеплера «Somnium» (написана 1609, опубликована 1634). Фантастические путешествия на другие небесные тела описывали также Фрэнсис Годвин, Сирано де Бержерак и другие (Слайд 3).

Теоретические основы космонавтики были заложены в работе Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», опубликованной в 1687 году. Существенный вклад в теорию расчёта движения тел в космическом пространстве внесли также Эйлер и Лагранж.

Романы Жюля Верна «С Земли на Луну» (1865) и «Вокруг Луны» (1869) уже правильно описывают полёт Земля—Луна с точки зрения небесной механики, хотя техническая реализация там явно хромает.

24 марта 1881 года Н. И. Кибальчич, находясь в заключении, выдвинул идею ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания, способного совершать космические перелёты. Его просьба о передаче рукописи в Академию наук следственной комиссией удовлетворена не была, проект был впервые опубликован лишь в 1918 году в журнале «Былое», № 4—5.

Российский учёный Константин Эдуардович Циолковский был одним из первых, кто выдвинул идею об использовании ракет для космических полётов. Ракету для межпланетных сообщений он спроектировал в 1903 году. Формула Циолковского, определяющая скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, и сегодня составляет важную часть математического аппарата, используемого при проектировании ракет, в частности, при определении их основных массовых характеристик (Слайд 4).

Немецкий учёный Герман Оберт в 1920-е годы также изложил принципы межпланетного полёта.

Американский учёный Роберт Годдард в 1923 году начал разрабатывать жидкостный ракетный двигатель и работающий прототип был создан к концу 1925 года. 16 марта 1926 года он осуществил запуск первой жидкостной ракеты, в качестве топлива для которой использовались бензин и жидкий кислород.

Работы Циолковского, Оберта и Годдарда были продолжены группами энтузиастов ракетной техники в США, СССР и Германии. В СССР исследовательские работы вели Группа изучения реактивного движения (Москва) и Газодинамическая лаборатория (Ленинград). В 1933 году на их базе был создан Реактивный институт (РНИИ). В стенах научных учреждений трудились лучшие инженерные умы страны, в том числе Ф. А. Цандер, М. К. Тихонравов и С. П. Королев.

В Германии подобные работы вело Немецкое Общество межпланетных сообщений (VfR). 14 марта 1931 член VfR Йоханнес Винклер осуществил первый в Европе удачный запуск жидкостной ракеты. В VfR работал и Вернер фон Браун, который с декабря 1932 года начал разработку ракетных двигателей на артиллерийском полигоне германской армии в Куммерсдорфе. После прихода нацистов к власти в Германии были выделены средства на разработку ракетного оружия, и весной 1936 года была одобрена программа строительства ракетного центра в Пенемюнде, техническим директором которого был назначен фон Браун. В нём была разработана баллистическая ракета А-4 с дальностью полета 320 км. Во время Второй мировой войны 3 октября 1942 года состоялся первый успешный запуск этой ракеты, а в 1944 году началось её боевое применение под названием V-2. В июне 1944 года ракета V-2(Фау-2) стала первым сделанным человеком объектом в космосе, достигнув в суборбитальном полете высоты 176 км.

Военное применение V-2 продемонстрировало огромные возможности ракетной техники, и наиболее мощные послевоенные державы — США и СССР — начали разработку баллистических ракет на основе трофейных германских технологий и с привлечением пленных германских инженеров.

В 1945 году после окончания войны в Германию для изучения "Фау-2" прибыла группа советских инженеров. Среди них был и Королев. Его назначили главным инженерно-техническим руководителем института «Нордхаузен», сформированного в Германии в этом же году. Помимо изучения немецких ракет, Королев с коллегами занимался разработкой новых проектов. В 50-х конструкторское бюро под его руководством создало Р-7. Эта двухступенчатая ракета смогла развить первую космическую скорость и обеспечить вывод на околоземную орбиту многотонных аппаратов. Р-7 – это ракета с отделяющейся головной частью массой 3 тонны и дальностью полёта 8 тыс. км. Первая межконтинентальная баллистическая ракета в мире, прошедшая успешные испытания и доставившая боеголовку на межконтинентальную дальность (21 августа 1957 года) (Слайд 5).

3. РАЗВИТИЕ КОСМОНАВТИКИ ПОСЛЕ 1957Г.

Преимущество американцев в подготовке аппаратов для освоения космоса, связанное с работой фон Брауна, осталось в прошлом, когда СССР запустил первый спутник. Ракета с первым спутником  стартовала 4 октября 1957 г. с космодрома Байконур. Он отделился от второй ступени ракеты-носителя на 315-й секунде после старта и был выведен на орбиту. Спутник имел форму шара диаметром 58 см и весом 83,6 кг. На нем были установлены два радиопередатчика, непрерывно излучающие сигналы. Находился на орбите до 4 января 1958 года, совершив 1440 оборотов (Слайд 6). С этого момента развитие космонавтики пошло быстрее.

«Спутниковый кризис», то есть тот факт, что первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР, а не в США, привел ко многим инициативам правительства США, направленным на развитие космических исследований:

- принятие закона о подготовке кадров для национальной обороны в сентябре 1958;

- создание в феврале 1958 Агентства передовых оборонных исследовательских проектов — DARPA;

- создание указом президента США Эйзенхауэра от 29 июля 1958 Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства — NASA;

- огромное увеличение инвестиций в космические исследования. В 1959 Конгресс США выделил на эти цели 134 миллиона долларов, что в четыре раза превышает показатель предыдущего года. К 1968 эта цифра достигла 500 миллионов.

Тем временем в СССР в 50-60-х годах проводилось несколько экспериментов с животными. В космосе побывали собаки и обезьяны (Слайд 7). В результате ученые собрали бесценную информацию, сделавшую возможным комфортное пребывание в космосе человека.

Лайка стала первым животным, выведенным на орбиту Земли. Была запущена в космос 3 ноября 1957 года на советском корабле «Спутник-2». Лайке было около 2-х лет, весила она около 6 кг. Возвращение Лайки на Землю было ещё технически невозможно. Собака погибла во время полёта — через 5—7 часов после старта. Она умерла от стресса и перегрева.

19 августа 1960 года собаки Белка и Стрелка стали первыми живыми существами, совершившими суточный орбитальный полёт и благополучно вернувшимися обратно. За это время корабль совершил 17 полных оборотов вокруг Земли. 

В начале 1959 года удалось достигнуть второй космической скорости.

Передовое развитие отечественной космонавтики было принято во всем мире, когда в небо отравился Юрий Алексеевич Гагарин (9 марта 1934 — 27 марта 1968) — советский лётчик-космонавт, Герой Советского Союза. Старт корабля «Восток-1» с пилотом-космонавтом Ю. А. Гагариным на борту был произведён 12 апреля 1961 года в 09:07 по московскому времени с космодрома Байконур. Позывной Гагарина был «Кедр». В самом начале подъёма ракеты Гагарин воскликнул: «Поехали!». Выполнив один оборот вокруг Земли на 108 минуте, корабль завершил плановый полёт (на одну секунду раньше, чем было запланировано). Из-за сбоя в системе торможения спускаемый аппарат с Гагариным приземлился не в запланированной области в 110 км от Сталинграда, а в Саратовской области, неподалёку от Энгельса. С этого дня началось проникновение человека в безбрежные просторы, окружающие Землю (Слайд 8).

Валентина Владимировна Терешкова (род. 6 марта 1937) — советский космонавт, первая в мире женщина-космонавт (1963), Герой Советского Союза (1963), Лётчик-космонавт СССР № 6, 10-й космонавт мира. Единственная в мире женщина, совершившая космический полёт в одиночку. Первая в России женщина в звании генерал-майор (Слайд 9).

Свой космический полёт Терешкова совершила 16 июня 1963 года на космическом корабле Восток-6, он продолжался почти трое суток. Старт произошёл на Байконуре. Одновременно на орбите находился космический корабль Восток-5, пилотируемый космонавтом Валерием Быковским. В день своего полёта в космос она сказала родным, что уезжает на соревнования парашютистов, о полёте они узнали из новостей по радио. Следующий полет женщины в космос состоялся через 19 лет.

Алексей Архипович Леонов (род. 30 мая 1934 г.) - советский космонавт № 11, первый человек, вышедший в открытый космос, дважды Герой Советского Союза. Первый выход в космос был совершён 18 марта 1965 года с борта космического корабля «Восход-2» с использованием гибкой шлюзовой камеры. Общее время первого выхода составило 23 минуты 41 секунду  (из них вне корабля 12 минут 9 секунд), и по его итогам был сделан вывод о возможности человека выполнять различные работы в открытом космосе (Слайд 10).

В январе 1966г. мягкую посадку на Луну наконец осуществила станция "Луна-9". На землю была передана первая панорама Лунной поверхности. Вопреки ожиданиям ученых, считавших, что Луна покрыта пылью, грунт оказался довольно твердым - станция не погрузилась в него, а на телевизионном изображении отчетливо видны камни (Слайд 11).

20 июля 1969 г. — день первой высадки людей на Луне (Слайд 12). Американская экспедиция Космический корабль «Аполлон-11» начал свой полёт 16 июля. Экипаж состоял из трёх астронавтов. Целью экспедиции стала первая высадка человека на Луну. До спутника корабль летел четыре дня. И уже 20 июля модуль сел на территории Моря Спокойствия. В юго-западной части района группа пребывала на протяжении определённого временного промежутка: более 20 часов. Само присутствие людей на поверхности длилось 2 часа 31 минуту. 24 июля экипаж вернулся на Землю, где его продержали в карантине несколько дней: лунных микроорганизмов у астронавтов так и не нашли. Первым на лунный грунт ступил Нил Армстронг (командир корабля), через несколько минут вышел Эдвин Олдрин (пилот). Майкл Коллинз (ещё один пилот) ждал своих сослуживцев на орбите. Астронавтами был установлен американский флаг и приборы научной комплектации. Так, фиксируя каждую секунду, была произведена первая высадка людей на Луну.

Существует теория, что в ходе «гонки» с СССР, вся документация о высадке была подделана правительством США. Началом скандала считается книга американца Б. Кейсинга, в которой описана эта возможность. Хотя после разбирательства выяснилось, что произведение было естественным откликом на ажиотаж слухов в стране. Существуют несколько доказательств в поддержку теории, что высадка первого человека на Луну - это фальсификация:

- Опрос, проведённый в 1976 году статистических жителей Америки.

- Видео тренировочных действий астронавтов на земной базе, которое имеет фантастическую схожесть с роликом, отснятым на спутнике.

- Современный анализ изображения при помощи фоторедактора, где выявлены неточные теневые эпизоды.

- Сам флаг США. Некоторые учёные первые высказали мысль, что ткань не может развиваться в условиях лунной гравитации из-за отсутствия ветра.

- На фотографиях «с Луны» отсутствуют звёзды.

- Эдвин Олдрин отказался поклясться на Библии, что выходил на поверхность небесного тела.

На все обвинения сторонники высадки нашли естественные объяснения. Например, что ретушь применялась на фотографиях, чтобы улучшить качество для публикации, а рябь на флаге не от ветра, а от действий космонавта (затухающее колебание), который устанавливает флаг. Оригинальной записи не сохранилось, значит, факт первого шага по спутнику Земли так и останется спорным моментом. В России был свой неприятный казус в год высадки на Луну первых людей. Правительство СССР не сочло нужным поставить жителей страны в известность об американском событии. Хотя русский посол и был приглашён, на запуск «Аполлона-11» он не явился. Причиной назвал свою командировку по важным правительственным делам.

19 апреля 1971 — запущена первая орбитальная станция Салют-1 (СССР) (Слайд 13).

Орбитальная станция — космический аппарат, предназначенный для долговременного пребывания людей на околопланетной орбите с целью проведения научных исследований в условиях космического пространства, разведки, наблюдений за поверхностью и атмосферой планеты, астрономических наблюдений и т. п.

Орбитальными станциями обладают США, Европа (ЕКА), Япония, Китай и Россия. В конце ХХ века вышеуказанные государства объединились для создания Международной космической станции. Также в этом принимают участие и некоторые другие развитые страны.

МКС – совместный международный проект, в котором участвуют 14 стран: США, Россия, Япония, Канада и входящие в Европейское космическое агентство Бельгия, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Франция, Швейцария, Швеция (Слайд 14).

20 ноября 1998 года — Россия вывела на орбиту первый элемент МКС — функционально-грузовой блок «Заря». 

В основу устройства станции заложен модульный принцип. Сборка МКС происходит путём последовательного добавления к комплексу очередного модуля или блока, который соединяется с уже доставленным на орбиту.

На 2017 год в состав МКС входит 14 основных модулей (всего – около 25):

-  российские — «Заря», «Звезда», «Пирс», «Поиск», «Рассвет»; 

- американские — «Юнити», «Дестини», «Квест», «Транквилити», «Купола», «Леонардо», «Гармония»;

- европейский — «Коламбус»;

- японский — «Кибо».

4. РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОНАВТИКИ

Сегодня освоение космоса продолжается. Успехи прошлого принесли свои плоды — человек уже побывал на Луне и готовится к непосредственному знакомству с Марсом. Однако программы пилотируемых полетов сейчас развиваются меньше, чем проекты автоматических межпланетных станций. Современное состояние космонавтики таково, что создаваемые аппараты способны передавать на Землю информацию о далеком Сатурне, Юпитере и Плутоне, посещать Меркурий и даже исследовать метеориты. Параллельно развивается космический туризм. Огромное значение сегодня имеют международные контакты. Мировое сообщество постепенно приходит к мысли, что великие прорывы и открытия происходят быстрее и чаще, если объединять усилия и возможности разных стран.

Существуют три основных направления прикладной космонавтики (Слайд 15):

- Космические информационные комплексы — современные системы связи, метеорология, навигация, системы контроля использования природных ресурсов, охрана окружающей среды.

- Космические научные системы — научные исследования и натурные эксперименты.

- Космическая индустриализация — производство фармакологических препаратов, новых материалов для электронной, электротехнической, радиотехнических и других отраслей. В перспективе — разработка ресурсов Луны, других планет Солнечной системы и астероидов, удаление в космос отходов вредных промышленных производств.

Космические аппараты используются для спутниковой разведки, дальнего обнаружения баллистических ракет, связи, навигации. Создавались также системы противоспутникового оружия.

Сегодняшний день характеризуется новыми проектами и планами освоения космического пространства. Пилотируемая космонавтика вновь собирается вернуться на Луну и обратила свой взор к другим планетам Солнечной системы (в первую очередь к Марсу).

5. ФИЗИКА И КОСМОНАВТИКА

Самыми значительными астрофизическими достижениями стали наблюдения с телескопами орбитальной обсерватории «Рентген», установленной на модуле «Квант», создан­ной совместно специалистами СССР, Великобритании, Нидерландов, ФРГ и ЕКА. Получен огромный объем информации о рентгеновских источниках в различных районах Вселенной. Регулярно с помощью телескопов «Глазар» и «Глазар-2» проводились обзоры небесной сферы для создания звездного атласа в ультрафиоле­товом диапазоне. Очень повезло ас­трономам, что вспышка сверхновой в Большом Магеллановом Облаке про­изошла в тот момент, когда на орбите уже находилась станция «Мир». Это позволило наблюдать развитие сверхновой в диапазонах электромагнитных волн, недоступных для наземных приборов.

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 (Долговременная орбитальная станция). Материалы с результатами геофизических исследований либо привозились космонавтами при возвращении, либо доставлялись с помощью специальных СГК. Постоянно ведутся съемки различных районов планеты 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.

В завершение интересный факт! Когда две части металла в касаются друг друга в открытом космосе, они крепятся друг к другу.

Выдающийся американский учёный Ричард Фейнман в своём труде «Фейнмановские лекции по физике» так объясняет суть явления:
«Причиной необычного „поведения“ атомов служит тот факт, что когда в вакууме один металлический предмет контактирует с другим предметом из того же материала, атомы перестают „понимать“, что они находятся в двух разных кусках металла. Если же между двумя соприкасающимися поверхностями присутствуют какие-либо другие атомы, частицы металла „знают“, что принадлежат к определённой структуре, поэтому в обычных условиях холодная сварка не происходит».

Вполне очевидно, что холодная сварка может обернуться для космонавтов серьёзными неприятностями — например, если края люка шлюзовой камеры «прикипят» к обшивке. Холодная сварка уже становилась причиной проблем — скажем, у космического аппарата «Галилео» в ходе полёта намертво «срослись» детали антенны. Чтобы не допустить чего-то подобного, конструкторам приходится идти на различные ухищрения: снижать количество движущихся деталей, изготавливать их из разных материалов или покрывать их поверхности защитным слоем, например, слоем окисленного вещества.