Космічні апарати

Космічні апарати

Реферат на тему:

«Космічні апарати».

КОСМІЧНА РАКЕТА — багатоступінчаста ракета для виведення космічних апаратів (штучних супутників Землі, АС, космічних кораблів) на орбіту супутника Землі чи міжпланетну трасу. Вона — єдиний засіб проникнення в космічний простір, найдосконаліший витвір рук людини, що тримає сьогодні рекорд швидкості й дальності польоту. Принцип реактивного руху, відомий ще з давніх-давен, людина Землі використала для проникнення в космічний простір лише в XX ст. саме завдяки створенню космічної ракети. Ідею використання космічної ракети як засобу космічного польоту подав і науково обґрунтував наш геніальний співвітчизник K. Е. Ціолковський.

Космічна ракета, або «ракетний поїзд», як називалась вона у Ціолковського, являє собою сукупність ракет-ступенів, що в міру витрати палива автоматично чи за командою з Землі відокремлюються від ракети, звільняючи її від зайвого вантажу. В польоті ракети-ступені працюють послідовно. Гігантську ракету-стрілу відриває від землі стартовий перший ступінь. Він найпотужніший, адже на нього припадає найбільше навантаження — подолати якомога швидше найгустіші шари земної атмосфери. На висоті кількох десятків кілометрів його паливні баки пустіють, двигуни стихають, і він відокремлюється від ракети, виконавши свою частку праці. Вступає в дію другий ступінь, і після закінчення роботи він теж відокремлюється, передаючи космічну естафету на включення двигунів наступного ступеня. I так, поки не буде досягнуто швидкості, потрібної для виведення космічного апарата на трасу польоту.

Саме за допомогою космічних ракет людина вступила у двобій з силами земного тяжіння і перемогла. А наскільки надійний її помічник у цьому, свідчать такі цифри. Потужність ракети, що вивела на орбіту космічний корабель «Восток-1» вагою 4725 кг, становила близько 15 млн. квт. Це майже у 25 раз більше, ніж потужність Дніпровської ГЕС. Загальна довжина ракети-носія «Восток» становила 38 м, а діаметр її біля основи — понад 10 м.

На початку польоту космічна ракета рухається строго вертикально, потім її траєкторія викривлюється за наперед наміченою програмою. Та частина траєкторії, на якій ще працюють ракетні двигуни, називається активною ділянкою (ділянкою розгону), після неї починається пасивна ділянка, де рух в основному визначається лише гравітаційними силами.

— А навіщо взагалі робити ракету багатоступінчастою? — спитаєте ви. — Хіба не можна створити таку одну велику потужну ракету, яка б розігнала космічний апарат хоча б до першої космічної швидкості? Виявляється, що ні. Можливості одноступінчастої ракети строго обмежені. I перший це зрозумів Ціолковський. Він навіть вивів формулу для швидкості v, яку розвиває ракета:

де c — швидкість витікання газів, m0 — початкова маса ракети, m — кінцева. 3 цієї формули випливає, що для досягнення швидкості 8 км/сек потрібно, щоб або c = = 6,4 км/сек, або = 45, тобто, щоб стартова вага ракети перевищувала кінцеву в 45 раз. I це без урахування атмосфери та сил тяжіння, які аж ніяк не можна нехтувати. Та й швидкості витікання у сучасних реактивних двигунів становлять лише 2,5—3,5 км/сек, чого явно не досить. Отже, єдино правильним лишається будувати складені ракети, які поступово розганятимуть апарат до першої чи другої космічної швидкості. Швидкості реактивного струменя сьогоднішніх ракетних двигунів досить, щоб трьома або чотирма ступенями здійснити запуск штучного супутника Землі чи міжпланетного корабля [41]. Ми є свідками стартів космічних ракет, що несуть у безодню космосу корисні вантажі (кораблі, станції тощо) вагою в кілька десятків тонн [40, 54].

КОСМІЧНА СТАНЦІЯ — штучний супутник Землі або іншого небесного тіла, пристосований для проведення різноманітних наукових досліджень. По суті космічні станції c науково-дослідними лабораторіями багатоцільового призначення, форпостами науки в безмежних просторах космосу. Станції-супутники дають змогу вивчати процеси і явища в земній атмосфері, вони, зокрема, відкрили радіаційний пояс та геокорону Землі, їх використовують для розв" язання завдань навігації, метеорології, астрономії, геофізики, далекого радіота телезв" язку тощо. А важкі станції-супутники вже сьогодні стали стартовими площадками для запуску космічних ракет з АС до інших планет та Місяця, являючи собою прообраз майбутніх проміжних баз міжпланетних сполучень.

Особливо цінні позаземні орбітальні станції, траси яких проходять за межами густих шарів атмосфери. Такі станції-обсерваторії, оснащені звичайною наземною астрономічною апаратурою (телескопами, спектрометрами, коронографами тощо), вже значно розширили можливості наук, що вивчають космос. Широкий комплекс досліджень проведено такими космічними станціями-супутниками, як «Електрон», «Протон», «Космос». Багато космічних трас освоїли автоматичні міжпланетні станції «Венера», «Марс», «Зонд», «Луна», «Марінер» та ін.

Великого значення тепер набуває створення заселеної позаземної станції-супутника. Такими станціями в мініатюрі е вже сьогодні пілотовані космічні кораблі-супутники. Висунуто багато проектів великих заселених станцій— свого роду острівців життя у безмежних просторах космосу, — монтаж яких здійснюватиметься на орбіті частинами. I шлях до цього вже прокладено. Стикування космічних апаратів на орбіті є початком будівництва у космосі. Першу таку діючу «споруду» у космосі було створено 16 січня 1969 p. під час спільного польоту радянських космічних кораблів «Союз-4» і «Союз-5». В результаті їх стикування на орбіті була складена і почала функціонувати перша в світі експериментальна космічна станція з чотирма відсіками для екіпажу.

А 7 червня 1971 p. внаслідок стикування транспортного космічного корабля «Союз-11″ з орбітальною науковою станцією „Салют“ була створена і почала функціонувати перша пілотована орбітальна наукова станція. Вперше було розв» язано завдання доставки екіпажу транспортним кораблем на борт наукової станції — супутника Землі. Загальна вага космічної системи «Салют—Союз-11″ становила понад 25 т, об» єм приміщень — більше 100 куб. м. Екіпаж станції в складі космонавтів Г. Т. Добровольського, В. М. Волкова та В. I. Пацаєва виконав важливі науково-технічні дослідження й експерименти [36, 41, 58].

КОСМІЧНИЙ ЛІТАЛЬНИЙ АПАРАТ (КЛА) — загальна назва апаратів для польотів у космосі. Космічними літальними апаратами c штучні супутники Землі та Місяця, космічні кораблі, автоматичні станції, космічні ракети та ракети-носії [32, 53].

КОСМІЧНИЙ КОРАБЕЛЬ (KK) — літальний апарат для польотів у космос людини. Від інших типів космічних літальних апаратів KK відрізняється наявністю герметичної кабіни з життєзабезпечення системою. Космічними кораблями є апарати «Восток», «Восход», «Союз», «Меркурій», «Джеміні», «Аполлон». Ось, наприклад, яким був перший радянський космічний корабель «Восток-1», що на ньому перший космонавт планети Ю. 0. Гагарін здійснив космічний політ навколо Землі [41].

«Восток-1» складався з двох основних частіш — спускного апарата, яким була кабіна космонавта з системами життєзабезпечення і приземлення, та приладового відсіку з гальмовою установкою та бортовою апаратурою. Керування кораблем здійснювалось автоматично, проте в разі потреби керувати ним міг би і сам космонавт. Зовнішня поверхня кабіни вкрита теплозахисним шаром, а три ілюмінатори її мають жароміцні стекла. Кабіна мала також три люки. Вона досить простора. В центрі її містилося крісло космонавта — його робоче місце в польоті, в ньому він сидів, лежав, спав.

Крісло — складний пристрій, пристосований для багатьох цілей. У кріслі містились аварійні запаси їжі, радіоапаратура, запас кисню, вентиляція, за допомогою якої повітря проштовхувалося через скафандр і виносило виділене організмом тепло тощо. Його встановлено так, що перевантаження як правило діяли на космонавта в напрямі «груди—спина». Прямо перед космонавтом — глобус, що довільно обертався, вказуючи, в якому місці над земною кулею перебуває космонавт. Одягнено космонавта в скафандр, який мав захистити його в разі розгерметизації кабіни. Температура в кабіні корабля, тиск, газовий склад («атмосфера» корабля) такі самі, як і на землі. Корабель — це маленький світ, острівець життя, який пливе по орбіті навколо Землі. Телеметрична апаратура уважно прислухається до пульсу й дихання космонавта, вимірює тиск його крові і по радіоканалах передає на землю лікарям.

Складне господарство «Востока-1». Тут численні системи — життєзабезпечення, контролю, ручного керування, приземлення, орієнтації, джерела енергоживлення, парашутні системи, пристрій для катапультування тощо. А телевізійна система давала змогу спостерігати за космонавтом з Землі. Особливу увагу приділено гарантуванню безпеки польоту і повернення. Якби вийшли з ладу автоматичні пристрої, що керують спуском, космонавт міг би перейти на ручне керування системою орієнтації та гальмовими двигунами. Для більшої надійності передбачалась також можливість природного гальмування в атмосфері під час спуску. Тому запаси їжі, води та ін. були розраховані на 10 днів.

Більш досконалим є корабель «Союз». Він складається з таких основних відсіків: орбітального відсіку, кабіни космонавта і приладо-агрегатного відсіку. Орбітальний відсік є науковою лабораторією, де космонавт провадить наукові дослідження і відпочиває. Зокрема тут він виконує необхідний комплекс фізичних вправ, приймає їжу, спить. Відсік має чотири ілюмінатори.

Кабіна космонавта, або спускний апарат, призначена для розміщення екіпажу під час виведення корабля на орбіту, маневрування на орбіті та під час спуску. Вона сполучається з орбітальним відсіком, розміщеним у передній частині корабля, за допомогою люка. Завдяки зовнішньому теплозахисному шару і внутрішньому теплоізоляційному температура в кабіні на момент посадки не перевищує 25—30°С. В кабіні розміщено крісло космонавта, радіоапаратуру зв" язку, прилади керування, в спеціальних контейнерах — основну й запасну парашутну системи. На корпусі встановлено двигуни системи керування спуском і двигуни м" якої посадки. Безпосередньо перед пілотом встановлено пульт керування кораблем. Обладнання корабля забезпечує можливість пілотувати корабель без участі наземного командного комплексу. Під час польоту в кораблі можна перебувати у звичайному легкому одязі, без скафандрів. Порівняно з кабінами попередніх кораблів кабіна «Союза» має ряд переваг. Зокрема, її форма забезпечує при польоті в земній атмосфері аеродинамічну підйомну силу, що робить спуск корабля керованим.

Приладо-агрегатний відсік призначений для розміщення апаратури та обладнання основних систем корабля і рушійних установок (агрегати систем терморегулювання, енергоживлення, орієнтації і керування рухом тощо). Саме тут міститься рушійна реактивна установка, яка використовується для виконання маневрів на орбіті (до висоти 1300 км) та для спуску корабля на землю. Два двигуни її (основний і дублюючий) мають силу тяги по 400 кг кожний.

На приладо-агрегатному відсіку встановлено сонячні батареї з корисною площею 14 м² і основні антенно-фідер-ні пристрої, які забезпечують надійний зв" язок з наземними службами. Загальний об" єм робочих відсіків корабля досить значний — близько 9 м³.

Корабель «Союз» оснащено системою автоматичного стикування, яку двічі успішно перевірено під час парних польотів супутників «Космос». Конструкція корабля надійно захищає екіпаж від дії космічної радіації.

«Союз» — комфортабельний корабель, з широкими маневреними можливостями, обладнаний надійними системами та раціональний своєю конструкцією [36, 54].

КОСМІЧНІ КОРАБЛІ-СУПУТНИКИ — назва п" яти важких автоматичних штучних супутників Землі, запущених у Радянському Союзі в 1960—1961 pp. з метою відпрацювання й перевірки всіх систем корабля, що забезпечують політ людини в космос та повернення її на Землю. Останнє досягається тим, що на цих супутниках встановлено ще гальмову рушійну установку, яка забезпечує їх спуск і успішне приземлення в заданому районі.

Перший космічний корабель-супутник було запущено 15 травня 1960 p. з метою відпрацювати виведення корабля на орбіту, забезпечення нормальної роботи системи кондиціонування повітря в кабіні, перевірки роботи систем стабілізації, орієнтації, гальмової установки, сонячних батарей, радіозв" язку, спуску корабля тощо. На борту корабля було встановлено герметичну кабіну вагою близько 2500 кг з вантажем, що імітував вагу людини, і з усім обладнанням, необхідним для майбутнього польоту людини, а також різноманітну апаратуру. 19 травня 1960 p. після перевірки надійності функціонування кабіна була відокремлена від корабля, разом з ним увійшла в густі шари атмосфери й припинила своє існування.

В результаті було одержано значний матеріал для майбутнього керованого польоту людини у космос. Основні положення, прийняті при створенні космічного корабля, виявились правильними. Запуском першого корабля-супутника почалося здійснення великої й складної програми створення космічних кораблів для польоту людини у космос.

Другий космічний корабель-супутник запущено 19 серпня 1960 p. Завданням було вдосконалити системи життєзабезпечення та повернути корабель на Землю. В кабіні, обладнаній всім необхідним для майбутнього польоту людини, знаходились піддослідні тварини — білі пацюки, чорні і білі миші в клітках, двоє собак — Бєлка й Стрєлка — в катапультовному контейнері, кілька сот мух, дві посудини з рослинами, насіння цибулі, пшениці, кукурудзи, посудини з грибами, водорість хлорела тощо.

Собаки мали «інформувати» про свій стан на всіх етапах польоту. Їx поведінку можна було спостерігати на телеекранах. Це був перший телевізійний репортаж з космосу. Чорні і білі миші повинні були «показати» можливість мутаційних змін, а мухи правили за об" єкт генетичних досліджень, зокрема вивчався вплив випромінювання космосу на спадковість комах. Клаптики шкіри людини й кролика, що також подорожували на кораблі, повинні були після приживлення дати відповідь на питання щодо можливих змін у стані білка.

Після завершення програми досліджень, розрахованої на одну добу, і одержання даних про життєдіяльність тварин і функціонування боргової системи супутника на 18 витку було подано команду на його спуск з орбіти. Системи керування і гальмова установка забезпечили спуск корабля в заданий район, за 10 км від розрахункової точки. Корабель успішно пройшов земну атмосферу (теплозахист витримав випробування вогнем) і разом з капсулою з космічними пасажирами, що відокремилась від нього, успішно приземлився.

Це було перше в історії космонавтики повернення живих істот з космосу. Всі пасажири добре перенесли перевантаження, невагомість та інші фактори космічного польоту. Запуск та успішне повернення другого корабля-супутника на Землю, позитивні результати біологічного експерименту ще не могли дати дозволу на політ людини за межі планети. Ось чому перед польотом людини було виконано ще три аналогічних запуски кораблів-супутників. Метою їх було дальше відпрацювання конструкції корабля-супутника та всіх встановлених на ньому систем, забезпечення необхідних умов польоту людини в космос та її повернення на Землю.

1 грудня 1960 p. було запущено третій корабель-супутник. Для виконання медико-біологічних досліджень в умовах космічного простору в кабіні корабля знаходились собаки Пчолка і Мушка та інші тварини, комахи, рослини. Телевізійна апаратура забезпечувала спостереження за станом і поведінкою тварин, а телеметричні системи передавали на Землю об" єктивні покази про їх стан. За допомогою науково-експериментальної апаратури було проведено ряд наукових досліджень з фізики космосу.

Передані на Землю результати випробувань підтвердили, що протягом усього польоту системи кондиціонування повітря, терморегулювання, зв" язку та інші працювали надійно і впевнено. По одержанні необхідних даних після.

17 витків корабель почав знижуватись. Але оскільки спуск проходив не по розрахунковій траєкторії, то, ввійшовши в густі шари атмосфери, корабель-супутник згорів.

9 березня 1961 p. на орбіту виведено четвертий корабель-супутник. У кабіні його були собака Чорнушка й інші біологічні об" єкти та манекен космонавта. Після виконання наміченої програми, зробивши один виток навколо земної кулі, четвертий космічний корабель приземлився в заданому районі. В результаті одержано додаткові дані про роботу конструкції корабля і його систем та про характер впливу умов польоту на живі організми.

П" ятий космічний корабель-супутник виведено на орбіту 25 березня 1961 p. з собакою Звьоздочкою й іншими біологічними об" єктами та манекеном космонавта. Програма передбачала один виток корабля навколо Землі. Незабаром він приземлився в заданому районі.

Запуск п" ятого корабля-супутника був останнім контрольним експериментом перед польотом у космос людини [15, 41]. Запуски п" яти космічних кораблів-супутників підготували наступний етап у розвитку космонавтики — проникнення людини в космічний простір, що сталося 12 квітня 1961 p., її безпечний політ та благополучне повернення.