НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ

( в номинации космонавтика и космическая техника)

          ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ И АВИАЦИЯ.

ИДЕИ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА РЕАКТИВНЫМИ ПРИБОРАМИ 1870 - 1917 гг.

 

 

 

                                  

 

                                          

 

 

                                                 Руководитель: Телкова И. В.

 

 

 

 

 

 

                                 

 

                                       

 

План.

 

 

1. Создание управляемых  аэростатов ( дирижаблей ).

2. Летательные аппараты тяжелее воздуха.

   - Планеры.

   - Аэропланы с паровым двигателем.

   - Аэропланы с двигателем внутреннего сгорания.

3. Возникновение теоретических основ ракетно-космической техники.

4. Работа почти безвестного гения.

5. Заключение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

         Наш замечательный соотечественник К. Э. Циолковский еще в начале ХХ века утверждал: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели… Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство». Сейчас мы являемся свидетелями того, как сбываются пророческие слова.

 

 

 

 

 

 

  СОЗДАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ АЭРОСТАТОВ ( ДИРИЖАБЛЕЙ ).

 

 Осуществилась давняя мечта человечества о создании управляемых летательных аппаратов.

 Прежде всего был решён вопрос о создании управляемых аэростатов (аппаратов легче воздуха ), т. е. дирижаблей. Привести дирижабль в движение должен был пропеллер ( воздушный винт ), приводимый в действие тем или иным двигателем. В 1872 г. П. Хейнлейн ( Австрия ) построил дирижабль с газовым двигателем внутреннего сгорания. В 1883 г. Французские конструкторы Г. И А. Тиссандье создали опытный дирижабль с электродвигателем, питаемым от гальванической батареи, а в 1884 г. их соотечественники построили большой аппарат аналогичного устройства. Опыты показали, что применявшиеся двигатели не обладали достаточной мощностью. Так, у братьев Тиссандье электромотор имел мощность 1,5 л. с ( 1 л. с.- 735,5 Вт) при объёме аэростата более 1 тыс.м куб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 С начала 70 - х гг. вопросами воздухоплавания занимался в России Д.И. Менделеев. В 1880 г. он выпустил первую часть труда "О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании", где писал : "Россия приличнее для этого (воздухоплавания) всех других стран. Она владеет обширнейшим против всех других стран берегом еще свободного воздушного океана".

 В 1880 г. по инициативе Менделеева был создан VII Воздухоплавательный отдел Русского технического общества.

 Интересна попытка О.С. Костовича в 80 - х гг. построить дирижабль с жестким каркасом с четырехтактным бензиновым мотором мощностью около 80 л.с. Однако дело не было доведено до конца. Тогда же начал заниматься дирижаблями и молодой К.Э. Циолковский. Он разработал проект цельнометаллического дирижабля. Циолковскому, в то время безвестному учителю из городка Боровска, добившемуся разносторонних знаний путем упорного самообразования, с самого начала оказали внимание и поддержку такие выдающиеся ученые, как Д.И. Менделеев, физик А.Г. Столетов, и автор открытий по теоретической и прикладной аэродинамике Н.Е. Жуковский.

 Однако же официальные круги отнеслись к работам Циолковского с безразличием.

 

 

 

 

 

 Между тем австрийскому изобретателю Д. Шварцу было разрешено Российским военным ведомством строить в Петербурге в 1893-94 г. дирижабль с алюминиевым каркасом и металлической оболочкой объемом 3,3 тыс. м куб. Испытания окончились неудачно.

 Циолковский продолжал работать над вопросами воздухоплавания и в 1897 г. в Калуге сооружает аэродинамическую трубу. Она была первой установкой для экспериментов по определению сил воздействия воздушного потока на движущиеся в нем летательные аппараты. Академия наук заинтересовалась опытами Циолковского. Ему даже было выдано пособие в сумме 470 рублей на их продолжение.

  Это было единственное пособие, полученное от официального учреждения Циолковским в дореволюционное время. Он построил новую аэродинамическую трубу и произвел большую серию экспериментов.

 

 

 

 

 

 

 

 К концу 90 - х г. мировое дирижабле строение превратилось в особую отрасль техники. В зависимости от наличия или отсутствия каркаса и от его типа дирижабли стали подразделятся на мягкие, полужесткие и жесткие. Металлическая оболочка не получила применения, дирижабли наполнялись водородом, что создавало большую опасность их воспламенения. Моторами служили двигатели внутреннего сгорания разных систем.

 Назначение дирижаблей в начале было научно-экспериментальным или спортивным. Они возбуждали огромный интерес к публике. Вскоре дирижабли стали использовать для военных нужд. Правящие круги капиталистических стран того времени увидели в управляемых летательных аппаратах мощное средство для ведения войн. Новая эпоха выдвинула таких деятелей, как граф Ф. Цеппелин (его именем в последствии был назван один из типов дирижаблей).

 Одаренный конструктор и энергичный организатор, Цеппелин был и фанатичным националистом. Его дирижабли представляли собой летательные аппараты сигарообразной формы с алюминиевым каркасом и мягкой оболочкой. Он имел 128 метров в длину, два его двигателя внутреннего сгорания имели мощность по 16 л.с. каждый. В последующих дирижаблях мощность двигателей была доведена до 100 л.с., а скорость полета до 50 км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ТЯЖЕЛЕЕ ВОЗДУХА   

 

 

В развитии мировой авиационной техники можно выделить несколько этапов.

      

 Планеры.

 

Первые летательные аппараты создавались конструкторами преимущественно опытным путём. Конструкторы производили опыты с моделями летательных аппаратов различных конструкций, а затем с безмоторными летательными аппаратами - планерами. Последний вид экспериментов был очень рискованным. Их жертвой стал немецкий инженер Отто Лилиенталь, осуществивший с 1891 по 1896 г., более 2500 полетов на планерах различного типа. С начала с одной (монопланного типа), потом с двумя поддерживающими поверхностями (бипланного типа). Другим экспериментатором был американец французского происхождения О. Шанют. Он применял планер бипланного типа с хвостовой частью и рулями управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аэропланы с паровым двигателем.

 

      Параллельно опытам с планерам начинается создание летательных аппаратов тяжелее воздуха, снабженных двигателями. Для первого этапа развитие таких аэропланов характерно использование в качестве двигателей паровых машин. Этот этап открывается деятельностью выдающегося русского конструктора, капитана первого ранга А.Ф. Можайского. После ряда подготовительных опытов с воздушным змеем, авиационными моделями Можайский разработал проект "воздухоплавательного снаряда". Работа была завершена к 1884 г.

 Самолет, весом около 1 тонны был монопланом. Он приводился в движение двумя паровыми машинами мощностью 20 и 10 л.с., имел хвостовое оперение и фюзеляж лодочного типа, с колесным шасси. Первый полет был неудачным : самолет оторвался от земли, но не смог удержаться в горизонтальном полете и налетел на забор.

 Во Франции летальными аппаратами совершенно иной конструкции, но также приводимыми в движение паровыми двигателями занимался с 1890 г. по 1897 г. инженер К. Одер. Он построил аппарат, имевший форму летучей мыши, приводимый в движение паровой машиной мощностью 20 л.с. Не получив поддержки военного ведомства в 1897 г. Одер прекратил занятие авиацией.

 Еще до этого в 1894 г. к сооружению самолета приступил американский предприниматель и изобретатель в сфере военной техники Х. С. Мэксим. Его машина по размерам и мощности во много раз превосходила все предыдущие. Кроме основной несущей поверхности, Мэксим ввел несколько ярусов дополнительных крыльев. Аэроплан был снабжен рулевыми парусами для управления полетом. Однако при первой же попытке оторваться от земли машина потерпела аварию.

 

 

 

 

 

 

 

 Неудачи аэропланов с паровыми двигателями в 80-90 гг. были связаны не только с тяжестью силовой установки, но и с несовершенством их аэродинамической конструкцией.

 

          

 

 

 

 

Аэропланы с двигателем внутреннего сгорания.

 

 

 

 

 

 

 

 

С 1909-1910 гг. началось применение гидросамолетов для взлета и посадки на водах у аэроплана обычного типа колесное шасси заменялось поплавками, либо менялась вся конструкция самолета и он превращался "в летающую лодку". В начале русские авиаторы использовали самолеты зарубежного производства. А в 1911 г. был установлен мировой рекорд скорости - 111 км/ч на биплане И. Сикорского. В 1913 г. Сикорским был создан первый в мире многомоторный самолет "Русский витязь". Самолет имел полетный вес 4,2 т. Длину 30 м., размах крыла 27 м., и 4 двигателя по 100 л.с. Самолет был снабжен большой закрытой кабиной. В августе 1913 г. "Русский витязь", имея 8 человек на борту, установил мировой рекорд продолжительности полета - 1ч. 54 мин.

 В том же году Сикорский построил другой многомоторный самолет "Илья Муромец" с 4 моторами по 100 л.с. (каждый с двумя винтами - тянущим и толкающим). Создание подобных самолетов продолжалось и во время первой мировой войны. Всего было построено 35 "Муромцев".

           

 

                                                                       И.И. Сикорский.

 

 

 

 Авиацию все еще не использовали в качестве транспортного средства. Полеты совершались в спортивных или научно - исследовательских целях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возникновение теоретических основ ракетно-космической техники.

 

 

 

 На протяжении всего предшествующего периода развитие ракетной техники было связано почти исключительно с использованием ракет в военных целях или в области зрелищной пиротехники. Применение ракет в этих целях продолжалось. Но идея использования реактивного двигателя для летательных аппаратов тогда ещё не выходила за рамки неосуществлённых проектов.

  В 80-х гг. появляется много разнообразных проектов применения реактивных двигателей к летательным аппаратам как легче, так и тяжелее воздуха. Особенно интересны проекты, предусматривающие создание подъёмной силы за счёт реакции отбрасываемых частиц вещества, т. е. они не нуждались в атмосфере как в опорной среде.

 Таковы были проекты ракетных летательных аппаратов Н. И. Кибальчича, С. С. Неждановского и др.

 С первой половины 80-х гг. немецкий изобретатель Г. Гинсвиндт в своих публичных лекциях и статьях поставил проблему использования ракетной техники не только для атмосферных, но и для космических полётов. Это был новый подход к проблеме космических полётов. Ни в технической литературе, ни в научной фантастике тех лет таких идей не было.

 Первенство в научной разработки идеи об использовании реактивного летательного аппарата для проникновение в космическое пространство принадлежит К. Э. Циолковскому. Его заслуженно считают отцом ракетодинамики и космонавтики. Ещё в 1883 г. Циолковский сделал вывод о возможности использования принципа реактивного движения в свободном пространстве ( т. Е. в пространстве без действия силы тяжести и сопротивления окружающей среды). К 1897 г. он окончательно убедился, что единственным техническим средством для путешествия человека в космосе может стать только ракета.

 В России к самостоятельным исследованиям в области ракетно-космической техники в 1917 г. приступил Ю. В. Кондратюк.

 

 

 

               РАБОТА ПОЧТИ БЕЗВЕСТНОГО ГЕНИЯ.

 

  " Среди всех появившихся в настоящее время работ по реактивным вопросам, и особенно в плане полетов в космическое пространство, книга Кондратюка занимает особое место, поскольку автор …выдвигает многие новые идеи… Впервые в Европе детально рассмотрен вопрос о соотношении масс, а также поразительно верно показано действие перегрузок на человеческий организм"- так писал о Кондратюке немецкий журнал "…полетной техники и моторного воздухоплавания".

   Кем же был Кондратюк?

 Ю. В Кондратюк (Александр Игнатьевич Шаргей) родился 9 июня 1897 г. в Полтаве, рос и учился там же. Его воспитывала бабушка и отец. Когда отец скончался, мальчику было всего 13 лет. В этот год он сразу поступил в третий класс Полтавской мужской гимназии. Благодаря хорошей домашней подготовки учение давалось легко. Мальчик сильно увлекался звездами, что требовало совсем не гимназических знаний математики, химии, физики, механики, и Кондратюк изнурял себя университетскими дисциплинами. С осени 1914 года он начал над работать над проблемой прорыва в космос. Гимназия была закончена 28 мая 1916 г. с серебряной медалью.

 По профессии Кондратюк не имел никакого отношения к ракетам, по началу он был элеваторным механиком. Целыми днями он проектировал механизмы для автоматизации элеватора, переводил их в рабочие чертежи, ставил оборудование. Но куда больше его занимало метеорная опасность в космическом полете, способы защиты астронавта от перегрузок, устройство костюма для выхода на Луну. В 1918 г. Кондратюк случайно прочитал заметку о ракете Циолковского, которая дала толчок для более углубленной работы над теорией полета и перехода от общих физических принципов к технической возможности броска в космос. Позднее Кондратюк разыскал публикацию части работы Циолковского и, хотя и был немного разочарован тем, что основные положения были открыты им вторично, зато увидел, что сделал также и новый важный вклад в теорию полета. 

 Между Кондратюком и Циолковским возникает переписка. Циолковский очень обрадовался молодому единомышленнику, они обсуждают многие вопросы, в том числе идею многоступенчатой ракеты и действия перегрузок на человеческий организм.

 Академик В.П. Глушко, основоположник отечественного ракетного двигателестроения, однажды писал : "На мой взгляд, мы в большом долгу перед Ю.В. Кондратюком. Его вклад в космонавтику еще не дошел достойного отражения…Не зависимо от Циолковского, не зная его работ, Кондратюк совершенно новым, оригинальным методом вывел основное уравнение полета ракеты. Он рассчитал энергетически наивыгоднейшие траектории космических полетов, разрабатывал проблемы создания промежуточных заправочных  ракетных баз - спутников планет, экономической посадкой ракет с использованием торможения атмосферы.

 Кондратюк предложил полет к Луне и планетам с выходом на орбиту их искусственных спутников. Ему принадлежит идея использования гравитационного поля встречных небесных тел для доразгона или торможения космического аппарата при полете в Солнечной системе".

 Увы, это парадокс - гений и долгая, почти полная безвестность - в жизни не так уж редок. Юрий Васильевич погиб в 1942 г. рядовым роты связи 62 го полка 21 дивизии.

 О нем долго молчали. И заговорили после высадки американцев на Луну. Шумно, противоречиво, со множеством легенд.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Заключение

 

 Космонавтикой уже давно во всем мире занято множество людей, знания меняются стремительно. Но слова Ю.А. Гагарина, сказанные им намного позже рассмотренных событий актуальны и по сей день : " Это сегодня. А завтра ?.. Поселения на Луне, путешествие к Марсу, научные станции на астероидах, связь с другими цивилизациями… Все это - будущее. Пусть не столь близкое, но реальное. Ведь оно опирается на уже достигнутое".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Литература

 

1. Большая Советская Энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1971

2.  Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. "Очерки истории науки и техники, 1870-1917 гг." : Книга для учителя.- М.: Просвещение, 1988  3. Доценко А.В. "Александр Шаргей - Юрий Кондратюк, сын Украины, Полтавы". - Полтава, 1997

4. Романенко Б.И. "Юрий Васильевич Кондратюк". - М.: Знание, 1988