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
На крыльях в космос: история космопланов
История работ над проектами различных многоразовых авиационно-космических систем насчитывает не один десяток лет. В апреле 1981 года состоялся первый полет на орбиту американского Space Shuttle, а чуть позже в космос полетел крылатый «Буран».
Сегодня многие связывают развитие пилотируемой программы именно с созданием космопланов. Обсуждаются такие проекты и у нас в стране. Тем более, что Россия обладает для этого отличным техническим заделом – успешно реализованной программой «Энергия-Буран».
Космический взлет «по-самолетному»
Практически сразу после первых полетов в космос появилась идея использования крылатых космических кораблей. Разработка самолетов, способных подниматься на большие высоты и выходить в космос, началась еще раньше – в конце 1950-х годов. Первым таким реализованным проектом стал американский гиперзвуковой самолет-ракетоплан North American X-15. Считается, что в 1959 году он взлетел так высоко, что оказался в космическом пространстве.
Впрочем, здесь следует уточнить, что этот факт во многом зависит от того, что именно понимать под космосом. По американским стандартам North American X-15 и его пилоты побывали в космосе 13 раз, потому что именно столько раз они поднимались на высоту более 80 км. По международным законам – только два раза, потому что согласно Международной авиационной федерации (ФАИ) космическим считается полет на высоте от 100 км над уровнем моря. При таких условиях летательный аппарат может стать искусственным спутником планеты, то есть крутиться по орбите вокруг Земли. Спутникам, как известно, крылья не нужны, а вот космическому кораблю они бы не помешали. Так посчитали специалисты NASA и в октябре 1968 года с идеей создания такого корабля обратились к американским космическим компаниям.
Считалось, что многоразовая космическая система в первую очередь позволить значительно снизить расходы на каждый пуск и стоимость полезного груза, выведенного на орбиту. В США началась работа над созданием многоразовой системой, которая получила название «Спейс шаттл» (Space Shuttle).
Первым прототипом «Спейс шаттла» стал «Энтерпрайз», названный так в честь корабля из популярного фантастического сериала Star Trek. Как и корабль из сериала, шаттл «Энтерпрайз» в настоящий космос не полетел, но позволил провести важные испытания на Земле.
Пуск «Колумбии». Фото: NASA / wikipedia.org
Первым действующим космическим челноком стала «Колумбия», чей полет состоялся 12 апреля 1981 года. В этом фактически испытательном пуске, рискуя жизнью, приняли участие два астронавта. Тогда все сложилось удачно. Трагедия с «Колумбией» случилась гораздо позже – в 2003 году на 28 пуске. При крушении погибли семь членов экипажа. Такая же судьба была и у второго космического челнока – «Челленджера». Он выдержал девять пусков, а в 1986 году при своем десятом запуске разбился с восемью астронавтами на борту.
Последний полет по программе «Спейс Шаттл» состоялся в 2011 году. Всего за 30 лет использования шаттлы совершили 135 космических путешествий. Каждая такая поездка обходилась в немаленькую сумму – от 500 млн до 1,3 млрд долларов, а каждый килограмм «космического багажа» стоил около 15 тыс. долларов. В то же время наша одноразовая ракета «Союз» выводила в космос грузы по цене примерно в два-три раза дешевле. Программа «Спейс Шаттл» планировалась как коммерчески выгодная, а в итоге стоимость доставки грузов на орбиту на американских шаттлах оказалась самой высокой за всю историю космических полетов.
«Буран», опередивший время
Неудивительно, что космическая гонка между США и СССР не смогла обойти идею многоразовых космических систем. Наблюдая за деятельностью американских коллег, советские конструкторы обсуждали этот вопрос на самом высоком уровне. Идею крылатых космических кораблей активно продвигало ОКБ-52 во главе с Владимиром Николаевичем Челомеем. В Кремле они представляли свои предложения по созданию космоплана для полета к Марсу и Венере, а также разработке пилотируемых и беспилотных ракетопланов для околоземных полетов.
При этом сама идея возвращения из космоса на крыле находила поддержку не у всех конструкторов. К примеру, Сергей Павлович Королев допускал, что крылатый космоплан может быть незаменимым, например, при посадке на Марс. Но что касается околоземных полетов, то «дорого таскать крылья в космос».
Тем не менее в СССР в 1973 году началась разработка многоразовой космической системы «Энергия-Буран». Специально для реализации программы было создано НПО «Молния» (с 2018 года это объединение входит в группу компаний «Калашников» и продолжает работы по авиационно-космической тематике). Главным конструктором «Молнии» был назначен Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский, до этого занимавшийся проектом «Спираль», в рамках которого разрабатывался орбитальный самолет. «Спираль» не получила поддержки у советского руководства и Лозино-Лозинского переориентировали на создание «Бурана».
Г.Е. Лозино-Лозинский (третий слева) показывает процесс сборки «Бурана» правительственной делегации
Г.Е. Лозино-Лозинский (третий слева) показывает процесс сборки «Бурана» правительственной делегации Работу над «Бураном» можно назвать самой масштабной космической стройкой в истории страны. В ней приняли участие более тысячи предприятий, многие из которых сегодня входят в состав Ростеха. В программе «Буран» большую роль играл Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова (ЛИИ им. Громова), входящий сейчас в Объединенную авиастроительную корпорацию (ОАК). Здесь испытывалась автоматическая система управления, принципиально отличающая «Буран» от челноков пилотируемых человеком.
НПО «Молния» совместно с НПО «Энергия» и ЛИИ им. Громова разработали и построили летно-моделирующие стенды, пункт управления летным экспериментом, несколько летающих лабораторий. Атмосферный участок полета «Бурана» отрабатывался на созданной в НПО «Молния» летающей лаборатории БТС-002 – полноразмерной копии орбитального космического корабля с дополнительными турбореактивными двигателями. Более 20 полетов на БТС-002 как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме были выполнены летчиками-испытателями ЛИИ им. Громова.
Остекление кабины и композитные детали «Бурана» были изготовлены на ОНПП «Технология». Тогда специалистами предприятия был изобретен инновационный материал гравимол, способный выдержать до +1650 °С. Можно сказать, что участие «Технологии» в проекте «Энергия-Буран» заложило основы композитного производства у нас в стране.
Кабина «Бурана» разрабатывалась специалистами Экспериментального машиностроительного завода им. В.М. Мясищева, который сегодня входит в Объединенную авиастроительную корпорацию (ОАК). Здесь же была предложена и создана уникальная система ВМ-Т для транспортировки планера космического челнока и крупногабаритных агрегатов по проекту «Энергия-Буран». В течении нескольких лет транспортные самолеты ВМ-Т «Атлант» совершили более 150 полетов, обеспечивая проведение наземных испытаний, а затем и сам космический полет.
Уникальная парашютная система космоплана была создана в НИИ парашютостроения (холдинг «Технодинамика» ). Специалистами НИИ авиационного оборудования (ныне в составе КРЭТ ) были разработаны комплексы приборной панели корабля, а посадку «Бурана» обеспечили системы производства другого предприятия КРЭТ – «Аэроприбор-Восход».
Приземление «Бурана» на аэродроме Юбилейный 15 ноября 1988 г.
В результате, 15 ноября 1988 года с космодрома Байконур ракета-носитель «Энергия» вывела космический корабль на околоземную орбиту. «Буран» два раза обогнул планету и приземлился на аэродроме «Юбилейный». Визуально посадка «Бурана» ничем не отличалась от приземления американских челноков. Однако «Буран» произвел свой полет и посадку полностью в автоматическом режиме – советским «шаттлом» управлял не экипаж, а бортовой вычислительный комплекс. Автоматический полет «Бурана» попал на страницы Книги рекордов Гиннесса и до сих пор этот рекорд не побит. К сожалению, первый полет «Бурана» стал и последним.
Подробно о том, как развивалась программа «Энергия-Буран» и чем она удивила весь мир, читайте в этой статье .
Планы для космоплана
На заре создания многоразовых авиационно-космических систем их основным назначением считался менее затратный и более оперативный по сравнению с одноразовыми ракетами доступ в космос. Но, как оказалось, проектирование такой технически сложной системы весьма затратно, да и эксплуатация не всегда экономически выгодна.
В наши дни современные технологии могут предоставить новые возможности космическому взлету «по-самолетному». Это не только организация доставки грузов на орбиту и обратно на Землю. Рассматриваются такие возможности, как трансконтинентальные перелеты, а также развитие космического туризма с пребыванием на орбите в течение нескольких дней и возвращением на аэродром вылета.
фото: Ralf Manteufel / wikimedia.org
Создание авиационно-космических систем сможет стать своего рода платформой для реализации прорывных решений. Проект такого масштаба способен аккумулировать в себе практически весь научный и промышленный потенциал страны с последующим внедрением новых технологий во многих секторах экономики. Такой была и программа «Энергия-Буран», в ходе выполнения которой была создана разнообразная номенклатура военных и гражданских разработок. Сотни этих решений нашли применение в различных сферах. К примеру, системы автоматического пилотирования, разработанные для космоплана, используются в современных истребителях и беспилотниках. Ну и, конечно, они могут стать базой при разработке нового российского космоплана – тема многоразовых крылатых космических кораблей продолжает развиваться.
События, связанные с этим
Телескоп «ТАЛ-Вега»: расширяя горизонты
От ракеты до «Кометы»: самые знаковые проекты «Технологии»
Источник