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
116. 10 космических вещей, которые прочно вошли в нашу жизнь
В День космонавтики мы расскажем о нескольких изобретениях, которые стали возможны благодаря стремлению человека к звездам. Некоторые из этих вещей настолько укоренились в быту, что об их космическом происхождении помнят немногие.
Космическая навигация и связь
Это, наверное, — самое очевидный пример присутствия космоса в нашем быту. Мы смотрим спутниковое телевидение, используем спутниковый интернет, и ориентируемся по навигаторам. Еще 50 лет назад перед человечеством встала одна большая проблема – передача сигнала на большие расстояния. Различные попытки использовать наземные передатчики не привели к успеху и только с появлением искусственных спутников земли удалось обеспечить передачу информации практически в любую точку нашей планеты.
Технология достаточно проста — в космос запускается специальный спутник, который выполняет функции информационного моста. Проще говоря, после запуска он будет находиться на фиксированном расстоянии от Земли и вращаться с той же скоростью, что и сама планета. То есть, относительно наблюдателя на земле спутник всегда будет в одном и том же месте. Так как спутник находится на значительном удалении от Земли, диаметр его «луча» на земле может быть очень большим и охватывать целые материки.
Исследования изменений в организме человека в космосе, вызванные невесомостью, малоподвижностью, позволили создать не только специальные тренажеры для космонавтов, но и костюмы «Адели» – для реабилитации детей, больных церебральным параличом. Напрягая мышцы в таком «скафандре», ребята учатся двигаться активнее.
Нагрузочные костюмы «Пингвин», «Регент» созданы по той же методике для взрослых с болезнью Паркинсона, нарушениями центральной нервной системы. Российские ученые погружали испытателей-добровольцев в ванны, на непромокаемый материал, чтобы имитировать условия невесомости, а теперь такой метод применяется для борьбы с отеками. А еще опыт космических полетов дал возможность разработать средства от декомпрессии, что уже позволило вылечить сотни людей. В российском Институте медико-биологических проблем был создан препарат, помогающий от головокружения и укачивания, уже испытано другое лекарство – для профилактики инфекции верхних дыхательных путей. Давно получили известность препараты, восстанавливающие работу кишечника. И это – лишь часть земной отдачи космоса. Так что ученые заняты не только здоровьем десятков космонавтов, но и десятков, сотен тысяч взрослых и детей в нашей стране.
Тефлон был создан еще в 1938 году, но только его использование в качестве теплоизоляции космических кораблей, открыло материал как отличное покрытие для сковородок. Благодаря уникально низкому коэффициенту трения, тефлон охотно начали использовать при производстве подшипников и прокладок. Тефлоновая электроизоляция защищает электрические схемы космических кораблей.
Ткани, покрытые тефлоном, используют для кровли крыш стадионов, тефлоновые пленки покрывают сотни километров нефтепроводов. Из тефлона уже сейчас делают суставы и изучают возможность создания искусственных нервов: тефлон был выбран в качестве синтетической основы для выращивания искусственных нейронов. Но широкой публике этот материал известен, прежде всего, благодаря своим уникальным антипригарным свойствам, сделавшим его совершенно незаменимым в быту.
«Молнии» и «липучки»
Эти элементы одежды вполне могла постигнуть судьба тефлона, ведь «молния» была изобретена еще в 1914 году, а «липучка» — в 1948. Оба изобретения так и пылились бы на полках патентных бюро, если бы их не начали активно использовать в одежде космонавтов, после чего они стремительно вошли в повседневный обиход. «Космическое измерение» в истории липучек началось в тот момент, когда астронавты обнаружили, что при передвижении в открытом космосе именно «липучки» позволяют быстро и эффективно застегнуться и расстегнуться. Затем липучки стали использовать горнолыжники, обнаружившие, что у их костюмов не так уж много отличий от костюмов астронавтов. За ними последовали и аквалангисты…
Настоящая же популярность пришла к «липучкам» после того, как в одной из телепередач с околоземной орбиты зрители увидели астронавтов, прикреплявших с их помощью продукты к стенам и к тому же демонстрирующих стояние вверх ногами в состоянии невесомости. Именно после этого «липучки» стали привычным элементом детской одежды. Поскольку в космических проектах используются наиболее ценные «земные» изобретения, то в данном случае телереклама «липучек» (скорее всего непреднамеренная) оказалась социально значимой: благодаря ей было существенно ускорено продвижение на рынок крайне полезного изобретения.
В Ракетно-космической корпорации «Энергия» совместно с МГТУ имени Баумана разработали «руку Терминатора» — протез кисти, чувствующий нужную силу сжатия. Речь идет о создании протеза кисти, очень напоминающего кибернетическую руку героев «Терминатора» и «Звездных войн». Безрукие инвалиды, подключившись к устройству, смогут не просто шевелить несколькими искусственными пальцами, но и сжимать их точно в зависимости от мысленного усилия, как если бы сжимались пальцы собственной руки. Эти же технологии могут найти применение при создании экзоскелетов для мощных боевых машин, повторяющих движения человека.
Тут все просто и понятно: изначально они понадобились в космосе, и некоторые из таких инструментов были разработаны для лунной миссии корабля Apollo. Астронавтам требовался инструмент без проводов, которым бы они могли проводить бурение на Луне грунта на глубину до трех метров. В процессе разработки специнструментов были решены не только вопросы «беспроводности», но и эргономичного расхода энергии. Так что, слушая, как соседи делают ремонт с помощью перфоратора, можно «благодарить» космических инженеров.
Строительство спутников дало огромный толчок к развитию технологии производства солнечных батарей. Теперь они есть в каждом калькуляторе, их устанавливают на крышах зданий для автономного энергоснабжения. Идея применять солнечные батареи в космосе впервые появилась больше полувека назад, во время первых запусков искусственных спутников земли. В тот период, в СССР, профессор и специалист в области физики, особенно в сфере электричества – Николай Степанович Лидоренко, обосновал необходимость применения бесконечных источников энергии на космических аппаратах.
Такой энергией могла быть только энергия Солнца, которая добывалась с помощью солнечных модулей. В настоящее время все космические станции функционируют исключительно за счет солнечной энергии. Большим помощником в этом деле является сам космос, так как солнечные лучи, так необходимые для процесса фотосинтеза в солнечных модулях, в избытке имеются в космическом пространстве, и нет никаких помех для их потребления.
Та же самая технология, по которой созданы огромные насосы, в считанные минуты переправляющие сотни тонн топлива в двигатели космических кораблей, помогает детям, которые нуждаются в пересадке сердца, выжить в ожидании донорского органа. Принцип действия и общие детали конструкции главных топливных насосов «Шаттла» оказались пригодными для дублирования в миниатюрном устройстве, подключаемом к сердцу больного человека.
Идея ультралегкого кровяного насоса родилась в сотрудничестве всемирно известного кардиохирурга Майкла Дебейки и инженеров космического центра Джонсона. Прежде всего — Дэвида Сокира, которому Дебейки много лет назад пересадил донорское сердце. Устройство уже было имплантировано более двум сотням взрослых. А теперь американские власти одобрили его использование в детях возрастом от 5 до 16 лет.
Огнестойкая ткань для костюмов пожарных впервые была использована при разработке скафандров астронавтов. Чтобы скафандр для программы «Аполлон» выдерживал все эти воздействия, его изготавливали из высокопрочных синтетических тканей, металла и пластмасс. Наружный слой скафандра защищает космонавта от температурных воздействий и от микрометеоритных частиц. Эта оболочка сделана из огнестойкой ткани (бета-ткань). В наиболее сильно стирающихся местах спереди и сзади сделаны накладки из металлизированной стальной ткани. Между двумя слоями бета-ткани находятся чередующиеся слои бета-маркизета и алюминизированного пластика, которые способны поглотить энергию микрометеоритов в случае пробоя ими скафандра и отразить лучистое тепло.
Прозрачные зубные скобы
Впервые прозрачные зубные скобы (брекеты) появились на рынке в 1987 году, и теперь их выпускают самые разные фирмы. Брекеты – это механические приспособления для исправления врожденной кривизны зубов. Зубы, зажатые в специальным образом установленные скобы, выравниваются. Изначально, металлические «тиски», или брекеты, изготовлялись только из металла. Это было не эстетично, но весьма практично, — спустя некоторое время людям, привыкшим с детства скрывать свою «неровную» улыбку, возвращалась возможность широко улыбаться. В основе прозрачных зубных скоб — прозрачный поликристаллический оксид алюминия, который изначально предназначался для защиты инфракрасных антенн станций сопровождения боевой ракеты с тепловой системой самонаведения.
Эта разработка появилась в результате сотрудничества одной из западных оружейных компаний с группой космических исследователей NASA. В то же время другой производитель, раздумывал над тем, как усовершенствовать брекеты. Оказалось, что прозрачный поликристаллический оксид алюминия отлично подходит в роли базового материала. Сегодня прозрачные скобы — один из самых успешных товаров в стоматологической индустрии. Выходит, что космос «подарил» миллионам землян красивую улыбку.
Источник