Выбранный для просмотра документ описание работы.doc
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Северо – Енисейская средняя школа №2»
Безракетный выход в космос
МБОУ «Северо – Енисейская средняя школа №2»
Выполнил ученик 11 А класса
Беговатов Захар
Руководитель:
Власова Л.В.
учитель физики
г.п. Северо – Енисейский 2016 год
Введение
«...рельсы за пределы атмосферы до высоты 300 верст, по которым движется поезд со скоростью 8 верст в 1 секунду с тем, чтобы в его вагонах тяжесть уничтожалась центробежной силой...», «...тяжесть понемногу уменьшается, не изменяя направления; на расстоянии 34 тысяч верст совсем уничтожается, затем выше опять обнаруживается с силой, пропорциональной удалению от критической точки, но направление ее обратно, так что человек головой обращается к Земле, которую видит у себя сверху...»
Константин ЦИОЛКОВСКИЙ. «Грезы о Земле и небе». 1891 год.
Безракетный космический запуск (англ. Non-rocket spacelaunch, NRS) — космический запуск, или способ выведения на орбиту, при котором некоторая или вся необходимая скорость и высота достигается без помощи традиционных ракет, запускаемых с земной поверхности. Предложено множество альтернатив ракетам. В стоимости космических проектов транспортировка на орбиту составляет значительную часть бюджета; если её удастся сделать более эффективной, общая стоимость космического полёта сильно уменьшится. На текущий день стоимость запуска килограмма полезной массы с Земли на низкую опорную орбиту лежит в пределах от 10 до 25 тыс. $, но некоторые страны субсидируют запуски на суммы около 4000 $.
Поскольку теоретически возможная минимальная стоимость энергии меньше на порядок, возможно значительное снижение стоимости. Для обживания космического пространства, то есть исследования и колонизации космоса, требуются намного более дешёвые методы запуска, а также способ предотвращения серьёзного вреда атмосфере со стороны тысяч, а возможно и миллионов запусков. Другой выгодой может быть возросшая безопасность и надёжность запусков, которая, в дополнение к меньшей стоимости, поможет удалять радиоактивные отходы в космос. Поскольку необходимо преодолеть гравитационный барьер Земли, транспортные средства должны использовать неракетные методы создания движущей силы, например, ионный двигатель, которые имеют большую эффективность движущего вещества (удельный импульс) и больший потенциальный максимум скорости, чем обычные ракеты, но сами не могут быть запущены в космос.
Космический лифт {2} {4} {5} {7}
Косми́ческий лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на ГСО. Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году, детальную разработку идея получила в трудах Юрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей.
Трос удерживается одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной над планетой точке выше геостационарной орбиты (ГСО) за счёт центробежной силы. По тросу поднимается подъёмник, несущий полезный груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения Земли, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли.
От
троса требуется чрезвычайно большая прочность
на разрыв в сочетании с низкой
плотностью. Углеродные нанотрубки по теоретическим расчётам
представляются подходящим материалом. Если допустить пригодность их для
изготовления троса, то создание космического лифта является решаемой инженерной
задачей, хотя и требует использования передовых разработок и больших затрат иного рода. Создание
лифта оценивается в 7—12 млрд долларов США. НАСА уже финансирует соответствующие
разработки американского Института научных исследований, включая разработку
подъёмника, способного самостоятельно двигаться по тросу.
Основание космического лифта — это место на поверхности планеты, где прикреплён трос и начинается подъём груза. Оно может быть подвижным, размещённым на океанском судне.
Преимущество подвижного основания — возможность совершения маневров для уклонения от ураганов и бурь. Преимущества стационарной базы — более дешёвые и доступные источники энергии, и возможность уменьшить длину троса. Разница в несколько километров троса сравнительно невелика, но может помочь уменьшить требуемую толщину его средней части и длину части, выходящей за геостационарную орбиту.
Трос должен быть изготовлен из материала с чрезвычайно высоким отношением предела прочности к удельной плотности. Космический лифт будет экономически оправдан, если можно будет производить в промышленных масштабах за разумную цену трос плотности, сравнимой с графитом, и прочностью около 65-120 гигапаскалей. Углеродные нанотрубки должны, согласно теории, иметь растяжимость гораздо выше, чем требуется для космического лифта. Однако технология их получения в промышленных количествах и сплетения их в кабель только начинает разрабатываться. Теоретически их прочность должна быть более 120 ГПа, но на практике самая высокая растяжимость однослойной нанотрубки была 52 ГПа, а в среднем они ломались в диапазоне 30-50 ГПа. Самая прочная нить, сплетённая из нанотрубок, будет менее прочной, чем её компоненты. Исследования по улучшению чистоты материала трубок и по созданию разных их видов продолжаются.
Предположительно, космический лифт позволит намного снизить затраты на посылку грузов в космос. Строительство космических лифтов обойдётся дорого, но их операционные расходы невелики, поэтому их разумнее всего использовать в течение длительного времени для очень больших объёмов груза. В настоящее время рынок запуска грузов может быть недостаточно велик, чтобы оправдать строительство лифта, но резкое уменьшение цены должно привести к большему разнообразию грузов. Таким же образом оправдывает себя прочая транспортная инфраструктура — шоссе и железные дороги.
Космический лифт в различных произведениях, фильмах, играх{2.3} {5} {7}:
· В фильме СССР 1972 года Петька в космосе главный герой изобретает космический лифт
Космическая пушка{1} {3} {4} {6}
Космическая пушка {2} {4} {5} {7}— метод запуска объекта в космическое пространство с помощью огнестрельного оружия типа огромной пушки или электромагнитной пушки. Относится к безракетным методам вывода объектов на орбиту.
В проекте высотных исследований Военно-морских сил США использовалась 16-дюймовая (406 мм) пушка с длиной ствола 100 калибров (40 м), стрелявшая 180-килограммовыми снарядами без разрывного заряда, имевшими начальную скорость 3600 м/с, которые достигали максимальной высоты 180 километров. Следовательно, эта пушка позволяет снаряду выполнить суборбитальный космический полёт. Однако пока ни одна космическая пушка ни разу не осуществила успешный запуск объекта на орбиту. Космическая пушка сама по себе не способна доставить объект на стационарную орбиту вокруг планеты без выполнения корректировки курса объекта после запуска, поскольку сама пушка является точкой траектории, а орбита — это замкнутая траектория. То есть, снаряд всё-таки должен быть «немного ракетой».
Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите вокруг Земли. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Траектория может быть параболической, гиперболической (если скорость движения будет достигать или превышать первую космическую скорость. Эта скорость заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или в другой точке, учитывая вращение планеты и сопротивление атмосферы. Это означает, что неоткорректированная баллистическая траектория будет всегда заканчиваться падением на планету в пределах первого витка, если запуск произведен с первой космической скоростью.
При запуске со второй космической скоростью снаряд выходит на орбиту вокруг Солнца, которая пересекается с орбитой Земли, однако, эта орбита, из-за возмущений от других планет, может измениться и более не пересекаться с орбитой Земли. В любом случае периоды обращения по этим орбитам Земли и запущенного снаряда будут отличаться, что приведет к отдалению момента столкновения снаряда и Земли. Исаак Ньютон в своём мысленном эксперименте избегает этого возражения, предполагая наличие невероятно высокой горы, с которой его пушка будет стрелять. Однако, снаряд и в этом случае будет, как правило, делать виток вокруг планеты и возвращаться к точке старта. Полезная нагрузка, предназначенная для достижения замкнутой орбиты, позволит, по крайней мере, выполнить некоторую корректировку курса, чтобы выйти на новую орбиту, не пересекающуюся с поверхностью планеты. Кроме того, ракета может использоваться для дополнительного изменения высоты, как это запланировано в проекте Quicklaunch. Вполне возможно, что в гравитационной системе нескольких тел, каковой является система Земля-Луна, могут существовать траектории, которые не пересекают поверхности Земли, но эти пути, скорее всего, не будут очень простыми и удобными и потребует гораздо больше энергии. При запуске с третьей космической скоростью снаряд формально становится звездолетом и покидает Солнечную систему.
С практической точки зрения наиболее известной является недавняя попытка сделать космическую пушку артиллерийским инженером Джеральдом Буллом по проекту «Вавилон», который был также известен в средствах массовой информации как «иракская суперпушка». В проекте Вавилон Булл использовал свой опыт из проекта высотных исследований, чтобы создать огромную пушку для Саддама Хусейна в Ираке. Это оружие, если бы оно было завершено, было бы первой истинно космической пушкой, способной запускать объекты в космос. Однако, Булл был убит прежде, чем проект был завершён, а остатки пушки уничтожены.
Наверное, самым известным описанием космической пушки является роман Жюля Верна «Путешествие на Луну» (по нему в 1902 г. поставлен немой фильм «Путешествие на Луну»), в котором астронавты полетели на Луну в космическом корабле, запущенном из пушки. Также у писателя в произведении «Пятьсот миллионов бегумы» фигурирует пушка, построенная профессором Шульце, которая (по недосмотру профессора) вместо уничтожения Франсевилля отправила снаряд на околоземную орбиту. В ролевой видеоигре Final Fantasy VIII, разработанной компанией Square Soft (теперь она называется Square Enix), людей посылают в космос с помощью гибрида рельсотрон/пушка Гаусса. В видеоигре Ultima: Worlds of Adventure 2: Martian Dreams Персиваль Лоуэлл строит космическую пушку, для того, чтобы послать космический корабль на Марс.
Пусковая петля{7} {9} {10} {11}
Пусковая петля или петля Лофстрома{2} {3} {5} {8} — опубликованный проект системы кабельного транспорта, предназначенного для вывода грузов на околоземную орбиту. В основе проекта лежит закольцованный шнур (петля), непрерывно движущийся с огромной скоростью (12-14 км/сек) внутри вакуумной трубы. Чтобы шнур не соприкасался со стенками трубы, они разделены между собой магнитной подвеской, аналогично тому, как это сделано в магнитоплане. В целом это устройство представляет собой грандиозное сооружение длиной около 2000 км, а сама петля должна подниматься на высоту до 80 км и держаться на ней за счёт момента инерции вращающегося шнура. Вращение шнура по сути переносит вес всего сооружения на пару магнитных подшипников, которые его поддерживают, по одному на каждом конце.
Пусковая петля предназначена для неракетных запусков космических аппаратов массой до 5 тонн с использованием электромагнитного ускорения, как на околоземную орбиту, так и за её пределы. Разгон осуществляется на плоском участке кабеля, который находится за пределами плотной атмосферы. Система спроектирована так, чтобы обеспечить запуски космических туристов, а также имеет целью освоение космоса и космическую колонизацию, обеспечивая относительно мягкий уровень перегрузки, равный 3g.
Пусковая петля{7} представляет собой конструкцию размером
около 2000 км. Сама петля поднимается от поверхности земли до высоты
80 км, проходит на этой высоте 2000 км, снова опускается к
поверхности земли, разворачивается и затем повторяет весь путь назад к исходной
точке. Петля имеет форму трубки, полой внутри и называемой оболочкой.
Внутри оболочки подвешена другая сплошная трубка, называемая ротором,
который представляет собой шнур или цепь. Ротор сделан из железа и имеет
диаметр примерно 5 см. Он движется по окружности внутри петли со скоростью
14 км/с.
Хотя петля очень длинная, примерно 4000 км, ротор сам по себе довольно тонкий, около 5 см в диаметре, а оболочка не намного большего размера. Ротор выполнен из ферромагнитного железа в виде шнура или трубки, с продольными компенсаторами через каждый метр или около того. Ротор отделяется от оболочки серво-стабилизирующими магнитными подшипниками. Оболочка герметичная, с поддержанием вакуума, чтобы свести к минимуму сопротивление, оказываемое на ротор.
В состоянии покоя петля будет находиться на уровне земли. Затем ротор начнёт ускоряться линейным двигателем, который будет потреблять несколько сот мегаватт мощности. При нарастании скорости ротор будет искривляться и приобретать форму дуги. Оболочка вынудит его принять форму кривой круче, чем баллистическая кривая. В свою очередь ротор будет передавать центробежную силу на оболочку, держа её в воздухе. Петля примет нужную форму и получит ограничение по максимальной высоте ≈80 км за счёт крепления кабеля к земле. При использовании генератора мощностью 300 МВт потребуется около двух месяцев для достижения полной скорости. После полной раскрутки ротор будет совершать один оборот примерно за пять минут.
После поднятия конструкции потребуется постоянное пополнение её энергии, чтобы компенсировать диссипацию энергии в магнитных подшипниках, для стабилизации структуры, а также для восполнения потерь из-за несовершенства вакуумной оболочки. На всё это потребуется около 200 МВт мощности, не считая дополнительной энергии для запуска космических транспортных средств. Чтобы произвести запуск, транспортное средство поднимают на «лифтовом кабеле», который свисает с западной погрузочной станции с высоты 80 км, и размещают на направляющих рельсах разгонного участка. Разгонный блок создаёт магнитное поле, благодаря которому в быстро движущемся роторе возникают вихревые токи. Они-то и поднимают полезный груз над кабелем и толкают его вперёд с ускорением 3g (30 м/с²). Полезный груз разгоняется ротором до тех пор, пока не достигнет необходимой орбитальной скорости, после чего он покидает разгонный участок. Ожидается, что пусковая петля обеспечит высокий темп запусков (несколько пусков за час, вне зависимости от погоды), и эта система практически не загрязняет окружающую среду. При ракетном запуске образуются загрязнения в виде нитратов из-за высокой температуры выхлопных газов, и в зависимости от вида топлива могут выделяться парниковые газы. Пусковая петля, как разновидность электрической силовой установки, является экологически чистой, она может работать от любого источника энергии: геотермального, ядерного, солнечного, ветрового или любого другого, даже непостоянного типа, так как система имеет огромный встроенный накопитель энергии.
Используемая литература:
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Выбранный для просмотра документ Презентация.pptx
Скачать материал "Исследовательский реферат "Безракетный выход в космос""
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
1 слайд
Безракетный выход в космос
2 слайд
Гипотеза
Может ли человек переместиться в космическое пространство без традиционного сжигания топлива?
3 слайд
Актуальность
Отсутствие в школьной программе предмета «астрономия»
снизил уровень интереса учащихся
к космосу и его современному развитию.
4 слайд
Цель:
Разобрать возможные варианты безракетного выхода в космос
5 слайд
Задачи:
Исследовать сайт энциклопедии Wikipedia
Провести тестирование среди учащихся
9-11 классов и учителей МБОУ ССШ№2
Составить информационный буклет о безракетном выходе в космос.
6 слайд
Методы исследования
сбор существующей информации по данной теме
анкетирование учащихся 9-11 классов и учителей школы
статистическая обработка данных
7 слайд
Объект исследования:
Различные прототипы пусковых аппаратов
Предмет исследования:
Буклет с информацией для развития интереса для молодого поколения
8 слайд
Виды технологий
Космический лифт
Пусковая петля
Космическая пушка
9 слайд
Космическая пушка
Космическая пушка — метод запуска объекта в космическое пространство с помощью огнестрельного оружия типа огромной пушки или электромагнитной пушки. Относится к безракетным методам вывода объектов на орбиту.
10 слайд
Пусковая петля
Пусковая петля или петля Лофстрома — опубликованный проект системы кабельного транспорта, предназначенного для вывода грузов на околоземную орбиту. В основе проекта лежит закольцованный шнур (петля), непрерывно движущийся с огромной скоростью (12-14 км/сек) внутри вакуумной трубы. Чтобы шнур не соприкасался со стенками трубы, они разделены между собой магнитной подвеской, аналогично тому, как это сделано в магнитоплане
11 слайд
Космический лифт
Космиический лифт — концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на ГСО. Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году, детальную разработку идея получила в трудахЮрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей.
12 слайд
13 слайд
14 слайд
Углеродные нанотрубки — это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров (при этом существуют технологии, позволяющие сплетать их в нити неограниченной длины), состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей.
15 слайд
«Звёзды — холодные игрушки»
«Обреченные на победу»
«Завтра наступит вечность»
«Город Бездны»
«Страта»
«Механикум»
«Путешествия Тафа»
Warhammer 40,000: Space Marine
Mass Effect 3
16 слайд
17 слайд
Цитата в тему
«...рельсы за пределы атмосферы до высоты 300 верст, по которым движется поезд со скоростью 8 верст в 1 секунду с тем, чтобы в его вагонах тяжесть уничтожалась центробежной силой...», «...тяжесть понемногу уменьшается, не изменяя направления; на расстоянии 34 тысяч верст совсем уничтожается, затем выше опять обнаруживается с силой, пропорциональной удалению от критической точки, но направление ее обратно, так что человек головой обращается к Земле, которую видит у себя сверху...»
Константин ЦИОЛКОВСКИЙ. «Грезы о Земле и небе». 1891 год.
18 слайд
Характеристики
19 слайд
Учителя
20 слайд
Учащиеся 9-11 классы
Знакомы ли понятия?
Актуальны ли понятия?
21 слайд
http://www.factroom.ru/facts/31069
http://ru.wikipedia.org
http://www.vesti.ru/
http://www.dni.ru/
http://www.kp.ru/
http://www.pravda.ru/news/
http://spacelift.gondor.ru (!здесь указано время до старта!)
http://www.mirf.ru/
http://old.computerra.ru/vision/605022/
http://elementy.ru/news/431148
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Отсутствие в школьной программе предмета «астрономия»
снизил уровень интереса учащихся
к космосу и его современному развитию. В работе используются
различные прототипы пусковых аппаратов, разработан красочный буклет.
6 665 220 материалов в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Власова Лариса Валентиновна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
500/1000 ч.
Мини-курс
4 ч.
Курс профессиональной переподготовки
300 ч. — 1200 ч.
Курс повышения квалификации
72 ч. — 180 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
5 ч.
Мини-курс
4 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.