Космические аппараты и техника
Неизведанные глубины Космоса интересовали человечество на протяжении многих веков. Исследователи и ученые всегда делали шаги к познанию созвездий и космического простора. Это были первые, но значительные достижения на то время, которые послужили дальнейшему развитию исследований в этой отрасли.
Немаловажным достижением было изобретение телескопа, с помощью которого человечеству удалось заглянуть значительно дальше в космические просторы и познакомиться с космическими объектами, которые окружают нашу планету более близко. В наше время исследования космического пространства осуществляются значительно легче, чем в те года. Наш портал Kvant.Space предлагает Вам массу интересных и увлекательных фактов о Космосе и его загадках.
Первые космические аппараты и техника
Активное исследование космического пространства началось с запуска первого искусственно созданного спутника нашей планеты. Это событие датируется 1957 годом, когда он и был запущен на орбиту Земли. Что касается первого аппарата, который появился на орбите, то он был предельно простым в своей конструкции. Этот аппарат был оснащен достаточно простым радиопередатчиком. При его создании конструкторы решили обойтись самым минимальным техническим набором. Все же первый простейший спутник послужил стартом к развитию новой эры космической техники и аппаратуры. На сегодняшний день можно сказать, что это устройство стало огромным достижением для человечества и развития многих научных отраслей исследований. Кроме того, вывод спутника на орбиту был достижением для всего мира, а не только для СССР. Это стало возможным за счет упорной работы конструкторов над созданием баллистических ракет межконтинентального действия.
Именно высокие достижения в ракетостроении дали возможность осознать конструкторам, что при снижении полезного груза ракетоносителя можно достичь очень высоких скоростей полета, которые будут превышать космическую скорость в
7,9 км/с. Все это и дало возможность вывести первый спутник на орбиту Земли. Космические аппараты и техника являются интересными из-за того, что предлагалось много различных конструкций и концепций.
В широком понятии космическим аппаратом называют устройство, которое осуществляет транспортировку оборудования или людей к границе, где заканчивается верхняя часть земной атмосферы. Но это выход лишь в ближний Космос. При решении различных космических задач космические аппараты разделены на такие категории:
— орбитальные или околоземные, которые передвигаются по геоцентрическим орбитам;
Созданием первой ракеты для вывода спутника в Космос занимались конструкторы СССР, причем само ее создание заняло меньше времени, чем доводка и отладка всех систем. Также временной фактор повлиял на примитивную комплектацию спутника, поскольку именно СССР стремился достичь показателя первой космической скорости ее творения. Тем более что сам факт вывода ракеты за пределы планеты был более веским достижением на то время, чем количество и качество установленной аппаратуры на спутник. Вся проделанная работа увенчалась триумфом для всего человечества.
Как известно, покорение космического пространства только было начато, именно поэтому конструкторы достигали все большего в ракетостроении, что и позволило создать более совершенные космические аппараты и технику, которые помогли сделать огромный скачок в исследовании Космоса. Также дальнейшее развитие и модернизация ракет и их компонентов позволили достичь второй космической скорости и увеличить массу полезного груза на борту. За счет всего этого стал возможным первый вывод ракеты с человеком на борту в 1961 году.
Портал Kvant.Space может поведать много интересного о развитии космических аппаратов и техники за все года и во всех странах мира. Мало кому известно, что действительно космические исследования учеными были начаты еще до 1957 года. В космическое пространство первая научная аппаратура для изучения была отправлена еще в конце 40-х годов. Первые отечественные ракеты смогли поднять научную аппаратуру на высоту в 100 километров. Кроме того, это был не единичный запуск, они проводились достаточно часто, при этом максимальная высота их подъема доходила до показателя в 500 километров, а это значит, что первые представления о космическом пространстве уже были до начала космической эры. В наше время при использовании самых последних технологий те достижения могут показаться примитивными, но именно они позволили достичь того, что мы имеем на данный момент.
Созданные космические аппараты и техника требовали решения огромного количества различных задач. Самыми важными проблемами были:
- Выбор правильной траектории полета космического аппарата и дальнейший анализ его движения. Для осуществления данной проблемы пришлось более активно развивать небесную механику, которая становилась прикладной наукой.
- Космический вакуум и невесомость поставили перед учеными свои задачи. И это не только создание надежного герметичного корпуса, который мог бы выдерживать достаточно жесткие космические условия, а и разработка аппаратуры, которая могла бы выполнять свои задачи в Космосе так же эффективно, как и на Земле. Поскольку не все механизмы могли отлично работать в невесомости и вакууме так же, как и в земных условиях. Основной проблемой было исключение тепловой конвекции в герметизированных объемах, все это нарушало нормальное протекание многих процессов.
- Работу оборудования нарушало также тепловое излучение от Солнца. Для устранения этого влияния пришлось продумывать новые методы расчета для устройств. Также была продумана масса устройств для поддержания нормальных температурных условий внутри самого космического аппарата.
- Большой проблемой стало электроснабжение космических устройств. Самым оптимальным решением конструкторов стало преобразование солнечного радиационного излучения в электроэнергию.
- Достаточно долго пришлось решать проблему радиосвязи и управления космическими аппаратами, поскольку наземные радиолокационные устройства могли работать только на расстоянии до 20 тысяч километров, а этого недостаточно для космических пространств. Эволюция сверхдальней радиосвязи в наше время позволяет поддерживать связь с зондами и другими аппаратами на расстоянии в миллионы километров.
- Все же наибольшей проблемой осталась доводка аппаратуры, которой были укомплектованы космические устройства. Прежде всего, техника должна быть надежной, поскольку ремонт в Космосе, как правило, был невозможен. Также были продуманы новые пути дублирования и записи информации.
Возникшие проблемы пробудили интерес исследователей и ученых разных областей знаний. Совместное сотрудничество позволило получить положительные результаты при решении поставленных задач. В силу всего этого начала зарождаться новая область знаний, а именно космическая техника. Возникновение данного рода конструирования было отделено от авиации и других отраслей за счет его уникальности, особых знаний и навыков работы.
Непосредственно после создания и удачного запуска первого искусственного спутника Земли развитие космической техники проходило в трех основных направлениях, а именно:
- Проектирование и изготовление спутников Земли для выполнения различных задач. Кроме того, данная отрасль занимается модернизацией и усовершенствованием этих устройств, за счет чего появляется возможность применять их более широко.
- Создание аппаратов для исследования межпланетного пространства и поверхностей других планет. Как правило, данные устройства осуществляют запрограммированные задачи, также ими можно управлять дистанционно.
- Космическая техника прорабатывает различные модели создания космических станций, на которых можно проводить исследовательскую деятельность учеными. Эта отрасль также занимается проектированием и изготовлением пилотируемых кораблей для космического пространства.
Множество областей работы космической техники и достижения второй космической скорости позволили ученым получить доступ к более дальним космическим объектам. Именно поэтому в конце 50-х годов удалось осуществить пуск спутника в сторону Луны, кроме того, техника того времени уже позволяла отправлять исследовательские спутники к ближайшим планетам возле Земли. Так, первые аппараты, которые были посланы на изучение Луны, позволили человечеству впервые узнать о параметрах космического пространства и увидеть обратную сторону Луны. Все же космическая техника начала космической эры была еще несовершенная и неуправляемая, и после отделения от ракетоносителя главная часть вращалась достаточно хаотически вокруг центра своей массы. Неуправляемое вращение не позволяло ученым производить много исследований, что, в свою очередь, стимулировало конструкторов к созданию более совершенных космических аппаратов и техники.
Именно разработка управляемых аппаратов позволила ученым провести еще больше исследований и узнать больше о космическом пространстве и его свойствах. Также контролируемый и стабильный полет спутников и других автоматических устройств, запущенных в Космос, позволяет более точно и качественно передавать информацию на Землю за счет ориентации антенн. За счет контролируемого управления можно осуществлять необходимые маневры.
В начале 60-х годов активно проводились пуски спутников к самым близким планетам. Эти запуски позволили более подробно ознакомиться с условиями на соседних планетах. Но все же самым большим успехом этого времени для всего человечества нашей планеты является полет Ю.А. Гагарина. После достижений СССР в строении космической аппаратуры большинство стран мира также обратили особое внимание на ракетостроение и создание собственной космической техники. Все же СССР являлся лидером в данной отрасли, поскольку ему первому удалось создать аппарат, который осуществил мягкое прилунение. После первых успешных посадок на Луне и других планетах была поставлена задача для более детального исследования поверхностей космических тел с помощью автоматических устройств для изучения поверхностей и передачи на Землю фото и видео.
Первые космические аппараты, как говорилось выше, были неуправляемыми и не могли вернуться на Землю. При создании управляемых устройств конструкторы столкнулись с проблемой безопасного приземления устройств и экипажа. Поскольку очень быстрое вхождение устройства в атмосферу Земли могло просто сжечь его от высокой температуры при трении. Кроме того, при возвращении устройства должны были безопасно приземляться и приводняться в самых различных условиях.
Дальнейшее развитие космической техники позволило изготовлять орбитальные станции, которые можно использовать на протяжении многих лет, при этом менять состав исследователей на борту. Первым орбитальным аппаратом данного типа стала советская станция «Салют». Ее создание стало очередным огромным скачком человечества в познании космических пространств и явлений.
Выше указана очень маленькая часть всех событий и достижений при создании и использовании космических аппаратов и техники, которая была создана в мире для изучения Космоса. Но все же самым знаменательным стал 1957 год, с которого и началась эпоха активного ракетостроения и изучения Космоса. Именно запуск первого зонда породил взрывоподобное развитие космической техники во всем мире. А это стало возможным за счет создания в СССР ракетоносителя нового поколения, который и смог поднять зонд на высоту орбиты Земли.
Источник
Всё, что нужно знать о современной космонавтике в вопросах и ответах
Миллиардеры запускают ракеты для межпланетных путешествий. Государства тратят огромные деньги на космические программы. Когда же мы уже полетим на Марс?
Много ли людей было в космосе?
Исследования космоса — достойнейшее занятие. Первый космонавт в мире Юрий Гагарин совершил полет вокруг земной орбиты 12 апреля 1961 года — когда Великобритания еще оставляла за собой право на колонии.
С тех пор в космическом пространстве побывали более 550 человек. Почему нет точного числа? Потому что нет единого мнения о том, на каком расстоянии от планеты находится «открытый космос». Из этих 550 человек — только 10 женщин (ответственность за это во многом лежит на плечах НАСА и Роскосмоса).
Где именно мы побывали?
Советский Союз стал пионером в покорении космоса, а Джон Ф. Кеннеди пообещал, что первые шаги на Луне сделает именно американский космонавт. 20 июля 1969 года на серый лунный грунт прилунился «Аполлон-11».
В следующие несколько лет на Луне побывали еще 12 человек, но с 1972 года нога человека не ступала ни на Луну, ни куда-либо еще за пределами Земли.
Наше воображение рисует отважных астронавтов среди лунных кратеров, однако почти все космонавты в истории космонавтики не выходят за пределы низкой околоземной орбиты (160–2000 км над поверхностью планеты).
Именно здесь находятся телекоммуникационные спутники и орбитальные станции.
Чем мы занимаемся в космосе?
И пусть мы не выходим в далекий космос, мы научились жить и работать за пределами земной атмосферы, добровольно совершая эксперименты над собственным телом, исследуя последствия невесомости.
В 1986 году СССР запустил орбитальную станцию «Мир». В 2001-м она была затоплена из-за физического износа оборудования. Вскоре после этого на орбиту выпущена Международная космическая станция. С нулевых годов этого века на орбите постоянно кто-то живет. Прямо сейчас на станции находятся три человека, каждые 90 минут совершая оборот вокруг Земли.
Что происходит с телом в космосе?
Много чего, и пока мы не узнаем точных последствий воздействия невесомости на человеческое тело, мы не можем послать людей в более отдаленные места (на Марс или на астероиды).
Бывший пилот и астронавт НАСА Скотт Келли провел год в капсулах МКС для экспериментального изучения воздействия невесомости на человеческий организм. Кстати, это не рекордно длинное пребывание в космосе: российский космонавт Геннадий Падалка суммарно провел в космосе 878 дней.
Но эксперимент Келли имеет больше веса по одной простой причине: у него есть брат-близнец. Сравнив состояние организмов брата-космонавта и брата-«землянина», ученые смогли оценить уровень ущерба, наносимого мышцам, костям и внутренним органам при пребывании в космосе. На МКС есть гимнастическое оборудование, чтобы держать мышцы в тонусе, но во время занятий необходимо надевать удерживающие устройства (хотя бы чтобы не свалиться с беговой дорожки).
Если коротко — Скотт оказался примерно в такой же физической форме, что и брат, не считая некоторых проблем со зрением. В целом это хорошие новости для будущих космических миссий.
В каких странах реализуются программы пилотируемых космических полетов?
Только в трех: Китай, Россия и США. Космические программы с участием человека — дорогое удовольствие, которое могут себе позволить далеко не все государства. Тем не менее в космосе смогли побывать не только космонавты, но и индивидуальные путешественники из 40 стран, в том числе член королевской семьи Саудовской Аравии (а некоторые из путешественников даже заплатили за полет, например южноафриканский молодой миллионер Марк Шаттлворт).
В какую сумму обходится запуск шаттла?
В астрономическую. МКС на сегодня является самым дорогим космическим проектом, стоимость которого составляет 150 млрд долларов. Стоимость начавшейся в 70-х годах программы НАСА Space Shuttle не должна была превысить нескольких десятков миллионов долларов за один запуск. Однако, по подсчетам, после завершения в 2011 году программа обошлась агентству в 209 млрд долларов (по 1,6 млрд долларов за полет).
После такого опыта США приостановило собственные запуски. Сегодня почти все астронавты запускаются Роскосмосом.
Для сведения: одно кругосветное путешествие на «Союзе» стоит от 21 до 82 млн долларов.
Стоит ли тратить такие деньги на полеты в космос?
Хороший вопрос. К сожалению, космические агентства не всегда как следует информируют общественность о своих достижениях, а ведь от полетов в космос выиграли очень многие индустрии.
Ученые разрабатывают новые системы жизнедеятельности. Бортовые компьютеры стали предвестниками микрочипов, которые сегодня есть в каждом смартфоне. Пожарные получили униформу с большей степенью огнеупорности. Отслеживание состояния здоровья космонавтов привело к популярности подобных систем и на Земле. Исследование возбудителей различных заболеваний в состоянии невесомости помогает ученым находить новые способы лечения.
Еще есть мнение, что космические полеты привлекают дополнительные вливания в экономику: побочные компании космической индустрии вместе с индустрией коммерческих космических полетов окупают стоимость миссий в 7–14 раз.
Да и НАСА сегодня тратит на них не так много денег, как раньше: 19 млрд долларов НАСА получила от правительства в этом году (это примерно 0,5 % федерального бюджета по сравнению с 4–5 % ранее).
Насколько плотно сотрудничают страны при освоении космоса?
Первая космическая гонка была частью холодной войны, но после ее окончания исследование космоса перестало быть соперничеством и превратилось в международное сотрудничество. МКС — яркий пример такого сотрудничества между пятью космическими агентствами (НАСА, Роскосмос, Японское агентство аэрокосмических исследований, Европейское космическое агентство и Канадское космическое агентство). Проект зрел 13 лет (начиная с 1998-го), в течение которых станция обрастала капсулами, как конструктор Lego.
Китай гнет свою линию в освоении космоса: на борту МКС не побывало ни одного китайского астронавта. В 2006 году Пекин испытывал лазеры к американским спутникам для нанесения им повреждений, после чего США наложили вето на сотрудничество между НАСА и Китайским космическим агентством.
Тем не менее будущее освоения космоса зависит от способности стран к сотрудничеству, а не к противодействию. С 2011 года национальные космические агентства 14 стран пытаются объединить свои взгляды и составить единый план действий для «освоения пространства Солнечной системы, в частности Марса».
Так мы уже почти на Марсе?
Пока нет. Перед Марсом хорошо бы вернуться на Луну.
Профессор планетарных наук и астробиологии Лондонского университета Ян Кроуфорд считает это «…вполне логичным шагом. Я обеими руками за освоение Марса, но нам всё еще не хватает технологий, компетенций и опыта».
В возвращении на Луну есть несколько преимуществ: до нее всего три дня пути (в отличие от путешествия до Марса длиной в несколько месяцев), и на ней можно основать научно-исследовательскую станцию по образу земных антарктических.
На лунной экспериментальной площадке можно изучить воздействие радиации и лунной гравитации на организм человека перед тем, как отправляться в дальнее путешествие.
И когда на Луну?
Не всё сразу. Дорожная карта космических исследований НАСА предполагает строительство орбитальной базы, с которой космонавты будут летать до Луны и обратно. База будет сконструирована по образу и подобию МКС, только находиться она будет не на земной, а на лунной орбите.
Каковы шансы попасть на Марс?
Скорее всего, это произойдет нескоро.
Генри Херцфелд, директор Института политики освоения космоса в Университете Джорджа Вашингтона, говорит: «Наш путь в космосе определяется не только желаниями человечества, но и ограничениями реального мира, и бюджетом. Мы уже очень давно хотим попасть на Марс, но в любом серьезном документе по стратегическому планированию космических программ освоению Марса отводятся крайне долгие и неконкретные сроки. Нам до сих пор не хватает технологий, которые позволили бы человеку долгое время находиться в далеком космосе».
Что нового происходит в космонавтике?
Традиционные лидеры космонавтики, США и Россия, уступают дорогу новым игрокам.
В 2003 году Китай стал третьей страной в мире, выпустившей на орбиту своего космонавта, а в 2022-м то же самое планирует сделать Индия.
Но главным двигателем изменений, безусловно, становится коммерческий сектор. Миллиардеры Илон Маск, Джефф Безос и Ричард Брэнсон работают над проектами по индивидуальным полетам в космос. Компании этих предпринимателей (SpaceX, Blue Origin и Virgin Galactic) нацелены на удешевление полетов и увеличение их доступности.
Такие организации встают в один ряд с другими коммерческими компаниями, которые уже работают в качестве подрядчиков на национальные космические агентства. Титаны аэрокосмической индустрии Boeing и Lockheed Martin посылают тяжелые ракеты-носители в космос, но это обходится им в 350 млн долларов за каждый запуск, в несколько раз дороже, чем система Falcon (запуск которой стоит 90 млн долларов).
В SpaceX уже забронированы запуски на общую сумму в 10 млрд долларов. Секрет удешевления полетов — многоразовый космический корабль, в котором даже стартовые реактивные двигатели могут использоваться повторно.
Что дальше?
Пока национальные агентства называют приоритетным направлением Луну, бизнес засматривается на Марс. Маск считает делом своей жизни создание колонии на Марсе, которая может спасти человечество от глобальной катастрофы на родной планете. Для этого SpaceX разрабатывает пилотируемую ракету Big Falcon Rocket (BFR), с помощью которой можно уже к середине 2020-х годов доставить на Марс первую команду астронавтов.
BFR станет самой большой ракетой в истории космонавтики: 40 отсеков, вместимость до 100 пассажиров (в зависимости от количества багажа).
SpaceX получает дополнительное финансирование от продажи билетов на полет на Луну на BFR.
Источник