Teori penerbangan angkasa lepas. Penerokaan angkasa lepas masa hadapan

pengenalan.

Manusia sentiasa bermimpi untuk mengembara ke angkasa lepas. Penulis - penulis fiksyen sains, saintis, pemimpi - mencadangkan pelbagai cara untuk mencapai matlamat ini. Tetapi selama berabad-abad, tidak seorang pun saintis atau penulis fiksyen sains dapat mencipta satu-satunya cara yang ada pada seseorang yang boleh mengatasi daya graviti dan terbang ke angkasa. Sebagai contoh, wira cerita oleh penulis Perancis Cyrano de Bergerac, yang ditulis pada abad ke-17, mencapai Bulan dengan melemparkan magnet yang kuat ke atas kereta besi tempat dia berada. Kereta itu naik lebih tinggi dan lebih tinggi di atas Bumi, tertarik kepada magnet, sehingga ia sampai ke Bulan; Baron Munchausen berkata bahawa dia memanjat ke Bulan di sepanjang tangkai kacang.

Buat pertama kalinya, impian dan aspirasi ramai orang dibawa lebih dekat kepada realiti oleh saintis Rusia Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), yang menunjukkan bahawa satu-satunya peranti yang mampu mengatasi graviti adalah roket, dia buat pertama kalinya membentangkan bukti saintifik tentang kemungkinan menggunakan roket untuk penerbangan ke angkasa lepas, di luar atmosfera Bumi dan ke planet lain dalam sistem suria. Tsoilkovsky memanggil roket sebagai peranti dengan enjin jet yang menggunakan bahan api dan pengoksida di atasnya.

Enjin jet ialah enjin yang mampu menukar tenaga kimia bahan api kepada tenaga kinetik jet gas, dan dengan itu memperoleh kelajuan dalam arah yang bertentangan.

Pada prinsip dan undang-undang fizikal apakah operasi enjin jet berasaskan?

Seperti yang anda ketahui dari kursus fizik, tembakan dari pistol disertai dengan mundur. Menurut undang-undang Newton, peluru dan pistol akan terbang ke arah yang berbeza pada kelajuan yang sama jika mereka mempunyai jisim yang sama. Jisim gas yang dikeluarkan mencipta daya reaktif, berkat pergerakan yang boleh dipastikan, kedua-dua di udara dan di ruang tanpa udara, dan dengan itu mundur berlaku. Lebih besar daya mundur yang dirasakan bahu kita, lebih besar jisim dan kelajuan gas yang melarikan diri, dan, oleh itu, lebih kuat tindak balas pistol, lebih besar daya reaktif. Fenomena ini dijelaskan oleh undang-undang pemuliharaan momentum:

• jumlah vektor (geometrik) impuls jasad yang membentuk sistem tertutup kekal malar untuk sebarang pergerakan dan interaksi badan sistem.

Kelajuan maksimum yang boleh dihasilkan oleh roket dikira menggunakan formula Tsiolkovsky:

, Di mana

v max – kelajuan roket maksimum,

v 0 – kelajuan awal,

v r – kelajuan aliran gas dari muncung,

m - jisim awal bahan api,

M ialah jisim roket kosong.

Formula Tsiolkovsky yang dibentangkan adalah asas di mana keseluruhan pengiraan peluru berpandu moden berdasarkan. Nombor Tsiolkovsky ialah nisbah jisim bahan api kepada jisim roket pada penghujung operasi enjin - kepada berat roket kosong.

Oleh itu, kami mendapati bahawa kelajuan maksimum yang boleh dicapai roket bergantung terutamanya pada kelajuan aliran gas dari muncung. Dan kadar aliran gas muncung pula bergantung kepada jenis bahan api dan suhu pancutan gas. Ini bermakna semakin tinggi suhu, semakin tinggi kelajuannya. Kemudian untuk roket sebenar anda perlu memilih bahan api paling tinggi kalori yang menghasilkan jumlah haba yang paling besar. Formula menunjukkan bahawa, antara lain, kelajuan roket bergantung pada jisim awal dan akhir roket, pada bahagian beratnya bahan api, dan bahagian mana yang tidak berguna (dari sudut pandangan kelajuan penerbangan) struktur: badan, mekanisme, dsb.

Kesimpulan utama dari formula Tsiolkovsky ini untuk menentukan kelajuan roket angkasa adalah bahawa dalam ruang tanpa udara roket akan berkembang lebih besar kelajuan, lebih besar kelajuan aliran keluar gas dan lebih besar nombor Tsiolkovsky.

Peranti peluru berpandu balistik.

Mari bayangkan secara umum peluru berpandu jarak jauh ultra moden.

Roket sedemikian mestilah berbilang peringkat. Caj tempur terletak di kepalanya, dan peranti kawalan, kereta kebal dan enjin terletak di belakangnya. Berat pelancaran roket melebihi berat muatan sebanyak 100-200 kali, bergantung kepada bahan api! Oleh itu, roket sebenar harus mempunyai berat beberapa ratus tan, dan panjangnya sekurang-kurangnya mencapai ketinggian bangunan sepuluh tingkat. Beberapa keperluan dikenakan ke atas reka bentuk roket. Jadi, adalah perlu, sebagai contoh, daya tujahan melalui pusat graviti roket. Roket mungkin menyimpang dari laluan yang dimaksudkan atau bahkan mula berputar jika syarat yang ditentukan tidak dipenuhi.

Rajah.1 Struktur dalaman roket.

Anda boleh memulihkan laluan yang betul menggunakan kemudi. Dalam udara jarang, kemudi gas beroperasi, memesongkan arah jet gas, yang dicadangkan oleh Tsiolkovsky. Kemudi aerodinamik berfungsi apabila roket terbang di udara padat.

Peluru berpandu balistik moden terutamanya beroperasi pada enjin menggunakan bahan api cecair. Minyak tanah, alkohol, hidrazin, dan anilin biasanya digunakan sebagai bahan api, dan asid nitrik dan perklorik, oksigen cecair dan hidrogen peroksida digunakan sebagai agen pengoksida. Agen pengoksidaan yang paling aktif ialah fluorin dan ozon cecair, tetapi ia jarang digunakan kerana letupan yang melampau.

Enjin adalah elemen terpenting roket. Elemen paling penting dalam enjin ialah kebuk pembakaran dan muncung. Dalam kebuk pembakaran, disebabkan oleh fakta bahawa suhu pembakaran bahan api mencapai 2500-3500 TENTANG C, terutamanya bahan tahan haba dan kaedah penyejukan yang kompleks mesti digunakan. Bahan konvensional tidak dapat menahan suhu sedemikian.

Unit selebihnya juga sangat kompleks. Sebagai contoh, pam yang mesti membekalkan pengoksida dan bahan api ke muncung kebuk pembakaran, yang sudah ada dalam roket V-2, salah satu yang pertama, mampu mengepam 125 kg bahan api sesaat.

Dalam sesetengah kes, bukannya silinder konvensional, silinder dengan udara termampat atau gas lain digunakan yang boleh menyesarkan bahan api dari tangki dan memacunya ke dalam kebuk pembakaran.

Kemudi gas perlu dibuat daripada grafit atau seramik, jadi ia sangat rapuh dan rapuh, jadi pereka moden mula meninggalkan penggunaan kemudi gas, menggantikannya dengan beberapa muncung tambahan atau memutar muncung yang paling penting. Sesungguhnya, pada permulaan penerbangan, pada ketumpatan udara yang tinggi, kelajuan roket adalah rendah, jadi kemudi mengawal dengan buruk, dan di mana roket memperoleh kelajuan tinggi, ketumpatan udara adalah rendah.

Pada roket Amerika yang dibina mengikut projek Avangard, enjin digantung pada engsel dan boleh dipesongkan sebanyak 5-7 TENTANG. Kuasa setiap peringkat seterusnya dan masa operasinya adalah kurang, kerana setiap peringkat roket beroperasi dalam keadaan yang sama sekali berbeza, yang menentukan reka bentuknya, dan oleh itu reka bentuk roket itu sendiri boleh menjadi lebih mudah.

Peluru berpandu balistik dilancarkan daripada peranti pelancaran khas. Biasanya ini adalah tiang logam kerawang atau menara, di sekelilingnya roket dipasang sekeping demi sekeping oleh kren. Bahagian menara tersebut terletak bertentangan dengan lubang pemeriksaan yang diperlukan untuk memeriksa dan menyahpepijat peralatan. Turret bergerak menjauh ketika roket sedang diisi minyak.

Roket bermula secara menegak dan kemudian mula condong secara perlahan-lahan dan tidak lama lagi menggambarkan trajektori elips yang hampir ketat. Kebanyakan laluan penerbangan peluru berpandu sedemikian terletak pada ketinggian lebih daripada 1000 km di atas Bumi, di mana hampir tiada rintangan udara. Mendekati sasaran, atmosfera mula memperlahankan pergerakan roket secara mendadak, manakala cangkangnya menjadi sangat panas, dan jika langkah tidak diambil, roket itu mungkin runtuh dan cajnya mungkin meletup sebelum waktunya.

Penerangan yang dibentangkan mengenai peluru berpandu balistik antara benua adalah ketinggalan zaman dan sepadan dengan tahap perkembangan sains dan teknologi tahun 60-an, tetapi disebabkan akses terhad kepada bahan saintifik moden, tidak mungkin untuk memberikan penerangan yang tepat tentang operasi sebuah pesawat moden. peluru berpandu balistik antara benua jarak jauh ultra. Walaupun begitu, kerja itu menyerlahkan sifat umum yang wujud dalam semua roket. Kerja itu juga mungkin menarik untuk membiasakan diri dengan sejarah pembangunan dan penggunaan peluru berpandu yang diterangkan.

Deryabin V. M. Undang-undang pemuliharaan dalam fizik. – M.: Pendidikan, 1982.

Gelfer Ya. M. Undang-undang pemuliharaan. – M.: Nauka, 1967.

Badan K. Dunia tanpa bentuk. – M.: Mir, 1976.

Ensiklopedia kanak-kanak. – M.: Rumah Penerbitan Akademi Sains USSR, 1959.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky dilahirkan pada 5 (17 September), 1857 di kampung Izhevskoye, wilayah Ryazan, dalam keluarga seorang rimbawan. Kerana sakit, dia tidak dapat belajar di sekolah dan terpaksa belajar sendiri. Setelah menguasai sebahagian besar kursus itu sendiri di satu-satunya perpustakaan percuma di Moscow, dia lulus peperiksaan untuk gelaran guru sekolah awam dan menerima jawatan sebagai guru di sekolah daerah Borovsky. Kemudian dia dipindahkan untuk mengajar di Kaluga - di mana dia menghabiskan seluruh kehidupan masa depannya. Pada masa lapangnya, Tsiolkovsky belajar sains. Untuk karyanya "Mekanik Organisme Haiwan" dia dipilih sebagai ahli penuh Persatuan Fisikokimia Rusia. Selepas revolusi, karyanya menjadi permintaan, diiktiraf sebagai inovatif dan menggembirakan minda sezamannya. Pada 1926–1929, Tsiolkovsky menangani isu praktikal penerbangan angkasa lepas. Pada masa ini, lahir idea-idea yang paling berani dan hebat yang ditakdirkan untuk menjadi kenyataan pada masa hadapan. Tsiolkovsky mengira ketinggian optimum untuk penerbangan mengelilingi Bumi, mempertahankan idea kepelbagaian bentuk kehidupan di Alam Semesta, mencipta gear pendaratan beroda pertama, membangunkan prinsip hoverkraf, menulis tentang penemuan masa depan laser, dan meramalkan penembusan matematik ke dalam semua bidang sains. Tsiolkovsky meninggal dunia pada 19 September 1935.

Untuk karya falsafahnya yang banyak dan meragukan secara saintifik, Tsiolkovsky boleh dipanggil seorang pemimpi yang hebat dan sipi dari angkasa lepas, jika bukan untuk satu "tetapi": Konstantin Eduardovich ialah ahli ideologi dan ahli teori penerokaan ruang angkasa manusia pertama. Tsiolkovsky sentiasa mengimpikan ruang dan berusaha untuk membuktikan impiannya secara teori dan juga praktikal. Pemikiran pertama tentang menggunakan roket untuk terbang ke angkasa telah dinyatakan oleh saintis pada tahun 1883, tetapi teori matematik yang koheren tentang pendorongan jet telah ditakdirkan untuk muncul hanya tiga belas tahun kemudian.

Pada tahun 1903, dalam terbitan kelima jurnal Scientific Review, beliau menerbitkan sebahagian daripada artikel "Penjelajahan ruang dunia menggunakan instrumen jet," tetapi, seperti kebanyakan penemuan dan karya Tsiolkovsky, ia terlalu jauh daripada realiti kehidupan moden. Walau bagaimanapun, dalam artikel ini saintis membentangkan pengiraan matematik dan justifikasi untuk kemungkinan sebenar menggunakan roket untuk perjalanan antara planet. Tsiolkovsky tidak mengehadkan dirinya untuk menunjukkan cara penembusan manusia ke angkasa - roket, dia juga memberikan penerangan terperinci tentang enjin. Banyak teori Konstantin Eduardovich boleh dipanggil kenabian, contohnya mengenai pilihan bahan api dua komponen cecair dan kemungkinan menggunakan jenis bahan api lain, khususnya tenaga pereputan atom. Tsiolkovsky mengemukakan idea untuk mencipta enjin jet elektrik, revolusioner pada masa itu, menulis dengan cara khasnya bahawa "mungkin, dengan bantuan elektrik, ia akan mungkin dari masa ke masa untuk memberikan kelajuan yang besar kepada zarah yang dikeluarkan dari peranti jet itu.”

Idea beliau tentang penyejukan penjanaan semula kebuk pembakaran dan muncung enjin dengan komponen bahan api, penebat seramik elemen struktur, penyimpanan berasingan dan pengepaman bahan api ke dalam kebuk pembakaran, trajektori penurunan optimum kapal angkasa apabila pulang dari angkasa berjaya digunakan hari ini.

Ahli sains secara aktif menggabungkan teori dan amalan, cuba mencari cara yang mungkin untuk melaksanakan semua yang ada dalam fikirannya. Tsiolkovsky secara saintifik mengesahkan masalah yang berkaitan dengan penerbangan angkasa lepas roket. Sebagai contoh, dia meneliti secara terperinci segala-galanya yang berkaitan dengan roket: undang-undang pergerakan, reka bentuknya, isu kawalan, ujian, memastikan operasi yang boleh dipercayai bagi semua sistem, mewujudkan keadaan penerbangan yang boleh diterima, dan juga memilih anak kapal yang serasi secara psikologi.

Adalah pelik bahawa, tanpa instrumen, Tsiolkovsky mengira ketinggian optimum untuk penerbangan mengelilingi Bumi - julat dari tiga ratus hingga lapan ratus kilometer di atas planet ini. Di ketinggian inilah penerbangan angkasa moden berlaku. Tsiolkovsky memperoleh formula yang kemudiannya dinamakan sempena namanya, membolehkan seseorang menentukan kelajuan pesawat di bawah pengaruh tujahan enjin roket. Pada masa yang sama, saintis berjaya mendapatkan jawapan kepada soalan praktikal yang penting: berapa banyak bahan api yang perlu diambil ke dalam roket untuk mendapatkan kelajuan berlepas yang diperlukan dari Bumi dan selamat meninggalkan planet ini? Hasil pengiraan adalah seperti berikut: agar roket dengan anak kapal mengembangkan kelajuan berlepas dan berangkat pada penerbangan antara planet, perlu mengambil bahan api seratus kali lebih banyak daripada berat badan roket, enjin , mekanisme, instrumen dan penumpang digabungkan. Tetapi bagaimana anda boleh memasukkan begitu banyak bahan api ke dalam kapal? Para saintis menemui penyelesaian asal - kereta api roket yang terdiri daripada beberapa roket yang disambungkan antara satu sama lain. Roket hadapan mengandungi sejumlah bahan api, penumpang dan peralatan. Kemudian roket bekerja secara bergantian, mempercepatkan keseluruhan kereta api antara planet. Sebaik sahaja bahan api dalam satu roket terbakar sepenuhnya, ia dibuang: akibatnya, tangki kosong dikeluarkan dan kapal menjadi lebih ringan. Kemudian roket kedua mula berfungsi, kemudian yang ketiga, dsb. Berdasarkan formula Tsiolkovsky, kesimpulan penting dibuat bahawa keupayaan roket ditentukan terutamanya oleh ciri-ciri enjin dan kesempurnaan reka bentuk roket.

Tsiolkovsky meninggalkan warisan saintifik yang kaya. Tidak semua idea beliau mempunyai nilai yang besar untuk sains, tetapi masih saintis adalah yang pertama menangani banyak isu. Pandangannya sekarang kelihatan agak hebat. Sungguh mengagumkan betapa tepatnya saintis itu meramalkan masa depan. Justeru, beliau mendahului dalam mengkaji isu satelit Bumi buatan dan peranannya untuk ekonomi negara. Beliau menyatakan idea untuk mewujudkan stesen berhampiran Bumi oleh generasi akan datang sebagai penempatan buatan yang akan menggunakan tenaga Matahari dan berfungsi sebagai pangkalan perantaraan untuk komunikasi antara planet. Idea stesen antara planet ini adalah cara utama untuk mencapai impian yang dihargai - penerokaan manusia terhadap ruang circumsolar dan penciptaan "petempatan halus" pada masa akan datang.

Kaedah untuk pelajaran 4
"Asas Astronautik"

Tujuan pelajaran: untuk mengembangkan pengetahuan tentang asas teori dan praktikal angkasawan.

Objektif Pembelajaran:

Pendidikan am: pembentukan konsep:

Mengenai prasyarat teori dan praktikal, tugas dan kaedah penyelidikan angkasa lepas;
- tentang hubungan antara angkasawan dan astronomi, fizik dan sains dan teknologi semula jadi dan matematik yang lain;
- mengenai angkasawan - kapal angkasa;
- mengenai jenis utama enjin roket jet (enjin roket propelan pepejal, enjin propelan cecair, enjin propulsi elektrik, enjin propulsi nuklear);
- tentang trajektori, kelajuan dan ciri pergerakan kapal angkasa, ciri navigasi antara planet dan antara bintang.

Pendidikan: pembentukan pandangan dunia saintifik pelajar semasa mengenali sejarah pengetahuan manusia. Pendidikan patriotik sambil menjadi akrab dengan peranan luar biasa sains dan teknologi Rusia dalam pembangunan angkasawan. Pendidikan politeknik dan pendidikan buruh dalam menyampaikan maklumat tentang aplikasi praktikal angkasawan.

Perkembangan: membangunkan kemahiran untuk menyelesaikan masalah menggunakan undang-undang pergerakan badan kosmik, formula Tsiolkovsky dan halaju kosmik untuk menerangkan gerakan kapal angkasa.

Pelajar mesti tahu:

Mengenai angkasawan (subjek, tugas dan kaedah penyelidikan angkasawan, kaitannya dengan sains lain);
- mengenai angkasawan: jenis utama kapal angkasa, reka bentuk dan ciri mereka;
- mengenai jenis utama enjin roket, struktur dan ciri-cirinya
- Formula Tsiolkovsky, formula dan nilai halaju kosmik I, II, III (untuk Bumi);
- tentang trajektori penerbangan kapal angkasa dan hubungan antara bentuk orbitnya dan kelajuan pergerakan.

Pelajar mesti mampu untuk: menyelesaikan masalah mengenai aplikasi formula Tsiolkovsky dan undang-undang gerakan badan kosmik untuk mengira ciri-ciri gerakan kapal angkasa.

Bantuan visual dan demonstrasi:

Jalur filem: "Unsur mekanik penerbangan angkasa."
Wayang: "Satelit Bumi Buatan"; "Penerbangan angkasa lepas".
Meja: "Penerbangan angkasa lepas"; "Penyelidikan Angkasa Lepas".
Peranti dan alatan: peranti untuk menunjukkan pergerakan satelit.

Kerja rumah:

1) Kaji bahan buku teks:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14 (4), 16 (4).
- E.P. Levitan: §§ 7-11 (pengulangan).
- A.V. Zasova, E.V. Kononovich: § sebelas; latihan 11 (3, 4)

2) Selesaikan tugas dari pengumpulan masalah oleh Vorontsov-Velyaminov B.A. : 174; 179; 180; 186.

3) Sediakan laporan dan mesej untuk pelajaran "Sejarah Kosmonautik".

Pelan pembelajaran

Langkah-langkah pengajaran		Kaedah pembentangan	Masa, min
	Mengemas kini topik pelajaran	cerita
	Pembentukan konsep tentang prasyarat teori dan praktikal, tugas dan kaedah penyelidikan angkasawan	Syarahan	7-10
	Pembentukan konsep tentang angkasawan dan jenis utama enjin roket	Syarahan	10-12
	Pembentukan konsep tentang trajektori, kelajuan dan ciri pergerakan kapal angkasa, ciri navigasi antara planet dan antara bintang	Syarahan	10-12
	Penyelesaian masalah
	Merumuskan bahan yang dibincangkan, merumuskan pelajaran, kerja rumah

Metodologi untuk menyampaikan bahan

Pelajaran ini paling baik diajar dalam bentuk syarahan, di mana sistematisasi, generalisasi dan pembangunan pengetahuan angkasawan "pra-saintifik" pelajar dan maklumat mengenai angkasawan dan pendorongan jet, dipelajari oleh mereka dalam sejarah semula jadi, sejarah semula jadi dan kursus fizik sepanjang tempoh persekolahan, dijalankan. Pengarang manual bercadang untuk menghadkan diri kita kepada analisis soalan tentang orbit dan kelajuan satelit buatan, penerbangan kapal angkasa ke Bulan dan trajektori paling mudah penerbangan antara planet. Kami menganggap perlu untuk menambah dan mengembangkan bahan ini, untuk membuat teori supaya, sebagai hasil latihan, pelajar memperoleh pemahaman holistik tentang asas teori dan praktikal angkasawan. Penyampaian bahan hendaklah berdasarkan bahan yang telah dikaji sebelumnya dalam fizik (asas mekanik klasik: hukum Newton, hukum graviti, hukum pemuliharaan momentum, pendorongan jet) dan astronomi (astrometri dan mekanik cakerawala: undang-undang Kepler, maklumat tentang kosmik halaju, orbit badan kosmik dan gangguan ). Aspek patriotik pendidikan direalisasikan dengan menumpukan perhatian pelajar kepada pencapaian sains dan teknologi domestik, sumbangan saintis Rusia kepada kemunculan, pembentukan dan pembangunan sains roket dan angkasawan. Butiran sejarah harus dielakkan dan disimpan untuk pelajaran kemudian.

Kosmonautik - penerbangan di angkasa lepas; satu set cabang sains dan teknologi yang memastikan penerokaan dan pembangunan angkasa lepas dan objek angkasa lepas serta sistemnya menggunakan pelbagai kapal angkasa (SCAV): roket, satelit Bumi buatan (AES), stesen antara planet automatik (AIS), kapal angkasa (SC) , dikendalikan atau dikawal dari Bumi.

Asas teori astronautik dibentuk oleh:

1. Astronomi (astrometri, mekanik cakerawala dan astrofizik).

2. Teori penerbangan angkasa - kosmodinamik - bahagian gunaan mekanik cakerawala, mengkaji trajektori penerbangan, parameter orbit kapal angkasa, dsb.

3. Roket, menyediakan penyelesaian kepada masalah saintifik dan teknikal mencipta roket angkasa, enjin, sistem kawalan, komunikasi dan penghantaran maklumat, peralatan saintifik, dsb.

4. Biologi dan perubatan angkasa lepas.

Yang utama dan, sehingga kini, satu-satunya alat pengangkutan di angkasa lepas ialah roket. Undang-undang gerakan roket diperoleh berdasarkan undang-undang mekanik klasik: kinematik dan dinamik (hukum Newton II, undang-undang pemuliharaan momentum, dll.).

Formula K. E. Tsiolkovsky menerangkan pergerakan roket di angkasa lepas tanpa mengambil kira tindakan keadaan luaran dan mencirikan sumber tenaga roket:

, - nombor Tsiolkovsky, di mana m 0 - permulaan, m k ialah jisim akhir roket, w ialah halaju jisim yang dikeluarkan berbanding roket (kelajuan aliran jet), g- pecutan graviti.

nasi. 73

Kenderaan pelancar (LV) ialah roket balistik berbilang peringkat untuk melancarkan muatan ke angkasa lepas (AES, AMS, kapal angkasa, dll.). Kenderaan pelancar biasanya terdiri daripada roket 2-4 peringkat yang memberikan halaju pelepasan kepada muatan I - II (Rajah 73).

Enjin roket (RM) ialah enjin jet yang direka untuk roket dan tidak menggunakan persekitaran untuk operasi. Dalam RD, bukan sahaja tenaga yang dibekalkan kepada enjin ditukar (kimia, solar, nuklear, dll.) menjadi tenaga kinetik pergerakan bendalir kerja enjin, tetapi juga daya penggerak daya tarikan secara langsung dicipta dalam bentuk tindak balas pancutan bendalir kerja yang mengalir keluar dari enjin. Oleh itu, RD adalah seperti gabungan enjin itu sendiri dan peranti pendorong.

Teras khusus laluan teksi ditentukan oleh formula: .

Pada masa ini, hanya XRD kimia digunakan secara meluas.

Enjin roket propelan pepejal (motor roket propelan pepejal) telah digunakan selama kira-kira 2000 tahun - secara meluas dalam artileri roket dan terhad dalam angkasawan. Julat tujahan enjin roket propelan pepejal berjulat dari gram hingga ratusan tan (untuk enjin roket berkuasa). Bahan api dalam bentuk caj (pada mulanya - serbuk hitam, dari akhir abad ke-19 - serbuk tanpa asap, dari pertengahan abad ke-20 - komposisi khas) diletakkan sepenuhnya di dalam kebuk pembakaran. Selepas dimulakan, pembakaran biasanya berterusan sehingga bahan api habis terbakar sepenuhnya; Ia adalah yang paling mudah dalam reka bentuk dan operasi, tetapi mempunyai beberapa kelemahan: tujahan khusus rendah, pelancaran tunggal, dll. Ia dipasang pada beberapa kenderaan pelancar di Amerika Syarikat (Scout, Thor, Titan), Perancis dan Jepun. Ia juga digunakan sebagai sistem brek, penyelamat, pembetulan, dsb. (Gamb. 74).

Enjin roket cecair (LPRE) ialah enjin roket yang menggunakan bahan api roket cecair. Dicadangkan oleh K. E. Tsiolkovsky pada tahun 1903. Enjin utama teknologi angkasa moden. Tujahan daripada pecahan gram kepada ratusan tan. Mengikut tujuannya, enjin pendorong cecair dibahagikan kepada utama (pendorong), brek, pembetulan, dll. Yang berikut digunakan sebagai bahan api: pengoksida - oksigen cecair, nitrogen tetroksida, hidrogen peroksida; bahan mudah terbakar - minyak tanah, hidrazin, ammonia cecair, hidrogen cecair. Gabungan hidrogen dan oksigen cecair (LV Energia) yang paling menjanjikan (Rajah 75).

Untuk meningkatkan tujahan tertentu, penggunaan tenaga nuklear adalah menjanjikan. Sampel eksperimen enjin roket nuklear ( LAMAN) telah dibangunkan sejak pertengahan 60-an di USSR dan Amerika Syarikat. Pada masa ini, Rusia adalah satu-satunya negeri yang mempunyai pelancar roket berkuasa nuklear yang mampan (Rajah 76).

Pembangunan diteruskan laluan teksi elektrik(EP) - elektroterma, elektromagnet, ionik. Sampel percubaan pertama pendorong elektrik dicipta di USSR pada 1929-30; Pada masa ini, enjin pendorong elektrik digunakan sebagai enjin kawalan sikap untuk kapal angkasa di Rusia dan Amerika Syarikat. Enjin ion pendorong dipasang pada AMS, dilancarkan pada akhir 90-an. di Amerika Syarikat (Rajah 77).

Dari sudut pandangan mekanik penerbangan angkasa, laluan teksi dibahagikan kepada:

1. Sistem pendorongan dengan halaju ekzos terhad w » 3 - 30 km/s, ditentukan oleh suhu tertinggi aliran jet (kimia, nuklear, dll.). Mereka beroperasi untuk masa yang singkat (minit, saat) di atmosfera dan mengosongkan dalam bahagian aktif kecil trajektori penerbangan (beratus-ratus km).

2. Sistem kuasa terhad dengan sumber tenaga berasingan yang bergantung kepada kecekapannya (elektrik, dsb.).

3. Sistem dengan tujahan terhad (pelayaran dan radioisotop).

Semasa fasa penerbangan aktif, pergerakan kapal angkasa bergantung pada operasi enjinnya; dalam bahagian pasif trajektori, pergerakan kapal angkasa dipengaruhi oleh daya tarikan dari badan kosmik, tekanan ringan dan angin suria, dan di lapisan atas atmosfera - oleh daya geseran aerodinamik.

Ciri-ciri utama gerakan pasif kapal angkasa boleh ditentukan dengan menyelesaikan masalah 2 badan.

Dalam medan graviti pusat jasad kosmik yang besar, kapal angkasa bergerak di orbit Keplerian, dan:

1. Trajektori kapal angkasa adalah rectilinear dalam kes apabila kelajuan awalnya u 0 = 0 dan kapal angkasa jatuh secara seragam dipercepatkan ke arah pusat graviti.

2. Kapal angkasa bergerak di sepanjang trajektori elips apabila kelajuan awal diarahkan pada sudut ke pusat graviti, pada . Dalam orbit elips mengelilingi Bumi, satelitnya, kapal angkasa moden dan stesen orbit, serta kapal angkasa yang mengorbit planet yang mereka kaji, bergerak.

3. Sepanjang trajektori parabola pada u 0 = u II, apabila kelajuan akhir kapal angkasa pada titik yang jauh tak terhingga di angkasa ialah sifar.

4. Sepanjang trajektori hiperbolik (u 0 > u II), hampir tidak dapat dibezakan daripada trajektori rectilinear pada jarak yang jauh dari pusat graviti.

Trajektori penerbangan antara planet berbeza dalam bentuk, tempoh penerbangan, kos tenaga dan faktor lain bergantung pada tujuan dan ciri penerbangan angkasa lepas. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa kapal angkasa hampir tidak pernah bergerak dalam garis lurus: trajektori pergerakan mereka (kecuali untuk beberapa kes ideal) adalah segmen lengkung tertib kedua (bulatan, elips, parabola dan hiperbola) yang menghubungkan orbit badan kosmik. atau badan itu sendiri.

Terdapat 3 bahagian pasif trajektori penerbangan antara planet: 1) di dalam "sfera tindakan" Bumi, di mana pergerakan kapal angkasa hanya ditentukan oleh daya graviti; 2) dari sempadan sfera pengaruh Bumi ke sempadan sfera pengaruh badan kosmik - matlamat penerbangan, yang paling lama dan paling berterusan, di mana pergerakan kapal angkasa ditentukan oleh tarikan daripada Matahari; 3) dalam lingkungan tindakan badan kosmik - tujuan penerbangan.

Telah dinyatakan di atas bahawa untuk keluar dari sfera pengaruh Bumi, kapal angkasa mesti mempunyai kelajuan u > u II; . Kelajuan tambahan yang perlu diperoleh oleh kapal angkasa yang terletak di orbit satelit buatan untuk meninggalkan sfera pengaruh Bumi dipanggil kelajuan keluar u V. , Di mana r- jarak dari badan kosmik, R dÅ - jejari sfera pengaruh Bumi ( R dÅ = 925000 km).

Apabila melancarkan kapal angkasa dari permukaan bumi, adalah perlu untuk mempertimbangkan:

1) kelajuan dan arah putaran Bumi di sekeliling paksinya;
2) kelajuan dan arah putaran Bumi mengelilingi Matahari (u Å = 29.785 km/s).

Sangat sukar untuk melancarkan satelit berputar ke arah yang bertentangan dengan arah putaran Bumi di sekeliling paksinya, yang memerlukan kos tenaga yang besar; Adalah lebih sukar untuk melancarkan kapal angkasa di sepanjang trajektori yang tidak terletak pada satah ekliptik.

Jika kelajuan keluar bertepatan arah dengan kelajuan pergerakan Bumi v Å, orbit kapal angkasa, kecuali perihelion, terletak di luar orbit Bumi (Rajah 79c).
Dengan arah yang bertentangan dengan kelajuan u V Orbit kapal angkasa, kecuali aphelion, terletak di dalam orbit Bumi (Rajah 79a).
Dengan arah dan kesamaan halaju yang sama u V= u Å orbit kapal angkasa menjadi lurus, di mana kapal angkasa akan jatuh ke Matahari selama kira-kira 64 hari (Rajah 79d).
Apabila u V= 0, orbit kapal angkasa bertepatan dengan orbit Bumi (Rajah 79b).

Semakin tinggi kelajuan u V Kapal angkasa, lebih besar kesipian orbit elipsnya. Dengan cara pengiraan yang agak mudah nilai ditentukan v masuk, diperlukan untuk perihelion atau aphelion orbit kapal angkasa terletak di orbit planet luar atau dalam, .

Trajektori penerbangan kapal angkasa secara serentak menyentuh orbit Bumi dan badan kosmik - sasaran penerbangan antara planet - dipanggil Trajektori Hohmann(sebagai penghormatan kepada saintis Jerman W. Homann yang mengira mereka).

Untuk planet luar: . Untuk planet dalam: , Di mana r- jarak purata badan planet dari Matahari.

Tempoh penerbangan sepanjang trajektori Homan dikira menggunakan formula: purata hari cerah.

Apabila mengira trajektori penerbangan antara planet menggunakan trajektori Hohmann, adalah perlu untuk mengambil kira kedudukan relatif (konfigurasi awal) Bumi, Matahari dan planet sasaran, ciri dan ciri pergerakan planet dalam orbitnya. Sebagai contoh, penerbangan ke Marikh di sepanjang trajektori Hohmann terpendek hanya akan mengambil masa 69.9 hari, ke Musytari - 1.11 tahun, ke Pluto - 19.33 tahun. Walau bagaimanapun, kedudukan bersama optimum sebenar Bumi, Matahari dan planet-planet ini sangat jarang berlaku, dan untuk mengurangkan masa penerbangan adalah perlu untuk meningkatkan V, yang memerlukan penggunaan tenaga tambahan. Oleh itu, antara sebab lain, penerbangan berawak ke planet-planet Sistem Suria adalah jauh lebih mahal dan lebih sukar daripada meneroka planet-planet ini menggunakan kapal angkasa, yang boleh terbang ke sasaran mereka selama bertahun-tahun di sepanjang trajektori paling ekonomik. Dengan mengambil kira pengaruh gangguan dari planet dan Matahari, AWS dan kapal angkasa mesti mempunyai enjin untuk melaraskan trajektori pergerakan.

Apabila mencapai sfera tindakan planet sasaran, untuk memasuki orbit elips atau bulat di sekelilingnya, kapal angkasa mesti mengurangkan kelajuannya kepada nilai kurang daripada II kosmik untuk planet tertentu.

Dalam navigasi antara planet, manuver kapal angkasa dalam medan graviti planet-planet Sistem Suria digunakan secara meluas.

Apabila bergerak dalam medan graviti pusat jasad kosmik yang besar, kapal angkasa tertakluk kepada daya tarikan dari badan ini, mengubah kelajuan dan arah pergerakan kapal angkasa. Arah dan magnitud pecutan kapal angkasa bergantung pada jarak jarak kapal angkasa dari jasad kosmik dan pada sudut j antara arah masuk dan keluar kapal angkasa ke dalam sfera tindakan badan ini.

Kelajuan kapal angkasa berubah mengikut:

Kapal angkasa memperoleh pecutan yang paling besar apabila bergerak di sepanjang trajektori yang melalui pada jarak minimum dari jasad kosmik, jika kelajuan kemasukan kapal angkasa ke dalam sfera tindakan adalah sama dengan I halaju kosmik u I di permukaan badan ini, manakala .

Apabila terbang mengelilingi Bulan, kapal angkasa boleh meningkatkan kelajuannya sebanyak 1.68 km/s, apabila terbang mengelilingi Zuhrah - sebanyak 7.328 km/s, dan apabila terbang mengelilingi Musytari - sebanyak 42.73 km/s. Kelajuan di mana kapal angkasa meninggalkan sfera pengaruh planet ini boleh ditingkatkan dengan ketara dengan menghidupkan enjin pada saat melepasi periapsis.

Dalam Rajah. 80-81 menunjukkan beberapa trajektori penerbangan antara planet yang dikira.

Astronautik- cabang astronautik yang mengkaji masalah penerbangan antara bintang. Pada masa ini, beliau sedang mengkaji terutamanya masalah teori mekanik penerbangan, kerana sains moden tidak mempunyai maklumat untuk menyelesaikan masalah teknikal untuk mencapai bintang.

Untuk penerbangan antara bintang, kapal angkasa mesti melangkaui sfera pengaruh Matahari, bersamaan dengan 9 × 10 12 km. Jarak antara bintang sangat besar: bintang terdekat ialah 270,000 AU; Hanya terdapat kira-kira 50 bintang di dalam sfera berjejari 10 pc yang diterangkan mengelilingi Matahari.

Pada masa ini, kapal angkasa Pioneer 10 dan 11 serta Voyager 1 dan 2 telah memulakan penerbangan di luar sistem suria, yang akan bergerak ke jarak 1 tahun cahaya dalam beribu-ribu tahun.

Jenis enjin roket yang sedia ada dan juga menjanjikan tidak sesuai atau kurang digunakan untuk penerbangan antara bintang, kerana ia tidak dapat mempercepatkan kapal angkasa ke kelajuan melebihi 0.1 kelajuan cahaya Dengan .

Kepada bintang terdekat, hanya penerbangan sehala automatik interstellar probe (AIS) atau penerbangan berawak secara teorinya mungkin untuk tujuan menjajah planet yang sesuai dengan anak kapal dalam keadaan "kematian boleh balik" (hibernasi) atau dengan perubahan generasi. di dalam kapal, yang memerlukan menyelesaikan banyak masalah hanya masalah teknikal, tetapi juga masalah etika, psikologi, biologi (krew tidak akan kembali ke Bumi; sebahagian besar hidup mereka atau bahkan seluruh hidup mereka semasa perubahan generasi perlu dibelanjakan di dalam kapal. kapal; adalah perlu untuk mewujudkan ekosistem kapal angkasa yang tertutup sepenuhnya, dsb.); walaupun sebelum pelancaran, pemerhatian astronomi darat mesti menjamin kewujudan planet terestrial dengan keadaan yang sesuai untuk kehidupan berhampiran bintang - sasaran penerbangan (jika tidak penerbangan kehilangan maknanya).

"Mimpi biru" angkasawan moden ialah pelancar roket kuantum (foton) ideal secara teori dengan w = c - satu-satunya yang sesuai untuk penerbangan antara bintang dalam Galaxy (Gamb. 78).

Pergerakan badan fizikal pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya dipertimbangkan dalam teori relativiti umum (GTR), yang mengkaji corak ruang-masa bagi sebarang proses fizikal.

Dalam kerangka relativiti am, formula Tsiolkovsky digeneralisasikan dan mengambil bentuk: ,

di mana z- Nombor Tsiolkovsky, m 0 - permulaan, m 1 ialah jisim akhir kapal angkasa, u 1 ialah kelajuan akhir kapal angkasa dalam rangka rujukan bumi, w ialah kelajuan aliran jet berbanding kapal.

Malah kapal bintang foton tidak boleh mencapai kelajuan cahaya pada w = c , kerana ia: .

Menurut sains moden, penerbangan pada kelajuan yang lebih tinggi daripada kelajuan cahaya adalah mustahil untuk mana-mana objek material. Walau bagaimanapun (secara teorinya) kapal bintang boleh bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya.

Pilihan yang mungkin untuk penerbangan antara bintang:

1. Penerbangan dalam 3 peringkat: pecutan kapal angkasa ke kelajuan maksimum; penerbangan pantai dengan enjin dimatikan; brek kepada kelajuan sifar.
2. Penerbangan dalam 2 peringkat dengan pecutan berterusan: separuh pertama penerbangan kapal angkasa meningkatkan kelajuan dengan pecutan g~ gÅ= 10 m/s 2 dan kemudian mula membrek dengan pecutan yang sama.

Mengikut prinsip asas Relativiti Am, bagi pemerhati di atas kapal angkasa, apabila menghampiri kelajuan cahaya, semua proses fizikal akan melambatkan satu faktor, dan jarak sepanjang arah pergerakan kapal angkasa akan dikurangkan dengan jumlah yang sama: ruang dan masa, seolah-olah, "dimampatkan". Dalam rangka rujukan kapal ia akan tidak bergerak, tetapi relatif kepada Bumi dan sasaran penerbangan ia akan bergerak pada kelajuan u £ c.

Masa penerbangan sendiri (kapal) dan masa bebas yang berlalu dari saat pelancaran di Bumi dikira menggunakan formula yang berbeza: , Di mana Dan - fungsi kosinus hiperbolik dan sinus hiperbolik, r- jarak ke sasaran penerbangan.

Dengan pecutan berterusan g= 10 m/s 2 penerbangan ke bintang Centauri akan mengambil masa 3.6 tahun mengikut jam kapal, 4.5 tahun mengikut jam bumi; penerbangan ke pusat Galaxy akan mengambil masa mengikut jam kapal T k= 19.72 tahun, menurut Bumi T Å= 27000 tahun; penerbangan ke galaksi M31 ("Andromeda nebula"), yang paling dekat dengan galaksi lingkaran, akan mengambil masa yang sewajarnya T k= 28 tahun dan T Å= 3.5 juta tahun!

Ini adalah harga untuk penerbangan antara bintang mengikut "paradoks berkembar": angkasawan yang telah terbang sekitar separuh Galaksi dan berumur puluhan tahun akan kembali ke Bumi beribu-ribu dan berjuta-juta tahun selepas pelancaran. Sebagai tambahan kepada masalah etika semata-mata makhluk asing yang kembali dari "penerbangan sehala" pada dasarnya dari masa lalu yang jauh ke dunia masa depan, masalah penting timbul dari nilai maklumat yang disampaikan oleh angkasawan: semasa penerbangan, sains di Bumi tidak berdiam diri!

Masalah tenaga penerbangan antara bintang adalah sangat penting: jika untuk mencapai kelajuan kosmik kedua penerbangan antara planet Bumi - Marikh, tenaga akan dibelanjakan kira-kira 8.4 × 10 9 kW × h (dijana oleh loji kuasa dengan kapasiti 100 MW dalam 8.5 jam), kemudian untuk mempercepatkan kapal angkasa kepada 0.2 Dengan tenaga yang diperlukan ialah 10 15 kW × h - semua tenaga yang dijana oleh loji kuasa Bumi dalam 10 tahun. Peningkatan kelajuan kepada 0.4 s memerlukan peningkatan penggunaan tenaga sebanyak 16 kali ganda dengan kecekapan enjin 100%! Rizab bahan api untuk enjin roket termonuklear akan berjumlah lebih 99% daripada jisim kapal angkasa. Sintesis antijirim untuk satu penerbangan kapal angkasa foton memerlukan sejumlah tenaga sehingga sains moden tidak dapat menunjukkan sumbernya dalam Sistem Suria.

Oleh itu, mengikut undang-undang fizik, pada tahap perkembangan tamadun dunia sekarang, penerbangan kapal angkasa berawak antara bintang adalah mustahil. Kajian bintang berdekatan oleh AMS tanpa pemandu antara bintang adalah agak mungkin (pada masa ini di Amerika Syarikat dan Rusia, projek sedang dibangunkan untuk melancarkan AMS ke Proxima Centauri, Barnard's Star dan beberapa objek lain pada pertengahan abad ke-21). AMZ dengan beberapa puluh tan jisim muatan akan memecut ke kelajuan 0.1-0.2 Dengan solar, radioisotop atau enjin roket termonuklear, masa penerbangan akan berpuluh-puluh atau bahkan ratusan tahun.

Bahan yang dipelajari disatukan semasa menyelesaikan masalah:

Latihan 10:

1. Mengapakah lebih mudah untuk melancarkan kapal angkasa ke Pluto daripada ke Matahari?

2. Adakah mungkin, situasi kegemaran dalam fiksyen sains tahun 60-an, apabila kapal angkasa dengan enjin yang gagal tertarik dan jatuh ke Matahari?

3. Di mana dan mengapa lebih menguntungkan untuk mencari kosmodrom: di kutub atau di khatulistiwa Bumi?

4. Tentukan kelajuan kapal angkasa meninggalkan Sistem Suria. Berapa lama masa yang diperlukan untuk terbang ke bintang terdekat?

5. Mengapakah ketidakberatan berlaku di dalam kapal angkasa di bahagian pasif trajektori penerbangan?

6. Berapakah kelajuan AMS berputar dalam orbit bulat mengelilingi Musytari pada jarak: a) 2000 km; b) 10,000 km dari planet?

7. Lukiskan pada lukisan konfigurasi Bumi, Matahari dan Marikh, dengan mengambil kira orbit mereka berbentuk bulat, semasa penerbangan kapal angkasa Soviet "Mars-2" dan "Mars-3", yang sampai ke Marikh pada 21 November, 1971 dan 2 Disember 1971 selepas 192 dan 188 hari penerbangan, jika penentangan planet berlaku pada 10 Ogos 1971.

Menurut V.V. Radzievsky harus menarik perhatian guru dan pelajar "kepada kepentingan praktikal astronomi yang sangat besar berkaitan dengan penerokaan ruang angkasa yang aktif, kepada peranan angkasawan dalam menyelesaikan masalah alam sekitar pencemaran alam sekitar (pemindahan perusahaan pencemar udara ke angkasa, pelepasan sisa industri berbahaya ke angkasa, prospek demografi) ... Ia adalah perlu mengukuhkan unsur-unsur angkasawan dalam program itu sendiri, memperkenalkan soalan: undang-undang pemuliharaan tenaga dalam masalah 2-badan (kesimpulan asas)...

Pada tahun 60-80an, kursus elektif oleh A.D. telah diajar di sekolah-sekolah Kesatuan Soviet. Marlensky "Asas Kosmonautik" (gred IX, 70 jam latihan, 2 jam seminggu). Maklumat tentang struktur, kandungan dan perancangan pelajarannya boleh berguna kepada guru fizik dan astronomi moden untuk menggunakan bahan yang berkaitan dalam pelajaran fizik dan astronomi (terutamanya dalam kelas fizik dan matematik) dan aktiviti ekstrakurikuler:

1) Sejarah angkasawan(2 jam) (Projek penerbangan angkasa lepas hebat pertama. K.E. Tsiolkovsky - pengasas angkasawan saintifik. Peringkat utama pembangunan teknologi roket. Pelancaran satelit Soviet pertama dan permulaan zaman angkasa. Penerbangan manusia ke angkasa lepas ).

2) Pergerakan dan reka bentuk roket(4 jam) (Prinsip roket. Konsep mekanik jasad jisim berubah-ubah. Formula Tsiolkovsky. Bahagian utama dan ciri berangka roket satu peringkat. Roket berbilang peringkat. Enjin roket dan bahan api). Mulakan dengan mengulangi undang-undang pemuliharaan momentum; berdasarkannya, analisa lentingan jisim nadi tunggal dari roket. Pertimbangkan satu siri lonjakan berturut-turut dan tunjukkan bahawa kelajuan roket semasa lonjakan satu arah adalah sama dengan jumlah halaju yang diterimanya dengan setiap lonjakan jisim. Laporkan formula Tsiolkovsky (tanpa terbitan terperinci, tetapi dengan analisis terperinci tentang makna fizikal dan penyelesaian masalah yang sepadan). Pertimbangkan pergerakan roket dari sudut pandangan undang-undang dinamik, bergantung kepada daya reaktif. Tunjukkan secara eksperimen kejadian daya reaktif menggunakan contoh pancutan air yang mengalir dan tunjukkan bagaimana daya tujah boleh diubah (gambar rajah pemasangan disediakan). Untuk membiasakan pelajar dengan ciri berangka kenderaan pelancar satu peringkat dan berbilang peringkat. Tawarkan (di rumah) untuk membangunkan projek roket dengan ciri yang berbeza, buka mereka dalam pelajaran seterusnya. Kerja RD dikaji secara umum. Skim reka bentuk mereka, bekalan bahan api dan graf perubahan ciri (kelajuan, suhu dan tekanan produk pembakaran di sepanjang paksi laluan teksi) dipertimbangkan. Beri perhatian kepada data asas enjin roket dan bahan api roket berbanding dengan enjin terma dan bahan api pengangkutan darat. Ia berguna untuk menunjukkan roket model berfungsi.

3) Pergerakan bebas roket dalam medan graviti(8 jam) (Medan graviti pusat. Masalah 2 jasad. Hukum pemuliharaan tenaga mekanikal apabila bergerak dalam medan graviti. Parameter graviti. Formula untuk kelajuan jasad bergerak dalam orbit elips. Trajektori gerakan dalam medan graviti (Orbit Keplerian). Ulangi hukum graviti sejagat berhubung dengan 2 titik bahan dan analisis formulanya secara terperinci; menunjukkan kemungkinan mewakili jasad kosmik yang besar dalam bentuk titik material. Idea terbentuk tentang medan graviti sebagai medan daya pusat dan ciri-cirinya: pecutan graviti (membolehkan seseorang menentukan kesan daya medan pusat pada jasad yang diperkenalkan pada titik medan yang berbeza) dan potensi (untuk menentukan kos tenaga untuk pelbagai pergerakan badan dalam bidang ini). Wajarkan pilihan nilai sifar potensi graviti untuk titik pada infiniti, dalam kes ini, potensi graviti semua jasad kosmik diukur dari tahap sifar dan mudah untuk dibandingkan. Dengan membandingkan potensi graviti titik di permukaan planet, seseorang boleh menilai jumlah kerja yang diperlukan untuk mengeluarkan jasad dari titik tertentu kepada infiniti (memperkenalkan konsep halaju kosmik II). Penyelesaian kepada masalah 2 badan adalah berdasarkan undang-undang pemuliharaan tenaga dan momentum sudut (konsep undang-undang pemuliharaan momentum sudut harus dibentuk berdasarkan demonstrasi bangku Zhukovsky, definisi konsep sudut momentum dan beberapa eksperimen)

4) Pergerakan roket di bawah pengaruh tujahan(6 jam) (Memasukkan kapal angkasa ke orbit. Kehilangan kelajuan. Halaju ciri awal dan jumlah. Kawalan kapal angkasa. Pembetulan trajektori. Beban berlebihan dalam penerbangan. Konsep navigasi angkasa lepas. Navigasi inersia, astro- dan radio. Orientasi dan penstabilan kapal angkasa). 5) Satelit Bumi Buatan(8 jam) (Orbit satelit. Gangguan orbit yang disebabkan oleh ketaksferaan Bumi, rintangan atmosfera, graviti Bulan dan Matahari. Pergerakan satelit berbanding permukaan Bumi. Suntikan satelit ke orbit. Multipulse Manuver. Bertemu di orbit menunggu. 6) Penerbangan ke Bulan dan planet(8 jam) (Trajektori penerbangan ke Bulan. Satelit lunar buatan. Mendarat di Bulan. Trajektori penerbangan ke planet-planet. Trajektori optimum. Tingkap pelancaran. Pembetulan trajektori. Trajektori berbilang nadi. Menggunakan medan graviti planet untuk menukar lintasan kapal angkasa yang terbang mengelilingi planet Mendarat di atas planet semasa mendarat. 7) Keadaan penerbangan angkasa lepas(2 jam) (Bahaya radiasi. Bahaya meteorit. Kaedah perlindungan. Sokongan hidup dalam kapal angkasa. Psikologi angkasa. Irama kehidupan dalam kapal angkasa. Pengaruh tanpa berat dan beban berlebihan pada badan). 8) Penggunaan angkasawan secara saintifik dan praktikal(6 jam) (Pencapaian USSR dalam penggunaan angkasa. Peralatan saintifik satelit, kapal angkasa dan AWS. Penyelidikan Bumi, angkasa dekat Bumi, Bulan, planet, angkasa antara planet melalui astronautik. Penggunaan praktikal angkasawan : dalam geodesi, meteorologi, untuk navigasi, komunikasi, penerokaan sumber bumi). 9) Prospek untuk angkasawan(2 jam) (Projek untuk penerbangan angkasa lepas dalam Sistem Suria. Projek untuk penerokaan Bulan dan planet. Kemungkinan penerbangan antara bintang). 10 jam kerja amali (termasuk pemerhatian astronomi).

<< Предыдущая наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Lihat juga: Semua penerbitan mengenai topik yang sama >>

Perkataan kosmos adalah sinonim dengan perkataan Universe. Angkasa lepas sering dibahagikan secara konvensional kepada angkasa lepas, yang pada masa ini boleh diterokai dengan bantuan satelit Bumi buatan, kapal angkasa, stesen antara planet dan cara lain, dan ruang jauh - segala-galanya, jauh lebih besar. Malah, ruang dekat merujuk kepada sistem suria, dan ruang jauh merujuk kepada hamparan bintang dan galaksi yang luas.

Makna literal perkataan "kosmonautik", yang merupakan gabungan dua perkataan Yunani - "berenang di Alam Semesta." Dalam penggunaan biasa, perkataan ini bermaksud satu set pelbagai cabang sains dan teknologi yang menyediakan penyelidikan dan pembangunan angkasa lepas dan badan angkasa dengan bantuan kapal angkasa - satelit buatan, stesen automatik untuk pelbagai tujuan, kapal angkasa berawak.

Kosmonautik, atau astronautik, seperti yang kadang-kadang dipanggil, menggabungkan penerbangan ke angkasa lepas, satu set cabang sains dan teknologi yang berfungsi untuk penerokaan dan penggunaan angkasa lepas untuk kepentingan keperluan manusia menggunakan pelbagai cara angkasa lepas. Permulaan zaman angkasa manusia dianggap sebagai 4 Oktober 1957 - tarikh apabila satelit Bumi buatan pertama dilancarkan di Kesatuan Soviet.

Teori penerbangan angkasa lepas, impian manusia yang telah lama wujud, menjadi sains hasil karya mani saintis besar Rusia Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Dia mengkaji prinsip asas balistik peluru berpandu, mencadangkan gambar rajah enjin roket bahan dorong cecair, dan menetapkan undang-undang yang menentukan daya reaktif enjin. Skim kapal angkasa juga dicadangkan dan prinsip reka bentuk roket, yang kini digunakan secara meluas dalam amalan, telah diberikan. Untuk masa yang lama, sehingga saat idea, formula dan lukisan peminat dan saintis mula bertukar menjadi objek yang dihasilkan "dalam logam" di biro reka bentuk dan bengkel kilang, asas teori astronautik terletak pada tiga tiang: 1) teori gerakan kapal angkasa; 2) teknologi roket; 3) keseluruhan pengetahuan astronomi tentang Alam Semesta. Selepas itu, pelbagai disiplin saintifik dan teknikal baru timbul dalam kedalaman angkasawan, seperti teori sistem kawalan untuk objek angkasa, navigasi angkasa, teori komunikasi angkasa dan sistem penghantaran maklumat, biologi angkasa dan perubatan, dll. Sekarang bahawa sukar bagi kita untuk membayangkan angkasawan Tanpa disiplin ini, adalah berguna untuk mengingati bahawa asas teori angkasawan telah diletakkan oleh K. E. Tsiolkovsky pada masa apabila hanya eksperimen pertama dijalankan ke atas penggunaan gelombang radio dan radio tidak dapat dianggap sebagai alat komunikasi di angkasa.

Selama bertahun-tahun, isyarat menggunakan sinaran cahaya matahari yang dipantulkan ke arah Bumi oleh cermin di atas kapal angkasa antara planet telah dipertimbangkan secara serius sebagai alat komunikasi. Sekarang kita sudah terbiasa untuk tidak terkejut sama ada liputan televisyen secara langsung dari permukaan Bulan atau gambar radio yang diambil berhampiran Musytari atau di permukaan Zuhrah, ini sukar dipercayai. Oleh itu, boleh dikatakan bahawa teori komunikasi angkasa, walaupun semua kepentingannya, masih bukan penghubung utama dalam rantaian disiplin angkasa. Pautan utama ini adalah teori pergerakan objek angkasa. Inilah yang boleh dianggap sebagai teori penerbangan angkasa lepas. Pakar yang terlibat dalam sains ini sendiri memanggilnya secara berbeza: mekanik angkasa gunaan, balistik angkasa, balistik angkasa, kosmodinamik, mekanik penerbangan angkasa, teori gerakan badan angkasa buatan. Semua nama ini mempunyai makna yang sama, dengan tepat dinyatakan oleh istilah terakhir. Oleh itu, kosmodinamik adalah sebahagian daripada mekanik angkasa - sains yang mengkaji pergerakan mana-mana badan angkasa, baik semula jadi (bintang, Matahari, planet, satelitnya, komet, meteoroid, habuk kosmik) dan buatan (kapal angkasa automatik dan kapal angkasa berawak) . Tetapi ada sesuatu yang membezakan kosmodinamik daripada mekanik cakerawala. Kosmodinamik, yang dilahirkan di pangkuan mekanik cakerawala, menggunakan kaedahnya, tetapi tidak sesuai dengan kerangka tradisionalnya.

Perbezaan ketara antara mekanik angkasa gunaan dan mekanik klasik ialah yang kedua tidak dan tidak boleh berurusan dengan pilihan orbit jasad angkasa, manakala yang pertama berkaitan dengan pemilihan dari sejumlah besar trajektori yang mungkin untuk mencapai jasad angkasa tertentu. trajektori tertentu, yang mengambil kira banyak permintaan yang sering bercanggah. Keperluan utama ialah kelajuan minimum yang kapal angkasa memecut semasa fasa aktif awal penerbangan dan, dengan itu, jisim minimum kenderaan pelancar atau peringkat atas orbit (semasa melancarkan dari orbit Bumi rendah). Ini memastikan muatan maksimum dan oleh itu kecekapan saintifik terbesar penerbangan. Keperluan untuk kemudahan kawalan, keadaan komunikasi radio (contohnya, pada masa stesen memasuki planet semasa terbang mengelilinginya), syarat untuk penyelidikan saintifik (mendarat di sebelah siang atau malam planet), dsb. Dikira. Dalam bidang penglihatannya ialah gerakan orbit, tidak diketahui oleh mekanik cakerawala klasik. Kosmodinamik ialah asas teori umum penerbangan angkasa lepas (sama seperti aerodinamik adalah asas teori penerbangan dalam atmosfera kapal terbang, helikopter, kapal udara dan pesawat lain). Kosmodinamik berkongsi peranan ini dengan dinamik roket - sains gerakan roket. Kedua-dua sains, saling berkait rapat, membentuk asas teknologi angkasa lepas. Kedua-duanya adalah bahagian mekanik teori, yang merupakan bahagian fizik yang berasingan. Sebagai sains tepat, kosmodinamik menggunakan kaedah penyelidikan matematik dan memerlukan sistem persembahan yang koheren secara logik. Ia bukan tanpa sebab bahawa asas mekanik cakerawala telah dibangunkan selepas penemuan hebat Copernicus, Galileo dan Kepler oleh saintis yang memberikan sumbangan terbesar kepada pembangunan matematik dan mekanik. Ini ialah Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace. Dan pada masa ini, matematik membantu menyelesaikan masalah balistik cakerawala dan, seterusnya, menerima dorongan dalam perkembangannya berkat tugas-tugas yang ditimbulkan oleh kosmodinamik untuknya.

Mekanik cakerawala klasik adalah sains teori semata-mata. Kesimpulannya secara konsisten disahkan oleh data pemerhatian astronomi. Kosmodinamik memperkenalkan eksperimen ke dalam mekanik cakerawala, dan mekanik cakerawala untuk pertama kali bertukar menjadi sains eksperimen, serupa dalam hal ini, katakan, cabang mekanik seperti aerodinamik. Sifat pasif secara tidak sengaja bagi mekanik cakerawala klasik telah digantikan dengan semangat balistik cakerawala yang aktif dan menyerang. Setiap pencapaian baharu dalam angkasawan pada masa yang sama adalah bukti keberkesanan dan ketepatan kaedah kosmodinamik. Kosmodinamik terbahagi kepada dua bahagian: teori pergerakan pusat jisim kapal angkasa (teori lintasan kosmik) dan teori gerakan kapal angkasa relatif kepada pusat jisim (teori "gerakan putaran").

Enjin roket

Alat pengangkutan utama dan hampir satu-satunya di angkasa lepas ialah roket, yang pertama kali dicadangkan untuk tujuan ini pada tahun 1903 oleh K. E. Tsiolkovsky. Undang-undang pendorongan roket mewakili salah satu asas teori penerbangan angkasa lepas.

Kosmonautik mempunyai senjata besar sistem pendorong roket berdasarkan penggunaan pelbagai jenis tenaga. Tetapi dalam semua kes, enjin roket melakukan tugas yang sama: dalam satu atau lain cara ia mengeluarkan jisim tertentu dari roket, rizabnya (yang dipanggil bendalir kerja) terletak di dalam roket. Daya tertentu bertindak pada jisim yang dikeluarkan dari roket, dan mengikut undang-undang ketiga mekanik Newton - undang-undang kesamaan tindakan dan tindak balas - daya yang sama, tetapi dalam arah yang bertentangan, bertindak dari jisim yang dikeluarkan pada roket. Daya terakhir yang mendorong roket ini dipanggil tujahan. Secara intuitif jelas bahawa daya tujah harus lebih besar, lebih besar jisim per unit masa dikeluarkan dari roket dan lebih besar kelajuan yang boleh diberikan kepada jisim yang dikeluarkan.

Gambar rajah termudah bagi reka bentuk roket:

Pada peringkat perkembangan sains dan teknologi ini, terdapat enjin roket berdasarkan prinsip operasi yang berbeza.

Enjin roket termokimia.

Prinsip operasi enjin termokimia (atau ringkasnya kimia) tidak rumit: akibat daripada tindak balas kimia (biasanya tindak balas pembakaran), sejumlah besar haba dibebaskan dan produk tindak balas dipanaskan pada suhu tinggi, mengembang dengan cepat, adalah dikeluarkan dari roket pada kelajuan tinggi. Enjin kimia tergolong dalam kelas enjin terma (pertukaran haba) yang lebih luas di mana bendalir kerja mengalir keluar akibat pengembangannya melalui pemanasan. Untuk enjin sedemikian, kelajuan ekzos terutamanya bergantung pada suhu gas yang mengembang dan pada berat molekul puratanya: semakin tinggi suhu dan semakin rendah berat molekul, semakin tinggi kelajuan ekzos. Enjin roket cecair, enjin roket bahan api pepejal, dan enjin pernafasan udara beroperasi pada prinsip ini.

Enjin haba nuklear.

Prinsip operasi enjin ini hampir tidak berbeza dengan prinsip operasi enjin kimia. Perbezaannya ialah bendalir kerja dipanaskan bukan disebabkan oleh tenaga kimianya sendiri, tetapi disebabkan oleh haba "luar" yang dikeluarkan semasa tindak balas intranuklear. Berdasarkan prinsip ini, enjin terma nuklear berdenyut, enjin terma nuklear berdasarkan gabungan termonuklear, dan pereputan radioaktif isotop telah direka. Walau bagaimanapun, bahaya pencemaran radioaktif atmosfera dan kesimpulan perjanjian untuk menghentikan ujian nuklear di atmosfera, di angkasa dan di bawah air, membawa kepada pemberhentian pembiayaan untuk projek yang disebutkan.

Enjin haba dengan sumber tenaga luaran.

Prinsip operasi mereka adalah berdasarkan menerima tenaga dari luar. Berdasarkan prinsip ini, enjin terma suria direka bentuk, sumber tenaganya ialah Matahari. Sinar matahari yang tertumpu oleh cermin digunakan untuk terus memanaskan bendalir kerja.

Enjin roket elektrik.

Kelas enjin yang luas ini menggabungkan pelbagai jenis enjin yang sedang dibangunkan dengan sangat intensif. Bendalir kerja dipercepatkan ke halaju ekzos tertentu menggunakan tenaga elektrik. Tenaga diperoleh daripada loji tenaga nuklear atau solar yang terletak di atas kapal angkasa (pada dasarnya, walaupun dari bateri kimia). Reka bentuk motor elektrik yang sedang dibangunkan sangat pelbagai. Ini termasuk enjin elektroterma, enjin elektrostatik (ionik), enjin elektromagnet (plasma), enjin elektrik dengan pengambilan cecair kerja dari lapisan atas atmosfera.

roket angkasa lepas

Roket angkasa lepas moden adalah struktur kompleks yang terdiri daripada ratusan ribu dan berjuta-juta bahagian, yang masing-masing memainkan peranan yang dimaksudkan. Tetapi dari sudut pandangan mekanik pecutan roket ke kelajuan yang diperlukan, keseluruhan jisim awal roket boleh dibahagikan kepada dua bahagian: 1) jisim bendalir kerja dan 2) jisim akhir yang tinggal selepas pelepasan. daripada bendalir kerja. Yang terakhir ini sering dipanggil jisim "kering", kerana cecair kerja dalam kebanyakan kes adalah bahan api cecair. Jisim "kering" (atau, jika anda lebih suka, jisim "kosong", tanpa cecair kerja, roket) terdiri daripada jisim struktur dan jisim muatan. Reka bentuk harus difahami bukan sahaja sebagai struktur sokongan roket, cangkangnya, dsb., tetapi juga sistem pendorong dengan semua unitnya, sistem kawalan, termasuk kawalan, peralatan navigasi dan komunikasi, dsb. - dalam satu perkataan, segala-galanya yang memastikan penerbangan normal roket. Muatan terdiri daripada peralatan saintifik, sistem telemetri radio, badan kapal angkasa yang dilancarkan ke orbit, anak kapal dan sistem sokongan hidup kapal angkasa, dan lain-lain. Muatan adalah sesuatu yang tanpa roket boleh membuat penerbangan biasa.

Pecutan roket difasilitasi oleh fakta bahawa apabila bendalir kerja mengalir keluar, jisim roket berkurangan, kerana itu, dengan tujahan berterusan, pecutan reaktif terus meningkat. Tetapi, malangnya, roket itu tidak hanya terdiri daripada satu cecair kerja. Apabila bendalir kerja tamat, tangki yang dilepaskan, bahagian lebihan cangkang, dan lain-lain mula membebankan roket dengan berat mati, menjadikannya sukar untuk memecut. Adalah dinasihatkan pada beberapa titik untuk memisahkan bahagian ini daripada roket. Roket yang dibina dengan cara ini dipanggil roket komposit. Selalunya, roket komposit terdiri daripada peringkat roket bebas (terima kasih kepada ini, pelbagai sistem roket boleh dibuat dari peringkat individu), disambungkan secara bersiri. Tetapi sambungan selari langkah, sebelah menyebelah, juga mungkin. Akhirnya, terdapat projek roket komposit, di mana peringkat terakhir masuk ke dalam yang sebelumnya, yang disertakan di dalam yang sebelumnya, dsb.; dalam kes ini, peringkat mempunyai enjin biasa dan bukan lagi roket bebas. Kelemahan ketara skema terakhir ialah selepas pemisahan peringkat yang dibelanjakan, pecutan jet meningkat dengan mendadak, kerana enjin kekal sama, tujahan tidak berubah, dan jisim roket yang dipercepatkan telah menurun dengan ketara. Ini merumitkan ketepatan panduan peluru berpandu dan meletakkan permintaan yang meningkat pada kekuatan struktur. Apabila pentas disambungkan secara bersiri, pentas yang baru dihidupkan mempunyai daya tujah yang kurang dan pecutan tidak berubah secara mendadak. Semasa peringkat pertama beroperasi, kita boleh mempertimbangkan peringkat yang tinggal bersama-sama dengan muatan sebenar sebagai muatan peringkat pertama. Selepas pemisahan peringkat pertama, peringkat kedua mula beroperasi, yang, bersama-sama dengan peringkat seterusnya dan muatan sebenar, membentuk roket bebas ("subroket pertama"). Untuk peringkat kedua, semua peringkat seterusnya, bersama-sama dengan muatan sebenar, memainkan peranan muatan mereka sendiri, dsb. Setiap sub-roket menambah kelajuan idealnya sendiri kepada kelajuan sedia ada, dan sebagai hasilnya, kelajuan ideal akhir sesuatu roket berbilang peringkat ialah jumlah kelajuan ideal bagi sub-roket individu.

Roket itu adalah kenderaan yang sangat "mahal". Kenderaan pelancaran kapal angkasa "mengangkut" terutamanya bahan api yang diperlukan untuk mengendalikan enjin mereka dan strukturnya sendiri, yang terdiri terutamanya daripada bekas bahan api dan sistem pendorong. Muatan menyumbang hanya sebahagian kecil (1.5-2.0%) daripada jisim pelancaran roket.

Roket komposit membolehkan penggunaan sumber yang lebih cekap kerana fakta bahawa semasa penerbangan peringkat yang telah kehabisan bahan apinya diasingkan, dan bahan api roket yang lain tidak dibazirkan untuk mempercepatkan reka bentuk peringkat yang telah dibelanjakan, yang telah menjadi tidak perlu untuk meneruskan penerbangan.

Pilihan konfigurasi peluru berpandu. Dari kiri ke kanan:

1. Roket peringkat tunggal.
2. Roket keratan rentas dua peringkat.
3. Roket dua peringkat dengan pemisahan membujur.
4. Roket dengan tangki bahan api luaran yang dipisahkan selepas bahan api di dalamnya habis.

Secara struktur, roket berbilang peringkat dibuat dengan pemisahan peringkat melintang atau membujur.

Dengan pemisahan melintang, peringkat diletakkan satu di atas yang lain dan berfungsi secara berurutan satu demi satu, dihidupkan hanya selepas pemisahan peringkat sebelumnya. Skim ini memungkinkan untuk mencipta sistem, pada dasarnya, dengan beberapa peringkat. Kelemahannya ialah sumber-sumber peringkat seterusnya tidak boleh digunakan semasa operasi yang sebelumnya, sebagai beban pasif untuknya.

Dengan pemisahan membujur, peringkat pertama terdiri daripada beberapa roket yang sama (dalam amalan, dari dua hingga lapan), terletak secara simetri di sekeliling badan peringkat kedua, supaya daya tujahan yang terhasil dari enjin peringkat pertama diarahkan sepanjang paksi simetri kedua, dan beroperasi secara serentak. Skim ini membolehkan enjin peringkat kedua beroperasi serentak dengan enjin pertama, sekali gus meningkatkan jumlah tujahan, yang amat diperlukan semasa operasi peringkat pertama, apabila jisim roket adalah maksimum. Tetapi roket dengan pemisahan membujur peringkat hanya boleh dua peringkat.

Terdapat juga skema pemisahan gabungan - membujur-melintang, yang membolehkan anda menggabungkan kelebihan kedua-dua skema, di mana peringkat pertama dibahagikan dari yang kedua secara membujur, dan pemisahan semua peringkat berikutnya berlaku secara melintang. Contoh pendekatan ini ialah kenderaan pelancar domestik Soyuz.

Space Shuttle mempunyai reka bentuk unik roket dua peringkat dengan pemisahan membujur, peringkat pertama terdiri daripada dua penggalak bahan api pepejal yang dipasang di sisi pada peringkat kedua, sebahagian daripada bahan api terkandung dalam tangki pengorbit (; kapal angkasa yang boleh diguna semula itu sendiri), dan kebanyakannya terkandung dalam tangki bahan api luaran yang boleh ditanggalkan. Pertama, sistem pendorong orbiter menggunakan bahan api dari tangki luaran, dan apabila ia habis, tangki luaran ditetapkan semula dan enjin terus beroperasi pada bahan api yang terkandung dalam tangki orbiter. Skim ini memungkinkan untuk menggunakan maksimum sistem pendorong pengorbit, yang beroperasi sepanjang keseluruhan pelancaran kapal angkasa ke orbit.

Apabila dipisahkan secara melintang, peringkat disambungkan antara satu sama lain dengan bahagian khas - penyesuai - struktur menanggung beban bentuk silinder atau kon (bergantung kepada nisbah diameter peringkat), setiap satunya mesti menahan jumlah berat semua yang berikutnya. peringkat, didarab dengan nilai maksimum beban lampau yang dialami oleh roket di semua bahagian, di mana penyesuai ini adalah sebahagian daripada roket. Dengan pembahagian membujur, jalur kuasa (depan dan belakang) dicipta pada badan peringkat kedua, yang mana blok peringkat pertama dilampirkan.

Unsur-unsur yang menghubungkan bahagian-bahagian roket komposit memberikannya ketegaran badan pepejal, dan apabila peringkat dipisahkan, mereka sepatutnya melepaskan peringkat atas dengan serta-merta. Biasanya, langkah-langkah disambungkan menggunakan pyrobolts. Pirobolt ialah bolt pengikat, di dalam rod yang mana rongga dibuat di sebelah kepala, diisi dengan bahan letupan tinggi dengan peledak elektrik. Apabila nadi arus dikenakan pada detonator elektrik, letupan berlaku, memusnahkan rod bolt, menyebabkan kepalanya tertanggal. Jumlah bahan letupan dalam pyrobolt didos dengan berhati-hati supaya, di satu pihak, ia dijamin untuk merobek kepala, dan, di sisi lain, tidak merosakkan roket. Apabila peringkat dipisahkan, nadi semasa digunakan secara serentak pada peledak elektrik semua pirobol yang menyambungkan bahagian yang dipisahkan, dan sambungan dilepaskan.

Seterusnya, langkah-langkah hendaklah dijarakkan pada jarak yang selamat antara satu sama lain. (Menghidupkan enjin peringkat yang lebih tinggi berhampiran yang lebih rendah boleh menyebabkan kehabisan kapasiti bahan api dan letupan bahan api sisa, yang akan merosakkan peringkat atas atau menjejaskan kestabilan penerbangannya.) Apabila memisahkan peringkat di atmosfera, daya aerodinamik aliran udara yang akan datang boleh digunakan untuk memisahkannya, dan apabila memisahkan dalam Dalam kekosongan, motor roket pepejal tambahan kadangkala digunakan.

Pada roket cecair, enjin yang sama ini juga berfungsi untuk "menendapan" bahan api di dalam tangki peringkat atas: apabila enjin peringkat bawah dimatikan, roket terbang dengan inersia, dalam keadaan jatuh bebas, manakala cecair bahan api dalam tangki berada dalam penggantungan, yang boleh menyebabkan kegagalan semasa menghidupkan enjin. Enjin tambahan menyediakan pentas dengan pecutan sedikit, di bawah pengaruh bahan api "menyedap" di bahagian bawah tangki.

Menambah bilangan langkah memberi kesan positif hanya sehingga had tertentu. Lebih banyak peringkat, lebih besar jumlah jisim penyesuai, serta enjin yang beroperasi hanya pada satu bahagian penerbangan, dan, pada satu ketika, peningkatan selanjutnya dalam bilangan peringkat menjadi tidak produktif. Dalam amalan sains roket moden, lebih daripada empat peringkat, sebagai peraturan, tidak dibuat.

Apabila memilih bilangan peringkat, isu kebolehpercayaan juga penting. Pirobolt dan motor roket propelan pepejal tambahan ialah elemen pakai buang, yang fungsinya tidak dapat disahkan sebelum pelancaran roket. Sementara itu, kegagalan hanya satu pirobolt boleh menyebabkan penamatan kecemasan penerbangan roket. Peningkatan bilangan elemen pakai buang yang tidak tertakluk kepada ujian berfungsi mengurangkan kebolehpercayaan keseluruhan roket secara keseluruhan. Ini juga memaksa pereka bentuk untuk mengelak daripada menggunakan terlalu banyak langkah.

Kelajuan kosmik

Adalah sangat penting untuk diperhatikan bahawa kelajuan yang dibangunkan oleh roket (dan dengannya seluruh kapal angkasa) pada bahagian aktif laluan, iaitu, pada bahagian yang agak pendek semasa enjin roket sedang berjalan, mesti dicapai dengan sangat, sangat. tinggi.

Mari letakkan roket kita secara mental di ruang kosong dan hidupkan enjinnya. Enjin mencipta tujahan, roket menerima beberapa jenis pecutan dan mula meningkatkan kelajuan, bergerak dalam garis lurus (jika daya tujahan tidak mengubah arahnya). Apakah kelajuan yang akan diperoleh roket apabila jisimnya berkurangan dari m 0 awal kepada nilai akhir m k? Jika kita mengandaikan bahawa kelajuan w bahan yang mengalir keluar dari roket adalah malar (ini diperhatikan dengan agak tepat dalam roket moden), maka roket akan menghasilkan kelajuan v, dinyatakan Formula Tsiolkovsky, yang menentukan kelajuan pesawat terbang di bawah pengaruh tujahan enjin roket, tidak berubah arah, tanpa kehadiran semua daya lain:

di mana ln menandakan semula jadi dan log menandakan logaritma perpuluhan

Kelajuan, dikira menggunakan formula Tsiolkovsky, mencirikan sumber tenaga roket. Ia dipanggil ideal. Kami melihat bahawa kelajuan ideal tidak bergantung pada penggunaan jisim kedua bendalir kerja, tetapi hanya bergantung pada halaju ekzos w dan pada nombor z = m 0 /m k, dipanggil nisbah jisim atau nombor Tsiolkovsky.

Terdapat konsep apa yang dipanggil halaju kosmik: pertama, kedua dan ketiga. Halaju kosmik pertama ialah kelajuan di mana badan (kapal angkasa) yang dilancarkan dari Bumi boleh menjadi satelitnya. Jika kita tidak mengambil kira pengaruh atmosfera, maka secara langsung di atas paras laut halaju pelepasan pertama ialah 7.9 km/s dan berkurangan dengan peningkatan jarak dari Bumi. Pada ketinggian 200 km dari Bumi ia adalah 7.78 km/s. Secara praktikalnya, halaju pelarian pertama diandaikan ialah 8 km/s.

Untuk mengatasi graviti Bumi dan bertukar, sebagai contoh, menjadi satelit Matahari atau untuk mencapai beberapa planet lain dalam sistem suria, sebuah badan (kapal angkasa) yang dilancarkan dari Bumi mesti mencapai halaju pelepasan kedua, diambil sama. kepada 11.2 km/s.

Sebuah jasad (kapal angkasa) mesti mempunyai halaju kosmik ketiga di permukaan Bumi dalam kes di mana ia dikehendaki boleh mengatasi graviti Bumi dan Matahari dan meninggalkan sistem Suria. Halaju lepasan ketiga diandaikan 16.7 km/s.

Halaju kosmik sangat besar dalam kepentingannya. Mereka adalah beberapa puluh kali lebih cepat daripada kelajuan bunyi di udara. Hanya dari sini jelas apa tugas kompleks yang dihadapi dalam bidang angkasawan.

Mengapa halaju kosmik sangat besar dan mengapa kapal angkasa tidak jatuh ke Bumi? Memang pelik: Matahari, dengan daya gravitinya yang besar, menahan Bumi dan semua planet lain dalam sistem suria dekat dengan dirinya, menghalang mereka daripada terbang ke angkasa lepas. Ia akan kelihatan aneh bahawa Bumi memegang Bulan dekat dirinya. Terdapat daya graviti di antara semua jasad, tetapi planet-planet tidak jatuh ke atas Matahari kerana ia sedang bergerak, inilah rahsianya.

Semuanya jatuh ke Bumi: titisan hujan, kepingan salji, batu jatuh dari gunung, dan cawan terbalik dari meja. Dan Bulan? Ia berputar mengelilingi Bumi. Jika bukan kerana daya graviti, ia akan terbang secara tangen ke orbit, dan jika ia tiba-tiba berhenti, ia akan jatuh ke Bumi. Bulan, disebabkan oleh graviti Bumi, menyimpang dari jalan yang lurus, sepanjang masa seolah-olah "jatuh" ke Bumi.

Pergerakan Bulan berlaku di sepanjang lengkok tertentu, dan selagi graviti bertindak, Bulan tidak akan jatuh ke Bumi. Ia sama dengan Bumi - jika ia berhenti, ia akan jatuh ke dalam Matahari, tetapi ini tidak akan berlaku atas sebab yang sama. Dua jenis gerakan - satu di bawah pengaruh graviti, satu lagi disebabkan oleh inersia - menjumlahkan dan menghasilkan gerakan melengkung.

Undang-undang graviti sejagat, yang mengekalkan keseimbangan alam semesta, telah ditemui oleh saintis Inggeris Isaac Newton. Apabila dia menerbitkan penemuannya, orang berkata dia telah menjadi gila. Undang-undang graviti menentukan bukan sahaja pergerakan Bulan dan Bumi, tetapi juga semua badan angkasa dalam Sistem Suria, serta satelit buatan, stesen orbit, dan kapal angkasa antara planet.

undang-undang Kepler

Sebelum mempertimbangkan orbit kapal angkasa, mari kita pertimbangkan undang-undang Kepler yang menerangkannya.

Johannes Kepler mempunyai rasa kecantikan. Sepanjang hayat dewasanya, dia cuba membuktikan bahawa sistem suria adalah sejenis karya seni mistik. Pada mulanya dia cuba menghubungkan strukturnya dengan lima polyhedra biasa geometri Yunani kuno klasik. (Polihedron sekata ialah rajah tiga dimensi, semua mukanya adalah poligon sekata yang sama.) Pada masa Kepler, enam planet telah diketahui, yang dipercayai diletakkan pada "sfera kristal" berputar. Kepler berhujah bahawa sfera ini disusun sedemikian rupa sehingga polyhedra biasa sesuai dengan tepat antara sfera bersebelahan. Di antara dua sfera luar - Zuhal dan Musytari - dia meletakkan kubus yang tertulis di sfera luar, di mana, seterusnya, sfera dalam ditulis; antara sfera Musytari dan Marikh - tetrahedron (tetrahedron biasa), dsb. Enam sfera planet, lima polyhedra biasa tertulis di antara mereka - nampaknya kesempurnaan itu sendiri?

Malangnya, setelah membandingkan modelnya dengan orbit planet yang diperhatikan, Kepler terpaksa mengakui bahawa tingkah laku sebenar benda angkasa tidak sesuai dengan kerangka harmoni yang digariskannya. Satu-satunya hasil daripada dorongan muda Kepler yang bertahan selama berabad-abad adalah model sistem suria, yang dibuat oleh saintis itu sendiri dan dipersembahkan sebagai hadiah kepada penaungnya, Duke Frederick von Württemburg. Dalam artifak logam yang dieksekusi dengan indah ini, semua sfera orbit planet dan polyhedra biasa yang tertulis di dalamnya adalah bekas berongga yang tidak berkomunikasi antara satu sama lain, yang pada hari cuti sepatutnya diisi dengan pelbagai minuman untuk melayan tetamu Duke.

Hanya selepas berpindah ke Prague dan menjadi pembantu kepada ahli astronomi Denmark terkenal Tycho Brahe, Kepler menemui idea yang benar-benar mengabadikan namanya dalam sejarah sains. Tycho Brahe mengumpul data pemerhatian astronomi sepanjang hayatnya dan mengumpul sejumlah besar maklumat tentang pergerakan planet. Selepas kematiannya mereka menjadi milik Kepler. Rekod ini, dengan cara, mempunyai nilai komersial yang besar pada masa itu, kerana ia boleh digunakan untuk menyusun horoskop astrologi yang diperhalusi (hari ini saintis lebih suka berdiam diri mengenai bahagian astronomi awal ini).

Semasa memproses hasil pemerhatian Tycho Brahe, Kepler menghadapi masalah yang, walaupun dengan komputer moden, mungkin kelihatan sukar diatasi kepada seseorang, dan Kepler tidak mempunyai pilihan selain menjalankan semua pengiraan dengan tangan. Sudah tentu, seperti kebanyakan ahli astronomi pada zamannya, Kepler sudah biasa dengan sistem heliosentrik Copernican dan tahu bahawa Bumi berputar mengelilingi Matahari, seperti yang dibuktikan oleh model sistem suria yang diterangkan di atas. Tetapi bagaimana sebenarnya Bumi dan planet lain berputar? Mari kita bayangkan masalahnya seperti berikut: anda berada di planet yang, pertama, berputar mengelilingi paksinya, dan kedua, berputar mengelilingi Matahari dalam orbit yang tidak anda ketahui. Melihat ke langit, kita melihat planet lain yang juga bergerak dalam orbit yang tidak kita ketahui. Dan tugasnya adalah untuk menentukan, berdasarkan data pemerhatian yang dibuat di dunia kita yang berputar mengelilingi paksinya mengelilingi Matahari, geometri orbit dan kelajuan pergerakan planet lain. Inilah yang akhirnya berjaya dilakukan oleh Kepler, selepas itu, berdasarkan keputusan yang diperoleh, dia memperoleh tiga undang-undangnya!

Undang-undang pertama menerangkan geometri lintasan orbit planet: setiap planet dalam Sistem Suria berputar dalam bentuk elips, pada salah satu fokus di mana Matahari berada. Dari kursus geometri sekolah - elips ialah satu set titik pada satah, jumlah jarak dari mana ke dua titik tetap - fokus - adalah sama dengan pemalar. Atau dengan kata lain, bayangkan bahagian permukaan sisi kon dengan satah pada sudut ke pangkalannya, tidak melalui tapak - ini juga elips. Undang-undang pertama Kepler menyatakan bahawa orbit planet adalah elips, dengan Matahari berada di salah satu fokus. Sipi (darjah pemanjangan) orbit dan jaraknya dari Matahari pada perihelion (titik paling dekat dengan Matahari) dan apohelia (titik paling jauh) adalah berbeza untuk semua planet, tetapi semua orbit elips mempunyai satu persamaan - Matahari terletak pada salah satu daripada dua fokus elips. Selepas menganalisis data pemerhatian Tycho Brahe, Kepler menyimpulkan bahawa orbit planet ialah satu set elips bersarang. Sebelumnya, ini tidak pernah berlaku kepada mana-mana ahli astronomi.

Kepentingan sejarah undang-undang pertama Kepler tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi. Sebelumnya, ahli astronomi percaya bahawa planet-planet bergerak secara eksklusif dalam orbit bulat, dan jika ini tidak sesuai dengan kerangka pemerhatian, gerakan bulat utama ditambah dengan bulatan kecil yang diterangkan oleh planet-planet di sekitar titik orbit bulat utama. Ini adalah terutamanya kedudukan falsafah, sejenis fakta yang tidak berubah, tidak tertakluk kepada keraguan atau pengesahan. Ahli falsafah berpendapat bahawa struktur cakerawala, tidak seperti yang duniawi, adalah sempurna dalam keharmoniannya, dan oleh kerana angka geometri yang paling sempurna ialah bulatan dan sfera, ini bermakna planet-planet bergerak dalam bulatan. Perkara utama ialah, setelah mendapat akses kepada data pemerhatian luas Tycho Brahe, Johannes Kepler dapat mengatasi prasangka falsafah ini, memandangkan ia tidak sesuai dengan fakta - sama seperti Copernicus berani mengeluarkan Bumi dari pusat alam semesta, berhadapan dengan hujah yang bercanggah dengan idea geosentrik yang berterusan, yang juga terdiri daripada "tingkah laku tidak wajar" planet di orbit.

Undang-undang kedua menerangkan perubahan dalam kelajuan pergerakan planet mengelilingi Matahari: setiap planet bergerak dalam satah yang melalui pusat Matahari, dan dalam tempoh masa yang sama, vektor jejari yang menghubungkan Matahari dan planet menggambarkan kawasan yang sama. . Semakin jauh orbit elips planet mengambilnya dari Matahari, semakin perlahan pergerakannya dengan Matahari, semakin laju planet itu bergerak. Sekarang bayangkan sepasang segmen garis yang menghubungkan dua kedudukan planet dalam orbitnya dengan fokus elips di mana Matahari berada. Bersama-sama dengan segmen elips yang terletak di antara mereka, mereka membentuk sektor, kawasan yang tepatnya adalah "kawasan yang dipotong oleh segmen garis lurus." Inilah sebenarnya yang diperkatakan oleh undang-undang kedua. Semakin dekat planet dengan Matahari, semakin pendek segmennya. Tetapi dalam kes ini, agar sektor itu meliputi kawasan yang sama dalam masa yang sama, planet itu mesti menempuh jarak yang lebih jauh dalam orbitnya, yang bermaksud kelajuan pergerakannya meningkat.

Dua undang-undang pertama berurusan dengan spesifik trajektori orbit satu planet. Undang-undang ketiga Kepler membolehkan kita membandingkan orbit planet antara satu sama lain: kuasa dua tempoh revolusi planet mengelilingi Matahari berkaitan dengan kiub paksi separuh utama orbit planet. Ia mengatakan bahawa semakin jauh planet dari Matahari, semakin lama masa yang diperlukan untuk melengkapkan revolusi penuh apabila bergerak di orbit dan semakin lama, sewajarnya, "tahun" bertahan di planet ini. Hari ini kita tahu bahawa ini adalah disebabkan oleh dua faktor. Pertama, semakin jauh planet dari Matahari, semakin panjang perimeter orbitnya. Kedua, apabila jarak dari Matahari meningkat, kelajuan linear pergerakan planet juga berkurangan.

Dalam undang-undangnya, Kepler hanya menyatakan fakta, setelah mengkaji dan menggeneralisasikan hasil pemerhatian. Jika anda bertanya kepadanya apa yang menyebabkan eliptik orbit atau kesamaan kawasan sektor, dia tidak akan menjawab anda. Ini hanya mengikut analisis beliau. Jika anda bertanya kepadanya tentang gerakan orbit planet dalam sistem bintang lain, dia juga tidak akan mempunyai apa-apa untuk menjawab anda. Dia perlu bermula sekali lagi - mengumpul data pemerhatian, kemudian menganalisisnya dan cuba mengenal pasti corak. Iaitu, dia tidak mempunyai sebab untuk mempercayai bahawa sistem planet lain mematuhi undang-undang yang sama seperti sistem Suria.

Salah satu kejayaan terbesar mekanik klasik Newton terletak pada fakta bahawa ia memberikan justifikasi asas untuk undang-undang Kepler dan menegaskan kesejagatannya. Ternyata undang-undang Kepler boleh diperolehi daripada hukum mekanik Newton, hukum graviti universal Newton dan hukum kekekalan momentum sudut melalui pengiraan matematik yang ketat. Dan jika ya, kita boleh yakin bahawa undang-undang Kepler terpakai sama rata untuk mana-mana sistem planet di mana-mana sahaja di Alam Semesta. Ahli astronomi yang mencari sistem planet baru di angkasa (dan sebilangan besar daripadanya telah ditemui) dari semasa ke semasa, sudah tentu, menggunakan persamaan Kepler untuk mengira parameter orbit planet yang jauh, walaupun mereka tidak dapat memerhatikannya secara langsung .

Undang-undang ketiga Kepler memainkan dan terus memainkan peranan penting dalam kosmologi moden. Dengan memerhatikan galaksi yang jauh, ahli astrofizik mengesan isyarat samar yang dipancarkan oleh atom hidrogen yang mengorbit dalam orbit yang sangat jauh dari pusat galaksi - lebih jauh daripada bintang biasanya. Menggunakan kesan Doppler dalam spektrum sinaran ini, saintis menentukan kelajuan putaran pinggir hidrogen cakera galaksi, dan daripadanya kelajuan sudut galaksi secara keseluruhan. Kerja-kerja saintis, yang dengan tegas meletakkan kita di jalan menuju pemahaman yang betul tentang struktur sistem suria kita, dan hari ini, berabad-abad selepas kematiannya, memainkan peranan penting dalam kajian struktur Alam Semesta yang luas.

Orbit

Sangat penting ialah pengiraan trajektori penerbangan kapal angkasa, di mana matlamat utama harus diteruskan - penjimatan tenaga maksimum. Apabila mengira laluan penerbangan kapal angkasa, adalah perlu untuk menentukan masa yang paling berfaedah dan, jika boleh, lokasi pelancaran, mengambil kira kesan aerodinamik yang timbul akibat interaksi peranti dengan atmosfera Bumi semasa pelancaran dan selesai, dan banyak lagi.

Banyak kapal angkasa moden, terutamanya yang mempunyai anak kapal, mempunyai enjin roket di atas kapal yang agak kecil, tujuan utamanya ialah pembetulan orbit dan brek yang diperlukan semasa mendarat. Apabila mengira laluan penerbangan, perubahan yang berkaitan dengan pelarasan mesti diambil kira. Kebanyakan trajektori (sebenarnya, keseluruhan trajektori, kecuali bahagian aktif dan tempoh pelarasannya) dijalankan dengan enjin dimatikan, tetapi, sudah tentu, di bawah pengaruh medan graviti benda angkasa.

Trajektori kapal angkasa dipanggil orbit. Semasa penerbangan bebas kapal angkasa, apabila enjin jetnya dimatikan, pergerakan berlaku di bawah pengaruh daya graviti dan inersia, dengan daya utama ialah graviti Bumi.

Jika kita menganggap Bumi adalah sfera yang ketat, dan tindakan medan graviti Bumi sebagai satu-satunya daya, maka gerakan kapal angkasa mematuhi undang-undang terkenal Kepler: ia berlaku dalam satah pegun (dalam ruang mutlak) yang melaluinya. pusat Bumi - satah orbit; orbit mempunyai bentuk elips atau bulatan (kes khas elips).

Orbit dicirikan oleh beberapa parameter - sistem kuantiti yang menentukan orientasi orbit jasad angkasa di angkasa, saiz dan bentuknya, serta kedudukan dalam orbit jasad angkasa pada beberapa saat tetap. Orbit yang tidak terganggu di mana badan bergerak mengikut undang-undang Kepler ditentukan oleh:

1. Kecondongan orbital (i) kepada satah rujukan; boleh mempunyai nilai dari 0° hingga 180°. Kecondongan kurang daripada 90° jika jasad kelihatan bergerak melawan arah jam ke pemerhati di kutub ekliptik utara atau kutub cakerawala utara, dan lebih daripada 90° jika jasad itu bergerak ke arah yang bertentangan. Apabila digunakan pada Sistem Suria, satah orbit Bumi (satah ekliptik) biasanya dipilih sebagai satah rujukan untuk satelit buatan Bumi, satah khatulistiwa Bumi biasanya dipilih sebagai satah rujukan untuk satelit lain; planet Sistem Suria, satah khatulistiwa planet yang sepadan biasanya dipilih sebagai satah rujukan.
2. Longitud Nod Menaik (Ω)- salah satu elemen asas orbit, digunakan untuk menerangkan secara matematik bentuk orbit dan orientasinya di angkasa. Mentakrifkan titik di mana orbit bersilang dengan satah utama dalam arah dari selatan ke utara. Bagi jasad yang mengorbit Matahari, satah utama ialah ekliptik, dan titik sifar ialah Titik Pertama Aries (vernal equinox).
3. Gandar utama ialah separuh daripada paksi utama elips. Dalam astronomi, ia mencirikan jarak purata benda angkasa dari fokus.
4. Sipi- ciri berangka bahagian kon. Sipi adalah invarian berkenaan dengan pergerakan satah dan transformasi persamaan dan mencirikan "mampatan" orbit.
5. Hujah periapsis- ditakrifkan sebagai sudut antara arah dari pusat tarikan ke nod menaik orbit dan ke periapsis (titik orbit satelit yang paling hampir dengan pusat tarikan), atau sudut antara garisan nod dan garisan apses. Dikira daripada pusat tarikan mengikut arah pergerakan satelit, biasanya dipilih dalam julat 0°-360°. Untuk menentukan nod menaik dan menurun, satah tertentu (yang dipanggil asas) yang mengandungi pusat tarikan dipilih. Satah ekliptik (pergerakan planet, komet, asteroid mengelilingi Matahari), satah khatulistiwa planet (pergerakan satelit mengelilingi planet), dan sebagainya biasanya digunakan sebagai satah asas.
6. Anomali purata untuk jasad yang bergerak dalam orbit yang tidak terganggu - hasil daripada pergerakan puratanya dan selang masa selepas melepasi periapsis. Oleh itu, anomali purata ialah jarak sudut dari periapsis jasad hipotesis yang bergerak dengan halaju sudut malar sama dengan gerakan purata.

Terdapat pelbagai jenis orbit - khatulistiwa (kecondongan "i" = 0°), kutub (kecondongan "i" = 90°), orbit segerak matahari (parameter orbit adalah sedemikian rupa sehingga satelit melepasi sebarang titik di permukaan bumi pada lebih kurang masa suria tempatan), orbit rendah (ketinggian dari 160 km hingga 2000 km), orbit pertengahan (ketinggian dari 2000 km hingga 35786 km), geostasioner (altitud 35786 km), orbital tinggi (ketinggian lebih banyak). daripada 35786 km).

Salah seorang pencipta satelit pertama pernah mengakui bahawa dia tidak segera menyedari betapa hebatnya usaha yang telah dicapai ketika itu, pada tahun 1957. Dan dalam justifikasi dia merujuk kepada penyair V. Bryusov, yang mengatakan bahawa "peristiwa besar hampir tidak dapat dilihat oleh mereka yang terlibat secara langsung: semua orang hanya melihat satu perincian di depan mata mereka, jumlah keseluruhannya tidak dapat dilihat orang entah bagaimana tidak perasan, bahawa manusia telah memasuki "zaman keajaiban."

Kita baru memasuki dekad keempat zaman angkasa, tetapi kita sudah cukup terbiasa dengan keajaiban seperti sistem satelit untuk komunikasi dan pemerhatian cuaca, navigasi dan bantuan kepada mereka yang berada dalam kesusahan di darat dan laut yang meliputi seluruh Bumi. Sebagai sesuatu yang biasa-biasa saja, kami mendengar laporan tentang kerja berbulan-bulan orang di orbit, kami tidak terkejut dengan jejak kaki di Bulan, gambar-gambar planet jauh yang diambil secara kosong, atau nukleus komet yang ditunjukkan buat kali pertama oleh kapal angkasa. .

Dalam tempoh sejarah yang sangat singkat, angkasawan telah menjadi sebahagian daripada kehidupan kita, pembantu yang setia dalam hal ehwal ekonomi dan pengetahuan tentang dunia di sekeliling kita. Dan tidak syak lagi bahawa perkembangan selanjutnya tamadun duniawi tidak dapat dilakukan tanpa pembangunan seluruh ruang dekat Bumi.

Sebagai contoh, ramai saintis melihat jalan keluar daripada krisis alam sekitar yang akan datang dengan menggunakan sumber ruang berhampiran. "Adalah jelas bahawa potensi ruang angkasa bukanlah ubat penawar untuk semua penyakit," tulis seorang pakar terkemuka dalam bidang angkasawan, K. Erike "Laluan yang dicadangkan hanyalah salah satu peluang paling berkesan dalam senjata yang tersedia untuk kita hari ini menjamin kelangsungan hidup manusia sebagai masyarakat moden ini juga perlu untuk tujuan evolusi berterusan masyarakat kita sambil memelihara alam semula jadi bumi, yang unik di kawasan yang meluas selama bertahun-tahun cahaya di sekeliling kita."

Penerokaan angkasa lepas - "wilayah seluruh umat manusia" ini - berterusan pada kadar yang semakin meningkat. Melihat kembali apa yang telah dicapai, kita boleh cuba menentukan tarikh anggaran untuk peringkat seterusnya menggunakan habitat baharu kita. Adalah lebih berisiko untuk membuat ramalan jangka panjang. Tetapi percubaan sedemikian juga diketahui. Doktor Sains Fizikal dan Matematik JI. Leskov, sebagai contoh, memandang ke hadapan untuk seluruh milenium.

Menurut saintis itu, dalam tahun-tahun yang tinggal sebelum abad yang akan datang, perintis-perindustrian pertama dan kemudian pengeluaran besar-besaran bahan yang lebih baik akan dianjurkan di angkasa. Kemungkinan tenaga yang hampir tidak terhad, bersama-sama dengan kekosongan yang mendalam dan tanpa berat, adalah perkara utama yang menarik minat industrialis ke angkasa lepas. Walau bagaimanapun, keadaan teknologi yang unik bukanlah satu-satunya sebab cadangan penempatan semula beberapa perusahaan, dan mungkin keseluruhan industri, seperti, katakan, kimia, metalurgi, nuklear...

Planet kita sudah tersumbat dengan sisa industri sehingga pengembangan selanjutnya mengancam akibat bencana bagi seluruh biosfera. Dan rizab bahan mentah Bumi tidak begitu besar sehingga kita boleh hidup dengan aman, tanpa perlu risau tentang masa depan. Oleh itu, semakin ramai pakar membuat kesimpulan bahawa perindustrian meluas ruang berhampiran Bumi tidak dapat dielakkan. Sains dan teknologi angkasa sedang bersedia untuk ini dengan terus mengkaji bagaimana pelbagai proses teknologi berlaku di orbit, dan pada masa yang sama mencipta projek untuk bekalan tenaga mereka.

Meramalkan perkembangan astronautik untuk tempoh yang sama, pakar lain memberi perhatian kepada pelbagai arah dalam proses ini. Presiden Akademi Astronautik Antarabangsa, J. Muller, sebagai contoh, menunjukkan penggunaan meluas komunikasi satelit yang akan datang untuk perkhidmatan maklumat yang komprehensif kepada orang di seluruh dunia. Ahli akademik Soviet V. Avduevsky menyertainya. "Sambungan teknologi angkasa dengan mikroelektronik," katanya, "membolehkan kita bercakap tentang organisasi dalam masa terdekat sistem komunikasi global dengan pelanggan yang tidak "terikat" dengan mana-mana nod tanah, iaitu mengenai penciptaan satu bidang maklumat di mana semua orang boleh menyertai sesiapa sahaja pada bila-bila masa dan di mana-mana sahaja di dunia Ini bermakna cara hidup berjuta-juta orang akan berubah secara radikal Setiap orang yang hidup di Bumi akan mendapat akses kepada kekayaan budaya dunia - daripada koleksi simpanan buku terbesar di dunia, dewan Hermitage dan Louvre, di mana mereka boleh "melawat" pada bila-bila masa, kepada perpustakaan filem dan muzik mana-mana mesyuarat awam atau persendirian, slogan akan menjadi kenyataan: pendidikan tinggi untuk semua orang yang ingin menerimanya, apatah lagi peluang untuk mendapatkan sebarang data rujukan, untuk mengadakan mesyuarat operasi..."

Untuk bergerak ke peringkat penerokaan angkasa lepas, L. Leskov percaya, adalah perlu untuk mencipta kenderaan baharu yang lebih cekap: pesawat aeroangkasa, kapal angkasa berawak dan automatik, kenderaan pelancar yang boleh digunakan semula, kapal tunda antara orbit dengan kapasiti mengangkat berat...

Pada 20-50-an abad ke-21, pemantul gergasi cahaya matahari dan loji kuasa ruang suria akan muncul di orbit, dan selepas ini masanya akan tiba untuk pembangunan perindustrian Bulan. Kemudian saintis itu beroperasi bukan selama beberapa dekad, tetapi selama berabad-abad. Antara peringkat berikut disenaraikan seperti penciptaan struktur berskala besar di angkasa, penggunaan bahan luar angkasa dengan penghantarannya ke Bumi, pembangunan dan transformasi alam Marikh dan Zuhrah.

Apa yang akan datang? Dan yang paling penting, apa yang akan berlaku kepada orang yang telah berpisah selama-lamanya dengan planet mereka? Salah seorang pakar terkemuka dalam bidang perubatan dan biologi angkasa, Ahli Akademik O. Gazenko, mempertimbangkan dua senario penempatan angkasa: dalam sistem Suria dan di luar sempadannya. Jika, saintis percaya, adalah mungkin untuk mencipta habitat di angkasa yang sedekat mungkin dengan di Bumi, evolusi penduduk tetap "petempatan halus" nampaknya akan berjalan dengan cara yang sama seperti di Bumi. Benar, ada kemungkinan bahawa, di bawah pengaruh sinar kosmik, perubahan keturunan rawak akan berlaku pada manusia, dan perjalanan evolusi selanjutnya akan menjadi tidak dapat diramalkan. Sememangnya, ini hanya boleh berlaku jika pada masa itu tiada cara perlindungan yang boleh dipercayai telah ditemui.

Ahli sains juga mengakui pilihan sedemikian apabila faktor utama yang menentukan evolusi jangka panjang manusia bukan radiasi, tetapi tanpa berat. Kemudian orang, secara beransur-ansur kehilangan beberapa ciri fisiologi yang "dikenakan" pada mereka oleh graviti, akan menjadi berbeza - mungkin, serupa dengan watak "incorporeal" dalam lukisan artis Sepanyol El Greco.

Jika manusia tidak menghadkan dirinya kepada penaklukan sistem suria dan melampaui sempadannya, maka, ahli akademik percaya, selepas beratus-ratus generasi hamparan Galaksi yang tidak berkesudahan akan mendapati diri mereka didiami oleh koloni makhluk pintar yang berasingan, yang nyata berbeza daripada kedua-duanya. kita dan antara satu sama lain.

Tetapi adakah seseorang akan menyesuaikan diri dengan keadaan hidup yang luar biasa itu? Inilah yang dikatakan K. Tsiolkovsky: “...Pada masa ini, lapisan manusia yang maju sedang berusaha untuk meletakkan kehidupan mereka lebih dan lebih dalam kerangka buatan, dan bukankah ini terdiri daripada kemajuan melawan cuaca buruk, tinggi dan rendah suhu, graviti , dengan haiwan, dengan serangga dan bakteria yang berbahaya, tidakkah sekarang mewujudkan persekitaran buatan semata-mata di sekeliling seseorang Dalam ruang eterik, artifisial ini hanya akan mencapai had yang melampau, tetapi orang itu juga akan berada dalam keadaan yang paling baik? untuk dirinya."

Namun, janganlah kita melihat sejauh itu. Mari kita kembali kepada ramalan untuk masa depan yang tidak begitu jauh. Sudah tentu, pengarang mereka sedar bahawa skema kronologi yang mereka cadangkan adalah sangat anggaran. Oleh itu, mereka tidak cuba menamakan tarikh akhir khusus untuk pelaksanaan projek tertentu, dengan memberi perhatian utama kepada penerangan teknikal mereka. Kami akan mematuhi prinsip yang sama dalam cerita kami tentang prospek untuk aktiviti luar angkasa tamadun kita.

Buku ini ditujukan kepada orang muda, "mereka yang akan membaca untuk membina" - inilah cara Yu Kondratyuk berbicara kepada pembacanya. Tahun akan berlalu, dan mereka yang kini membuka halaman ini akan mula membuat impian hari ini menjadi kenyataan. Betul: "baca untuk membina"!