ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА УЧЕНИЦЫ 11 "А" КЛАССА МАОУ СОШ № 31 Г.ТАМБОВА

               Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №31»

Исследовательская работа

по физике:

«Покорение космоса»

                                                  Выполнила   Худякова Мария Вячеславовна,

                                                                      ученица 10 А класса

                                                Руководитель  Бабкина Галина Витальевна,

                                                                         учитель физики

                          Тамбов

                                                      2015

Содержание

Вступление .........................................................................3

Начало космической эры ..................................................4

Человек в космосе .............................................................7

Человек на Луне ................................................................9

Долговременные орбитальные станции.......................11

1.    Орбитальные станции 1-го поколения................................11

2.    Орбитальные станции 2-го поколения................................13

Космический туризм ......................................................16

Космический лифт .........................................................17

Новейшие открытия.......................................................18

1.    «Кассини»...............................................................................18

2.    Гейзеры на Европе.................................................................19

Заключение.......................................................................20

Список литературы .......................................................21

Вступление

Космос — это не только уникальная лаборатория, где создаются новые материалы и исследуется Вселенная. Космос — это ещё и арена будущего распространения человечества, точнее — постчеловечества. Это материал, из которого в далёком будущем мы сможем творить СВОЮ Вселенную.

В XX веке мы вырвались в космос, обрели планетарное и космическое сознание. Мы превзошли себя. Это было одним из самых первых сверхчеловеческих, трангсуманистических деяний Человека. И вот прошло почти полвека с полета первого спутника. Что же мы имеем сейчас? Какие перспективы раскрывают нам последние достижения исследователей?

Начало космической эры

          4 октября 1957 г. СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной  2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр.

          3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей. 6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ. После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились и ракета упала на стол, взорвавшись от удара.

          31 января 1958 г. был выведен на орбиту спутник «Эксплорер-1», американский ответ на запуск советских спутников. По размерам и массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длинной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг. Однако его полезный груз был присоединен к четвертой, последней ступени ракеты-носителя «Юнона-1». Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера-Мюллера для регистрации проникающих космических лучей. Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Земля  радиационных поясов. Счетчик Гейгера-Мюллера прекратил счет, когда аппарат находился в апогее на высоте 2530 км, высота перигея составляла 360 км. 5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, как и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь  1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1» только три из них были успешными.

         Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной.

Человек в космосе

          12 апреля 1961 г. в 9 ч 07 мин по московскому времени в нескольких десятках километров севернее поселка Тюратам в Казахстане на советском космодроме Байконур состоялся запуск межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в носовом отсеке которой размещался пилотируемый космический корабль «Восток» с майором ВВС Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Запуск прошел успешно. Космический корабль был выведен на орбиту с наклонением 65 гр., высотой перигея 181 км и высотой апогея 327 км и совершил один виток вокруг Земли за 89 мин. На 108-ой мин после запуска он вернулся на Землю, приземлившись в районе деревни Смеловка Саратовской области. Таким образом, спустя 4 года после выведения первого искусственного спутника Земли Советский Союз впервые в мире осуществил полет человека в космическое пространство. Космический корабль состоял из двух отсеков. Спускаемый аппарат, являющийся одновременно кабиной космонавта, представлял собой сферу диаметром 2,3 м, покрытую облицовочным материалом для тепловой защиты при входе в атмосферу. Управление кораблем осуществлялось автоматически, а также космонавтом. В полете непрерывно поддерживалась с Землей. Атмосфера корабля – смесь кислорода с азотом под давлением 1 атм. (760 мм рт. ст.). «Восток-1» имел массу 4730 кг, а с последней ступенью ракеты-носителя 6170 кг. Космический корабль «Восток» выводился в космос 5 раз, после чего было объявлено о его безопасности для полета человека.

          Через четыре недели после полета Гагарина 5 мая 1961 г. Капитан 3-го ранга Алан Шепард стал первым американским астронавтом. Хотя он и не достиг околоземной орбиты, он поднялся над Землей на высоту около 186 км. Шепард, запущенный с мыса Канаверал в КК «Меркурий-3» с помощью модифицированной баллистической ракеты «Редстоун», провел в полете 15 мин 22 с до посадки в Атлантическом океане. Он доказал, что человек в условиях невесомости может осуществлять ручное управление космическим кораблем.

 20 февраля 1962 г. США достигли околоземной орбиты. С мыса Канаверал был запущен корабль «Меркурий-6», пилотируемый подполковником ВМФ Джоном Гленном. Гленн пробыл на орбите только 4 ч 55 мин, совершив 3 витка до успешной посадки. Целью полета Гленна было определение возможности работы человека в КК «Меркурий». Последний раз «Меркурий» был выведен в космос 15 мая 1963 г.

          18 марта 1965 г. был выведен на орбиту КК «Восход» с двумя космонавтами на борту - командиром корабля полковником Павлом Ивановичем Беляевым и вторым пилотом подполковником Алексеем Архиповичем Леоновым. Затем был развернут шлюзовой отсек: Леонов вошел в шлюзовой отсек, закрыл крышку люка КК и впервые в мире совершил выход в космическое пространство. Космонавт с автономной системой жизнеобеспечения находился вне кабины КК в течение 20 мин, временами отдаляясь от корабля на расстояние до 5 м. Во время выхода он был соединен с КК только телефонным и телеметрическим кабелями. 3 июня был запущен КК «Джемени-4» с капитанами Джеймсом Макдивиттом и Эдвардом Уайтом. Во время этого полета, продолжавшегося 97 ч 56 мин Уайт вышел из КК и провел вне кабины 21 мин, проверяя возможность маневра в космосе с помощью ручного реактивного пистолета на сжатом газе.

Человек на Луне

          В соответствии с программой «Аполлон» в период с 1969 г. По 1972 г. к Луне было направлено девять экспедиций. Шесть из них закончились высадкой двенадцати астронавтов на поверхность Луны от Океана Бурь на западе до хребта Тавр на востоке. Задачи двух первых экспедиций ограничивались полетами по селеноцентрическим орбитам, а высадка астронавтов на Луну в одной из экспедиций была отменена из-за взрыва кислородного бака для топливных элементови  системы жизнеобеспечения, происшедшего через двое суток после старта. Поврежденный  КК «Аполлон-13» совершил облет Луны и благополучно вернулся на Землю. Первое место посадки было выбрано на базальтовом основании Моря Спокойствия, расположенного к востоку от центра области лунных равнин. Нейл Армстронг (командир корабля) и полковник Эдвин Олдрин (пилот лунной кабины) совершили здесь посадку в лунной кабине (ЛК) «Орел» 20 июля 1969 г. в 20 ч 17 мин 43 с. по Гринвичу. Астронавты сделали много фотоснимков лунного ландшафта, включая скалы и равнину, собрали 22 кг образцов лунного грунта для изучения на Земле. Выйдя первым из ЛК и последним войдя в нее, Армстронг провел на Луне 2ч 31мин. Во время шестой экспедиции на Луну в декабре 1972 г. время пребывания экипажа на ее поверхности составило 22 ч 5 мин. Длина путешествия по Луне также возросла со 100 м, которые прошли пешком первые астронавты КК «Аполлон-11», до 35 км, которые на электрическом автомобиле проехал экипаж «Аполлона-17». Экспедиция на КК «Аполлон-17» была последней экспедицией на Луну. За время шести посещений Луны было собрано 384,2 кг образцов породы и грунта. В процессе выполнения программы исследований был сделан ряд открытий, но наиболее важным являются следующие два. Во-первых, было установлено, что Луна стерильна, на ней не обнаружено никаких форм жизни. Во-вторых, было установлено, что Луна, подобно Земле, прошла через ряд периодов внутреннего разогрева. Изучение Луны с помощью пилотируемых  КА было закончено после шестой успешной высадки астронавтов на ее поверхность с КК «Аполлон-17» в декабре 1972 г.

Долговременные орбитальные станции

Первый этап - орбитальные станции 1-го поколения.

          В мае 1970 г. Центр подготовки космонавтов ВВС и ЦКБЭМ согласовали составы четырех экипажей для подготовки по программе полетов на ДОС «Салют». В марте 1971 г. в Центре подготовки космонавтов начались комплексные тренировки экипажей на тренажере корабля 7К-Т. Чуть позже прошли занятия на Байконуре в МИКе 2-й площадки, где два транспортных корабля 7К-Т и станция ДОС проходили электрические испытания.

           Совет «Интеркосмос» принял предложение СССР о полетах представителей социалистических стран – членов «Интеркосмоса» на советских кораблях и станциях в 1977-1982 гг. Долговременная орбитальная станция (ДОС), получившая обозначение 17К, начала разрабатываться в ЦКБЭМ (ныне НПО «Энергия») под руководством Главного конструктора В.П. Мишина в конце 1969 года. При этом приступили к изготовлению сразу двух станций - ДОС-1 и ДОС-2, а позже были изготовлены еще две станции - ДОС-3 и ДОС-4, которые несколько отличались от первых станций. Все четыре станции создавались на базе корпусов орбитальной пилотируемой станции «Алмаз», доставленных из ЦКБМ (ныне НПО Машиностроения).

          Станции ДОС-1-4 массой около 20 тонн имели один стыковочный узел. Продолжительность полета станций ограничивалась ресурсом системы жизнеобеспечения и бортовым запасом топлива. Данные станции относились к первому поколению орбитальных станций. 19 апреля 1971 года была запущена ДОС-1, получившая название «Салют». Единственным экипажем, работавшим на станции, был экипаж космического корабля «Союз-11» (экипаж погиб при посадке корабля). 29 июля 1972 года состоялся запуск ДОС-2, но из-за аварии ракеты-носителя «Протон» станция на орбиту не вышла.

Усовершенствованная станция ДОС

1.      транспортный корабль 7К-Т;

2.      антенны радиотехнической системы сближения и стыковки «Игла»;

3.      отсек научной аппаратуры (ОНА);

4.      поворачивающаяся панель солнечных батарей

         ДОС-3 и ДОС-4 предназначались для орбитальных полетов длительностью до 2-х месяцев двух-трех экипажей из двух космонавтов с целью проведения научно-технических, астрофизических и медицинских экспериментов и исследований. ДОС-3 была выведена на орбиту 11 мая 1973 года. Сразу после выведения на компенсацию возникших автоколебаний станции системой управления был израсходован весь бортовой запас топлива двигателей ориентации. Станция продолжала неориентированный полет, поэтому в пилотируемом режиме использоваться не могла и получила название «Космос-557». ДОС-4 была выведена на орбиту 26 декабря 1974 года и получила название «Салют-4». На станции работали два экипажа.

Второй этап - орбитальные станции 2-го поколения.

Станции ДОС-5 и ДОС-5-2 были созданы на базе предыдущих станций ДОС в 1970-х годах в НПО «Энергия» под руководством генерального конструктора В.П. Глушко.

Конструкция ДОС была доработана, обновлена бортовая и научная аппаратура. Станции оснащались двумя стыковочными узлами и относились ко второму поколению орбитальных станций. Кроме того, появилась возможность пристыковывать к станциям второй пилотируемый транспортный корабль для доставки экипажей посещения, или, в случае необходимости, пристыковывать корабль-спасатель для эвакуации основного экипажа.

          Каждая из данных станций предназначалась для длительных полетов на ней до пяти основных экипажей из двух космонавтов и кратковременных полетов экипажей посещения также из двух космонавтов. На станции ДОС-5-2 в основной экипаж и экипаж посещения могли входить по три космонавта. На борту станций проводились научные, биомедицинские, технологические эксперименты и исследования, а также полеты иностранных космонавтов по программе «Интеркосмос».

          ДОС-5, получившая название «Салют-6», была запущена 29 сентября 1977 года. На борту станции работали 27 космонавтов: 19 советских и 8 иностранных. 6 советских космонавтов побывали на станции дважды. К станции пристыковывались 12 ТКГ «Прогресс».

Орбитальная станция «Салют-6»

транспортный корабль «Союз»;  антенны системы «Игла»;  выходной люк;  панели солнечных батарей;  рабочий отсек;  шлюзовая камера; антенны системы «Игла»; грузовой транспортный корабль «Прогресс»; корректирующий двигатель ОДУ;

блок двигателей ориентации;  отсек научной аппаратуры;  бегущая дорожка;  душевая установка;  фотоаппарат МКФ-6М;  центральный пост управления; панели солнечных батарей; переходный отсек

ДОС-5-2 под названием «Салют-7» была запущена 19 апреля 1982 года.

К станции пристыковывались 10 пилотируемых кораблей «Союз Т», на которых было доставлено 5 основных экипажей и 5 экипажей посещения. Всего на борту станции работали 21 космонавт: 19 советских и 2 иностранных. Трое советских космонавтов побывали на станции дважды, космонавт В.А. Джанибеков - трижды. В связи с высокой активностью Солнца и повышенной плотностью атмосферы станция вместе с ТКС сошла с орбиты раньше расчетного срока (7 февраля 1991 года).

Орбитальная станция «Салют-7»

транспортный корабль снабжения ТКС; панели дополнительных солнечных батарей; панели основных солнечных батарей; большой диаметр рабочего отсека; промежуточная камера;

пассивный стыковочный агрегат ССВП;  отсек научной аппаратуры; малый диаметр рабочего отсека; переходный отсек; пассивный стыковочный агрегат ССВП

Космический туризм

          Человечество уже выросло из своей колыбели — без космоса наша жизнь уже немыслима. Поэтому сегодня многие страны начинают собственные космические программы, а в начале 21 века началось и частное освоение космоса. В 2001 году отправился на орбиту первый космический турист Деннис Тито.

В 2004 в рамках соревнования X-Prize совершил суборбитальный полёт (на высоту 112 км) космолёт многоразового использования SpaceShipOne, созданный независимыми разработчиками. В 2005 году начато строительство частных космодромов в Мохаве (США), Рас Аль Хаймах (ОАЭ) и Сингапуре. На ближайшие годы планируется огромное расширение туризма (Virgin Galactic планирует отправить на космические круизы 7000 человек до 2013 года, благодаря доступной цене в 200 тыс. долл.). Владелец крупнейшей сети мотелей Роберт Биголоу планирует открыть первый орбитальный отель Skywalker уже в 2010 году.

          Всё это и намного большее станет возможным с появлением нового пути в космос, более эффективного даже, чем современные корабли многоразового использования. С участием  NASA разрабатываются планы строительства космического лифта! Ввиду малой силы притяжения Луны, строительство такого лифта из точек Лагранжа (Л-1 или Л-2), где уравновешены силы тяготения Луны, Земли и Солнца, до поверхности Луны возможно даже с помощью сегодняшних технологий! Потребуется лишь кабель из свехпрочного волокна «M5», общим весом 7 тонн, который может быть поднят в космос за один запуск.

Космический лифт

          Строительство такого лифта (проект NASA) на Земле потребует более совершенных материалов, при этом, по расчётам, углеродные нанотрубки будут достаточно прочными для этих целей. Необходимые технологии могут быть разработаны в течение 10—15 лет. Но когда космический лифт будет построен, стоимость вывода грузов на орбиту упадёт до десятков долларов за килограмм. Вероятно, сразу же после появления первого лифта по экватору будут возведены новые, потом их усовершенствуют, и они будут представлять собой уже не несколько тонких лент, а ажурные башни с сооружениями на промежуточных уровнях. Также сейчас серьезно рассматриваются планы (НАСА) по добыче ресурсов на Луне и астероидах. Один из видов полезных ископаемых, добыча которого в космосе может быть экономически оправдана — это гелий-3. На Земле его нет, на Луне он присутствует в избытке (собранный Луной из солнечного ветра за миллиарды лет). А он, в то же время, является отличным топливом для термоядерной энергетики. При этом, чтобы обеспечить всей нашей планете потребление энергии в масштабах 2005 года, потребуется в год доставлять на Землю лишь 100 тонн гелия-3! Независимо от экономических перспектив, вопросы строительства обитаемых баз на Луне и Марсе остаются на повестке дня. Китай собирается построить первую базу на Луне, Россия и США стремятся к Марсу. Постепенное улучшение технологий делает эти проекты всё более реальными.

Новейшие открытия

                      "Кассини": фото Прометея за работой
          18 декабря 2013 г. Прометей спутник шестой планеты Солнечной системы Сатурн. На новом снимке от аппарата Кассини видно, как гравитационное поле спутника возмущает кольцо F Сатурна. Чтобы спутник было лучше видно, яркость фотографии увеличена. Благодаря этому на снимке можно разглядеть примерно 20 звезд. Прометей - совсем небольшой спутник этой планеты, линейные размеры которого составляют 120 на 74 километров. Он был открыт в 1980 году по фотографиям, сделанным аппаратом «Вояджер-1». У Прометея очень низкая плотность, поэтому, по мнению ученых, он является пористым ледяным телом. Происхождение колец Сатурна до сих пор до конца не ясно. Между кольцами имеются промежутки почти пустого пространства. Кольца обозначаются буквами латинского алфавита. Называли их в порядке открытия. По удалению от центра Сатурна кольца расположены так D, C, B, A, F, G и E. Диаметр основных колец, А, В и С, приблизительно равен расстоянию от Земли до Луны. Толщина же колец не превосходит 1 километра. Аппарат «Кассини» является совместным проектом NASA и Итальянского космического агентства. Миссия "Huygens" совместный проект NASA и ESA (Европейского Космического Агенства). Предусмотрено изучение колец Сатурна, водяных вулканов на его спутниках. Запущен 15 октября 1997 года. Стартовая масса аппарата 6250 кг. На орбите Сатурна космический зонд Кассини функционирует с 2004 года. В ходе работы миссия аппарата неоднократно продлевалась. Текущая миссия называется Solstice и она завершится в 2017 году.

                       Найдены полярные гейзеры на Европе 
          13 декабря 2013 г. Астрономы обнаружили на южном полюсе Европы (спутнике пятой планеты Солнечной системы Юпитер) большие водные гейзеры, изливающиеся из подледного океана этого спутника. Открытие удалось совершить благодаря анализу снимков телескопа Хаббл. На них астрофизики обнаружили необычные облака в районе южного полюса юпитерианского спутника. Спектрометрический анализ показал, что в облаках значительно повышена концентрация водорода и кислорода, а значит они состоят из взвеси водяных капель, которая поднимается вверх в результате работы гейзера. Его высота оценивается в 200 километров, что всего в 8 раз меньше, чем радиус самой Европы. Снимки, на которых был обнаружен гейзер, получены «Хабблом» в декабре 2012 года. При этом на подобном изображении, снятом в ноябре того же года, облаков водяного пара найдено не было. Так же как и на предыдущих снимках космической обсерватории, начиная с 1999 года. По мнению ученых, с учетом моделирования приливных сил это говорит о том, что гейзеры Европы активны только при максимальном удалении от центра орбиты. Европа привлекает особое внимание астрономов и астробиологов из-за того, что под ее ледяной поверхностью находится океан с жидкой водой, в которой возможно существование жизни. В пользу этого говорит, например, недавно подтвержденная возможность обмена между планетами материалом с помощью метеоритов. Недавно на поверхности Европы удалось найти глину — впервые для спутников Юпитера, что также повышает вероятность обнаружить живые организмы.

Заключение

          Мы вступили лишь в пятое десятилетие космической эры, а уже вполне привыкли к таким чудесам, как охватившие всю Землю спутниковые системы связи и наблюдение за погодой, навигации и оказания помощи терпящим на суше и на море. Как о чем-то вполне обыденном слушаем сообщение о многомесячной работе людей на орбите, не удивляемся следам на луне, снятым “в упор” фотографиям далеких планет, впервые показанному КА ядро кометы. За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира. И не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не может обо «провинции всего человечества»  –  продолжается нарастающими темпами.

Список литературы

1.     «Космическая техника» под редакцией К. Гэтланда. Издательство «Мир». 1986 г. Москва.

2.     «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина»

3.     Сайт «Gismeteo.ru», раздел «новости»

4.     В.П. Глушко «Космонавтика». Издательство «Советская энциклопедия»   1970 г.

5.     К. Гэтланд. «Космическая техника». Издательство “Мир”, 1986г.

6.     Ю.В.Колесников, Ю.Н.Глазков «На орбите – космический корабль» 1980г.

7.     Ф.Ю.Зигель «Сокровища звездного неба» 1980г.

8.     Сайт «Wikipedia.org»