Kosmoselendude teooria. Tuleviku kosmoseuuringud

Sissejuhatus.

Inimkond on alati unistanud kosmosesse reisimisest. Kirjanikud – ulmekirjanikud, teadlased, unistajad – pakkusid selle eesmärgi saavutamiseks välja mitmesuguseid vahendeid. Kuid paljude sajandite jooksul pole ükski teadlane ega ulmekirjanik suutnud leiutada ainsat inimese käsutuses olevat vahendit, millega saab gravitatsioonijõust üle saada ja kosmosesse lennata. Näiteks Prantsuse kirjaniku Cyrano de Bergeraci 17. sajandil kirjutatud loo kangelane jõudis Kuule visates tugeva magnetiga üle raudkäru, milles ta asus. Vanker tõusis magneti poole tõmmates aina kõrgemale Maa kohal, kuni jõudis Kuule; parun Münchausen ütles, et ronis Kuule mööda oavart.

Esimest korda tõi paljude inimeste unistuse ja püüdlused tegelikkusele lähemale vene teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski (1857-1935), kes näitas, et ainus seade, mis suudab gravitatsiooni ületada, on rakett, esitles ta esimest korda. teaduslikud tõendid raketi kasutamise võimaluse kohta lendudeks avakosmosesse, Maa atmosfäärist kaugemale ja teistele Päikesesüsteemi planeetidele. Tsoilkovski nimetas raketiks reaktiivmootoriga seadet, mis kasutab sellel olevat kütust ja oksüdeerijat.

Reaktiivmootor on mootor, mis on võimeline muutma kütuse keemilise energia gaasijoa kineetiliseks energiaks ja omandama seeläbi kiirust vastupidises suunas.

Millistel põhimõtetel ja füüsikaseadustel põhineb reaktiivmootori töö?

Nagu füüsikakursusest teada, kaasneb relva lasuga tagasilöök. Newtoni seaduste järgi lendaksid kuul ja relv eri suundades sama kiirusega, kui neil oleks sama mass. Väljapaiskuv gaasimass tekitab reaktiivjõu, tänu millele saab tagada liikumise nii õhus kui ka õhuvabas ruumis ning seega tekib tagasilöök. Mida suuremat tagasilöögijõudu meie õlg tunneb, seda suurem on väljuvate gaaside mass ja kiirus ning seetõttu, mida tugevam on relva reaktsioon, seda suurem on reaktiivjõud. Neid nähtusi seletatakse impulsi jäävuse seadusega:

• suletud süsteemi moodustavate kehade impulsside vektor- (geomeetriline) summa jääb süsteemi kehade mis tahes liikumise ja vastastikmõju korral konstantseks.

Maksimaalne kiirus, mida rakett suudab arendada, arvutatakse Tsiolkovski valemi abil:

, Kus

v max – maksimaalne raketi kiirus,

v 0 – algkiirus,

v r – gaasi voolu kiirus düüsist,

m – kütuse algmass,

M on tühja raketi mass.

Esitatud Tsiolkovski valem on aluseks, millel põhineb kogu kaasaegsete rakettide arvutus. Tsiolkovski arv on kütuse massi ja raketi massi suhe mootori töö lõpus – tühja raketi massi.

Seega leidsime, et raketi maksimaalne saavutatav kiirus sõltub eelkõige gaasivoolu kiirusest düüsist. Ja düüsigaaside voolukiirus sõltub omakorda kütuse tüübist ja gaasijoa temperatuurist. See tähendab, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on kiirus. Siis peate tõelise raketi jaoks valima kõige kaloririkkama kütuse, mis toodab kõige rohkem soojust. Valem näitab, et muuhulgas sõltub raketi kiirus raketi alg- ja lõppmassist, sellest, milline osa selle massist on kütus ja milline osa on kasutu (lennukiiruse seisukohalt) struktuurid: keha, mehhanismid jne d.

Selle Tsiolkovski valemi peamine järeldus kosmoseraketi kiiruse määramiseks on see, et õhuvabas ruumis areneb rakett, mida suurem on kiirus, seda suurem on gaasi väljavoolu kiirus ja seda suurem on Tsiolkovski arv.

Ballistilise raketi seade.

Kujutagem üldjoontes ette kaasaegset ülipikamaa raketti.

Selline rakett peab olema mitmetasandiline. Selle peas asub lahingulaeng ning selle taga juhtimisseadmed, tankid ja mootor. Raketi stardimass ületab olenevalt kütusest 100-200 korda kasuliku koorma kaalu! Seega peaks tõeline rakett kaaluma mitusada tonni ja selle pikkus peaks ulatuma vähemalt kümnekorruselise hoone kõrguseni. Raketi konstruktsioonile esitatakse mitmeid nõudeid. Seega on näiteks vajalik, et tõukejõud läbiks raketi raskuskeskme. Rakett võib kavandatud kursilt kõrvale kalduda või isegi pöörlema ​​hakata, kui määratud tingimused ei ole täidetud.

Joonis 1 Raketi sisemine struktuur.

Õige kursi saate taastada tüüride abil. Haruldases õhus töötavad gaasiroolid, mis suunavad gaasijoa suunda, nagu Tsiolkovski soovitas. Aerodünaamilised roolid töötavad siis, kui rakett lendab tihedas õhus.

Kaasaegsed ballistilised raketid töötavad peamiselt vedelkütust kasutavatel mootoritel. Kütusena kasutatakse tavaliselt petrooleumi, alkoholi, hüdrasiini ja aniliini ning oksüdeerivate ainetena lämmastik- ja perkloorhapet, vedelat hapnikku ja vesinikperoksiidi. Kõige aktiivsemad oksüdeerivad ained on fluor ja vedel osoon, kuid neid kasutatakse nende äärmise plahvatusohtlikkuse tõttu harva.

Mootor on raketi kõige olulisem element. Mootori kõige olulisem element on põlemiskamber ja otsik. Põlemiskambrites, kuna kütuse põlemistemperatuur ulatub 2500-3500 KOHTA C, tuleb kasutada eriti kuumakindlaid materjale ja keerukaid jahutusmeetodeid. Tavalised materjalid ei talu selliseid temperatuure.

Ülejäänud üksused on samuti väga keerulised. Näiteks pumbad, mis peavad põlemiskambri düüsidesse varustama oksüdeerijat ja kütust, juba raketis V-2, üks esimesi, suutsid pumbata 125 kg kütust sekundis.

Mõnel juhul kasutatakse tavaliste silindrite asemel suruõhu või mõne muu gaasiga silindreid, mis võivad kütust paakidest välja tõrjuda ja põlemiskambrisse juhtida.

Gaasiroolid peavad olema valmistatud grafiidist või keraamikast, seega on need väga haprad ja rabedad, mistõttu on kaasaegsed disainerid hakanud gaasitüüride kasutamisest loobuma, asendades need mitme lisaotsikuga või pöörates kõige olulisemat otsikut. Tõepoolest, lennu alguses on suure õhutiheduse korral raketi kiirus väike, mistõttu roolid juhivad halvasti ja seal, kus rakett saavutab suure kiiruse, on õhutihedus madal.

Avangardi projekti järgi ehitatud Ameerika raketil on mootor hingedel riputatud ja seda saab 5-7 võrra kõrvale pöörata. KOHTA. Iga järgneva astme võimsus ja selle tööaeg on väiksemad, kuna raketi iga aste töötab täiesti erinevates tingimustes, mis määravad selle konstruktsiooni ning seetõttu saab raketi enda konstruktsioon olla lihtsam.

Ballistiline rakett lastakse välja spetsiaalsest stardiseadmest. Tavaliselt on selleks ažuurne metallmast või isegi torn, mille ümber rakett kraanade abil jupikaupa kokku pannakse. Sellise torni sektsioonid asuvad seadmete kontrollimiseks ja silumiseks vajalike kontrollluukide vastas. Raketti tankimise ajal liigub torn eemale.

Rakett algab vertikaalselt ja hakkab seejärel aeglaselt kalduma ning kirjeldab peagi peaaegu rangelt elliptilist trajektoori. Suurem osa selliste rakettide lennutrajektoorist asub enam kui 1000 km kõrgusel Maast, kus õhutakistus praktiliselt puudub. Sihtmärgile lähenedes hakkab atmosfäär raketi liikumist järsult aeglustama, samal ajal kui selle kest muutub väga kuumaks ning kui meetmeid ei võeta, võib rakett kokku kukkuda ja selle laeng enneaegselt plahvatada.

Esitatud mandritevahelise ballistilise raketi kirjeldus on aegunud ja vastab 60ndate teaduse ja tehnoloogia arengutasemele, kuid piiratud juurdepääsu tõttu kaasaegsetele teadusmaterjalidele ei ole võimalik anda täpset kirjeldust tänapäevase ballistilise raketi toimimisest. ülipikamaa mandritevaheline ballistiline rakett. Sellest hoolimata tõi töö esile kõikidele rakettidele omased üldised omadused. Töö võib huvi pakkuda ka selleks, et tutvuda kirjeldatud rakettide väljatöötamise ja kasutamise ajalooga.

Deryabin V. M. Jäävusseadused füüsikas. – M.: Haridus, 1982.

Gelfer Ya. M. Looduskaitseseadused. – M.: Nauka, 1967.

Keha K. Vormideta maailm. – M.: Mir, 1976.

Laste entsüklopeedia. – M.: NSVL Teaduste Akadeemia Kirjastus, 1959.

Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski sündis 5. (17.) septembril 1857 Rjazani kubermangus Iževskoje külas metsamehe peres. Haiguse tõttu ei saanud ta koolis õppida ja oli sunnitud õppima iseseisvalt. Olles omandanud suurema osa kursusest iseseisvalt Moskva ainsas tasuta raamatukogus, sooritas ta riigikoolide õpetaja tiitli eksami ja sai õpetaja ametikoha Borovski rajoonikoolis. Hiljem viidi ta üle Kalugasse, kus ta veetis kogu oma tulevase elu, õpetama. Vabal ajal õppis Tsiolkovski loodusteadusi. Töö "Loomaorganismide mehaanika" eest valiti ta Venemaa Füüsikalis-keemia Seltsi täisliikmeks. Pärast revolutsiooni muutusid tema teosed nõudlikuks, tunnustati uuenduslikena ja erutasid tema kaasaegseid. Aastatel 1926–1929 tegeles Tsiolkovski kosmoselendude praktiliste küsimustega. Sel ajal sünnivad kõige julgemad ja isegi fantastilisemad ideed, mis on määratud tulevikus teoks saama. Tsiolkovski arvutas välja optimaalse kõrguse ümber Maa lendamiseks, kaitses ideed eluvormide mitmekesisusest universumis, leiutas esimese ratastega teliku, töötas välja hõljuki tõukejõu põhimõtted, kirjutas laseri tulevasest avastamisest. , ja ennustas matemaatika tungimist kõikidesse teadusvaldkondadesse. Tsiolkovski suri 19. septembril 1935. aastal.

Arvukate ja teaduslikult kahtlaste filosoofiliste teoste poolest võiks Tsiolkovskit nimetada suureks süvakosmose unistajaks ja ekstsentrikuks, kui mitte ühe “aga” puhul: Konstantin Eduardovitš on esimene inimese kosmoseuuringute ideoloog ja teoreetik. Tsiolkovski unistas alati kosmosest ja püüdis oma unistusi teoreetiliselt ja isegi praktiliselt põhjendada. Esimesed mõtted rakettide kasutamisest kosmosesse lendamiseks avaldasid teadlased juba 1883. aastal, kuid sidus matemaatiline teooria reaktiivlennukite kohta pidi ilmuma alles kolmteist aastat hiljem.

1903. aastal avaldas ta ajakirja Scientific Review viiendas numbris osa artiklist "Maailmaruumide uurimine reaktiivinstrumentide abil", kuid nagu paljud Tsiolkovski avastused ja teosed, oli see tänapäeva elu tegelikkusest liiga kaugel. Kuid just selles artiklis esitas teadlane matemaatilisi arvutusi ja põhjendusi reaalsele võimalusele kasutada rakette planeetidevaheliseks reisimiseks. Tsiolkovski ei piirdunud inimeste kosmosesse tungimise vahendi - raketi - välja toomisega, ta kirjeldas ka üksikasjalikult mootorit. Paljusid Konstantin Eduardovitši teooriaid võib nimetada prohvetlikeks, näiteks vedela kahekomponendilise kütuse valiku ja muude kütuseliikide, eriti aatomi lagunemise energia kasutamise võimaluse kohta. Tsiolkovski esitas tollal revolutsioonilise idee luua elektrilised reaktiivmootorid, kirjutades talle omasel moel, et „võib-olla on elektri abil võimalik aja jooksul osakestele tohutut kiirust anda. reaktiivseadmest välja paisatud."

Tema ideed põlemiskambri ja mootori düüsi regeneratiivsest jahutamisest kütusekomponentidega, konstruktsioonielementide keraamilisest isolatsioonist, kütuse eraldi hoidmisest ja põlemiskambrisse pumpamisest, kosmoselaeva optimaalsetest laskumistrajektooridest kosmosest naasmisel on tänapäeval edukalt kasutusel.

Teadlane ühendas aktiivselt teooriat ja praktikat, püüdes leida võimalikke viise, kuidas kõike, mida ta silmas pidas. Tsiolkovski põhjendas teaduslikult rakettide kosmoselendudega seotud probleeme. Näiteks uuris ta üksikasjalikult kõike raketiga seonduvat: liikumisseadusi, selle disaini, juhtimisküsimusi, testimist, kõigi süsteemide töökindla töö tagamist, vastuvõetavate lennutingimuste loomist ja isegi psühholoogiliselt sobiva meeskonna valimist.

On uudishimulik, et praktiliselt ilma instrumentideta arvutas Tsiolkovski optimaalse kõrguse lennuks ümber Maa - vahemiku kolmsada kuni kaheksasada kilomeetrit planeedi kohal. Just nendel kõrgustel toimuvad kaasaegsed kosmoselennud. Tsiolkovski tuletas hiljem tema järgi nime saanud valemi, mis võimaldab määrata lennuki kiirust rakettmootori tõukejõu mõjul. Samal ajal õnnestus teadlasel saada vastus olulisele praktilisele küsimusele: kui palju kütust tuleks raketti võtta, et saavutada Maalt vajalik stardikiirus ja ohutult planeedilt lahkuda? Arvutuse tulemus oli järgmine: selleks, et meeskonnaga rakett arendaks stardikiirust ja läheks planeetidevahelisele lennule, on vaja võtta sada korda rohkem kütust, kui kaalub raketi kere, mootor. , mehhanismid, instrumendid ja reisijad koos. Aga kuidas saab nii palju kütust laeva mahutada? Teadlane leidis originaalse lahenduse – mitmest omavahel ühendatud raketist koosneva raketirongi. Esirakett sisaldab teatud kogust kütust, reisijaid ja varustust. Seejärel töötavad raketid vaheldumisi, kiirendades kogu planeetidevahelist rongi. Niipea, kui ühes raketis olev kütus täielikult läbi põleb, lastakse see välja: selle tulemusena eemaldatakse tühjad paagid ja laev muutub kergemaks. Siis hakkab tööle teine ​​rakett, siis kolmas jne. Tsiolkovski valemi põhjal tehti oluline järeldus, et raketi võimekuse määravad eelkõige mootori omadused ja raketi konstruktsiooni täiuslikkus.

Tsiolkovski jättis rikkaliku teaduspärandi. Kõik tema ideed ei ole teaduse jaoks väga väärtuslikud, kuid siiski oli teadlane esimene, kes paljude probleemidega tegeles. Tema vaated tunduvad isegi praegu pisut fantastilised. On hämmastav, kui täpselt teadlane tulevikku ennustas. Nii asus ta juhtima kunstliku Maa satelliidi probleemi ja selle rolli uurimist rahvamajandusele. Ta väljendas ideed luua tulevaste põlvkondade poolt Maa-lähedasi jaamu tehisasulatena, mis kasutaksid Päikese energiat ja toimiksid planeetidevahelise side vahebaasidena. See planeetidevaheliste jaamade idee oli peamine vahend hinnalise unistuse saavutamiseks - inimkonna uurimine päikeseruumist ja tulevikus "eeterlike asulate" loomine.

4. tunni metoodika
"Astronautika põhialused"

Tunni eesmärk: arendada teadmisi astronautika teoreetiliste ja praktiliste aluste kohta.

Õppeeesmärgid:

Üldharidus: mõistete kujundamine:

Kosmoseuuringute teoreetilistest ja praktilistest eeldustest, ülesannetest ja meetoditest;
- astronautika ja astronoomia, füüsika ning teiste loodus- ja matemaatikateaduste ning tehnoloogia seostest;
- astronautikast - kosmoselaevad;
- peamistest reaktiivmootorite tüüpidest (tahkekütuse rakettmootorid, vedelkütuse mootorid, elektrimootorid, tuumajõumootorid);
- kosmoselaevade liikumise trajektooride, kiiruste ja iseärasuste, planeetidevahelise ja tähtedevahelise navigatsiooni tunnuste kohta.

Haridus: õpilaste teadusliku maailmapildi kujunemine nende inimeste teadmiste ajalooga tutvumise ajal. Isamaaline kasvatus, kui tutvuda Venemaa teaduse ja tehnoloogia silmapaistva rolliga astronautika arengus. Polütehniline haridus ja tööõpetus astronautika praktilise rakendamise teabe esitamisel.

Arendav: probleemide lahendamise oskuste arendamine, kasutades kosmoselaevade liikumise kirjeldamiseks kosmiliste kehade liikumisseadusi, Tsiolkovski valemeid ja kosmilisi kiirusi.

Õpilased peavad tea:

astronautikast (astronautika uurimise teema, ülesanne ja meetodid, seos teiste teadustega);
- astronautikast: kosmosesõidukite peamised tüübid, nende disain ja omadused;
- rakettmootorite peamistest tüüpidest, nende ehitusest ja omadustest
- Tsiolkovski valem, I, II, III kosmiliste kiiruste valemid ja väärtused (Maa jaoks);
- kosmoselaevade lennutrajektooridest ning nende orbiitide kuju ja liikumiskiiruse vahelisest seosest.

Õpilased peavad suutma: lahendage ülesandeid Tsiolkovski valemi ja kosmiliste kehade liikumisseaduste rakendamisel kosmoselaevade liikumise karakteristikute arvutamiseks.

Visuaalsed abivahendid ja demonstratsioonid:

Filmiribad: "Kosmoselendude mehaanika elemendid".
Filmid: "Teisliku Maa satelliidid"; "Kosmoselennud".
Tabelid: "Kosmoselennud"; "Kosmoseuuringud".
Seadmed ja tööriistad: seade satelliitide liikumise demonstreerimiseks.

Kodutöö:

1) Tutvu õpiku materjaliga:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: § 14 lõige 4, § 16 lõige 4.
- E.P. Levitan: §§ 7-11 (kordus).
- A.V. Zasova, E.V. Kononovitš: § üksteist; harjutused 11 (3, 4)

2) Täitke ülesanded Vorontsov-Velyaminov B.A. ülesannete kogust. : 174; 179; 180; 186.

3) Valmistada ette aruanded ja sõnumid tunni “Kosmonautika ajalugu” jaoks.

Tunniplaan

Õppetunni sammud		Esitlusmeetodid	Aeg, min
	Tunni teema uuendamine	Lugu
	Astronautika uurimise teoreetiliste ja praktiliste eelduste, ülesannete ja meetodite kontseptsioonide kujundamine	Loeng	7-10
	Astronautika ja raketimootorite põhitüüpide kontseptsioonide kujundamine	Loeng	10-12
	Mõistete kujunemine kosmoselaevade liikumise trajektooride, kiiruste ja iseärasuste, planeetidevahelise ja tähtedevahelise navigatsiooni tunnuste kohta	Loeng	10-12
	Probleemi lahendamine
	Läbitud materjalist kokkuvõtete tegemine, tunni kokkuvõtte tegemine, kodutöö

Materjali esitamise metoodika

Seda õppetundi on kõige parem anda loengu vormis, mille käigus süstematiseeritakse, üldistatakse ja arendatakse õpilaste poolt loodusloo, loodusloo ja füüsika kursustel õpitud “eelteaduslikke” astronautilisi teadmisi ning teavet astronautika ja reaktiivmootorite kohta. kogu kooliaja jooksul, viiakse läbi. Käsiraamatu autorid teevad ettepaneku piirduda küsimuste analüüsiga tehissatelliitide orbiitide ja kiiruse, kosmoselaevade lendude Kuule ja planeetidevaheliste lendude lihtsaimate trajektooride kohta. Peame vajalikuks seda materjali täiendada ja laiendada, teoretiseerida, et õppusel kujuneks koolituse tulemusena terviklik arusaam astronautika teoreetilistest ja praktilistest alustest. Materjali esitamisel tuleks lähtuda varem uuritud materjalist füüsikas (klassikalise mehaanika alused: Newtoni seadused, gravitatsiooniseadus, impulsi jäävuse seadus, reaktiivjõud) ja astronoomias (astromeetria ja taevamehaanika: Kepleri seadused, informatsioon kosmilise kohta kiirused, kosmiliste kehade orbiidid ja häired). Hariduse patriootiline aspekt realiseerub, suunates õpilaste tähelepanu kodumaise teaduse ja tehnoloogia saavutustele, Venemaa teadlaste panusele raketiteaduse ja astronautika tekkes, kujunemises ja arengus. Ajaloolisi detaile tuleks vältida ja salvestada hilisemaks õppetunniks.

Kosmonautika – lennud avakosmoses; teadus- ja tehnoloogiaharude kogum, mis tagab avakosmose ja kosmoseobjektide ning nende süsteemide uurimise ja arendamise erinevate kosmoseaparaatide (SCAV) abil: raketid, tehismaa satelliidid (AES), automaatsed planeetidevahelised jaamad (AMS), kosmoseaparaadid (SC) , mehitatud või Maalt juhitud.

Astronautika teoreetilise aluse moodustavad:

1. Astronoomia (astromeetria, taevamehaanika ja astrofüüsika).

2. Kosmoselendude teooria - kosmodünaamika - taevamehaanika rakendusosa, lennutrajektooride, kosmoseaparaadi orbiidi parameetrite jms uurimine.

3. Raketitehnika, pakkudes lahendusi kosmoserakettide, mootorite, juhtimissüsteemide, side ja teabeedastuse, teadusseadmete jms loomise teaduslikele ja tehnilistele probleemidele.

4. Kosmosebioloogia ja meditsiin.

Peamine ja seni ainus transpordivahend avakosmoses on rakett. Rakettide liikumise seadused tuletatakse klassikalise mehaanika seaduste alusel: kinemaatika ja dünaamika (Newtoni II seadus, impulsi jäävuse seadus jne).

K. E. Tsiolkovski valem kirjeldab raketi liikumist avakosmoses välistingimuste mõju arvestamata ja iseloomustab raketi energiaressursse:

, - Tsiolkovski number, Kus m 0 - algustäht, m k on raketi lõplik mass, w on väljapaiskutava massi kiirus raketi suhtes (joa kiirus), g- gravitatsiooni kiirendus.

Riis. 73

Kanderakett (LV) on mitmeastmeline ballistiline rakett kasuliku lasti kosmosesse saatmiseks (AES, AMS, kosmoselaevad jne). Kanderaketid on tavaliselt 2–4-astmelised raketid, mis annavad kasulikule lastile I–II põgenemiskiiruse (joonis 73).

Rakettmootor (RM) on reaktiivmootor, mis on mõeldud rakettide jaoks ja ei kasuta töötamiseks keskkonda. RD-s ei muudeta mitte ainult mootorile antav energia (keemiline, päikeseenergia, tuumaenergia jne) mootori töövedeliku liikumise kineetiliseks energiaks, vaid ka veojõu liikumapanev jõud luuakse otseselt mootoris. mootorist välja voolava töövedeliku joa reaktsiooni vorm. Seega on RD nagu mootori enda ja jõuseadme kombinatsioon.

Ruleerimistee eritõukejõud määratakse valemiga: .

Praegu kasutatakse laialdaselt ainult keemilisi XRD-sid.

Tahkekütuse rakettmootorit (tahkekütuse rakettmootorit) on kasutatud umbes 2000 aastat – laialdaselt raketisuurtükiväes ja piiratud määral astronautikas. Tahkekütuse rakettmootorite tõukejõu ulatus ulatub grammidest sadade tonnideni (võimsate rakettmootorite puhul). Laengute kujul olev kütus (algselt - must pulber, 19. sajandi lõpust - suitsuvaba pulber, 20. sajandi keskpaigast - spetsiaalsed koostised) asetatakse täielikult põlemiskambrisse. Pärast käivitamist põlemine jätkub tavaliselt kuni kütuse täieliku ärapõlemiseni, tõukejõu muutust ei reguleerita. See on disainilt ja töölt kõige lihtsam, kuid sellel on mitmeid puudusi: väike eritõukejõud, ühekordne käivitamine jne. See on paigaldatud mõnele kanderaketile USA-s (Scout, Thor, Titan), Prantsusmaal ja Jaapanis. Seda kasutatakse ka pidurdus-, pääste-, korrigeerimis- jne süsteemidena (joonis 74).

Vedel rakettmootor (LPRE) on raketimootor, mis töötab vedelal raketikütusel. K. E. Tsiolkovski ettepaneku 1903. aastal. Kaasaegse kosmosetehnoloogia peamine mootor. Tõukejõud alates grammi murdosadest kuni sadade tonnideni. Vastavalt otstarbele jaotatakse vedelkütusega mootorid põhi- (tõukejõu-), pidurdus-, parandus- jne. Kütusena kasutatakse: oksüdeerijad - vedel hapnik, lämmastiktetroksiid, vesinikperoksiid; põlevad - petrooleum, hüdrasiin, vedel ammoniaak, vedel vesinik. Kõige lootustandvam vedela vesiniku ja hapniku kombinatsioon (LV Energia) (joonis 75).

Spetsiifilise tõukejõu suurendamiseks on tuumaenergia kasutamine paljulubav. Tuumarakettmootorite katseproovid ( HOOV) on välja töötatud alates 60. aastate keskpaigast NSV Liidus ja USA-s. Praegu on Venemaa ainus riik, millel on alalhoidlik tuumajõul töötav raketiheitja (joonis 76).

Areng jätkub elektrilised ruleerimisrajad(EP) - elektrotermiline, elektromagnetiline, ioonne. Esimesed elektrilise tõukejõu katsenäidised loodi NSV Liidus aastatel 1929-30; Praegu kasutatakse elektrilisi tõukemootoreid kosmoselaevade asendi reguleerimise mootoritena Venemaal ja USA-s. Käituri ioonmootor on paigaldatud AMS-ile, mis käivitati 90ndate lõpus. USA-s (joon. 77).

Kosmoselendude mehaanika seisukohalt jagunevad ruleerimisteed:

1. Tõukejõusüsteemid piiratud heitgaasikiirusega w » 3–30 km/s, mis määratakse kindlaks joa (keemia-, tuuma- jne) kõrgeima temperatuuri järgi. Nad töötavad lühikest aega (minutid, sekundid) atmosfääris ja vaakumis väikestes aktiivsetes osades lennutrajektooril (sadades km).

2. Eraldi energiaallikaga piiratud elektrisüsteemid, millest sõltub nende kasutegur (elekter jne).

3. Piiratud tõukejõuga süsteemid (purjetamine ja radioisotoop).

Aktiivsete lennufaaside ajal sõltub kosmoselaeva liikumine selle mootorite tööst; passiivsetes trajektoorilõikudes mõjutavad kosmoseaparaadi liikumist kosmiliste kehade tõmbejõud, kerge rõhk ja päikesetuul ning atmosfääri ülemistes kihtides - aerodünaamilised hõõrdejõud.

Kosmoselaeva passiivse liikumise põhiomadused saab määrata 2-kehalise probleemi lahendamisega.

Massiivsete kosmiliste kehade keskses gravitatsiooniväljas liiguvad kosmoselaevad Kepleri orbiitidel ja:

1. Kosmoselaeva trajektoor on sirgjooneline juhul, kui selle algkiirus u 0 = 0 ja kosmoselaev langeb ühtlaselt kiirendatult raskuskeskme suunas.

2. Kosmoselaevad liiguvad mööda elliptilisi trajektoore, kui algkiirus on suunatud raskuskeskme suhtes nurga all, kell . Elliptilistel orbiitidel ümber Maa liiguvad selle satelliidid, kaasaegsed kosmoseaparaadid ja orbitaaljaamad, aga ka nende uuritavate planeetide ümber tiirlevad kosmoseaparaadid.

3. Mööda paraboolseid trajektoore u 0 = u II, kui kosmoselaeva lõppkiirus lõpmatult kauges ruumipunktis on null.

4. Mööda hüperboolseid trajektoore (u 0 > u II), mis on peaaegu eristamatud sirgjoonelistest, mis asuvad raskuskeskmest suurel kaugusel.

Planeetidevaheliste lendude trajektoorid erinevad sõltuvalt kosmoselennu eesmärgist ja omadustest kuju, lennu kestuse, energiakulude ja muude tegurite poolest. Huvitav on märkida, et kosmoseaparaadid ei liigu peaaegu kunagi sirgjooneliselt: nende liikumise trajektoorid (välja arvatud mõned idealiseeritud juhtumid) on teist järku kõverate segmendid (ringid, ellipsid, paraboolid ja hüperboolid), mis ühendavad kosmiliste kehade orbiite. või kehad ise.

Planeetidevahelistel lennutrajektooridel on 3 passiivset lõiku: 1) Maa “tegevussfääri” sees, milles kosmoselaeva liikumise määrab ainult gravitatsioonijõud; 2) Maa mõjusfääri piirist kuni kosmilise keha mõjusfääri piirini - lennu eesmärk, pikim ja pidevam, mille juures kosmoselaeva liikumise määrab külgetõmbejõud. Päikesest; 3) kosmilise keha toimesfääris - lennu eesmärk.

Juba eespool märgiti, et Maa mõjusfäärist väljumiseks peab kosmoselaeva kiirus olema u > u II; . Lisakiirust, mille peab saavutama tehissatelliidi orbiidil asuv kosmoselaev, et Maa mõjusfäärist lahkuda, nimetatakse väljumiskiiruseks u V. , Kus r- kaugus kosmilisest kehast, R dÅ - Maa mõjusfääri raadius ( R dÅ = 925000 km).

Kosmoselaeva Maa pinnalt käivitamisel tuleb arvestada:

1) Maa pöörlemiskiirus ja suund ümber oma telje;
2) Maa pöörlemiskiirus ja suund ümber Päikese (u Å = 29,785 km/s).

Maa ümber oma telje pöörlemissuunale vastupidises suunas pöörlevate satelliitide start on väga keeruline, nõudes suuri energiakulutusi; Keerulisem on kosmoselaeva käivitamine mööda trajektoori, mis ei asu ekliptika tasapinnal.

Kui väljumiskiirus ühtib suunaga Maa liikumiskiirusega v Å, kosmoselaeva orbiit, välja arvatud periheel, asub väljaspool Maa orbiiti (joonis 79c).
Kiiruse vastassuunaga u V Kosmoselaeva orbiit, välja arvatud afeel, asub Maa orbiidi sees (joonis 79a).
Sama suuna ja kiiruste võrdsusega u V= u Å kosmoselaeva orbiit muutub sirgeks, mida mööda kosmoselaev langeb umbes 64 päevaks Päikesele (joonis 79d).
Kui u V= 0, kosmoselaeva orbiit langeb kokku Maa orbiidiga (joonis 79b).

Mida suurem on kiirus u V Kosmoselaev, seda suurem on selle elliptilise orbiidi ekstsentrilisus. Väärtus määratakse suhteliselt lihtsate arvutuste abil v sisse, mis on vajalik selleks, et kosmoseaparaadi orbiitide periheel või afeel paikneks välis- või siseplaneetide orbiidil, .

Kosmoselaevade lennutrajektoore, mis puudutavad samaaegselt Maa orbiite ja kosmilisi kehasid - planeetidevahelise lennu sihtmärke - nimetatakse Hohmanni trajektoorid(neid arvutanud saksa teadlase W. Homanni auks).

Väliste planeetide jaoks: . Sisemiste planeetide jaoks: , Kus r- planeedi keha keskmine kaugus Päikesest.

Lennu kestus mööda Homani trajektoori arvutatakse järgmise valemi abil: keskmine päikesepaisteline päev.

Planeetidevahelise lennu trajektoori arvutamisel Hohmanni trajektooride abil on vaja arvestada Maa, Päikese ja sihtplaneedi suhtelist asendit (algkonfiguratsiooni), planeetide orbiitidel liikumise omadusi ja iseärasusi. . Näiteks lend Marsile mööda lühimat Hohmanni trajektoori võtab vaid 69,9 päeva, Jupiterile - 1,11 aastat ja Pluutole - 19,33 aastat. Maa, Päikese ja nende planeetide tegelik optimaalne vastastikune asend esineb aga üliharva ning lennuaja lühendamiseks on vaja u. V, mis nõuab täiendavat energiatarbimist. Seetõttu on mehitatud lennud Päikesesüsteemi planeetidele muu hulgas palju kulukamad ja keerulisemad kui nende planeetide uurimine kosmoselaevade abil, mis võivad lennata sihtmärkideni aastaid mööda kõige ökonoomsemaid trajektoore. Võttes arvesse planeetide ja Päikese häirete mõju, peavad AWS-idel ja kosmoselaevadel olema mootorid liikumistrajektoori reguleerimiseks.

Sihtplaneedi toimesfääri jõudmisel peab kosmoselaev selle ümber elliptilisele või ringikujulisele orbiidile sisenemiseks vähendama oma kiirust väärtuseni, mis on väiksem kui II kosmiline antud planeedi puhul.

Planeetidevahelises navigatsioonis kasutatakse laialdaselt kosmoselaevade manöövrit Päikesesüsteemi planeetide gravitatsiooniväljas.

Massiivse kosmilise keha keskses gravitatsiooniväljas liikudes mõjub kosmoselaev sellest kehast lähtuva külgetõmbejõuga, mis muudab kosmoselaeva liikumise kiirust ja suunda. Kosmoselaeva kiirenduse suund ja suurus sõltuvad sellest, kui lähedale kosmoselaev kosmilisest kehast lendab ning nurgast j kosmoselaeva sisenemis- ja väljumissuundade vahel selle keha toimesfääri.

Kosmoselaeva kiirus muutub:

Kosmoselaev saavutab suurima kiirenduse liikudes mööda kosmilisest kehast minimaalsel kaugusel kulgevat trajektoori, kui kosmoseaparaadi sisenemiskiirus toimesfääri on võrdne kosmilise kiirusega I kosmilise kiirusega u I selle keha pinnal, samas .

Ümber Kuu lennates võib kosmoselaev oma kiirust tõsta 1,68 km/s, ümber Veenuse lennates - 7,328 km/s ja ümber Jupiteri lennates - 42,73 km/s. Kiirust, millega kosmoselaev planeedi mõjusfäärist lahkub, saab oluliselt suurendada, kui mootorid periapsise läbimise hetkel sisse lülitada.

Joonisel fig. 80-81 näitavad mõningaid planeetidevaheliste lendude arvutatud trajektoore.

Astronautika- astronautika haru, mis uurib tähtedevaheliste lendude probleeme. Praegu uurib ta peamiselt lennumehaanika teoreetilisi probleeme, kuna kaasaegsel teadusel puudub teave tähtedeni jõudmise tehniliste küsimuste lahendamiseks.

Tähtedevaheliseks lennuks peab kosmoselaev väljuma Päikese mõjusfäärist, mis on võrdne 9 × 10 12 km. Tähtedevahelised kaugused on tohutud: lähim täht on 270 000 AU; Päikese ümber 10 raadiusega sfääri sees on ainult umbes 50 tähte.

Praegu on kosmoselaevad Pioneer 10 ja 11 ning Voyager 1 ja 2 asunud Päikesesüsteemist kaugemale lennule, mis kaugeneb tuhandete aastate pärast 1 valgusaasta kaugusele.

Olemasolevad ja isegi paljutõotavad rakettmootorite tüübid ei sobi tähtedevahelisteks lendudeks või neist on vähe kasu, kuna need ei suuda kiirendada kosmoselaeva kiiruseni, mis ületab 0,1 valguse kiirust. Koos .

Lähimate tähtede juurde on teoreetiliselt võimalikud ainult automaatsete tähtedevaheliste sondide (AIS) või mehitatud lennud, et koloniseerida sobivaid planeete meeskonnaga "pöörduva surma" seisundis (talveunes) või põlvkondade vahetumisel. laeva sees, mis nõuab paljude probleemide lahendamist ainult tehniliste, aga ka eetiliste, psühholoogiliste, bioloogiliste probleemidega (meeskond ei naase kunagi Maale; nad peavad veetma suurema osa oma elust või isegi kogu oma elust põlvkondade vahetuse käigus laeva sees laev; on vaja luua kosmoselaeva täiesti suletud ökosüsteem jne); juba enne starti peavad maapealsed astronoomilised vaatlused tagama eluks sobivate maaplaneetide olemasolu tähe – lennu sihtmärgi – läheduses (muidu kaotab lend mõtte).

Kaasaegse astronautika "sinine unistus" on teoreetiliselt ideaalne kvant (footon) raketiheitja, mille w = c - ainus, mis sobib tähtedevahelisteks lendudeks Galaktika piires (joonis 78).

Füüsiliste kehade liikumist valguse kiirusele lähedasel kiirusel käsitletakse üldises relatiivsusteoorias (GTR), mis uurib mis tahes füüsikaliste protsesside aegruumi mustreid.

Üldrelatiivsusteooria raames on Tsiolkovski valem üldistatud ja võtab järgmise kuju: ,

Kus z- Tsiolkovski number, m 0 - algustäht, m 1 on kosmoselaeva lõplik mass, u 1 on kosmoselaeva lõppkiirus Maa võrdlusraamis, w on jugavoolu kiirus laeva suhtes.

Isegi footontähelaev ei suuda saavutada valguse kiirust w = c , sest: .

Kaasaegse teaduse kohaselt on valguse kiirusest suurema kiirusega lendamine ühegi materiaalse objekti jaoks võimatu. Kuid (teoreetiliselt) võib tähelaev liikuda valguse kiirusele lähedase kiirusega.

Võimalikud võimalused tähtedevaheliseks lennuks:

1. Lend 3 etapis: kosmoselaeva kiirendamine maksimaalse kiiruseni; pidurduslend väljalülitatud mootoritega; pidurdamine nullkiirusele.
2. Lend kahes etapis pideva kiirendusega: lennu esimesel poolel suurendab kosmoseaparaat kiirendusega kiirust g~ gÅ= 10 m/s 2 ja hakkab seejärel sama kiirendusega pidurdama.

Üldrelatiivsusteooria põhiprintsiipide kohaselt aeglustuvad kosmoselaeva pardal oleva vaatleja jaoks valguse kiirusele lähenedes kõik füüsikalised protsessid teguri võrra ning kaugused kosmoselaeva liikumissuunas vähenevad sama palju: ruum ja aeg on justkui "kokkusurutud". Laeva võrdlusraamis on see paigal, kuid Maa ja lennu sihtmärgi suhtes liigub see kiirusega u £ c.

Enda (laeva) lennuaeg ja sõltumatu aeg, mis on kulunud Maale stardihetkest, arvutatakse erinevate valemite abil: , Kus Ja - hüperboolse koosinuse ja hüperboolse siinuse funktsioonid, r- kaugus lennu sihtmärgist.

Pideva kiirendusega g= 10 m/s 2 lend tähele a Centauri võtab laevakella järgi 3,6 aastat, maakella järgi 4,5 aastat; lend Galaxy keskmesse kestab laevakella järgi T k= 19,72 aastat Maa andmetel T Å= 27000 aastat; Lend galaktikasse M31 ("Andromeeda udukogu"), mis on spiraalgalaktikatest lähim, võtab aega vastavalt T k= 28 aastat ja T Å= 3,5 miljonit aastat!

See on hind, mida tuleb maksta tähtedevaheliste lendude eest vastavalt "kaksikparadoksile": astronaudid, kes on lennanud ümber poole galaktikast ja vanad kümneid aastaid, naasevad Maale tuhandeid ja miljoneid aastaid pärast starti. Lisaks sisuliselt "ühesuunaliselt lennult" kaugest minevikust tulevikumaailma naasvate tulnukate puhtalt eetilistele probleemidele kerkib oluline probleem astronautide edastatava teabe väärtusega: lennu ajal on teadus Maal ei seisa paigal!

Tähtedevaheliste lendude energiaprobleemid on väga olulised: planeetidevahelise mehitatud lennu Maa - Marsi teise kosmilise kiiruse saavutamiseks kulutatakse energiat umbes 8,4 × 10 9 kW × h (toodetakse 100 võimsusega elektrijaamas MW 8,5 tunniga), seejärel kosmoselaeva kiirendamiseks 0,2-ni Koos vajaminev energia on 10 15 kW × h – kogu Maa elektrijaamade poolt 10 aasta jooksul toodetud energia. Kiiruse suurendamine 0,4 s-ni toob kaasa 100% mootori efektiivsuse juures energiatarbimise suurenemise 16 korda! Termotuumarakettmootori kütusevarud moodustavad üle 99% kosmoselaeva massist. Antiaine süntees ühe footontähelaeva lennu jaoks nõuab nii palju energiat, et tänapäeva teadus ei suuda näidata selle allikat Päikesesüsteemis.

Seega on füüsikaseaduste järgi maise tsivilisatsiooni praegusel arengutasemel tähtedevahelised mehitatud kosmoselaevade lennud praktiliselt võimatud. Läheduses olevate tähtede uurimine tähtedevahelise mehitamata AMS-iga on täiesti võimalik (praegu töötatakse USA-s ja Venemaal projekte AMS-i käivitamiseks 21. sajandi keskel Proxima Centaurile, Barnardi tähele ja mõnele teisele objektile). Mitmekümne tonnise kandevõimega AMZ-d kiirendavad kiiruseni 0,1–0,2 Koos päikese-, radioisotoopide või termotuumarakettmootorite puhul on lennuaeg kümneid või isegi sadu aastaid.

Õpitud materjal koondatakse ülesannete lahendamise käigus:

10. harjutus:

1. Miks on lihtsam kosmoseaparaati saata Pluutole kui Päikesele?

2. Kas on võimalik, 60ndate ulme lemmikolukord, kui rikkis mootoriga kosmoselaev tõmbab ligi ja kukub Päikese alla?

3. Kus ja miks on kasulikum leida kosmodroome: poolustel või Maa ekvaatoril?

4. Määrake kiirus, millega kosmoselaev Päikesesüsteemist lahkub. Kui kaua kulub lähima täheni lendamiseks?

5. Miks tekib kaaluta olek kosmoselaeva sees lennutrajektoori passiivses osas?

6. Kui suur on AMS-i kiirus, mis pöörleb ringikujulisel orbiidil ümber Jupiteri kaugusel: a) 2000 km; b) 10 000 km kaugusel planeedist?

7. Joonistage joonisele Maa, Päikese ja Marsi konfiguratsioon, arvestades nende orbiite ringikujulisteks, Nõukogude kosmoselaevade “Mars-2” ja “Mars-3” lennu ajal, mis jõudsid Marsile 21. novembril 1971. ja 2. detsembril 1971 pärast 192 ja 188 lennupäeva, kui planeetide vastasseis toimus 10. augustil 1971.

Vastavalt V.V. Radzievsky peaks juhtima õpetajate ja õpilaste tähelepanu „astronoomia tohutule praktilisele tähtsusele seoses aktiivse kosmoseuuringutega, astronautika rollile keskkonnareostuse keskkonnaprobleemide lahendamisel (õhku saastavate ettevõtete kosmosesse viimine, ohtlikud tööstusjäätmed kosmosesse, demograafilised väljavaated)… Programmis endas on vaja tugevdada astronautika elemente, tutvustada küsimusi: energia jäävuse seadus 2-keha probleemis (elementaarne järeldus)...

60-80ndatel õpetati Nõukogude Liidu koolides A.D. valikkursust. Marlensky "Kosmonautika alused" (IX klass, 70 tundi koolitust, 2 tundi nädalas). Teave selle ülesehituse, sisu ja tunniplaani kohta võib olla kasulik kaasaegsele füüsika- ja astronoomiaõpetajale vastava materjali kasutamiseks füüsika- ja astronoomiatundides (eriti füüsika- ja matemaatikatundides) ning klassivälises tegevuses:

1) Astronautika ajalugu(2 tundi) (Esimesed fantastilised kosmoselendude projektid. K.E. Tsiolkovski - teadusliku astronautika rajaja. Raketitehnoloogia arengu põhietapid. Esimese Nõukogude satelliidi start ja kosmoseajastu algus. Inimese lend kosmosesse ).

2) Rakettide liikumine ja disain(4 tundi) (Raketi tööpõhimõte. Muutuva massiga kehade mehaanika mõiste. Tsiolkovski valem. Üheastmelise raketi põhiosad ja arvulised karakteristikud. Mitmeastmelised raketid. Raketimootorid ja kütused) . Alusta impulsi jäävuse seaduse kordamisega; selle põhjal analüüsida raketist ühe impulsiga massiväljaviskamist. Vaatleme järjestikuste väljapaiskumiste seeriat ja näitame, et raketi kiirus ühesuunalise väljapaiskumise ajal on võrdne kiiruste summaga, mis raketi iga massiväljaviske korral saab. Esitage Tsiolkovski valem (ilma üksikasjaliku tuletiseta, kuid koos füüsikalise tähenduse ja vastavate probleemide lahendamise üksikasjaliku analüüsiga). Vaatleme raketi liikumist dünaamika seaduste seisukohast sõltuvalt reaktiivjõust. Näidake eksperimentaalselt reaktiivjõu esinemist voolavate veejugade näidete abil ja näidake, kuidas saab tõukejõudu muuta (paigaldise skeem on kaasas). Tutvustada õpilasi üheastmeliste ja mitmeastmeliste kanderakettide arvuliste omadustega. Paku (kodus) välja töötada erinevate omadustega raketiprojekte, võta need lahti järgmises õppetükis. RD tööd uuritakse üldjoontes. Vaadeldakse nende konstruktsiooni skeeme, kütusevarustust ja omaduste (kiirus, temperatuur ja põlemisproduktide rõhk piki ruleerimistee telge) muutuste graafikuid. Pöörake tähelepanu raketimootorite ja raketikütuse põhiandmetele võrreldes soojusmootorite ja maismaatranspordi kütusega. Kasulik on demonstreerida toimivaid mudelrakette.

3) Raketi vaba liikumine gravitatsiooniväljas(8 tundi) (Keskgravitatsiooniväli. 2 keha ülesanne. Mehaanilise energia jäävuse seadus gravitatsiooniväljas liikumisel. Gravitatsiooniparameeter. Elliptilisel orbiidil liikuva keha kiiruse valem. Liikumistrajektoorid gravitatsiooniväljas (Kepleri orbiidid). Kepleri seadused. Ringkiirus, vabanemiskiirus, hüperboolne liigkiirus. Häiritud liikumise mõiste. Tegevusala. Kaalutus). Korrake universaalse gravitatsiooni seadust 2 materiaalse punkti suhtes ja analüüsige üksikasjalikult selle valemit; tuua välja võimalus kujutada massiivseid kosmilisi kehasid materiaalsete punktide kujul. Kujuneb ettekujutus gravitatsiooniväljast kui kesksete jõudude väljast ja selle omadustest: gravitatsioonikiirendus (võimaldab määrata keskvälja jõu mõjusid välja erinevatesse punktidesse sisestatud kehadele) ja potentsiaalidest (energiakulude määramiseks). erinevate kehade liigutuste jaoks selles valdkonnas). Põhjendage lõpmatuse punktide gravitatsioonipotentsiaali nullväärtuse valikut; sel juhul mõõdetakse kõigi kosmiliste kehade gravitatsioonipotentsiaale nulltasemest ja neid on lihtne võrrelda. Võrreldes planeetide pinnal asuvate punktide gravitatsioonipotentsiaale, saab otsustada, kui palju tööd on vaja keha eemaldamiseks antud punktist lõpmatuseni (tuues sisse kosmilise kiiruse II kontseptsiooni). 2-keha probleemi lahendus põhineb energia jäävuse ja nurkimpulsi seadustel (nurkimpulsi jäävuse seaduse mõiste tuleks moodustada Žukovski pingi demonstreerimise, nurga mõiste definitsiooni põhjal hoog ja hulk katseid)

4) Raketi liikumine tõukejõu mõjul(6 tundi) (Kosmoselaeva orbiidile viimine. Kiiruskaod. Iseloomulikud alg- ja summaarsed kiirused. Kosmoseaparaadi juhtimine. Trajektoori korrigeerimised. Ülekoormused lennu ajal. Kosmose navigatsiooni mõiste. Inertsiaalne, astro- ja raadionavigatsioon. Kosmoselaeva orientatsioon ja stabiliseerimine ). 5) Kunstlikud Maa satelliidid(8 tundi) (Satelliidi orbiidid. Maa ebasfäärilisusest, atmosfääritakistusest, Kuu ja Päikese gravitatsioonist põhjustatud orbiitide häired. Satelliidi liikumine Maa pinna suhtes. Satelliidi orbiidile suunamine. Mitmikimpulss manöövrid. Kohtumine orbiidil. Ooteorbiidid. Homaani ülekanded. Dokkimine. Orbitaaljaamad. Orbiidilt laskumine. Põhilised füüsikalised nähtused taassisenemisel. Ballistilised ja libisevad laskumised). 6) Lennud Kuule ja planeetidele(8 tundi) (Lennutrajektoorid Kuule. Kunstlikud Kuu satelliidid. Maandumine Kuul. Lennutrajektoorid planeetidele. Optimaalsed trajektoorid. Käivitage aknad. Trajektoori korrigeerimine. Mitme impulsi trajektoorid. Planeetide gravitatsioonivälja kasutamine planeetide gravitatsioonivälja muutmiseks kosmoselaevade trajektoorid. Lend ümber planeetide. Maandumine planeetidele. Atmosfääri kasutamine maandumisel. Sissepääsukoridor. Kõva ja pehme maandumine). 7) Kosmose lennutingimused(2 tundi) (Kiirgusoht. Meteoriidioht. Kaitsemeetodid. Elu toetamine kosmoselaevas. Kosmosepsühholoogia. Elu rütm kosmoselaevas. Kaalutaoleku ja ülekoormuse mõju kehale). 8) Astronautika teaduslik ja praktiline kasutamine(6 tundi) (NSVL saavutused kosmosekasutuses. Satelliitide, kosmoselaevade ja AWS teadusaparatuur. Maa, Maa-lähedase kosmose, Kuu, planeetide, planeetidevahelise kosmose uurimine astronautika abil. Astronautika praktiline kasutamine : geodeesias, meteoroloogias, navigatsioonis, sides, maavarade uurimises). 9) Astronautika väljavaated(2 tundi) (Päikesesüsteemi edasiste kosmoselendude projektid. Kuu ja planeetide uurimise projektid. Tähtedevaheliste lendude võimalus). 10 tundi praktilist tööd (sh astronoomilised vaatlused).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Vaata ka: Kõik samal teemal väljaanded >>

Sõna kosmos on sünonüüm sõnale universum. Kosmos jaguneb sageli mõnevõrra meelevaldselt lähikosmoseks, mida saab praegu uurida Maa tehissatelliitide, kosmoselaevade, planeetidevaheliste jaamade ja muude vahendite abil, ning kauge kosmos – kõik muu, võrreldamatult suurem. Tegelikult viitab lähiruum päikesesüsteemile ja kauge kosmos tähistab tähtede ja galaktikate tohutuid avarusteid.

Sõna "kosmonautika" sõnasõnaline tähendus, mis on kombinatsioon kahest kreeka sõnast - "ujumine universumis". Tavakasutuses tähendab see sõna erinevate teaduse ja tehnika harude kogumit, mis tegelevad kosmoseaparaatide abil kosmose- ja taevakehade uurimis- ja arendustegevusega - tehissatelliidid, erineva otstarbega automaatjaamad, mehitatud kosmoselaevad.

Kosmonautika või, nagu seda mõnikord nimetatakse, astronautika, ühendab lende kosmosesse, teaduse ja tehnoloogia harude kogumit, mis on mõeldud avakosmose uurimiseks ja kasutamiseks inimkonna vajaduste huvides, kasutades erinevaid kosmosevahendeid. Inimkonna kosmoseajastu alguseks peetakse 4. oktoobrit 1957 – kuupäeva, mil Nõukogude Liidus lasti orbiidile esimene kunstlik Maa satelliit.

Kosmoselennu teooria, inimkonna ammune unistus, sai teaduseks suure vene teadlase Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski põhjapanevate tööde tulemusena. Ta uuris rakettide ballistika põhiprintsiipe, pakkus välja vedela rakettmootori skeemi ja kehtestas seadused, mis määravad mootori reaktiivjõu. Pakuti välja ka kosmoselaevade skeemid ja anti välja rakettide projekteerimise põhimõtted, mida praegu praktikas laialdaselt kasutatakse. Pikka aega, kuni hetkeni, mil entusiastide ja teadlaste ideed, valemid ja joonised hakkasid projekteerimisbüroodes ja tehaste töökodades muutuma “metallist” valmistatud esemeteks, toetus astronautika teoreetiline vundament kolmele sambale: 1) astronautika teooria. kosmoselaeva liikumine ; 2) raketitehnoloogia; 3) astronoomiliste teadmiste kogum Universumi kohta. Seejärel tekkis astronautika sügavustes suur hulk uusi teaduslikke ja tehnilisi distsipliine, nagu kosmoseobjektide juhtimissüsteemide teooria, kosmosenavigatsioon, kosmosesidesüsteemide ja teabeedastuse teooria, kosmosebioloogia ja meditsiin jne. et meil on raske ette kujutada astronautikat Ilma nende distsipliinideta on kasulik meeles pidada, et astronautika teoreetilise aluse pani K. E. Tsiolkovski ajal, mil raadiolainete kasutamise alal tehti alles esimesi katseid ja raadio ei saanud pidada suhtlusvahendiks ruumis.

Palju aastaid on kommunikatsioonivahendina tõsiselt peetud signaalimist, kasutades planeetidevahelise kosmoselaeva peeglite poolt Maa poole peegelduvaid päikesekiirte. Nüüd, mil oleme harjunud, et meid ei üllata ei otseülekanded Kuu pinnalt ega raadiofotod, mis on tehtud Jupiteri lähedal või Veenuse pinnal, on seda raske uskuda. Seetõttu võib väita, et kosmosekommunikatsiooni teooria ei ole kogu oma tähtsusest hoolimata siiski kosmosedistsipliinide ahela peamine lüli. See peamine lüli on kosmoseobjektide liikumise teooria. Just seda võib pidada kosmoselennu teooriaks. Selle teadusega tegelevad spetsialistid ise nimetavad seda erinevalt: rakenduslik taevamehaanika, taevaballistika, kosmoseballistika, kosmodünaamika, kosmoselendude mehaanika, tehistaevakehade liikumise teooria. Kõigil neil nimedel on sama tähendus, mida väljendab täpselt viimane termin. Seega on kosmodünaamika osa taevamehaanikast – teadusest, mis uurib mis tahes taevakehade liikumist, nii looduslike (tähed, Päike, planeedid, nende satelliidid, komeedid, meteoroidid, kosmiline tolm) kui ka tehislikke (automaatsed kosmoselaevad ja mehitatud kosmoselaevad) . Kuid on midagi, mis eristab kosmodünaamikat taevamehaanikast. Taevamehaanika rüpes sündinud kosmodünaamika kasutab oma meetodeid, kuid ei mahu oma traditsioonilisse raamistikku.

Oluline erinevus rakendatud taevamehaanika ja klassikalise mehaanika vahel seisneb selles, et teine ​​ei tegele ega saagi tegeleda taevakehade orbiitide valikuga, samas kui esimene käsitleb valikut tohutu hulga võimalike trajektooride hulgast konkreetsele taevakehale jõudmiseks. teatud trajektoori, mis võtab arvesse arvukaid, sageli vastandlikke nõudmisi. Peamine nõue on minimaalne kiirus, milleni kosmoselaev lennu algses aktiivses faasis kiirendab, ja vastavalt ka kanderaketi või orbiidi ülemise astme minimaalne mass (madalorbiidilt startimisel). See tagab lennu maksimaalse kasuliku koormuse ja seega ka suurima teadusliku efektiivsuse. Samuti võetakse arvesse nõudeid juhitavuse lihtsusele, raadiosidetingimustele (näiteks hetkel, mil jaam siseneb planeedile möödalennul), teadusliku uurimistöö tingimusi (maandumine planeedi päeval või öösel) jne. Kosmodünaamika pakub kosmoseoperatsioonide projekteerijatele meetodeid optimaalseks üleminekuks ühelt orbiidilt teisele ja viise trajektoori korrigeerimiseks. Selle vaateväljas on klassikalisele taevamehaanikale tundmatu orbitaalne manööverdamine. Kosmodünaamika on kosmoselennu üldteooria alus (nagu aerodünaamika on lennukite, helikopterite, õhulaevade ja muude õhusõidukite atmosfääris toimuva lennuteooria alus). Kosmodünaamika jagab seda rolli raketi dünaamikaga – rakettide liikumise teadusega. Mõlemad teadused, mis on omavahel tihedalt põimunud, moodustavad kosmosetehnoloogia aluse. Mõlemad on teoreetilise mehaanika sektsioonid, mis ise on eraldiseisev füüsika osa. Olles täppisteadus, kasutab kosmodünaamika matemaatilisi uurimismeetodeid ja nõuab loogiliselt sidusat esitussüsteemi. Pole asjata, et taevamehaanika alused töötasid pärast Koperniku, Galileo ja Kepleri suuri avastusi välja just need teadlased, kes andsid suurima panuse matemaatika ja mehaanika arengusse. Need olid Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace. Ja praegu aitab matemaatika lahendada taevaballistika probleeme ja omakorda saab oma arengus tõuke tänu ülesannetele, mida kosmodünaamika talle esitab.

Klassikaline taevamehaanika oli puhtalt teoreetiline teadus. Tema järeldusi kinnitasid järjekindlalt astronoomilised vaatlusandmed. Kosmodünaamika tõi katse taevamehaanikasse ja taevamehaanika muutus esimest korda eksperimentaalseks teaduseks, mis on selles osas sarnane näiteks sellise mehaanika haruga nagu aerodünaamika. Klassikalise taevamehaanika tahtmatult passiivne olemus asendus taevaballistika aktiivse, ründava vaimuga. Iga uus saavutus astronautikas on samal ajal kosmodünaamika meetodite tõhususe ja täpsuse tunnistus. Kosmodünaamika jaguneb kaheks osaks: kosmoselaeva massikeskme liikumise teooria (kosmosetrajektooride teooria) ja kosmoseaparaadi liikumise teooria massikeskme suhtes ("pöörleva liikumise" teooria).

Rakettmootorid

Peamine ja peaaegu ainuke transpordivahend avakosmoses on rakett, mille pakkus selleks 1903. aastal esmakordselt välja K. E. Tsiolkovski. Rakettide tõukejõu seadused on üks kosmoselennu teooria alustalasid.

Kosmonautikal on suur arsenal raketi tõukejõusüsteeme, mis põhinevad erinevat tüüpi energia kasutamisel. Kuid kõigil juhtudel täidab raketimootor sama ülesannet: ühel või teisel viisil paiskab ta raketist välja teatud massi, mille reserv (nn töövedelik) asub raketi sees. Raketist väljapaiskuvale massile mõjub teatud jõud ja vastavalt Newtoni kolmandale mehaanikaseadusele - toime ja reaktsiooni võrdsuse seadusele - mõjub raketile väljapaisatud massist sama jõud, kuid vastupidises suunas. Seda viimast raketti edasiviivat jõudu nimetatakse tõukejõuks. Intuitiivselt on selge, et tõukejõud peaks olema suurem, mida suurem on raketist väljapaiskuv mass ajaühiku kohta ja seda suurem on väljutatavale massile edastatav kiirus.

Raketi disaini lihtsaim skeem:

Selles teaduse ja tehnoloogia arengujärgus on rakettmootorid, mis põhinevad erinevatel tööpõhimõtetel.

Termokeemilised rakettmootorid.

Termokeemiliste (või lihtsalt keemiliste) mootorite tööpõhimõte pole keeruline: keemilise reaktsiooni (tavaliselt põlemisreaktsiooni) tulemusena eraldub suur hulk soojust ja kõrgele temperatuurile kuumutatud, kiiresti paisuvad reaktsiooniproduktid. paisati suurel kiirusel raketist välja. Keemiamootorid kuuluvad laiemasse termiliste (soojusvahetus) mootorite klassi, milles töövedelik voolab välja kuumutamise teel paisumise tulemusena. Selliste mootorite puhul sõltub heitgaasi kiirus peamiselt paisuvate gaaside temperatuurist ja nende keskmisest molekulmassist: mida kõrgem on temperatuur ja väiksem molekulmass, seda suurem on väljalaskekiirus. Sellel põhimõttel töötavad vedelad rakettmootorid, tahkekütuse rakettmootorid ja õhku hingavad mootorid.

Tuumasoojusmootorid.

Nende mootorite tööpõhimõte ei erine peaaegu keemiliste mootorite tööpõhimõttest. Erinevus seisneb selles, et töövedelikku kuumutatakse mitte tema enda keemilise energia, vaid tuumasisese reaktsiooni käigus vabaneva "võõra" soojuse tõttu. Sellest põhimõttest lähtudes projekteeriti pulseerivad tuumasoojusmootorid, termotuumasünteesil ja isotoopide radioaktiivsel lagunemisel põhinevad tuumasoojusmootorid. Atmosfääri radioaktiivse saastumise oht ja kokkuleppe sõlmimine tuumakatsetuste peatamiseks atmosfääris, kosmoses ja vee all tõid aga kaasa nimetatud projektide rahastamise lõpetamise.

Välise energiaallikaga soojusmootorid.

Nende tööpõhimõte põhineb energia saamisel väljastpoolt. Sellest põhimõttest lähtuvalt projekteeritakse päikesesoojusmootor, mille energiaallikaks on Päike. Peeglite poolt kontsentreeritud päikesekiiri kasutatakse töövedeliku otseseks soojendamiseks.

Elektrilised rakettmootorid.

See lai mootorite klass ühendab endas erinevat tüüpi mootoreid, mida praegu väga intensiivselt arendatakse. Töövedelik kiirendatakse elektrienergia abil teatud väljalaskekiiruseni. Energia saadakse kosmoselaeva pardal asuvast tuuma- või päikeseelektrijaamast (põhimõtteliselt isegi keemiapatareist). Arendatavate elektrimootorite konstruktsioonid on äärmiselt mitmekesised. Nende hulka kuuluvad elektrotermilised mootorid, elektrostaatilised (ioonsed) mootorid, elektromagnetilised (plasma) mootorid, elektrimootorid, mis võtavad töövedelikku atmosfääri ülemistest kihtidest.

Kosmose raketid

Kaasaegne kosmoserakett on keeruline struktuur, mis koosneb sadadest tuhandetest ja miljonitest osadest, millest igaüks täidab ettenähtud rolli. Kuid raketi vajaliku kiiruseni kiirendamise mehaanika seisukohalt võib kogu raketi algmassi jagada kaheks osaks: 1) töövedeliku mass ja 2) pärast vabastamist järelejäänud lõppmass. töövedelikust. Seda viimast nimetatakse sageli "kuivaks massiks", kuna töövedelik on enamikul juhtudel vedelkütus. Raketi "kuiv" mass (või soovi korral "tühi" mass ilma töövedelikuta) koosneb konstruktsiooni massist ja kasuliku koormuse massist. Konstruktsiooni all ei tuleks mõista mitte ainult raketi kandekonstruktsiooni, selle kesta jne, vaid ka tõukejõusüsteemi koos kõigi selle üksustega, juhtimissüsteemi, sealhulgas juhtimisseadmeid, navigatsiooni- ja sideseadmeid jne - ühesõnaga, kõike seda, mis tagab raketi normaalse lennu. Kasulik koormus koosneb teadusaparatuurist, raadiotelemeetriasüsteemist, orbiidile suunatava kosmoseaparaadi korpusest, kosmoselaeva meeskonnast ja päästesüsteemist jne. Kasulik koormus on midagi, ilma milleta suudab rakett normaalset lendu sooritada.

Raketi kiirendamist soodustab asjaolu, et töövedeliku väljavoolamisel raketi mass väheneb, mille tõttu pideva tõukejõu korral reaktiivne kiirendus pidevalt suureneb. Kuid kahjuks ei koosne rakett ainult ühest töövedelikust. Kui töövedelik aegub, hakkavad vabastatud paagid, kesta üleliigsed osad jne raketti omakaaluga koormama, muutes selle kiirendamise keeruliseks. Mõnes kohas on soovitatav need osad raketist eraldada. Sel viisil ehitatud raketti nimetatakse komposiitraketiks. Tihti koosneb komposiitrakett iseseisvatest raketiastmetest (tänu sellele saab üksikutest astmetest valmistada erinevaid raketisüsteeme), mis on ühendatud järjestikku. Kuid võimalik on ka astmete paralleelne ühendamine kõrvuti. Lõpuks on veel komposiitrakettide projektid, mille puhul viimane aste läheb eelmise sisse, mis on suletud eelmise sisse jne; sel juhul on astmetel ühine mootor ja need ei ole enam iseseisvad raketid. Viimase skeemi oluline puudus on see, et pärast kulutatud etapi eraldamist suureneb joa kiirendus järsult, kuna mootor jääb samaks, tõukejõud pole seetõttu muutunud ja raketi kiirendatud mass on järsult vähenenud. See raskendab rakettide juhtimise täpsust ja seab kõrgendatud nõudmised konstruktsiooni tugevusele. Kui etapid on ühendatud järjestikku, on äsja sisse lülitatud etapil väiksem tõukejõud ja kiirendus ei muutu järsult. Kuni esimene etapp töötab, võime ülejäänud etappe koos tegeliku kasuliku koormusega pidada esimese etapi kasulikuks koormuseks. Pärast esimese astme eraldamist hakkab tööle teine ​​aste, mis koos järgnevate astmete ja tegeliku kandevõimega moodustab iseseisva raketi (“esimene alamrakett”). Teise astme jaoks mängivad kõik järgnevad etapid koos tegeliku kasuliku koormusega oma kasuliku koormuse jne rolli. Iga alamrakett lisab olemasolevale kiirusele oma ideaalse kiiruse ja selle tulemusel saavutatakse lõpliku ideaalse kiiruse. mitmeastmeline rakett on üksiku alamraketi ideaalsete kiiruste summa.

Rakett on väga "kulukas" sõiduk. Kosmoseaparaadi kanderaketid "transpordivad" peamiselt kütust, mis on vajalik nende mootorite ja oma konstruktsiooni käitamiseks, mis koosneb peamiselt kütusemahutitest ja tõukejõusüsteemist. Kasulik koormus moodustab vaid väikese osa (1,5-2,0%) raketi stardimassist.

Komposiitrakett võimaldab ressursse tõhusamalt kasutada tänu sellele, et lennu ajal eraldatakse kütuse ammendanud aste ning ülejäänud raketikütust ei raisata kasutatud etapi projekteerimise kiirendamisele, mis on muutunud. lennu jätkamiseks pole vaja.

Raketi konfiguratsioonivalikud. Vasakult paremale:

1. Üheastmeline rakett.
2. Kaheastmeline ristlõikega rakett.
3. Kaheastmeline pikisuunalise eraldusvõimega rakett.
4. Väliste kütusepaakidega rakett, mis eraldatakse pärast neis oleva kütuse ammendumist.

Struktuurselt valmistatakse mitmeastmelised raketid astmete rist- või pikisuunalise eraldamisega.

Ristsuunalise eraldamise korral asetatakse astmed üksteise kohale ja töötavad järjestikku üksteise järel, lülitudes sisse alles pärast eelmise etapi eraldamist. See skeem võimaldab põhimõtteliselt luua suvalise arvu etappidega süsteeme. Selle puuduseks on see, et järgnevate etappide ressursse ei saa kasutada eelmise töös, olles selle jaoks passiivne koormus.

Pikisuunalise eraldamise korral koosneb esimene aste mitmest identsest raketist (praktikas kahest kaheksani), mis paiknevad sümmeetriliselt ümber teise astme kere, nii et esimese astme mootorite tõukejõud on suunatud piki sümmeetriatelge. teisest ja töötab samaaegselt. See skeem võimaldab teise astme mootoril töötada samaaegselt esimese astme mootoritega, suurendades seega kogu tõukejõudu, mis on eriti vajalik esimese astme töötamise ajal, kui raketi mass on maksimaalne. Kuid astmete pikisuunalise eraldamisega rakett saab olla ainult kaheastmeline.

Samuti on kombineeritud eraldusskeem - piki-põiki, mis võimaldab ühendada mõlema skeemi eelised, kus esimene etapp jagatakse teisest pikisuunas ja kõigi järgnevate etappide eraldamine toimub risti. Sellise lähenemise näide on kodumaine kanderakett Sojuz.

Kosmosesüstikul on ainulaadne kaheastmeline pikisuunas eraldatud rakett, mille esimene aste koosneb kahest küljele paigaldatud tahkekütuse võimendajast, teises etapis on osa kütusest orbiidipaakides (korduvkasutatavates kosmoselaevades). ise) ja suurem osa sellest asub eemaldatavas välises kütusepaagis. Esiteks tarbib orbiidi tõukejõusüsteem kütust välispaagist ja kui see tühjeneb, lähtestatakse väline paak ja mootorid jätkavad tööd orbiidipaagis oleva kütusega. See disain võimaldab maksimaalselt ära kasutada orbiidi tõukejõusüsteemi, mis töötab kogu kosmoselaeva orbiidile laskmise ajal.

Põiki eraldatuna ühendatakse astmed üksteisega spetsiaalsete sektsioonide - adapteritega - silindrilise või koonilise kujuga kandekonstruktsioonidega (olenevalt astmete läbimõõtude suhtest), millest igaüks peab vastu pidama kõigi järgnevate kogumassile. etapid, korrutatuna raketi ülekoormuse maksimaalse väärtusega kõigis sektsioonides, millel see adapter on raketi osa. Pikijaotusega luuakse teise astme kerele jõuribad (ees ja taga), mille külge kinnitatakse esimese astme plokid.

Komposiitraketi osi ühendavad elemendid annavad sellele tahke keha jäikuse ja astmete eraldamisel peaksid need ülemise astme peaaegu hetkega vabastama. Tavaliselt ühendatakse sammud püroboltide abil. Pürobolt on kinnituspolt, mille vardale tekitatakse pea kõrvale süvend, mis täidetakse elektridetonaatoriga brisantlõhkeainega. Kui elektridetonaatorile rakendatakse vooluimpulssi, toimub plahvatus, mis lõhub poldivarda ja põhjustab selle pea lahtituleku. Lõhkeaine kogus püroboltis on hoolikalt doseeritud, et ühelt poolt oleks garanteeritud, et see rebib pea küljest ära, teisalt aga ei kahjusta raketti. Kui etapid on eraldatud, rakendatakse kõigi eraldatud osi ühendavate püropoltide elektridetonaatoritele üheaegselt vooluimpulss ja ühendus vabastatakse.

Järgmisena tuleks sammud paigutada üksteisest ohutusse kaugusesse. (Kõrgema astme mootori käivitamine madalama lähedal võib põhjustada selle kütusemahu läbipõlemise ja jääkkütuse plahvatuse, mis kahjustab ülemist astme või destabiliseerib selle lendu.) Etappide eraldamisel atmosfääris mõjutab astmete aerodünaamiline jõud. Nende eraldamiseks saab kasutada vastutulevat õhuvoolu ja eraldamisel in tühimikus kasutatakse mõnikord väikeseid tahke rakettmootoreid.

Vedelrakettidel toimivad samad mootorid ka ülemise astme paakidesse kütuse "settestamiseks": kui alumise astme mootor on välja lülitatud, lendab rakett inertsist, vaba langemise olekus, samal ajal kui vedelik. paakides on kütus vedrustuses, mis võib mootori käivitamisel põhjustada rikke. Abimootorid annavad etapile kerge kiirenduse, mille mõjul kütus “sätib” paakide põhja.

Sammude arvu suurendamine annab positiivse efekti vaid teatud piirini. Mida rohkem etappe, seda suurem on adapterite kogumass, aga ka ainult ühel lennuosal töötavate mootorite mass ning mingil hetkel muutub etappide arvu edasine suurendamine vastupidiseks. Kaasaegses raketiteaduse praktikas ei tehta reeglina rohkem kui nelja etappi.

Etappide arvu valikul on olulised ka töökindluse küsimused. Püropoldid ja tahkekütuse abimootorid on ühekordselt kasutatavad elemendid, mille toimimist ei saa kontrollida enne raketi starti. Vahepeal võib vaid ühe püroboldi rike kaasa tuua raketi lennu hädaolukorra lõpetamise. Funktsionaalsele testimisele mittekuuluvate ühekordselt kasutatavate elementide arvu suurenemine vähendab kogu raketi kui terviku töökindlust. See sunnib ka disainereid hoiduma liiga paljude sammude kasutamisest.

Kosmilised kiirused

Äärmiselt oluline on märkida, et kiirus, mida rakett (ja sellega koos kogu kosmoselaev) arendab tee aktiivsel osal, st sellel suhteliselt lühikesel lõigul raketimootori töötamise ajal, tuleb saavutada väga-väga. kõrge.

Asetame oma raketi mõtteliselt vabasse ruumi ja lülitame selle mootori sisse. Mootor tekitas tõukejõu, rakett sai mingisuguse kiirenduse ja hakkas sirgjooneliselt liikudes kiirust üles võtma (kui tõukejõud selle suunda ei muuda). Millise kiiruse saavutab rakett selleks ajaks, kui selle mass väheneb algväärtuselt m 0 lõppväärtuseni m k? Kui eeldada, et raketist aine väljavoolu kiirus w on konstantne (seda täheldatakse tänapäevaste rakettide puhul üsna täpselt), siis arendab rakett kiirust v, väljendatuna Tsiolkovski valem, mis määrab kiiruse, mida õhusõiduk arendab rakettmootori tõukejõu mõjul, muutmata suunda, ilma kõigi muude jõudude puudumisel:

kus ln tähistab loomulikku ja log kümnendlogaritme

Tsiolkovski valemiga arvutatud kiirus iseloomustab raketi energiaressursse. Seda nimetatakse ideaaliks. Näeme, et ideaalne kiirus ei sõltu töövedeliku teisest massikulust, vaid sõltub ainult väljalaskekiirusest w ja arvust z = m 0 /m k, mida nimetatakse massisuhteks või Tsiolkovski arvuks.

On olemas nn kosmiliste kiiruste mõiste: esimene, teine ​​ja kolmas. Esimene kosmiline kiirus on kiirus, millega Maalt startinud keha (kosmoseaparaat) võib saada selle satelliidiks. Kui mitte arvestada atmosfääri mõju, siis otse merepinna kohal on esimene põgenemiskiirus 7,9 km/s ja väheneb Maast kaugenedes. 200 km kõrgusel Maast on see 7,78 km/s. Praktiliselt eeldatakse, et esimene põgenemiskiirus on 8 km/s.

Maa gravitatsiooni ületamiseks ja näiteks Päikese satelliidiks muutumiseks või mõnele teisele Päikesesüsteemi planeedile jõudmiseks peab Maalt startinud keha (kosmoseaparaat) saavutama teise põgenemiskiiruse, mis on võrdne. kuni 11,2 km/s.

Kehal (kosmoseaparaadil) peab olema kolmas kosmiline kiirus Maa pinnal juhul, kui on vaja, et see suudaks ületada Maa ja Päikese gravitatsiooni ning lahkuda Päikesesüsteemist. Kolmandaks põgenemiskiiruseks oletatakse 16,7 km/s.

Kosmilised kiirused on oma tähtsuselt tohutud. Need on mitukümmend korda suuremad kui heli kiirus õhus. Alles sellest on selge, millised keerulised ülesanded astronautika valdkonnas silmitsi seisavad.

Miks on kosmilised kiirused nii tohutud ja miks ei kuku kosmoseaparaadid Maale? Tõepoolest, see on kummaline: Päike oma tohutute gravitatsioonijõududega hoiab Maad ja kõiki teisi päikesesüsteemi planeete enda lähedal, takistades neil avakosmosesse lennata. Tundub kummaline, et Maa hoiab Kuud enda lähedal. Kõigi kehade vahel on gravitatsioonijõud, kuid planeedid ei lange Päikesele, sest nad on liikumises, see on saladus.

Maa peale kukub kõik alla: vihmapiisad, lumehelbed, mäelt alla kukkuv kivi ja laualt ümber lükatud tass. Ja Kuu? See tiirleb ümber Maa. Kui poleks gravitatsioonijõude, lendaks see tangentsiaalselt orbiidile ja kui järsku peatuks, siis kukuks Maale. Kuu kaldub Maa gravitatsiooni tõttu sirgelt teelt kõrvale, kogu aeg justkui “kukkudes” Maale.

Kuu liikumine toimub teatud kaarega ja seni, kuni gravitatsioon toimib, ei kuku Kuu Maale. Maaga on sama lugu - kui see peatuks, kukuks see Päikesesse, kuid see ei juhtu samal põhjusel. Kaks tüüpi liikumist – üks gravitatsiooni mõjul, teine ​​inertsist – liidetakse kokku ja tulemuseks on kõverjooneline liikumine.

Universumi tasakaalus hoidva universaalse gravitatsiooni seaduse avastas inglise teadlane Isaac Newton. Kui ta oma avastuse avaldas, ütlesid inimesed, et ta oli hulluks läinud. Gravitatsiooniseadus ei määra mitte ainult Kuu ja Maa, vaid ka kõigi Päikesesüsteemi taevakehade, aga ka tehissatelliitide, orbitaaljaamade ja planeetidevaheliste kosmoselaevade liikumist.

Kepleri seadused

Enne kosmoselaevade orbiitide käsitlemist vaatleme neid kirjeldavaid Kepleri seadusi.

Johannes Kepleril oli ilumeel. Kogu oma täiskasvanuea püüdis ta tõestada, et päikesesüsteem on mingi müstiline kunstiteos. Algul püüdis ta selle struktuuri siduda Vana-Kreeka klassikalise geomeetria viie korrapärase hulktahukaga. (Regulaarne hulktahukas on kolmemõõtmeline kujund, mille kõik tahud on võrdsed korrapärased hulknurgad.) Kepleri ajal oli teada kuus planeeti, mis arvati olevat paigutatud pöörlevatele "kristallsfääridele". Kepler väitis, et need sfäärid on paigutatud nii, et korrapärased hulktahukad sobivad täpselt külgnevate sfääride vahele. Kahe välimise sfääri – Saturni ja Jupiteri – vahele pani ta välissfääri sisse kirjutatud kuubiku, millesse omakorda on sisse kirjutatud sisesfäär; Jupiteri ja Marsi sfääride vahel - tetraeedr (regulaarne tetraeedr) jne. Kuus planeedi sfääri, nende vahele on kirjutatud viis korrapärast hulktahukat - tundub, et täiuslikkus ise?

Paraku, võrrelnud oma mudelit planeetide vaadeldud orbiitidega, oli Kepler sunnitud tunnistama, et taevakehade tegelik käitumine ei mahu tema visandatud harmoonilisse raamistikku. Kepleri noorusliku impulsi ainus tulemus, mis sajandeid üle elas, oli päikesesüsteemi mudel, mille tegi teadlane ise ja mis kingiti tema patroonile hertsog Frederick von Württemburgile. Selles kaunilt teostatud metallartefaktis on kõik planeetide orbitaalsfäärid ja neisse kirjutatud korrapärased hulktahukad üksteisega mitte suhtlevad õõnsad anumad, mis pidid pühade ajal olema täidetud erinevate jookidega, et kostitada hertsogi külalisi.

Alles pärast Prahasse kolimist ja kuulsa Taani astronoomi Tycho Brahe assistendiks saamist jõudis Kepler ideedeni, mis jäädvustasid tema nime tõeliselt teaduse annaalides. Tycho Brahe kogus kogu oma elu jooksul astronoomilisi vaatlusandmeid ja kogus tohutul hulgal teavet planeetide liikumise kohta. Pärast tema surma läksid need Kepleri valdusesse. Muide, neil ülestähendustel oli tol ajal suur kaubanduslik väärtus, kuna neid sai kasutada rafineeritud astroloogiliste horoskoopide koostamiseks (tänapäeval eelistavad teadlased sellest varajase astronoomia osast vaikida).

Tycho Brahe vaatluste tulemusi töödeldes seisis Kepler silmitsi probleemiga, mis isegi tänapäevaste arvutite puhul võis kellelegi tunduda lahendamatu ja Kepleril ei jäänud muud üle, kui kõik arvutused käsitsi läbi viia. Muidugi, nagu enamik oma aja astronoome, oli Kepler juba tuttav Koperniku heliotsentrilise süsteemiga ja teadis, et Maa tiirleb ümber Päikese, mida tõendab ka ülalkirjeldatud päikesesüsteemi mudel. Aga kuidas täpselt Maa ja teised planeedid pöörlevad? Kujutagem probleemi ette järgmiselt: asute planeedil, mis esiteks pöörleb ümber oma telje ja teiseks tiirleb teile tundmatul orbiidil ümber Päikese. Taevasse vaadates näeme teisi planeete, mis samuti liiguvad meile tundmatutel orbiitidel. Ja ülesandeks on meie ümber oma telje ümber Päikese pöörleva maakera tehtud vaatlusandmete põhjal määrata teiste planeetide orbiitide geomeetria ja liikumiskiirused. See on täpselt see, millega Kepler lõpuks hakkama sai, misjärel tuletas ta saadud tulemuste põhjal oma kolm seadust!

Esimene seadus kirjeldab planeetide orbiitide trajektooride geomeetriat: iga Päikesesüsteemi planeet tiirleb ellipsis, mille ühes koldes asub Päike. Kooli geomeetria kursusest - ellips on punktide kogum tasapinnal, kauguste summa, millest kahe fikseeritud punktini - fookused - on võrdne konstandiga. Või teisisõnu - kujutage ette koonuse külgpinna lõiku selle aluse suhtes nurga all oleva tasapinnaga, mitte läbivat alust - see on ka ellips. Kepleri esimene seadus ütleb, et planeetide orbiidid on ellipsid, mille ühes fookuses on Päike. Orbiitide ekstsentrilisus (pikenemisaste) ja nende kaugus Päikesest periheelis (Päikesele lähim punkt) ja apoheelias (kõige kaugem punkt) on kõigil planeetidel erinevad, kuid kõigil elliptilistel orbiitidel on üks ühine joon - Päike asub ühes ellipsi kahest koldest. Pärast Tycho Brahe vaatlusandmete analüüsimist jõudis Kepler järeldusele, et planeetide orbiidid on pesastatud ellipside kogum. Enne teda polnud see ühelegi astronoomile lihtsalt pähe tulnud.

Kepleri esimese seaduse ajaloolist tähtsust ei saa ülehinnata. Enne teda uskusid astronoomid, et planeedid liiguvad eranditult ringikujulistel orbiitidel ja kui see vaatluste raamidesse ei mahtunud, lisandusid peamisele ringikujulisele liikumisele väikesed ringid, mida planeedid kirjeldasid põhiringi orbiidi punktide ümber. See oli eeskätt filosoofiline seisukoht, omamoodi muutumatu fakt, mis ei allunud kahtlustele ega kontrollimisele. Filosoofid väitsid, et erinevalt maisest on taevastruktuur oma harmoonias täiuslik ja kuna geomeetrilistest kujunditest on kõige täiuslikumad ring ja sfäär, tähendab see, et planeedid liiguvad ringis. Peaasi, et saanud ligipääsu Tycho Brahe ulatuslikele vaatlusandmetele, suutis Johannes Kepler sellest filosoofilisest eelarvamusest üle astuda, nähes, et see ei vasta faktidele – nii nagu Kopernik julges Maa keskpunktist eemaldada. universumist, seistes silmitsi argumentidega, mis olid vastuolus püsivate geotsentriliste ideedega, mis seisnesid ka planeetide "ebaõiges käitumises" orbiitidel.

Teine seadus kirjeldab planeetide liikumiskiiruse muutumist ümber Päikese: iga planeet liigub tasapinnal, mis läbib Päikese keskpunkti ning võrdsetel ajaperioodidel kirjeldab Päikest ja planeeti ühendav raadiuse vektor võrdseid pindalasid. . Mida kaugemale viib elliptiline orbiit planeedi Päikesest, seda aeglasem on liikumine; mida lähemal on see Päikesele, seda kiiremini planeet liigub. Kujutage nüüd ette joonelõikude paari, mis ühendavad planeedi kahte asendit selle orbiidil ellipsi fookusega, milles Päike asub. Koos nende vahel paikneva ellipsi segmendiga moodustavad nad sektori, mille pindala on täpselt see "ala, mis on lõigatud sirgjoonelise segmendiga". Täpselt sellest räägib teine ​​seadus. Mida lähemal on planeet Päikesele, seda lühemad on segmendid. Kuid sel juhul, et sektor kataks võrdse ajaga võrdse ala, peab planeet oma orbiidil läbima suurema vahemaa, mis tähendab, et tema liikumiskiirus suureneb.

Esimesed kaks seadust käsitlevad üksiku planeedi orbiidi trajektooride iseärasusi. Kepleri kolmas seadus võimaldab võrrelda planeetide orbiite omavahel: Päikese ümber asuvate planeetide tiirlemisperioodide ruudud on seotud planeetide orbiitide poolsuurtelgede kuubikutena. See ütleb, et mida kaugemal on planeet Päikesest, seda kauem kulub orbiidil liikudes täispöörde sooritamiseks ja vastavalt sellele kestab sellel planeedil “aasta”. Täna teame, et see on tingitud kahest tegurist. Esiteks, mida kaugemal on planeet Päikesest, seda pikem on selle orbiidi ümbermõõt. Teiseks, kui kaugus Päikesest suureneb, väheneb ka planeedi liikumise lineaarne kiirus.

Kepler väitis oma seadustes lihtsalt fakte, olles uurinud ja üldistanud vaatluste tulemusi. Kui oleksite temalt küsinud, mis põhjustab orbiitide elliptilisust või sektorite pindalade võrdsust, poleks ta teile vastanud. See lihtsalt tulenes tema analüüsist. Kui küsiksite temalt planeetide orbitaalliikumise kohta teistes tähesüsteemides, ei oleks tal teile ka midagi vastata. Ta peaks kõike otsast alustama – koguma vaatlusandmeid, seejärel neid analüüsima ja proovima mustreid tuvastada. See tähendab, et tal poleks lihtsalt põhjust arvata, et mõni teine ​​planeedisüsteem järgib samu seadusi, mis Päikesesüsteem.

Newtoni klassikalise mehaanika üks suurimaid võidukäike seisneb just selles, et see annab Kepleri seadustele põhimõttelise õigustuse ja kinnitab nende universaalsust. Selgub, et Kepleri seadused saab rangete matemaatiliste arvutuste abil tuletada Newtoni mehaanikaseadustest, Newtoni universaalse gravitatsiooni seadusest ja nurkimpulsi jäävuse seadusest. Ja kui nii, siis võime olla kindlad, et Kepleri seadused kehtivad võrdselt iga planeedisüsteemi kohta kõikjal universumis. Astronoomid, kes otsivad aeg-ajalt kosmoses uusi planeedisüsteeme (ja päris mitu neist on juba avastatud), kasutavad iseenesestmõistetavalt Kepleri võrrandeid kaugete planeetide orbiitide parameetrite arvutamiseks, kuigi nad ei saa neid otse jälgida. .

Kepleri kolmas seadus mängis ja mängib tänapäeva kosmoloogias olulist rolli. Kaugeid galaktikaid vaadeldes tuvastavad astrofüüsikud nõrgad signaalid, mida kiirgavad galaktika keskmest väga kaugetel orbiitidel tiirlevad vesinikuaatomid – palju kaugemal, kui tähed tavaliselt asuvad. Kasutades Doppleri efekti selle kiirguse spektris, määravad teadlased galaktilise ketta vesiniku perifeeria pöörlemiskiirused ja nende põhjal galaktikate nurkkiirused tervikuna. Teadlase teosed, kes viisid meid kindlalt meie päikesesüsteemi struktuuri õige mõistmise teele, ja tänapäeval, sajandeid pärast tema surma, mängivad tohutu universumi struktuuri uurimisel nii olulist rolli.

Orbiidid

Suur tähtsus on kosmoselaevade lennutrajektooride arvutamisel, mille puhul tuleks taotleda peamist eesmärki – maksimaalset energiasäästu. Kosmoselaeva lennutrajektoori arvutamisel on vaja kindlaks määrata soodsaim aeg ja võimalusel stardikoht, arvestada aerodünaamilisi mõjusid, mis tekivad seadme ja Maa atmosfääri vastasmõjul stardi ajal ning lõpetada ja palju muud.

Paljud kaasaegsed kosmoseaparaadid, eriti meeskonnaga, on suhteliselt väikeste pardarakettmootoritega, mille peamine eesmärk on orbiidi vajalik korrigeerimine ja pidurdamine maandumisel. Lennutrajektoori arvutamisel tuleb arvesse võtta selle korrigeerimisega seotud muutusi. Suurem osa trajektoorist (tegelikult kogu trajektoor, välja arvatud selle aktiivne osa ja reguleerimisperioodid) läbitakse väljalülitatud mootoritega, kuid loomulikult taevakehade gravitatsiooniväljade mõjul.

Kosmoselaeva trajektoori nimetatakse orbiidiks. Kosmoselaeva vabalennu ajal, kui selle pardal olevad reaktiivmootorid on välja lülitatud, toimub liikumine gravitatsioonijõudude ja inertsi mõjul, kusjuures peamiseks jõuks on Maa gravitatsioon.

Kui pidada Maad rangelt sfääriliseks ja ainsaks jõuks Maa gravitatsioonivälja mõju, siis kosmoselaeva liikumine järgib Kepleri üldtuntud seadusi: see toimub paigal (absoluutruumis) läbival tasapinnal. Maa keskpunkt - orbitaaltasand; orbiidil on ellipsi või ringi kuju (ellipsi erijuhtum).

Orbiite iseloomustavad mitmed parameetrid – suuruste süsteem, mis määrab taevakeha orbiidi orientatsiooni ruumis, selle suuruse ja kuju, samuti asukoha taevakeha orbiidil mingil kindlal hetkel. Häiritamata orbiidi, mida mööda keha Kepleri seaduste kohaselt liigub, määrab:

1. Orbiidi kalle (i) võrdlustasandini; võivad olla väärtused vahemikus 0° kuni 180°. Kaldenurk on väiksem kui 90°, kui keha näib liikuvat vastupäeva ekliptika põhjapoolusel või põhjapoolusel asuva vaatleja suhtes, ja üle 90°, kui keha liigub vastupidises suunas. Päikesesüsteemile rakendades valitakse võrdlustasandiks tavaliselt Maa orbiidi tasand (ekliptikatasand), Maa tehissatelliitide puhul valitakse võrdlustasandiks tavaliselt Maa ekvaatori tasand, muude satelliitide puhul. Päikesesüsteemi planeedid, valitakse võrdlustasandiks tavaliselt vastava planeedi ekvaatoritasand.
2. Kasvava sõlme pikkuskraad (Ω)- üks orbiidi põhielemente, mida kasutatakse orbiidi kuju ja selle ruumis orientatsiooni matemaatiliseks kirjeldamiseks. Määrab punkti, kus orbiit lõikub põhitasandiga lõunast põhja suunas. Ümber Päikese tiirlevate kehade puhul on põhitasandiks ekliptika ja nullpunktiks Jäära esimene punkt (kevadine pööripäev).
3. Peamised teljed on pool ellipsi peateljest. Astronoomias iseloomustab see taevakeha keskmist kaugust fookusest.
4. Ekstsentrilisus- koonuselõike arvomadus. Ekstsentrilisus on tasapinnaliste liikumiste ja sarnasuse teisenduste suhtes muutumatu ning iseloomustab orbiidi "kokkusurumist".
5. Periapsise argument- on määratletud kui nurk suundade vahel tõmbekeskusest orbiidi tõusva sõlme ja periapsise (satelliidi orbiidi punkt, mis on tõmbekeskusele kõige lähemal) või nurk sõlmede joone ja orbiidi joone vahel. apsid. Loendatakse tõmbekeskusest satelliidi liikumise suunas, tavaliselt valitakse vahemikus 0°-360°. Tõusva ja kahaneva sõlme määramiseks valitakse kindel (nn alus)tasand, mis sisaldab tõmbekeskust. Alustasandina kasutatakse tavaliselt ekliptilist tasandit (planeetide, komeetide, asteroidide liikumine ümber Päikese), planeedi ekvatoriaaltasandit (satelliitide liikumine ümber planeedi) jne.
6. Keskmine anomaalia häirimatul orbiidil liikuvale kehale - tema keskmise liikumise ja ajaintervalli korrutis pärast periapsise läbimist. Seega on keskmine anomaalia nurkkaugus hüpoteetilise keha periapsisest, mis liigub konstantse nurkkiirusega, mis on võrdne keskmise liikumisega.

Orbiite on erinevat tüüpi – ekvatoriaalsed (kalle "i" = 0°), polaarsed (kalle "i" = 90°), päikese-sünkroonsed orbiidid (orbiidi parameetrid on sellised, et satelliit läbib mis tahes punkti maapinnal kell. ligikaudu sama aeg). kohalik päikeseaeg), madalorbitaalne (kõrgused 160 km kuni 2000 km), keskmine orbitaalne (kõrgused 2000 km kuni 35786 km), geostatsionaarne (kõrgus 35786 km), kõrge orbitaalne (kõrgused rohkem) kui 35786 km).

Üks esimese satelliidi loojatest tunnistas kord, et ei saanud kohe aru, milline suur tegu oli siis, 1957. aastal, korda saadetud. Ning põhjenduseks viitas ta luuletajale V. Brjusovile, kes ütles, et "suurjoonelised sündmused on otseselt asjaosalistele peaaegu märkamatud: igaüks näeb silme ees ainult ühte detaili, kogu terviku maht jääb vaatlusest kõrvale. Seetõttu arvatavasti paljud inimesed millegipärast ei märka, et inimkond on jõudnud "imede ajastusse".

Oleme alles jõudmas kosmoseajastu neljandasse kümnendisse, kuid oleme juba üsna harjunud selliste imedega nagu side- ja ilmavaatlussüsteemid, navigeerimine ning hädasolijate abistamine maal ja merel, mis on hõlmanud kogu Maad. Millegi täiesti tavalisena kuulame reportaaže inimeste mitmekuulisest tööst orbiidil, meid ei üllata jalajäljed Kuul, fotod kaugetest planeetidest, mis on tehtud täpipealt ega komeedi tuum, mida esimest korda näitab kosmoselaev.

Väga lühikese ajalooperioodi jooksul on astronautikast saanud meie elu lahutamatu osa, ustav abiline majandusasjades ja meid ümbritseva maailma tundmine. Ja pole kahtlustki, et maise tsivilisatsiooni edasine areng ei saa läbi ilma kogu Maa-lähedase ruumi arenguta.

Näiteks näevad paljud teadlased lähenevast keskkonnakriisist väljapääsu lähikosmose ressursside kasutamises. "On selge, et kosmosepotentsiaal ei ole imerohi kõigi hädade vastu," kirjutab astronautika valdkonna silmapaistev ekspert K. Erike. "Kavandatud tee on lihtsalt üks tõhusamaid võimalusi meie käsutuses olevas arsenalis. tagada inimkonna püsimajäämine kaasaegse ühiskonnana. See on vajalik ka meie ühiskonna pidevaks arenguks, säilitades samal ajal maakera loodust, mis on ainulaadne meie ümber paljude valgusaastate pikkuses piirkonnas."

Kosmose uurimine - see "kogu inimkonna provints" - jätkub kasvavas tempos. Vaadates tagasi juba saavutatule, võime püüda määrata ligikaudsed kuupäevad meie uue elupaiga kasutuse järgmisteks etappideks. Palju riskantsem on teha pikaajalisi prognoose. Kuid ka sellised katsed on teada. Füüsikaliste ja matemaatikateaduste doktor JI. Leskov vaatab näiteks terve aastatuhande ette.

Teadlase sõnul korraldatakse enne järgmist sajandit jäänud aastatel kosmoses esmalt piloottööstuslik ja seejärel täiustatud materjalide masstootmine. Praktiliselt piiramatud energiavõimalused koos sügava vaakumi ja kaaluta olemisega on need, mis tööstureid ennekõike kosmosesse meelitavad. Unikaalsed tehnoloogilised tingimused ei ole aga paljude ettevõtete ja võib-olla tervete tööstusharude, näiteks keemia-, metallurgia-, tuumatööstuse, ümberpaigutamise ainus põhjus.

Meie planeet on tööstusjäätmetest juba nii ummistunud, et selle edasine laienemine ähvardab katastroofiliste tagajärgedega kogu biosfäärile. Ja Maa toorainevarud pole nii suured, et saaksime rahulikult elada ilma tuleviku pärast muretsemata. Seetõttu on üha enam eksperte jõudmas järeldusele, et Maa-lähedase kosmose laialdane industrialiseerimine on vältimatu. Kosmoseteadus ja -tehnoloogia valmistuvad selleks, jätkates erinevate tehnoloogiliste protsesside orbiidil toimuva uurimisega ning samal ajal nende energiavarustuse projektide loomisega.

Ennustades astronautika arengut samaks perioodiks, pööravad teised eksperdid tähelepanu selle protsessi erinevatele suundadele. Näiteks Rahvusvahelise Astronautikaakadeemia president J. Muller juhib tähelepanu satelliitside eelseisvale laialdasele kasutamisele laiaulatuslike teabeteenuste pakkumiseks inimestele üle kogu maailma. Temaga ühineb nõukogude akadeemik V. Avdujevski. "Kosmosetehnoloogia ühendamine mikroelektroonikaga, " märgib ta, "võimaldab rääkida globaalse sidesüsteemi korraldusest lähitulevikus abonentidega, kes pole "seotud" ühegi maapealse sõlmega. See tähendab loomisest. ühtsest infoväljast, kus kõik saavad liituda kellega tahes igal ajal ja igal pool maailmas. See tähendab, et miljonite ja miljonite inimeste eluviis muutub radikaalselt. Kõigil Maal elavatel inimestel on juurdepääs maailma kultuuri rikkustele - alates maailma suurimate raamatuhoidlate fondidest, Ermitaaži ja Louvre'i saalidest, kuhu saab igal hetkel "külastada" kuni mis tahes avaliku või erakogu filmi- ja muusikakoguni. Loosungist saab reaalsus: kõrgharidus kõigile, kes soovivad seda saada. Rääkimata võimalusest saada mingeid võrdlusandmeid, pidada operatiivkoosoleku..."

Kosmoseuuringute järgmisse etappi liikumiseks on L. Leskovi arvates vaja luua uusi tõhusamaid sõidukeid: kosmoselennukid, mehitatud ja automaatsed kosmoselaevad, korduvkasutatavad kanderaketid, suure tõstevõimega orbitaalpuksiir...

21. sajandi 20-50ndatel ilmuvad orbiidile hiiglaslikud päikesevalguse ja päikese kosmoseelektrijaamade helkurid ning pärast seda saabub aeg Kuu tööstuslikuks arenguks. Siis tegutseb teadlane mitte aastakümneid, vaid sajandeid. Järgmiste etappide hulgas on loetletud suuremahuliste struktuuride loomine kosmoses, maavälise aine kasutamine selle kohaletoimetamisel Maale, Marsi ja Veenuse olemuse areng ja ümberkujundamine.

Mis järgmiseks? Ja mis kõige tähtsam, mis saab inimestest, kes on oma planeedist igaveseks lahku läinud? Üks kosmosemeditsiini ja -bioloogia valdkonna juhtivaid eksperte, akadeemik O. Gazenko vaatleb kahte kosmoseasustuse stsenaariumi: Päikesesüsteemi sees ja väljaspool selle piire. Kui teadlase hinnangul on võimalik luua kosmoses elupaik, mis on võimalikult lähedane Maa elupaigale, kulgeb "eeterlike asulate" püsielanike areng ilmselt samamoodi nagu Maal. Tõsi, on võimalus, et kosmiliste kiirte mõjul tekivad inimestes juhuslikud pärilikud muutused ning evolutsiooni edasine kulg muutub ettearvamatuks. Loomulikult saab see juhtuda ainult siis, kui selleks ajaks pole leitud usaldusväärseid kaitsevahendeid.

Teadlane möönab ka sellist varianti, kui inimese pikaajalist evolutsiooni määravaks teguriks ei saa mitte kiirgus, vaid kaaluta olek. Siis muutuvad inimesed, kes kaotavad järk-järgult osa füsioloogilistest omadustest, mida neile gravitatsioon "sunnib", teistsuguseks - võib-olla sarnaselt Hispaania kunstniku El Greco maalide "kehatute" tegelastega.

Kui inimkond ei piirdu Päikesesüsteemi vallutamisega ja väljub selle piiridest, siis sadade põlvkondade järel avastavad Galaktika lõputud avarused end asustatud eraldiseisvate intelligentsete olendite kolooniatega, mis on märgatavalt erinevad meilt ja üksteiselt.

Kuid kas inimene kohaneb selliste ebatavaliste elutingimustega? Nii on öelnud K. Tsiolkovski: "...Praegu püüavad inimkonna arenenud kihid asetada oma elu üha enam kunstlikesse raamidesse ja kas selles ei seisne progress? Võitlus halva ilmaga, kõrge ja madal temperatuurid, gravitatsioon ", loomadega, kahjulike putukate ja bakteritega, ei loo ka praegu inimese ümber puhtalt tehislikku keskkonda? Eeterruumis jõuab see kunstlikkus alles oma äärmise piirini, teisalt aga inimene olema enda jaoks kõige soodsamates tingimustes."

Ärgem siiski nii kaugele vaadake. Tuleme tagasi mitte nii kauge tuleviku prognooside juurde. Loomulikult teavad nende autorid hästi, et nende pakutud kronoloogilised skeemid on väga ligikaudsed. Seetõttu ei püüta nimetada konkreetseid tähtaegu teatud projektide elluviimiseks, pöörates põhitähelepanu nende tehnilisele kirjeldusele. Sama põhimõtet järgime ka oma loos meie tsivilisatsiooni maavälise tegevuse väljavaadete kohta.

See raamat on adresseeritud noortele, "neile, kes loevad selleks, et ehitada" – nii pöördus Yu. Kondratyuk oma lugejate poole. Aastad mööduvad ja need, kes praegu neid lehti keeravad, hakkavad tänaseid unistusi ellu viima. See on õige: "lugege ehitamiseks"!