Космический полёт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ракета-носитель Протон выводит на орбиту модуль МКС Звезда в 2000 году.

Космический полёт — это путешествие или транспортировка в или через космос. Чёткая граница между Землёй и космосом отсутствует, и Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли. Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость[1][2], что делает полёт скорее орбитальным, чем аэродинамическим[3][4]. Классическое разделение между авиа- и космическим полётами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолётов.

История[править | править вики-текст]

Хотя представление о путешествиях к Луне, планетам и звёздам существовало давно, лишь в XX веке с развитием ракетной техники, которая обеспечивала бы необходимое ускорение для покидания планеты, это стало возможным и является единственным способом.

Теоретические начала и ракеты-пионеры[править | править вики-текст]

Впервые теоретические аспекты космических полётов исследовал русский учёный Константин Циолковский, который сформулировал основные математические положения ракетных двигателей и вывел формулу Циолковского. Немец Герман Оберт также установил в 1923 году основное уравнение ракетной техники и показал с помощью концепции многоступенчатой ракеты как Циолковский, как можно вывести выгодно бо́льший полезный груз на желаемую орбиту.

Первым упомянутым инженером и учёным был американец Роберт Годдард, который в 1910 году разработал маленький ракетный двигатель. В 1926 году ему удалось запустить первый жидкотопливный ракетный двигатель. Ещё ранее активным был в этой области астроном и пионер ракетной техники из Больцано Макс Валье. Он сделал первые европейские эксперименты с жидким топливом и построил автомобиль с ракетным двигателем, который ныне находится в немецком музее. При испытаниях в Берлине взорвалась камера сгорания, и металлический осколок убил 35-летнего инженера[5].

Изучение основ ракетостроения отдельных людей было до начала 1930-х фундаментом для развития новых технологий, которые только в совокупности военного интереса и государственного финансирования могли развиться. Большая часть развития космонавтики принадлежит Вернеру фон Брауну из Пенемюнде в 1934 году и Фау-2 (образец для многих советских и американских ракет) до Сатурна-5 с высадкой на Луну в 19691972 годах.

Кроме технических основ, появились и астрономические знания небесной механики, которые явились предпосылками к космическим полётам.

Армия и промышленность[править | править вики-текст]

44-месячный шимпанзе 31 января 1961 года, участвовавший в программе «Меркурий»

Развитие космической техники сначала используют в немецком рейхе, который видит в новой технологии возможность обхода Версальского договора. До начала Второй мировой войны так появились исследовательские и производственные комплексы в Пенемюнде под руководством Вернера фон Брауна, где появляется ракета Фау-2. Она стала первой тяжёлой управляемой ракетой в мире, прежде всего использовавшейся против Лондона и Антверпена. Этот тип ракет на основе относительной точности и чрезвычайно плохого отношения цены и разрушительной способности был неправильным решением с военно-экономической точки зрения. Военные стратеги и политики СССР и США увидели потенциал ракетной техники, который прежде всего был в том, что ракеты практически невозможно было перехватить или обнаружить, и из занятой Германии вывезли не только устройства и чертежи, но и производственные секреты. С этого уже в последние дни Второй мировой войны началась космическая гонка между двумя странами, которая должна была продолжиться следующие десятилетия. После войны как полноценные ракеты, так и производственное оборудование и многочисленные учёные и инженеры, были доставлены в США и СССР, которые сформировали там основу ракетостроения на ближайшие десятилетия. (англ. Operation Paperclip)

Космическая гонка во время Холодной войны[править | править вики-текст]

В наступающую Холодную войну космические полёты прежде всего имели массовое психологическое и пропагандистское значение. Наряду с несомненным военным значением они стали восприниматься современниками в качестве мерной линейки мощности и прогрессивности двух конкурирующих стран.

Вследствие так называемого Спутникового кризиса в октябре 1957 года американская общественность осознала, что СССР почти полностью ликвидировал технологическое отставание. С этого момента США также стали всемерно поддерживать космонавтику, и так началась явная космическая гонка. Советская космическая программа была во многих направлениях первооткрывателем. Она привела через месяц после запуска Спутника-1 к запуску впервые в мире спутника с живым существом на борту в космос — собаки Лайка. 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком полетевшим в космос, обогнув Землю, а спутники Луна-2 и Луна-9 первыми выполнили в 1959 году жёсткую и в 1966 году мягкую посадки на Луну соответственно. Против этого при президенте Кеннеди США сосредотачивают усилия на пилотируемом полёте к Луне, который 20 июля 1969 года с полумиллиардом телезрителей был, вероятно, самым большим медиасобытием Холодной войны в то время.

Хотя гражданское ведомство космической программы NASA стояло и до сих пор стоит в центре общественного внимания, основное её развитие — исключительно престижные военные проекты. Около три четверти искусственных спутников до сегодняшнего дня служили для военных целей. США с 1959 года имели в распоряжении спутники-шпионы, с 1960 года — метеоспутники, навигационные и спутники дальнего обнаружения.

СССР доводил свои начатые уже в 1960-х исследования манёвров стыковки, долгосрочных полётов, выходов в открытый космос космонавтов на первой космической станции Салют-1 до совместных учений космических стыковок с США в 1975 году и, наконец, до постоянно обитаемой космической станции Мир.

Сотрудничество и глобализация в космонавтике[править | править вики-текст]

Космическая станция «Мир»
Шаттл «Колумбия»

Во время существования станции Мир уже можно было наблюдать усиленное сотрудничество России и США. Так неоднократно Спейс шаттл стыковался со стареющей станцией и этим способствовал продолжению существования станции.

Совместные усилия превратились в проектирование Международной космической станции. После крушения шаттла Колумбия и изменения стратегии НАСА будущее МКС стоит под вопросом, так как в данный момент США вывели из эксплуатации Шаттлы.

Значимые события[править | править вики-текст]

Общие сведения[править | править вики-текст]

Современные ракетные двигатели работают по принципу реактивной отдачи. Аналогично пушке, которая откатывается назад, когда ядро выстреливается, ракета движется вперёд, когда выбрасывает рабочее тело. Важный показатель ракетного топлива с точки зрения привода — удельный импульс, который описывает эффективность двигателя и топлива. Чем он выше, тем лучше двигатель и топливо. Он показывает, как долго сила тяги производиться с массой топлива M равная его весу. Около небесного тела как Земля, чтобы вертикально взлететь, сила тяги должна быть больше веса. До сих пор на это способны только химические и ядерные ракетные двигатели.

Полёт[править | править вики-текст]

Запуск Союза

Различают орбитальный и суборбитальный космический полёт. Для достижения орбиты космический аппарат должен на минимальной высоте достичь первой космической скорости около 7,9 км/с в горизонтальном направлении, чтобы он стал искусственным спутником Земли. Если скорость будет меньше, то траектория станет баллистической. Чтобы достигнуть такой высокой скорости, на ракета-носителях применяют принцип многоступенчатости. Запуск такой ракеты производится с так называемой стартовой установки (англ. Launch pad, нем. Startrampe).

Чтобы снизить стоимость космических полётов, пытаются разработать многоразовый транспортный космический корабль, который может стартовать и приземляться горизонтально, как самолёт. Эти так называемые орбитальные самолёты, которые используют дополнительно воздушно-реактивные двигатели для подъёма.

В космосе[править | править вики-текст]

Каждый рукотворный объект, неважно космический корабль, станция или спутник, нуждаются как минимум в следующих компонентах:

Спутник[править | править вики-текст]

Спутник в космонавтике — искусственный космический объект, который совершает полёт по эллиптической или круговой орбите вокруг небесного тела, как планета или луна, выполняя научные, коммерческие или военные цели. Спутники, которые обращаются по своей орбите вокруг небесного тела, называют орбитальными аппаратами.

Космический аппарат[править | править вики-текст]

Под космическим аппаратом понимается транспортное средство, которое служит для перемещения в космосе. Маршевый двигатель в безвоздушном пространстве является обычным ракетным двигателем. Если космический аппарат предполагает пилотирование, то на его борту обязательно должна быть система жизнеобеспечения. Для стыковки с другими КА и космическими станциями необходимо, чтобы он имел стыковочный узел.

Орбитальная станция[править | править вики-текст]

МКС в марте 2009 года

Орбитальные станции включают в себя лаборатории, модули для проживания, шлюзовые и технические отсеки. Станции требуют обеспечения топливом для подъема их орбиты, доставки различных грузов для поддержания работоспособности станции и обеспечения нужд экипажа. Из-за высоких цен на транспортировку топлива и прочих запасов на станцию, необходимо разработать такую систему жизнеобеспечения, которая в значительной степени допускала бы автономную работу по обслуживанию станции, то есть систему с полузамкнутым (в идеале- полностью замкнутым) циклом. Особенно больших успехов удалось достигнуть в регенерации воды и воздуха. Для смены экипажей используют обычные космические корабли, для снабжения грузами, топливом и научным оборудованием используют грузовые космические корабли.

Транспортный космический корабль[править | править вики-текст]

Чтобы космические станции снабжать грузами и топливом, используют космические корабли снабжения. Они могут базироваться на пилотируемой версии космических аппаратов, как, например, российский Прогресс. Другие же сделаны специально для этой цели, как японский H-II Transfer Vehicle.

Автоматическая межпланетная станция[править | править вики-текст]

Автоматическая межпланетная станция — это автоматический летательный аппарат, который запущен в космос для исследовательских целей. В отличие от спутников, автоматические межпланетные станции покидают орбиту Земли и улетают к удалённым целям в космосе, чтобы их изучать. Из-за часто многолетней продолжительности полёта техническое оборудование на автоматической межпланетной станции должно отвечать высоким требованиям. Тестировать компоненты и собирать станцию трудоёмко, что объясняет её высокую стоимость. Большой проблемой является в отличие от околоземных спутников являются большие расстояния по земным меркам, из-за которых сигналы управления доходят за значительное время. По этой причине она должна располагать системой, которая в некоторой степени независима от наземной станции. В зависимости от задачи АМС делятся на:

Посадка[править | править вики-текст]

При вхождении космического аппарата или автоматической межпланетной станции происходит торможение. При этом температура поднимается выше 1000 °C. У капсулы космического корабля применяется абляционная защита, у многоразового транспортного космического корабля как Спейс Шаттл используют термические плитки. Если атмосфера отсутствует, то ракетные двигатели должны снизить скорость до нуля, например, при посадке на Луну. Посадка осуществляется либо вертикально с работающими двигателями, либо горизонтально.

Космические страны[править | править вики-текст]

Под космической страной понимается, государство, которое отправляло свои спутники на своих ракетах-носителях. Кроме того здесь представлены страны, которые работают над проектами своих ракет-носителей, но до сих пор они не были удачными (например, Бразилия).

СССР и Россия[править | править вики-текст]

Советская космонавтика достигла первых успехов в конце 1950-х начале 1960-х: запуск первого искусственного спутника под названием «Спутник-1» в 1957 году и первый пилотируемый полёт на «Востоке-1» в 1961 году. Однако советская лунная программа потерпела неудачу, и после высадки американцев на Луну СССР сконцентрировался на создании космических станций на околоземной орбите и долгосрочном пребывании человека в космосе. Собственным многоразовым транспортным космическим кораблём должен был стать «Буран», но программа была прекращена после единственного автоматического тестового полёта.

После распада СССР Россия также принадлежит к ведущим космическим странам. В составе экипажа МКС всегда присутствует по крайней мере один российский космонавт, а космические корабли «Союз», как и транспортёр «Прогресс» необходимы при эксплуатации МКС.

Россия занимает лидирующую позицию по количеству запусков в год. Но доля на международном рынке космических услуг (по состоянию на 2011 год) составляла всего 0,5% от общемирового[6].

США[править | править вики-текст]

История космонавтики США началась под давлением «Космической гонки» с официально подписанным актом «National Aeronautics and Space Act» президентом Дуайтом Эйзенхауэром 29 июля 1958 года, который предвидел образование НАСА. Новое ведомство начало свою работу 1 октября 1958 года. В то время оно состояло из 4 лабораторий и около 8 000 сотрудников.

Бразилия[править | править вики-текст]

Бразилия также пытается «закрепиться» в космосе. До сих пор это удавалось с небольшим успехом. В 1997 году вскоре после старта в Атлантический океан упала первая бразильская ракета-носитель VLS-1. В 1999 году произошло крушение ракеты, а 23 августа 2003 года взрыв ракеты на базе в Алкантаре, который унёс 21 человеческую жизнь.

Китай[править | править вики-текст]

Китай очень давно усиленно развивает свою космонавтику. 15 октября 2003 года отправился в космос первый тайконавт на ракете-носителе серии «Шэньчжоу». Таким образом Китай стал третьей страной после России и США, которая осуществила пилотируемый космический полёт. Также запланированы своя космическая станция, автоматический полёт на Луну до 2016 года, пилотируемый полёт на Луну до 2024 года. Первый запуск автоматического лунного зонда с названием Чанъэ-1 состоялся 24 октября 2007 года.

Европа[править | править вики-текст]

Европа заняла господствующее положение на рынке запусков коммерческих спутников в космос с семейством ракет Ариан, после того как раньше в 1960-е и 1970-е развитие своей ракеты-носителя осталось безуспешным. После того как ESA в 1980-е очень тесно работало с США, например Spacelab (англ. Spacelab), появились также другие возможности для сотрудничества после падения Железного занавеса. Первым шагом стало посещение европейскими космонавтами космической станции Мир. В строительстве и эксплуатации Международной космической станции принимает участие Европа со своими разработанными элементами. Коламбус — научная лаборатория, которая была установлена 11 февраля 2008 года. ATV, полностью автоматический грузовой космический корабль, запускается ракетой-носителем Ариан-5 и пристыковывается к МКС. Его главная задача — транспортировка ракетного топлива, воды, научное оборудование и другие предметы снабжения. При последующей отправке отходов жизнедеятельности ATV сгорает в земной атмосфере, гружённый мусором с МКС.

Индия[править | править вики-текст]

Индия также усиливает свою космическую активность и может уже похвастаться несколькими спутниками и ракетами-носителями (ASLV, PSLV, GSLV с техникой из программы Ариан-4), сделанными в собственной стране. Первый успешный запуск спутника Индия осуществила 18 июля 1980 года[7]. В 2007 году было заявлено о собственном лунном спутнике. 22 октября 2008 года Индия запустила свой лунный спутник «Чандраян-1»[8]. Здесь сыграло свою роль и международное сотрудничество, прежде всего с США. Так в автоматическом лунном полёте использовались два американских инструмента: радар для трехмерной картографии лунной поверхности и система поиска полезных ископаемых[9].

Главная движущая сила индийской космонавтики — нынешний президент Абдул Калам. Он был ранее ответственен за развитие ракетной и космической программ, и наряду с Викрамом Сарабхаем (англ. Vikram Sarabhai, нем. Vikram Sarabhai) его называют отцом индийской космонавтики. Однако в июле 2006 года космонавтика Индии потерпела неудачу: ракета-носитель Агни-3 при испытаниях отклонилась от курса и упала в Бенгальский залив[10].

Иран[править | править вики-текст]

2 февраля 2009 года Ирану удалось вывести первый спутник «Омид» в космос. Спутник согласно иранским задачам делал 15 оборотов вокруг Земли ежедневно и передавал параметры своей орбиты[11]. Позже Иран заявил, что запущенный спутник полностью выполнил свои задачи и не столкнулся с какими-либо техническими проблемами[12].

Израиль[править | править вики-текст]

Израиль в 1988 году произвёл первый успешный запуск своей ракеты-носителя Шавит. Далее последовали запуски Офек—спутников в качестве полезного нагрузки.

Япония[править | править вики-текст]

В Японии тоже разрабатываются свои ракеты-носители, спутники и автоматические межпланетные станции. Помимо этого Япония участвует в МКС с запуском модуля Кибо. Однако призрачно направленная «космическая» политика до сих пор не могла применяться в полном объёме на практике. Без конца неудачи и финансовые проблемы приводили к замедлениям, хотя население в отличие от европейцев относится более заинтересовано к этому.

Южная Корея[править | править вики-текст]

С 2002 года Южная Корея планировала на базе исследовательской высотной ракеты построить собственную ракету-носитель с обозначением «KSLV-1», чтобы выводить маленькие до 100 кг спутники в космос. Но южнокорейское правительство решило, что Южная Корея до 2015 года должна принадлежать к десяти ведущим космическим нациям. Чтобы осуществить амбициозные планы, KSLV-программа была ограничена. После этого в конце 2004 года российскому предприятию ГКНПЦ имени М. В. Хруничева была поручена разработка первой ступени KSLV-1, которая должна базироваться на намного большей Ангаре. Южная Корея хочет вести разработку дальше, чтобы построить более мощные последующие модели KSLV-2 и KSLV-3. Кроме того строится новый космодром. 25 августа 2009 года состоялся первый запуск KSLV-1.

Северная Корея[править | править вики-текст]



Коммерческая и частная космонавтика[править | править вики-текст]

Первая область космонавтики, которая стала пригодна для коммерциализации, были спутниковая связь и DTH. Первым экспериментальным спутником связи был военный SCORE. Первым гражданским спутником связи был пассивный Эхо, а первым активным — Телстар. Пассивные спутники связи оказались непригодны для коммерческого использования. У Телстар оказалась низкая орбита, что делало нерациональным его использование. Поэтому системы на низких орбитах на западе заменялись геостационарными спутниками. Первым работающим, ещё экпериментальным, был Syncom 2.

Затем была основана спутниковая фирма Intelsat телекоммуникационными фирмами и властями западного мира для коммерческого использования спутников связи. В США в последующие годы возникли полсностью частные спутниковые фирмы. В Европе так же в некоторых странах государственными управлениями телекоммуникационной связью организовали системы спутниковой связи, которые позже прекратили работу или были переданы в частную собственность. Государственное спутниковое телевидение в Европе никогда не могло правильно развиться, так как с самого начала доминировала частаная Астра-система. После приватизации Интелсата спутниками связи государственные организации занимаются всё ещё в исключительных случаях, например, военными спутниками связи или экспериментальными. Также большинство услуг по запуску спутников предлгают и частные фирмы. Но использованные ими ракеты-носители разрабатываются всё же с денег налогов организаций космической отрасли, или развитие субсидируется. Полностью частно финансируемых ракет-носителей очень мало. Большинство ещё находится в стадии планирования или разработки.

Будущее развитие[править | править вики-текст]

Несущая система[править | править вики-текст]

Совмещённый воздушный и космический аппарат или космический лифт должны уменьшить расходы на запуски и дать большую экономическую выгоду. Благодаря нанотехнологиям получилось сделать ракетный двигатель из нового сырья, которое есть в больших количествах (вода, алюминий), что делает возможным полёт со сравнительно безвредными выбросами. По представлению Ойгена Зенгера, сверхинженерно-технические возможности имеет фотонный двигатель, с помощью которого можно было бы достичь других звёзд и галактик.

Исследования[править | править вики-текст]

Поиск жизни вне пределов Земли в последние годы всё больше в центре внимания, но дальше изучения основ дело не пойдёт, к примеру, с помощью телескопа Джеймса Вебба или Laser Interferometer Space Antenna.

Космический туризм[править | править вики-текст]

В качестве космического туризма понимается развлекательное или обучающее путешествие по суборбитальной или околоземной орбите. Цели в настоящее время — околоземная орбита и полёты к МКС для посещения. Американская компания Space Adventures собирается в сотрудничестве с Россией в будущем предлагать полёты вокруг Луны. С 2012 года[15] Virgin Galactic планирует предлагать суборбитальные коммерческие полёты за 200 000 $.

Лунная база[править | править вики-текст]

В настоящее время NASA разрабатывает семейство ракет-носителей Арес. Цель — снова высадиться на Луне. Вместо коротких полётов в этот раз должна быть построена лунная база. Таким образом должны быть открыты новые исследовательские направления.

Высадка на Марс[править | править вики-текст]

NASA планирует уже после 2030 года отправить людей на Марс. При этом стоимость и сложность несравненно больше, чем при лунном полёте.

Космический отель[править | править вики-текст]

Наиболее близкий к реализации проект принадлежит компании Бигелоу Аэроспейс, которую основал в 1999 году владелец отеля и агент по недвижимости Роберт Бигелоу. 12 июня 2006 года Россией был запущен один из первых экспериментальных спутников Бигелоу Аэроспейс под названием Genesis-1, который должен опробовать технологию. 28 июня 2007 года был произведён запуск Genesis 2 на ракете-носителе Днепр после нескольких переносов. Идея заключается в том, чтобы в космос перенести жилой модуль с надувной оболочкой. При этом идёт речь о технологии, которую первоначально разрабатывает NASA. После разработки Роберт Бигелоу купил патент на эту технологию.

Добыча сырья[править | править вики-текст]

Многие астероиды содержат такие металлы, как платина, железо или никель. Луна также имеет для термоядерного синтеза гелий-3. Учитывая уменьшение земных ресурсов, добывать сырьё могло бы иметь смысл на других небесных телах.

Колонизация космоса[править | править вики-текст]

Колонизация космоса — концепция обитания людей вне пределов Земли. Это большая тема для научной фантастики, а также в долгосрочной перспективе для различных национальных космических программ. Такие колонии могли бы достигать поверхности планет и лун или глубин астероидов. Можно также построить большое колесо или трубу в космосе, вращением которых создать искусственную силу притяжения.

Космические агентства[править | править вики-текст]

Европа[править | править вики-текст]

Мировые[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. — 3-е изд. — М.: Наука, 1980. — 512 с.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Sanz Fernández de Córdoba. Presentation of the Karman separation line, used as the boundary separating Aeronautics and Astronautics (англ.). Официальный сайт Международной авиационной федерации (21 июня 2004 года). Проверено 26 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  2. Найдена ещё одна граница космоса. Мембрана (10 апреля 2009 года). Проверено 12 декабря 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  3. Андрей Кисляков. Где начинается граница космоса?. РИА Новости (16 апреля 2009 года). Проверено 4 сентября 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  4. Ученые уточнили границу космоса. Lenta.ru (10 апреля 2009 года). Проверено 4 сентября 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  5. Валье Макс. Большая советская энциклопедия. Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  6. Екатерина Калышева. Первое место, но меньше процента. Российская газета (12 апреля 2011). Проверено 18 мая 2014. Архивировано из первоисточника 20 мая 2014.
  7. Индия: через тернии к звёздам. Космическая энциклопедия «Astronote». Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  8. Индия отправила спутник к Луне. «Мембрана» (22 октября 2008 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  9. Космическая программа Индии: от "Ариабаты" до "Чандраяна‑1". Справка. «РИА Новости» (22 октября 2008 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  10. Космическая программа Индии: от "Ариабаты" до "Чандраяна‑1". Справка. «Lenta.ru» (10 июля 2006 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  11. По распоряжению gрезидента выведен на орбиту спутник "Омид" ("Надежда"). Посольство Ирана в РФ. Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  12. Первый иранский спутник «замолчал»(недоступная ссылка — история). Известия (19 марта 2009 года). Проверено 16 января 2011.
  13. Впервые в мире частный пилотируемый аппарат побывал в космосе. «Мембрана» (21 июня 2004 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  14. Atea-1 from Rocket Lab NZ (англ.). NZAviation.com (30 ноября 2009 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.
  15. Virgin Galactic провела испытания космического туристического корабля. «РИА Новости» (23 марта 2010 года). Проверено 16 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 апреля 2012.

Ссылки[править | править вики-текст]