Областной конкурс юных техников «Время вперед» Номинация: «Хочу все знать»
advertisement
Областной конкурс юных техников «Время вперед» Номинация: «Хочу все знать» Исследовательская работа на тему: Работу выполнила: Сулоева Елена, учащаяся 9 класса МОУСухобезводненская СОШ,Семеновского района. Научный руководитель: Булатова Н.С., учитель физики. 2011г. 1 Содержание: I. Введение………………………………………………………………………3 II. Основная часть……………………………………………………………….4 1.Техника космических полетов……………………………………………4 1.1.Зарождение ракетной техники……………………………………...4 1.2. Устройство ракеты………………………………………………….5 1.3.Теория движения …………………………………………………....6 1.4.Реактивный двигатель ……………………………………………...7 2.Полеты к планетам……………………………………………………………8 2.1.Внутренние планеты…………………………………………………14 2.2.Внешние планеты……………………………………………………..20 2.3.Проблемы полетов и пути их решения………………………………29 III. Заключение………………………………………………………………….30 IV. Литература…………………………………………………………………..31 V. Приложение………………………………………………………………….32 2 I. Введение: В XV в. португальские мореплаватели в 1488 г. открыли мыс Доброй Надежды. Христофор Колумб во время первого своего путешествия в 1492 г. открыл Багамские острова. Васко де Гама в 1497 г. достиг берегов Индии, а Кабрал в 1500 г. - берегов Бразилии. Понсе де Леон посетил полуостров Флорида в 1513 г. И наконец, экспедиция Магеллана совершила кругосветное путешествие в 1519 1521 гг., через 33 года после открытия мыса Доброй Надежды. Тем не менее, оставались неограниченные возможности географических открытий, которые совершались в течение всех последующих столетий. Результаты этих открытий стали использоваться только начиная с 1521 г. И в наше время, в 2011 г., нам еще предстоит совершить множество открытий при освоении солнечной системы, и мы тоже едва начали использовать новые миры, которые включены нами в сферу деятельности человека. Расстояния и другие миры всегда оказывали магическое влияние на человека, заставляя его преодолевать даже самые сильные страхи, порождаемые суевериями его времени, и отправляться в неизвестное. Целью нашего исследования является установление степени важности полетов к далеким планетам. В ходе исследования мы хотим решить задачи: 1. Изучить историю создания ракетного двигателя. 2. Классифицировать этапы межпланетных полетов. 3. Изучить информацию о планетах. Объектом исследования является Солнечная система. Предмет исследования: как долететь до далекой планеты. Средства: 1. Изучение теоретического материала. 2. Анализ. 3. Классификация. Гипотеза: еще невозможно получить наиболее полную информацию о Солнечной системе. 3 II.Основная часть 1.Техника космических полетов 1.1.Зарождение ракетной техники Если говорить про саму идею реактивного движения и первую ракету, то эта идея, и ее воплощение родились в Китае примерно во 2 веке н.э. Движущей силой ракеты был порох. Китайцы сначала использовали это изобретение для развлечений - китайцы до сих пор являются лидерами в производстве фейерверков. А затем поставили эту идею на вооружение, в прямом смысле слова: такой «фейерверк» привязанный к стреле увеличивал дальность ее полета примерно на 100 метров (что было одной третью от всей длины полета), а при попадании цель зажигалась. Было и более грозное оружие на том же принципе – «копья яростного огня». В таком примитивном виде реактивные ракеты просуществовали до 19 века. Только в конце 19-го века стали предприниматься попытки математически объяснить реактивное движение и создать серьезное вооружение. В России одним из первых этим вопросом занялся Николай Иванович Тихомиров в 1894 году. Тихомиров предлагал использовать в качестве движущей силы реакцию газов, получающихся при сгорании взрывчатых веществ. Тихомиров стал заниматься этими вопросами позже Циолковского, но в смысле реализации продвинулся намного дальше, т.к. он мыслил более приземлено. В 1912 году он представил морскому министерству проект реактивного снаряда. В 1915 подал прошение о выдаче привилегии на новый тип «самодвижущихся мин» для воды и воздуха. В 1921 по предложению Тихомирова в Москве была создана лаборатория для разработки его изобретений, получившая впоследствии (после перевода в Ленинград) наименование Газодинамической лаборатории (ГДЛ). Вскоре после основания деятельность ГДЛ сосредоточилась на создании ракетных снарядов на бездымном порохе. 4 Параллельно с Тихомировым над ракетами на твердом топливе трудился бывший полковник царской армии Иван Граве. В 1926 году он получил патент на ракету, которая в качестве топлива использовала особый состав дымного пороха. Он стал пробивать свою идею, писал даже в ЦК ВКП(б), но эти хлопоты завершились вполне типично для того времени: полковник царской армии Граве был арестован и осужден. Но И.Граве еще сыграет свою роль в развитии ракетной техники в СССР, и примет участие в разработке ракет для знаменитой «Катюши». В 1928 году была запущена ракета, топливом для нее служил порох Тихомирова. В 1930 году на имя Тихомирова выдан патент на рецептуру такого пороха и технологию изготовления шашек из него. 1.2.Устройство ракеты. Ракета - летательный аппарат, движущийся вследствие отбрасывания высокоскоростных горячих газов, создаваемых реактивным (ракетным) двигателем. В большинстве случаев энергия для движения ракеты получается при сгорании двух или более химических компонентов (горючее и окислитель, которые вместе образуют ракетное топливо) или при разложении одного высокоэнергетического химического вещества. Большинство ракет относятся к одному из двух типов – твердотопливному или жидкостному. Эти термины относятся к тому, в каком виде хранится топливо, прежде чем оно сгорит в камере ракетного двигателя. Ракета состоит из двигательной установки (двигателя и топливного отсека), систем управления и наведения, полезной нагрузки и некоторых вспомогательных систем. Поскольку ракета несет на борту все необходимое для создания реактивной струи газа, она является единственным эффективным средством транспортировки грузов в вакууме космического пространства и одним из наиболее эффективных средств доставки боевого заряда в военных действиях. Ни один из существующих типов ракет не является универсальным. Твердотопливные и жидкостные ракеты 5 имеют свои достоинства и недостатки, и выбор той или другой из них производится с учетом многих критериев, включающих экономичность, стоимость, сложность конструкции, задачу полета, надежность и долговечность. Твердотопливные ракеты широко используются для военных задач благодаря малому времени их подготовки к запуску, простоте и возможности длительного хранения. Жидкостные ракеты предпочтительнее для космических полетов из-за их большей экономичности и возможности регулирования тяги. 1.3.Теория движения Два всем знакомых примера поясняют принцип движения ракеты. При выстреле из ружья пороховые газы, расширяясь в стволе, толкают пулю вперед, а ружье назад. Пуля летит в цель, а стрелок (или лафет артиллерийского орудия) поглощают энергию отдачи за счет силы трения с поверхностью земли. Если бы стрелок стоял на коньках на льду, то из-за отдачи он покатился бы назад (и остановился только из-за трения с воздухом и льдом). Другой пример – надутый воздушный шарик. Пока отверстие шарика закрыто, внутреннее давление воздуха уравновешивается силами упругости оболочки шарика. Если открыть отверстие, воздух будет выходить из шарика, и его неуравновешенное давление на оболочку будет толкать шарик вперед. Отметим, что шарик приводится в движение силой, действующей только на площадь отверстия. Все остальные силы, действующие на оболочку, уравновешены и не влияют на движение шарика, которое носит хаотичный характер из-за непрерывного изменения формы шарика и гибкости его горловины. Ракетный двигатель работает аналогично, за исключением того, что за счет реакций горения или химического разложения обеспечивается устойчивый поток горячих газов, которые выбрасываются наружу через сопло. Существуют и другие методы получения реактивной струи газа однако ни один из них не получил такого широкого распространения, как химический. 6 Все рассмотренные выше примеры движения стрелка и пули, надутого шарика и ракеты описываются третьим законом движения Ньютона, который гласит, что всякое действие имеет противоположное и равное по величине противодействие. Математически этот закон выражается в виде равенства количеств движения MV = mv. Важно отметить, что полное изменение количества движения (импульса) в системе равно нулю. Если две массы M и m равны, то их скорости V и v также равны. Если масса одного из взаимодействующих тел больше массы другого, то его скорость будет соответственно меньше. В примере со стрелком импульс mv, сообщаемый пуле, в точности такой же, как и импульс MV, сообщаемый стрелку, однако из-за малой массы пули ее скорость намного больше, чем скорость стрелка. В случае ракеты выбрасывание газов в одном направлении (действие) вызывает движение ракеты в противоположном направлении (противодействие). 1.4.Ракетный двигатель Внутри работающего ракетного двигателя происходит интенсивный процесс быстрого контролируемого горения. Для осуществления реакции горения (выделения энергии при реакции двух химических веществ, в результате которой образуются продукты с меньшей скрытой энергией) необходимо наличие окислительного агента (окислителя) и восстановительного агента (горючего). При горении энергия выделяется в виде тепла, т.е. внутреннего движения атомов и молекул в результате повышения температуры. Конструкция. Ракетный двигатель состоит из двух основных частей: камеры сгорания и сопла. Камера должна иметь достаточный объем для полного смешения, испарения и сгорания компонентов топлива. Сама камера и система подачи топлива должны быть спроектированы таким образом, чтобы скорость газа в камере была ниже скорости звука, иначе горение будет неэффективным. Как и в случае надувного шарика, молекулы газа соударяются со стенками камеры и выходят через узкое 7 отверстие (горловину сопла). При стеснении потока газа в сужающейся части сопла его скорость возрастает до скорости звука в горловине, а в расширяющейся части сопла поток газа становится сверхзвуковым. Сопло такой конструкции было предложено Карлом де Лавалем, шведским инженером, работавшим в области паровых турбин, в 1890-х годах. Контур расширяющейся части сопла и степень его расширения (отношение площадей на выходе и в горловине) подбираются, исходя из скорости истечения газовой струи и давления окружающей среды, так что давление выхлопных газов на стенки сверхзвуковой части сопла увеличивает силу тяги, создаваемую давлением газов на переднюю часть камеры сгорания. Поскольку наружное (атмосферное) давление уменьшается с ростом высоты, а профиль расширяющейся части сопла можно оптимизировать только для одной высоты, степень расширения выбирается такой, чтобы обеспечить приемлемую эффективность для всех высот. Двигатель для малых высот должен иметь короткое сопло с небольшой степенью расширения. Разработаны сопла для регулируемой степени расширения. Однако на практике они оказываются слишком сложными и дорогими и поэтому редко используются. 2.Полеты к планетам Сегодня межпланетные полеты по трассам от Меркурия до Сатурна осуществляются комфортабельными пилотируемыми летательными аппаратами относительно сложной конструкции с современными силовыми установками. Автоматические зонды приблизились к Солнцу на расстояние до 0,15 а.е.. Тяжелые и самые совершенные автоматические зонды достигли планеты Плутон и прокладывают трассу к обширным и неисследованным районам, расположенным за этой планетой и в межзвездном пространстве. При осуществлении всех этих полетов к дальним планетам производилось непрерывное управление движением и регулирование условий на борту как пилотируемых, так и беспилотных аппаратов не только с помощью значительно расширенной (по сравнению с 1966 г.) сети наземных станций слежения за дальним космосом, но и также начиная с 1988 г. с помощью широкой сети установок, созданных на Луне. 8 Кроме того, была создана сеть автоматических релейных спутников в околоземном и долунном пространстве, практически превратившая весь район между Землей и Луной в гигантскую антенную систему, способную управлять движением космических кораблей в солнечной системе и даже за ее пределами. Перспективный солнечный зонд, предназначенный для очень близкого подхода к Солнцу. Расстояние зонда от Солнца определяется по температуре испарения вещества теплозащитного экрана, обращенного к Солнцу. Оборудование зонда размещено в тени экрана. Зонд имеет термоэлектрический генератор энергии, поверхности охлаждения излучением, расположенные в тени теплозащитного экрана, и оборудован плазменными датчиками, датчиками частиц и рентгеновских лучей. Автоматический зонд для исследования планеты Плутон. Электропитание зонда обеспечивается термоионным радиоизотопным генератором. Зонд оборудован двумя излучающими лазерными устройствами для освещения поверхности с двумя оптическими датчиками. Остальное оборудование состоит из счетчиков космического излучения, датчиков поля, плазмы и частиц 9 Станция связи с дальним космосом и радиотелескоп на Луне в 1985-1988 гг. Был предпринят полет к астероиду Икар (который приближается к Солнцу на расстояние до 0,169 а.е., или примерно на 47% расстояния до Меркурия, и далее проходит за орбиту Марса, достигая в афелии 1,68 а.е.), где была установлена автоматическая научная станция. Наши гелионавты, так называют людей, управляющих большими межпланетными кораблями, побывали в самых разных областях солнечной системы, от выжженных солнцем побережий планеты Меркурий до ледяных скал Титана, спутника Сатурна. Они пересекли, и это обошлось не без жертв, широкий пояс астероидов между Марсом и Юпитером и прошли через головы комет. Благодаря мужеству первооткрывателей, знаниям наших гелионавтов и достижениям инженеров, ученых и техников астрофизики работают на научной станции по исследованию физики Солнца, созданной на Меркурии, биологи экспериментируют на Марсе, используя в качестве базы хорошо оборудованную станцию для научных исследований и технического снабжения, организованную на спутнике Марса Фобосе; планетологи начали исследования на Венере, а группа ученых, находящихся в настоящее время на исследовательских станциях на Каллисто и Титане, изучает две самые пленительные планеты солнечной системы Юпитер и Сатурн Спускаемый аппарат и гусеничный транспортер защищены экранами, хорошо отражающими солнечные лучи. 10 Астробиологическая исследовательская база на Марсе (1992 г.). Показаны три объемных элемента, снабжаемые электрической энергией от ядерного генератора, который частично виден на заднем плане. Земля вверху слева от Солнца. Создание научно-исследовательской станции на Титане для изучения Сатурна (1995 г.). Как известно, мы уже начали использовать некоторые из сделанных открытий. Прошло уже три года с тех пор, как была организована добыча и обработка металлической руды на Меркурии. На Марсе только что начаты работы по осуществлению долгосрочной программы внедрения в приполярных районах северного и южного полушарий планеты специально созданных для марсианских условий культур, выведенных в результате двадцатилетних биологических и сельскохозяйственных экспериментов на Земле, Луне и самом Марсе. Эти растения пригодны для употребления их в пищу человеком. Вначале эти культуры будут потребляться расширяющейся исследовательской базой на Марсе, а через 50 лет предполагается начать экспорт пищевых продуктов с Марса на Землю. Движение между Землей и Меркурием, Землей и Марсом, а также от Земли к Юпитеру стало настолько оживленным, что потребовалось создание орбитальной станции снабжения и спасения. Эта станция была создана на Венере и успешно работает вот уже восемь лет. Много людей обязаны ей спасением своих жизней. 11 Район планеты Венера особенно удобен для создания гелиоастронавтической «сторожевой» станции, поскольку элементы орбиты этой планеты дополняют элементы орбиты Земли при осуществлении полетов к Меркурию, Марсу, Юпитеру и другим дальним планетам. Например, синодический период Земли относительно Марса в среднем равен 780 суткам, т.е. полет по трассе Земля - Марс или Марс - Земля возможен примерно через каждые 780 суток. Средний синодический период Венеры относительно Марса равен 337 суткам. Полет к Юпитеру с Земли может быть осуществлен примерно через каждые 1,1 года. Полеты от Венеры к Юпитеру и наоборот возможны через 234 суток. В случае аварийной ситуации перелет от Венеры до Меркурия может быть осуществлен гораздо быстрее, хотя такая возможность из-за различия в угловых скоростях этих планет предоставляется гораздо реже, чем возможность полета с Земли. Гравитационное поле Венеры чаще всего можно использовать для уменьшения затрат энергии на перелет по трассе Земля - Меркурий - Земля, реже - при полетах между Землей и Марсом и только иногда, притом с применением активного маневра, - при возвращении на Землю с Юпитера. Лунный космический порт для обслуживания межпланетных полетов (1988 г.). Запуск межпланетного корабля осуществляется с помощью ракетносителей на твердом топливе, расположенных вокруг нижней цилиндрической ступени, которая, так же как и центральная ступень космического корабля, имеет импульсную ядерную установку. На заднем плане видна большая антенна лунной сети станций слежения за дальним космосом. Земные орбитальные и лунные космодромы могут в настоящее время обслуживать, т.е. обеспечивать посадку и старт, двадцать четыре межпланетных корабля ежегодно. Это, возможно, не так уж и много, если сравнить с масштабами обслуживания гиперзвукового и суборбитального транспорта в авиации, а также околоземных орбитальных полетов и перелетов между Землей и Луной. Однако это означает, что каждый месяц с таких космодромов могут стартовать или совершать посадку два тяжелых межпланетных аппарата. Не только значительные технические достижения практически во всех областях космической техники, но 12 главным образом прогресс в области разработки импульсных ядерных и термоядерных двигателей наконец-то обеспечили те огромные энергетические возможности, которые необходимы для осуществления межпланетных полетов. Применение таких силовых установок позволило получить требуемые отношения масс космических систем, организовать службы межпланетных сообщений челночного типа, использовать межпланетные корабли для выполнения многих задач и снизить до разумных пределов требования к материальнотехническому снабжению орбитальных аппаратов с Земли. Хотя космические корабли с импульсными ядерными и термоядерными силовыми установками не стали первооткрывателями эры межпланетных путешествий, тем не менее благодаря им стали экономически возможными длительные полеты в пределах солнечной системы и началось бурное развитие гелионавтики напоминающее революцию в воздушном транспорте в 1950 - 1960 гг., вызванную созданием реактивного двигателя. Количество межпланетных летательных аппаратов, обслуживаемых ежегодно околоземными и лунными станциями (старт и посадка). Однако ныне существующий объем транспортных операций в пределах солнечной системы - не только следствие технического прогресса и связанных с ним достижений, как бы впечатляющи они не были. Он является, скорее, воплощением чаяний народов и фактически отражает состояние умов большинства человечества. 13 2.1. Внутренние планеты 1.К Меркурию. Единственным зондом, исследовавшим ближайшую к Солнцу планету Меркурий, был «Маринер-10», совершивший три полета (29 марта 1974, 21 сентября 1974 и 16 марта 1975) к этой планете. Вначале зонд прошел мимо Венеры, впервые совершив гравитационный маневр, т.е. использовал ее притяжение, чтобы изменить свою орбиту и достичь Меркурия. Меркурий оказался безвоздушным, покрытым кратерами телом, очень похожим на Луну. Исследование ближайшей к Солнцу планеты было технически сложным: тепловой поток там в 6 раз больше, чем у Земли, поэтому температура на Меркурии достаточна для плавления олова, свинца и цинка. Зонд был прикрыт от Солнца экраном, а панели солнечных батарей были наклонены под косым углом к солнечным лучам. Меркурий делает три оборота вокруг оси в течение двух орбитальных периодов, а каждый его оборот вокруг Солнца длится 88 сут. Поэтому одни солнечные сутки на нем продолжаются два меркурианских года, или 176 земных суток. К сожалению, «Маринер-10» совершал подлеты к Меркурию точно через такие же интервалы времени и каждый раз мог фотографировать лишь одно и то же освещенное Солнцем полушарие планеты. Недавние исследования поверхности Меркурия с помощью наземных радаров показали, что в его полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не попадает солнечный свет, могут «Маринер-10» быть залежи льда, точь-в-точь как на Луне. Это еще одна причина, требующая новых экспедиций к Меркурию. 2.К Венере. Венера, ближайшая от Земли планета по направлению к Солнцу, была очевидной целью для первых космических зондов. Привлекали сравнительно небольшое расстояние и время перелета всего в несколько месяцев. К тому же покрытая облаками планета хранила от астрономов 14 множество секретов. Пролеты. Из-за трудностей с разработкой последней ступени носителя первые планетные зонды НАСА были простыми и легкими, основанными на лунном зонде «Рейнджер»; их выводила ракета «Атлас-Аджена». Зонд «Маринер-2» 14 декабря 1962 впервые прошел мимо Венеры и с помощью бортовой радиоаппаратуры подтвердил высокую температуру поверхности планеты, на что ранее указывали наземные радионаблюдения. «Маринер-5» прошел мимо Венеры 19 октября 1967, а «Маринер-10» – 5 февраля 1974. Вход в атмосферу и посадка. Мягкая посадка на Венеру проходит в несколько этапов. Обычно влетающий в атмосферу планеты аппарат защищен тепловым экраном. Когда от торможения в атмосфере его скорость снижается до нескольких сотен километров в час, экран сбрасывается как лишний груз и раскрывается парашют. Вблизи поверхности парашют также сбрасывается, поскольку в очень плотных нижних слоях атмосферы для торможения уже достаточно небольшого аэродинамического щитка. Сохранить работоспособность аппарата на поверхности Венеры даже в течение одного часа не так-то просто, поскольку температура там ок. 500 С, а давление почти в 100 раз выше, чем у поверхности Земли. Поэтому приборы должны быть защищены прочной теплоизоляционной оболочкой. Советский зонд «Венера-3», осуществив первый в мире перелет на другую планету, попал на Венеру 1 марта 1966, но радиоконтакт с ним был потерян незадолго до встречи с планетой. «Венера-4» достигла планеты 18 октября 1967 и была раздавлена ее атмосферой еще до касания поверхности, подтвердив измерениями высокие температуру и давление у поверхности. «Венера-7» достигла поверхности Венеры 15 декабря 1970 и еще 23 мин посылала данные на Землю, пока не наступил перегрев. Зонды «Венера-9 и 10» состояли из посадочного и орбитального аппаратов. Их посадочные аппараты опустились на поверхность 22 и 25 октября 1975 и передали изображения пустынного и каменистого окружающего ландшафта. Следующие «Венеры» также передавали панорамы мест посадки, а «Венера-13 и -14» впервые произвели анализ образцов грунта. Американский зонд «Пионер – Венера-2» достиг планеты 9 декабря 1978, опустив в разных ее местах 4 посадочных аппарата, один из которых передавал данные с поверхности более часа. Затем были советские зонды «Вега-1 и -2», в первую очередь предназначенные для исследования кометы Галлея, приблизиться к которой они смогли после гравитационного маневра в окрестности Венеры. При прохождении мимо планеты (11 и 15 июня 1985) они сбросили на Венеру спускаемые аппараты, севшие на поверхность и проанализировавшие пробы грунта. К тому же каждый из аппаратов выпустил в атмосферу Венеры французский аэростатный зонд с 15 баллоном, наполненным гелием; плавая в воздушных течениях Венеры несколько дней, они передавали на Землю данные об облаках, скорости ветра и параметрах атмосферы. Радиолокационные исследования с орбиты. Поскольку Венера полностью закрыта облаками, наблюдения в оптический телескоп не дают возможности изучать ее поверхность. Однако с начала 1960-х годов наземные радарные исследования указывали, что поверхность Венеры весьма разнообразна. Поскольку спускаемые аппараты передают изображение лишь небольшого участка вокруг места посадки, возникла идея радиолокационного исследовании всей планеты с низкой орбиты. Их начал американский зонд «Пионер – Венера1», вышедший на орбиту вокруг Венеры 4 декабря 1978 и с помощью бортового радара получивший карту части поверхности с разрешением (размер мельчайших деталей) ок. 80 км. Затем советские орбитальные зонды «Венера-15 и -16» начали 10 и 14 октября 1983 радарное изучение больших областей Венеры; на полученных ими с разрешением 1,5 км картах видны сложные структуры поверхности, многие из которых не известны на Земле. Зонд США «Магеллан», выйдя на орбиту вокруг Венеры 10 августа 1990, получил радарные карты почти всей ее поверхности с разрешением, доходящим до 100 м. «Пионер – Венера-2» 3.К Луне 1968 г. в космос стартовал американский космический корабль Apollo 8, полет которого стал эпохальным в истории мировой космонавтики. На этом корабле американцы Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уилльям Андерс первыми в истории человечества отправились в межпланетное путешествие, осуществив давнюю романтическую мечту многих поколений людей о полете к загадочной Луне! Значимость триумфального полета Apollo 8 трудно переоценить. Это был первый и решительный шаг человека на Луну (не считая, конечно, запускавшиеся до этого беспилотные автоматические аппараты), открывший путь, по словам Нейла Армстронга, «огромному скачку человечества» – высадке людей на 16 поверхность вечного спутника Земли.Интересно то, что пилотируемый полет вокруг Луны (как целевая задача) в первоначальном плане американской программы Apollo по высадке людей на Луне даже не планировался. Этот полет возник стихийно, под влиянием сложившихся обстоятельств. Причем, как ни странно это звучит, во многом этому способствовал Советский Союз – в то время потенциальный противник США и жесткий конкурент в области космических полетов. Итак, как же развивались события, в итоге приведшие к историческому полету Apollo 8?9 мая и 20 ноября 1967 г. NASA объявило составы экипажей для первых трех пилотируемых кораблей – Apollo 7, 8, 9 (до этого осуществлялись лишь беспилотные пуски). Apollo 7 и Apollo 8 должны были выполнить испытательные полеты на низкой околоземной орбите, а Apollo 9 – полет по высокоэллиптической орбите с максимальным удалением от Земли на 4 тыс миль. Только после успешного выполнения этих испытательных полетов NASA планировало приступить к полетам на Луну.Первоначально Борман, Ловелл и Андерс были назначены в экипажи Apollo 9. В основной экипаж были включены: командир Фрэнк Борман, пилот командного модуля Майкл Коллинз и пилот лунного модуля Уилльям Андерс, в дублирующий соответственно – Нейл Армстронг, Джеймс Ловелл и Эдвин Олдрин. В июле 1968 г. в экипажах неожиданно произошли изменения. У Майкла Коллинза врачи обнаружили опухоль на позвоночнике, и его отправили в госпиталь на операцию, а его место в экипаже занял Джеймс Ловелл из дублирующего, которого в свою очередь заменил Фред Хейс. Так Борман и Ловелл вновь оказались в одном экипаже (в декабре 1965 г. они выполнили рекордный по тому времени 14-суточный полет на корабле Gemini 7). С 11 по 22 октября 1968 г. успешно прошел полет первого пилотируемого корабля Apollo 7, основной задачей которого было испытание только командного модуля на околоземной орбите. В следующем полете предстояло испытать и лунный модуль, предназначенный для посадки двух астронавтов на Луну. Однако его изготовление затягивалось, что задерживало старт Apollo 8 и всю программу в целом. Но более всего руководителей США и NASA беспокоило то, что Советский Союз втихомолку прилагает огромнейшие усилия к тому, чтобы опередить США в первом пилотируемом полете к Луне. Американцы прекрасно знали о том, что в СССР ведутся широкомасштабные работы сразу аж по двум пилотируемым лунным программам: Н1-Л3 (высадка космонавта на поверхность Луны) и УР500К-Л1 (пилотируемый облет Луны), которая была выделена в отдельную целевую задачу.Причины для опасений у американцев были веские. Хотя первые пуски и полеты советского лунного облетного корабля 7К-Л1 были неудачными, 17 но за месяц до старта Apollo 7 беспилотный «Зонд-5» (7К-Л1) впервые обогнул Луну и вернулся на Землю, приводнившись в Индийском океане. Когда 10 ноября 1968 г. к Луне успешно стартовал беспилотный «Зонд-6», американцы не на шутку перепугались, что следующий корабль «Зонд-7» полетит с космонавтами на борту.Вложив огромные средства и усилия в программу Apollo (ее реализация началась в 1961 г. сразу после полета Юрия Гагарина) и объявив на весь мир, что США будут первыми на Луне, американцы просто не могли допустить того, чтобы советские космонавты и здесь вырвались вперед. Это был бы национальный позор для США. Тогда так считали многие как в США, так и в СССР.По этой причине руководители NASA решились на отчаянный и рискованный шаг – направить Apollo 8 к Луне. Риск, на который пошли американцы, был немалым. Во-первых, в составе Apollo 8 не было лунного модуля, двигатель которого являлся резервным на случай отказа маршевого двигателя командного модуля (лететь с одним двигателем к Луне – действительно рискованное дело). Во-вторых, это был первый пилотируемый запуск для ракеты-носителя Saturn 5 и сразу к Луне (до этого Saturn 5 запускался лишь дважды, причем, во втором пуске – частично успешно). В-третьих, сама программа Apollo не предполагала выполнения «тренировочных» беспилотных полетов кораблей к Луне. Но, как говорится, кто не рискует, тот не пьет шампанского. 12 ноября 1968 г., когда «Зонд-6» уже подлетал к Луне, NASA официально объявило о том, что старт Apollo 8 состоится 21 декабря 1968 г. с целью выполнения 10 витков вокруг Луны (советский 7К-Л1 мог совершить только облет Луны без выхода на ее орбиту). Руководство NASA также решило поменять местами экипажи Apollo 8 и Apollo 9, оставив за экипажем МакДивитта испытания командного и лунного модулей на орбите Земли и доверив полет к Луне экипажу Бормана. Вот такой поворот судьбы.Запуск Apollo 8 был назначен на 21 декабря, а в СССР стартовое окно для пуска к Луне открывалось на две недели раньше. Для американцев наступил самый нервный месяц лунной гонки. Если «Зонд-7» с космонавтами стартует в первой половине декабря, то США опять окажутся вторыми! Советские специалисты и космонавты с горечью наблюдали приготовления американцев к пуску Apollo 8, но ничем не могли ответить на этот ход своих конкурентов. В СССР на декабрь 1968 г. вообще не планировался полет «Зонда». Дело в том, что 17 ноября при посадке на 18 Землю «Зонд-6» разбился (из-за преждевременного отстрела парашюта на высоте нескольких километров). Кроме того, при спуске произошла разгерметизация спускаемого аппарата. Госкомиссия лихорадочно разбиралась в обстоятельствах случившегося. Пуск следующего «Зонда» планировался уже только на январь 1969 г. и вновь без космонавтов, хотя они и просились в полет.После трагической гибели Владимира Комарова в апреле 1967 г. на корабле «Союз-1» советские руководители не решились посадить космонавтов на еще «сырые» корабль 7К-Л1 и ракету УР-500К («Протон-К»). По принятому тогда решению, пилотируемый полет на 7К-Л1 мог состояться только после трех подряд полностью успешных полетов беспилотных кораблей. Необходимо отметить, что это было абсолютно «Союз-1» правильное решение, так как очередной запуск «Зонда» 20 января 1969 г. закончился аварией второй ступени ракеты-носителя во время выведения корабля на орбиту Земли. Декабрьское стартовое окно для запуска в СССР корабля 7К-Л1 «открылось» и «закрылось», но старта «Зонда» не последовало. Все тревоги и волнения американцев оказались напрасными. И вот, 21 декабря 1968 г. с космодрома на мысе Кеннеди в 7:51 по местному времени (EST) был произведен старт ракеты Saturn-5 (AS-503), которая вывела на траекторию полета к Луне корабль Apollo 8, состоявший только из командного модуля №103 и пилотируемый полковником ВВС Ф.Борманом, кэптеном ВМФ (капитаном 1-го ранга) Дж. Ловеллом и майором ВВС У.Андерсом. Ловелл отправился в космос в третий раз (ранее он летал на Gemini 7 и Gemini 12), для Бормана это был второй полет. А вот Андерс вообще впервые стартовал в космос и сразу к Луне! Борману и Ловеллу было тогда по 40 лет, а Андерсу – 35. Через 68 часов полета 24 декабря, накануне Рождества Христова (по католическому календарю), Apollo 8 приблизился к Луне и, после включения маршевого двигателя, вышел на эллиптическую орбиту с высотой периселения 113 км и высотой апоселения 312 км и наклонением к плоскости лунного экватора 12 градусов. После двух витков корабль был переведен на круговую орбиту высотой 112 км. Полет вокруг Луны, длившийся 20 часов, был достаточно эмоциональным. Можно понять чувства астронавтов, ведь они первыми из людей увидели Луну так близко и в то же время так далеко находились от родимой Земли. Один единственный полет Apollo 8 бесславно похоронил всю советскую программу облета Луны «УР500К-Л1», в рамках которой в 1967–1970 гг. было выполнено 13 запусков беспилотных кораблей 7К-Л1. В 1967–1969 гг. по этой программе готовилась большая группа советских космонавтов (всего 20 человек). 19 Были даже сформированы и первые три экипажа: Леонов-Макаров, БыковскийРукавишников и Попович-Севастьянов, но Apollo 8 разом перечеркнул планы советских руководителей, которые в результате в начале 1970 г. вынуждены были отменить пилотируемые полеты 7К-Л1 к Луне по политическим соображениям. Что же касается дальнейшей космической карьеры астронавтов Apollo 8, то двое из них вскоре после полета покинули отряд астронавтов (Андерс – 1 сентября 1969, а Борман – 1 июля 1970). Джеймс Ловелл 11 апреля 1970 г. вновь стартовал к Луне, став первым американским астронавтом совершившим четыре космических полета. Будучи командиром Apollo 13, он должен был стать пятым человеком, ступившим на поверхность Луны. Но, как известно, полет Apollo 13 едва не закончился трагедией из-за взрыва кислородного баллона в служебном модуле корабля. К счастью, все обошлось благополучно. Корабль, облетев Луну, вернулся на Землю. После окончания программы Apollo Джеймс Ловелл тоже ушел из отряда астронавтов (1 марта 1973). 2.2. Внешние планеты 1. К Марсу Полет к Марсу более сложен, чем к Венере: перелет длится дольше, большее расстояние усложняет связь, а удаленность от Солнца требует большей площади солнечных батарей. Пролеты. Как и в случае с Венерой, из-за трудностей с созданием носителей НАСА вынуждено было начать изучение Марса легкими зондами. «Маринер-4» впервые пролетел вблизи Марса 15 июля 1965, передав изображения, на которых покрытая кратерами поверхность Марса больше напоминала Луну, чем Землю. Похожие изображения передали «Маринер-6 и -7», пролетевшие вблизи Марса 31 июля и 5 августа 1969. Исследования с орбиты и посадки. «Маринер-9», имевший мощную видеосистему, прибыл к Марсу 14 ноября 1971 и впервые стал спутником другой планеты. Почти за год наблюдений он кардинально изменил наши знания о Марсе, обнаружив на нем гигантские каньоны, огромные потухшие вулканы и следы эрозии от водяных потоков, существовавших там в далеком прошлом. Еще до 20 открытий «Маринера-9» НАСА взялось за подготовку более сложных зондов «Викинг», способных не только выйти на орбиту вокруг Марса, но и доставить на его поверхность приборы для поиска жизни. Поскольку атмосфера Марса весьма разрежена, мягкая посадка на поверхность требует иных решений, чем на Луне или Венере. Тепловой экран и парашют использовать можно, но этого недостаточно, чтобы полностью погасить скорость. Необходим еще реактивный двигатель, управляемый компьютером, который получает от радара данные о расстоянии до поверхности и о скорости спуска. Этот последний этап посадки напоминает работу «Сервейора», однако из-за большой временной задержки все операции должны быть закончены, пока сигналы достигнут Земли. Два «Викинга» прибыли к Марсу в июле и августе 1976. Орбитальные блоки с помощью научных приборов обследовали возможные места посадки, а после отделения спускаемых аппаратов ретранслировали их сигналы на Землю. Спускаемые аппараты, снабженные радиоизотопными термоэлектрическими установками, имели по три сложных прибора для поиска жизни, но, увы, не обнаружили ее признаков. Советский Союз также в 1960-х и начале 1970-х годов предпринял исследование Марса с помощью пролетных, орбитальных и посадочных зондов. Однако многие полеты оказались не вполне удачными, вероятно, из-за трудностей в создании легких и надежных компонентов и систем, рассчитанных на длительную автономную работу. Исследование Марса далось землянам дорогой ценой. Первые три советских «Марса» ( два серии 1М и один 2МВ) погибли из-за аварий ракетоносителей. У первого, стартовавшего 10 октября 1960-го года на 309-й секунде отказала система управления ( обрыв в цепи). Второй (14.10.1960 ) на 290-й секунде, из-за замерзания керосина, не смог включить третью ступень. Третий аппарат ( «Спутник-22») стартовал 24 октября 1962 г.. Он вышел на орбиту но на 17-й секунде взорвался его разгонный двигатель (из-за неучета сухого трения в вакууме заклинило разогревшуюся рессору).Советский «Марс1"» (успешный запуск 1 ноября 1962, серия 2МВ) фактически был четвертым аппаратом, отправленным в гости к этой планете. В нём, из-за неполного 21 закрытия клапана (помешали остатки канифоли от пайки ), произошла утечка азота из баллонов системы ориентации аппарата, что сделало невозможной коррекцию орбиты, а соответственно и использование остронаправленной антенны . Поэтому связь с «Марсом -1» была потеряна 21 марта 1963 г. на расстоянии 106 млн км. По баллистическим расчетам аппарат пролетел в 197000 км от Марса 19 июня 1963 г.. Но по тем временам и это стало сенсацией: наш аппарат прошел около красной планеты на расстоянии, почти вдвое меньше, чем от Земли до Луны! Следующая станция серии 2MB ( «Спутник-24»), оснащенная спускаемым аппаратом, - была запущена 4 ноября 1962 г. Однако и её ожидала неудача. Из-за преждевременного выпадения штатива программного запоминающего устройства на 33-й секунде работы произошло преждевременное отключение разгонного двигателя С1.5400.А1. Причиной этого стала недостаточная вибропрочность штатива при сильных вибрациях второй ступени ракетоносителя. Станция осталась на орбите ИСЗ с наклонением 64.7°, высотой 200×226 км и периодом обращения 88.7 мин. 5 ноября 1962 г. она вошла в плотные слои земной атмосферы и сгорела. В гонку к Марсу вступили и Соединенные Штаты, запустив 2 космических аппарата ( КА) , предназначенных для пролета около Марса. 5 ноября 1964 был запущен Mariner 3, но оболочка аппарата не смогла отделиться, и его не удалось вывести на марсианскую траекторию. 28 ноября 1964 был запущен Mariner 4. Этот КА выполнил первый подтвержденный пролет около Марса 14 июля 1965 и передал 21 полную и 1 незавершенную фотографию в течение последующих 10 дней. Это были первые фотоснимки другой планеты с близкого расстояния ( ~10000 км), полученные человечеством.В Советском Союзе первый аппарат 3-го «марсианского поеоления» ( 3МВ) был запущен 30 ноября 1964 г, и получил официальное обозначение «Зонд-2». Однако после выхода станции на траекторию полета к Марсу на ней не полностью раскрылись солнечные батареи ( не вышла зачековка одной панели), из-за чего нарушился нормальный режим работы системы электропитания. 22 Конструкция зачековки панели была очень простой: металлическая чека в виде стержня соединяла подпружиненную панель в сложенном состоянии у гермокорпуса аппарата. Чека была соединена веревочным тонким фалом с блоком Л. После отделения станции от блока Л, блок за веревочку выдергивал чеку и под действием пружин панель разворачивалась в нормальное рабочее положение. На Зонде - 2 этого не произошло. Чека, судя по всему, не вышла до конца или оборвалась веревка.По информации РКК «Энергия», солнечные батареи удалось открыть только 15 декабря 1964 г. в результате ряда динамических операций. Но проблемы со станцией это уже решить не могло. Прошли все возможные сроки первой коррекции траектории перелета АМС к Марсу. Нескорректированная траектория полета сильно отличалась от расчетной. Вернуть аппарат на «путь истинный» было уже невозможно. Поэтому выполнить основную целевую задачу - фотографирование с близкого расстояния Марса станция уже не могла. В ходе ее дальнейшего полета произошли еще целая серия отказов ( как показал опыт станций этой серии летавших к Венере - основной вклад внесла неудачная система терморегулирования), в результате радиоконтакт со станцией был потерян 4-5 мая 1965 г.. Расчетная дата пролета Марса и его фотографирования была - 6 августа 1965 г. 2.К Юпитеру Юпитер - четвёртое по яркости небесное светило (после Солнца, Луны и Венеры). Первое исследование Юпитера с близкого расстояния (130 тыс. км) состоялось в декабре 1973 г. с помощью зонда «Пионер-10». Наблюдения, проведенные этим аппаратом в ультрафиолетовых лучах, показали, что планета имеет протяженные водородную и гелиевую короны. Верхний слой облачности, по-видимому, состоит из перистых облаков аммиака, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облачного покрова составляет около -133 °С. Было обнаружено мощное 23 магнитное поле и зарегистрирована зона наиболее интенсивной радиации на расстоянии 177 тыс. км от планеты. Шлейф магнитосферы Юпитера заметен даже за орбитой Сатурна. КА «Пионер-11», пролетел на расстоянии 43 тыс. км от Юпитера в декабре 1974 г. Его трасса была рассчитана так, что он, в отличии от «Пионера-10», прошел между радиационными поясами и самой планетой, избежав опасной для электронной аппаратуры дозы радиации Анализ цветных изображений облачного слоя, полученных фотополяриметром, позволил выявить особенности и структуру облаков. Высота облаков оказалась разной в поясах и зонах. 3.К Сатурну Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Сатурн, а также Юпитер, Уран и Нептун, классифицируются как газовые гиганты. В октябре 1997г. «Кассини» был запущен на земную орбиту при помощи ракеты «Титан 4». Затем разгонный блок «Кентавр», установленный между аппаратом и ракетой, вывел аппарат на межпланетную траекторию. Как уже отмечалось, для разгона аппарат провел несколько гравитационных маневров. «Кассини» пролетел мимо Венеры в апреле 1998г. и июне 1999г. на расстоянии 287 и 600 км соответственно. В августе 1999г. станция проследовала мимо Земли на расстоянии 1200 км. Мимо Юпитера «Кассини» пролетел в декабре 2000г. на расстоянии 9,7 млн. км. Аппарат совместно со станцией «Галилео» (находящейся в то время на орбите Юпитера) провел уникальные эксперименты по одновременному измерению взаимодействия магнитосферы планеты с солнечным ветром в разных местах. Затем «Кассини»устремился к Сатурну, но прежде чем выйти на орбиту вокруг планеты, ему необходимо было пройти в промежуток между кольцами F и G. Уникальность этой операции заключалась в том, что она происходила без 24 вмешательства человека (радиосигнал от Сатурна до Земли идет полтора часа), все делал компьютер. За те несколько минут, в течение которых «Кассини» проходил через щель, его приборы успели зафиксировать удары более 100 тысяч пылевых частиц, что оказалось больше ожидаемого. Зонд передал ряд снимков, показывающих знаменитые кольца так близко, как никогда. На снимках нельзя увидеть отдельные частицы, составляющие кольца - они всё же слишком малы. Возможно, лишь самые крупные валуны размером с большой дом на самых крупномасштабных кадрах - едва-едва просматриваются. Но, в основном, кольца это мелкие камни (порядка метра), а самые мелкие - это буквально песчинки. 4. К Урану Ура́н — седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем при помощи телескопа. В 1986 году американский космический аппарат «Вояджер-2» передал на Землю снимки Урана с близкого расстояния. На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Однако в настоящее время наземными наблюдениями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 240 м/с. 20 августа 1977 года с космодрома космического центра им. Кеннеди был запущен космический аппарат «Вояджер-2». Первоначально станция стартовала к Юпитеру и Сатурну. Однако на рубеже 70-х и 80-х годов все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет»). Последний раз такое «собрание» проходило 180 лет назад. Использование гравитационного маневра сделало возможным дальнейший полет «Вояджера» - к Урану и Нептуну. Без такого маневра полет к Урану продолжался бы на 20 лет дольше, 30 лет вместо 9 - станция летела бы до сих пор. 25 После пролета мимо Сатурна под воздействием притяжения этой планеты «Вояджер-2» совершил пертурбационный маневр (разворот почти на 90°) и перешел на траекторию полета к Урану. В 1981 году вероятность выполнения научной программы у Урана оценивалась в 60-70%. Во время пролета системы Сатурна произошло заклинивание поворотной платформы аппарата. Для того, чтобы понять, в чем неисправность, в Лаборатории Реактивного Движения (JPL) были срочно изготовлены 86 (!) макетов силового привода платформы, на которых и провели всестороннее изучение нештатной ситуации. Удалось выяснить, что причиной заклинивания послужила большая нагрузка на платформу вблизи Сатурна, и неисправность можно устранить. Была разработана программа более аккуратного управления платформой. Как запасной вариант, было предусмотрено наведение приборов путем разворота всей станции с помощью двигателей микроориентации. В 1986 году в южном полушарии Урана стояло полярное лето. К Солнцу (и к подлетающему «Вояджеру-2») был обращен южный полюс планеты. Из-за большого наклонения спутниковой системы Урана по отношению к эклиптике было решено совершить пролет вблизи лишь одного спутника. В 1984 году этим спутником была выбрана Миранда. Было принято решение о минимальном расстоянии до Миранды в 29 тысяч километров. Рассматривался вариант и более тесного сближения - до 15 тысяч километров, но в этом случае система компенсации сдвига изображения телевизионных камер не могла бы предотвратить смазывания получаемых снимков. При пролете мимо Урана впервые для связи с «Вояждером-2» использовались новые 64-метровые антенны, установленные в США, Испании и Австралии. Из-за падения мощностей радиоизотопных батарей (до 400 Вт) приходилось ограничить научную программу и использовать приборы поочередно. В период с 4 ноября 1985 г. по 10 января 1986 г. станция вела обзорные наблюдения Урана с использованием телевизионных камер, которые регистрировали образования в атмосфере планеты и движение ее спутников. На снимках, полученных 30 декабря, был обнаружен новый спутник - Пак, размером около 170 км. Примерно в это же время было сфотографировано главное кольцо и 26 несколько других. По мере постепенного сближения с Ураном в течение января 1986 года были сфотографированы еще около десятка небольших внутренних спутников размером в несколько десятков километров. Кроме ранее известных 9 колец было открыто еще 2 слабых кольца - 1986 U1R и 1986 U2R. Дополнительно, установленный на аппарате фотополяриметр обнаружил по крайней мере еще несколько неполных колец, лежащих за пределами кольца Эпсилон. 5.К Нептуну Непту́н — восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом, «Вояджером-2», который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года. Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Астрономы иногда помещают Уран и Нептун в отдельную категорию «ледяных гигантов». Атмосфера Нептуна, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия, наряду со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит в себе более высокую пропорцию льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты. В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C. В центре Нептуна температура составляет по различным оценкам от 5400 °K до 7000—7100 °C., что сопоставимо с температурой на поверхности 27 Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году. В 1948 году в честь открытия планеты Нептун было предложено назвать новый химический элемент под номером 93. 6.К Плутону Плутон (134340 Pluto) — крупнейшая по размерам, наряду с Эридой, карликовая планета Солнечной системы и девятое/десятое по величине небесное тело, обращающееся вокруг Солнца. Первоначально Плутон классифицировался как планета, однако сейчас он считается одним из крупнейших объектов (возможно, самым крупным) в поясе Койпера. Интересно отметить, что New Horizons стал не только первым КА для исследования Плутона, но и первым земным аппаратом, получившим уже при отлете от Земли скорость, достаточную для ухода из Солнечной системы. Четыре другие межпланетные станции (Pioneer 10 и 11, Voyager 1 и 2) также приобрели отлетную скорость, но не у Земли, а после пролета Юпитера, а Pioneer 11 – только после встречи с Сатурном. Для New Horizons «окончательная» скорость составила около 12.3 км/с вместо 16.2 км/с вблизи Земли. Таким образом, станция (как и ступень Star 48B) вышла на гиперболическую орбиту относительно Солнца. Значительная задержка запуска сделала бы невозможным достижение требуемой скорости ухода с околоземной орбиты и повлекла бы большую задержку в прибытии к Плутону . При запуске до 2 февраля включительно сохранялась возможность гравитационного маневра у Юпитера; после этой даты аппарату пришлось бы лететь к Плутону напрямую. 28 2.3.Проблемы полетов и пути их решения Полеты в межпланетном пространстве возможны при наличии: 1. Соответствующей ракеты-носителя для старта с Земли. 2. Космических «такси» и соответствующих вспомогательных орбитальных летательных аппаратов. 3. Экологической системы (полузамкнутой), рассчитанной на длительный период времени. 4. Ряда эксплуатационных отсеков космического летательного аппарата, входящих в состав так называемого обитаемого отсека: укрытия от излучения, командного отсека с системой обнаружения неисправностей и технического обслуживания космического корабля, экологического отсека (содержащего вышеупомянутую экологическую систему) и других, таких, как ремонтный отсек («мастерская»), отсек обработки и передачи данных и генерирования электрической энергии. 5. Отсеков подготовки старта с орбиты, обеспечивающих стыковку, заправку топливом и проверку систем космического корабля во время подготовки его к старту; управление этими отсеками осуществляется из обитаемого отсека. 6. Возвращаемого отсека, предназначенного для входа в атмосферу Земли со скоростью не менее 12,8 км/сек, а возможно, и до 15,2 км/сек. 7. Отсеков силовых установок межпланетного корабля (называемого также гелиоцентрическим межорбитальным космическим кораблем - ГМКК). 8. Орбитальных топливозаправщиков, снабжающих отсеки силовых установок ГМКК топливом, что облегчает задачу выведения ГМКК на орбиту, и компенсирующих неизбежные потери топлива на орбите. 9. Космического аппарата для исследования планеты-цели, если программой полета предусмотрено такое исследование. 29 III. Заключение. Все множество вариантов исследования планет с помощью межпланетных летательных аппаратов можно разбить на три группы: 1) разведка и наблюдение с орбиты; 2) изучение планет с помощью автоматических зондов, отделяемых от пилотируемых космических кораблей, находящихся на орбите; 3) высадка на поверхность планеты. Варианты первой и второй групп можно осуществить как при пролете корабля мимо планеты, так и при полете с захватом корабля планетой. Варианты третьей группы можно выполнить только при полете с захватом корабля планетой. С точки зрения требований к полезному грузу, доставляемого к планете, самой простой является первая группа вариантов исследований с захватом корабля планетой, поскольку техника наблюдения и разведки планет была высоко развита уже в конце 60-х годов на примере исследования Земли. Сложнее удовлетворить эти требования в условиях полета с пролетом мимо планеты, так как информация о таких полетах значительно беднее. То же самое можно сказать и относительно второй группы вариантов исследований. И в этом случае было бы легче удовлетворить поставленные требования в условиях полета с захватом корабля планетой, используя накопленный опыт исследования поверхности Луны с помощью автоматических зондов, спускаемых с лунной орбиты. Высадка на поверхность планеты относится к наиболее трудно выполнимым задачам. Ниже перечислены некоторые основные требования к составу полезного груза, доставляемого к планете-цели для выполнения широкого спектра задач от полетов пролетного типа до перспективных полетов с высадкой на планету. 1. Оборудование для оптической и радиолокационной разведки во время полета с пролетом или захватом корабля планетой. 2. Устройство для сбора, сжатия и хранения данных в условиях полета с высадкой на поверхность и (или) полета с захватом корабля планетой, когда количество данных (особенно результатов оптических измерений) будет чрезвычайно большим 30 (от 1012 до 1014 бит за 20 - 30 суток). Для полета с пролетом мимо планеты требования к хранению данных будут, очевидно, значительно менее жесткими. 3. Средства для защиты экипажа корабля от воздействия внеземных форм жизни (в условиях полета с высадкой на поверхность планеты). 4. Защитные убежища. 5. Объемные элементы. IV. Список литературы. 31 32 Приложение №1. Выбор профиля полетов к планетам Солнечной системы План Промежуточный маневр ета Полет от Земли к планете Возвращение от планеты к Земле цель пол полет с пролетом или пол полет полет с пролетом или ет захватом ет с захватом без Вен Юп Сат Ур Неп без манев Вен Юп Сат Ур Неп ман ера итер урн ан тун ман - ром ера итер урн ан тун евев- торра ра може ния в периг елии Мерк * * * * урий Вене * * ра Марс * * * * * Юпит * *1) *1) * ер Сатур * * * * * н Уран * * * * * * * Непт * * * * * * * * * ун Плут * * * * * * * * * * * он 33 Приложение№2 На фиг.29 представлен общий обзор трех основных программ пилотируемых космических полетов и программы исследования дальнего космоса автоматическими зондами с разделением каждой программы на отдельные этапы. Фиг.29. Эволюция космических полетов к 2001 г. Общий обзор. 1 - пилотируемые орбитальные космические корабли и первые орбитальные лаборатории; 2 постоянно действующие орбитальные исследовательские лаборатории и орбитальные эксплуатационные комплексы; 3 - лаборатории для исследований и других целей; 4 - орбитальные изоляторы, производственные комплексы и универсальные центры на 24-часовой орбите; 5 орбитальные операции и работы на поверхности Луны на основе проекта "Аполлон", включая создание временной базы; 6 - постоянно действующие стационарные и передвижные лунные научные станции; 7 - использование лунных ресурсов для создания межпланетного космического порта; 8 - программа "Маринер"; 9 - программа "Вояджер"; 10 полеты перспективных планетных зондов (ППЗ); 11 - полеты к астероидам и пролеты через кометы; 12 - полеты аппаратов "Вояджер" к внешним планетам солнечной системы; 13 - полеты зондов в трансплутоновое и межзвездное пространства; 14 - гелиоцентрические экспедиционные полеты; 15 исследовательские полеты к Венере и Марсу; 16 - применение импульсных ЯРД; 17 - применение термоядерных двигателей. 34 Приложение №3. Двигательные системы для гелионавтических полетов в 1990 г. и позже Двигатель Удельная Ускорение силы Рабочее тяга, сек тяжести, g тело Твердофазный ЯРД (замедлитель 750-850 >< 1 Водород — графит или вода) Твердофазный ЯРД (металл или 850-1000 >< 1 « карбид металла, без замедлителя) ЯРД с псевдоожиженной 1000-1100 0,1 – 1 « активной зоной ЯРД с жидкой активной зоной 1100-1200 10–4 — 10 –3 « Газофазный ЯРД 1700-2500 >< 1 « Импульсный РД с ядерными От 2500 >< 1 Металл зарядами до > 5000 Импульсный РД с От 5000 >< 1 « термоядерными зарядами до > 10 000 Термоядерный РД От 10000 10 –4 — 10 –3 Дейтерий, до > гелий-3 100 000 Электростатический РД с От 5000 ~ 10 –4 Цезий, ядерным реактором до > 3 0 ртуть 000 Приложение 4. 35 Конвой межпланетных космических кораблей, прикрепленных к астероиду для прикрытия во время прохождения через участок пояса астероидов. Конвой кораблей с импульсным ЯРД (1988 г.) на подходе к Венере. На переднем плане виден межорбитальный корабль с импульсным ЯРД. На заднем плане показан спускающийся к облачному покрову Венеры экспедиционный космический летательный аппарат с импульсным ЯРД. Внизу слева виден открытый маленький спутник Венеры Купидон-1. Пассажирский корабль с термоядерным двигателем над полуночным районом Меркурия(1988 г.). Корабль выполняет маневр в гравитационном поле планеты для последующего спуска и посадки тороидального отсека, расположенного в передней части корабля и представляющего собой станцию для исследования Солнца. Экипаж станции состоит из шести ученых и шести инженеров и будет находиться на поверхности планеты в течение 9 мес. 36 Высадка исследователей на VII спутник Юпитера (1997 г.). 37