История освоения космоса

История освоения космоса

Во второй половине XXв. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР.

Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.

Когда человек стал задумываться о космосе?

Мысли о полетах всегда будоражили человека. Он, еще в звериной шкуре, сидел на холодной земле и глядел в звездные дали. Либо выл на луну. Что творилось в голове доисторического  человека? Казалось ли ему интересным, что твориться над ним? Или  бездна космоса привлекала его своей  красотой и загадочностью?

Ученые временами находят интересные наскальные рисунки. На них изображены люди, находящиеся в каких-то объектах в форме электрических лампочек, испускающих лучи. "Лампочки" установлены  на платформе, которые поддерживают люди, как бы вырастающие из спины  неведомого животного. Вокруг - фигуры других людей, похоже приносящих человеку в аппарате дары. Не является ли эта  «лампочка» космическим кораблем? Ведь возможно, что к нашим предкам  наведывались инопланетные гости.

Некоторые ученые даже считают, что  и у наших предков были летательные  аппараты! Множество глаз рассматривало  древние крылатые фигурки, выставленные в Музее золота при государственном  банке Колумбии. Они не раз экспонировались  на передвижных выставках «Сокровища Колумбии», проводившихся в разных странах мира. Но только в 1969 году американский ювелир Эмануэль Стауб обратил внимание на то, что одна из крылатых фигурок, копией которой он располагал, слишком уж похожа на самолет! Ювелир переслал копию своему другу, известному зоологу Айвену Сандерсону. Ученому сразу стало ясно, что фигурка, названная в выставочном каталоге «зооморфной», в действительности не имеет прототипов среди животных. В то же время несколько авиационных экспертов, с которыми консультировался Сандерсон, признали в находке модель летательного аппарата! А возраст ее составлял более тысячи лет...

Идеи  Леонардо да Винчи

Леонардо да Винчи интересовали проблемы полета. В Милане он делал  много рисунков и изучал летательный  механизм птиц разных пород и летучих  мышей. Кроме наблюдений он проводил и опыты, но они все были неудачными. Леонардо очень хотел построить  летательный аппарат. Он говорил: «Кто знает все, тот может все. Только бы узнать — и крылья будут!» Сначала Леонардо разрабатывал проблему полета при помощи крыльев, приводимые в движение мышечной силой человека: идея простейшего аппарата Дедала и Икара. Но затем он дошел до мысли о постройке такого аппарата, к которому человек не должен быть прикреплен, а должен сохранять полную свободу, чтобы управлять им; приводить же в движение аппарат должен своей собственной силой. Это в сущности идея аэроплана. Для того чтобы успешно практически построить и использовать аппарат, Леонардо не хватило только одного: идеи мотора, обладающего достаточной силой. До всего остального он дошел. Леонардо да Винчи работал над аппаратом вертикального взлета и посадки. На вертикальном «ornitottero» Леонардо планировал разместить систему втяжных лестниц. Примером ему послужила природа: «посмотри на каменного стрижа, который сел на землю и не может взлететь из-за своих коротких ног; а когда он в полете, вытащи лестницу, как показано на втором изображении сверху… так надо взлетать с плоскости; эти лестницы служат ногами…». Что касается приземления, он писал: «Эти крючки (вогнутые клинья — см. детали справа), которые прикреплены к основанию лестниц, служат тем же целям, что и кончики пальцев ног человека, который на них прыгает и все его тело не сотрясается при этом, как если бы он прыгал на каблуках».

С чего всё начиналось?

Возможность полета всегда волновала  человека. Наблюдение за птицами вызывало естественное желание подняться  в воздух с помощью искусственных  крыльев. Махолеты вплоть до начала XIX века были наиболее распространенным типом проектов летательных аппаратов тяжелее воздуха. Несмотря на давнюю повсеместную известность воздушного змея, идея подъема в воздух при помощи поступательно движущегося крыла почему-то не была популярной среди исследователей. «Змеи» и первые ракеты использовались преимущественно для увеселения, а в качестве пилотируемых летательных аппаратов, как правило, не рассматривались. Зато способность вращающегося винта проникать в воздушную среду казалась энтузиастам полета не менее естественной, чем взмахи птичьих крыльев. Так, в Средние века идея использования для полетов вращающийся винт уже была популярной.

Несущий винт, как источник подъемной  силы, не имеет прямых аналогов в  природе. Отдаленное сходство с вертолетами  можно усмотреть разве что  в способности летать у птиц колибри  и некоторых видов насекомых. Немного напоминают несущий винт семена-крылатки клена и ясеня, которые  иногда оказываются довольно далеко от родного дерева. Старейший же искусственный предшественник вертолета  — бумеранг, предположительно был  изобретен австралийскими аборигенами  около 10 тысяч лет назад. Однако было бы слишком смело предполагать, что  колибри, семя-крылатка или бумеранг послужили прототипами несущего винта. Скорее всего, для «вертолетостроителей» античности и раннего Средневековья прототипами послужили другие разновидности винтов и лопаточных машин: водоподъемная спираль и ветряная мельница. А понимание лопасти винта именно как движущегося по кругу крыла пришло к пионерам полета только в результате настоящих инженерных экспериментов в оборудованных лабораториях.

Прообраз несущего винта появился столь же рано, как и лопаточные машины других типов. Правда, в отличие  от них несущий винт не получил  практического применения и использовался  только в качестве игрушки. Существует предположение, что широко распространенная игрушка «летающая палочка» (или  «воздушный волчок»), представляющая собой  маленький винт, ось которого раскручивают руками или обмотанной вокруг нее  веревкой, а затем отпускают, была известна в Китае еще в самом  начале нашей эры. В Европе «воздушные волчки» активно закрутились  в XIV—XV веках.

Эксперименты  с моделями вертолётов

В XVII веке с моделями вертолетов экспериментировали знаменитые физики Роберт Гук (автор  закона об упругой деформации) и  Христиан Гюйгенс. В следующем столетии на них обратил внимание наш знаменитый соотечественник Михаил Ломоносов. Построенная им в 1754 году «аэродромическая машина» уже не была моделью-игрушкой, а представляла собой самый настоящий малоразмерный вертолет, имела фюзеляж с помещением. Недостаточная мощность двигателя (в качестве такового использовалась часовая пружина) помешала машине подняться в воздух. Тем не менее великий ученый сделал на основе опытов правильные выводы о том, что необходимо сделать для создания летающего вертолета: во-первых, увеличить подъемную силу несущих винтов, во-вторых, повысить мощность силовой установки и, в-третьих, уменьшить вес конструкции.

Идея вертолета как способ воплощения человеческой мечты о полете привлекала, естественно, не только ученых, но и  энтузиастов-любителей. Побаловавшись  с моделями, они устремлялись строить  вертолет в натуральную величину, другого источника энергии, кроме  своих мышц, испытатели найти не могли: исступленно крутили педали и… пополняли списки неудачников. В  частности, в 1782 году не удалось подняться  в воздух парижскому художнику и  артисту Жану Бланшару, известному воздухоплавателю, равно как и многим, последовавшим за ним мечтателям. Сегодня мы уже точно знаем, что человеческих сил, увы, недостаточно для отрыва от земли вертолета-мускулолета.

Победа  над воздухом

Ситуация кардинально изменилась, когда в конце XVIII века, 21 ноября 1783 года, в Париже на заполненном горячим  воздухом воздушном шаре братьев  Монгольфье поднялись в воздух первые аэронавты. Вскоре полеты на воздушных  шарах начались и в других странах. Наступило время всеобщего увлечения  воздухоплаванием, получившее саркастическое наименование «баллономании». «Победа над воздухом» с помощью аэростата привлекла внимание и к разработке летательных аппаратов тяжелее воздуха.

Аэростаты стали применяться для  увеселительных, спортивных и научных  целей, а также в вооруженных  силах для наблюдения за противником  и передачи сигналов. Тогда же зародилась идея оснастить аэростат движителем и применить его для дальней  разведки и бомбометания. Аппараты легче воздуха опробовали в военном  деле и испытали на них некоторые  конструкции, нашедшие впоследствии применение на вертолетах. Голландец Ван Гекк на воздушном шаре опробовал несущие винты в качестве средства увеличения подъемной силы.

Через полгода после полета аэростата  братьев Монгольфье Французская  академия наук официально признала вертолет возможным средством осуществления  полета. В истории винтокрылых  летательных аппаратов начался  новый этап, который принято именовать  в литературе «героическим». Он характеризуется  признанием и распространением идеи полета посредством несущего винта, постройкой летающих моделей и разработкой  многочисленных проектов и первыми  попытками построить вертолет в  натуральную величину.

Проекты применения реактивного принципа полёта

Особое место среди русских  проектов применения реактивного принципа полёта занимает проект Н. И. Кибальчича, известного русского революционера, оставившего несмотря на короткую жизнь(1853-1881), глубокий след в истории науки и техники. Имея обширные и глубокие знания по математике, физике и особенно химии, Кибальчич изготовлял самодельные снаряды и мины для народовольцев. «Проект воздухоплавательного прибора» был результатом длительной исследовательской работы Кибальчича над взрывчатыми веществами. Он, по существу, впервые предложил не ракетный двигатель, приспособленный к какому-либо существовавшему летательном аппарату, как это делали другие изобретатели, а совершенно новый(ракетодинамический) аппарат, прообраз современных пилотируемых космических средств, у которых тяга ракетных двигателей служит для непосредственного создания подъемной силы, поддерживающей аппарат в полёте. Летательный аппарат Кибальчича должен был функционировать по принципу ракеты!

Но т.к. Кибальчича посадили в тюрьму за покушение на Царя Александра II, то проект его летательного аппарата был обнаружен только в 1917 году в архиве департамента полиции.

Итак, к концу прошлого века идея применения для полётов реактивных приборов получила в России большие  масштабы. И первым кто решил продолжить исследования был наш великий соотечественник Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935). Реактивным принципом движения он начал интересоваться очень рано. Уже в 1883 г. он дал описание корабля с реактивным двигателем. Уже в 1903 году Циолковский впервые в мире дал возможность конструировать схему жидкостной ракеты. Идеи Циолковского получили всеобщее признание ещё в 1920-е годы. И блестящий продолжатель его дела С. П. Королёв за месяц до запуска первого искусственного спутника Земли говорил что идеи и труды Константина Эдуардовича будут всё больше и больше привлекать к себе внимание по мере развития ракетной техники, в чём оказался абсолютно прав!

Время теоретиков

Идея использования ракет для  космических полетов была выдвинута  в начале 20 века русским ученым, изобретателем  и учителем Константином Эдуардовичем Циолковским. Циолковский разработал теорию движения ракет, вывел формулу  для расчета их скорости, был первым, кто предложил использовать многоступенчатые ракеты.

Естественно, мысль обращается к  звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к  другим планетам нашей солнечной  системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей. Недаром, хотя и  несколько преждевременно, американцы назвали своих космонавтов астронавтами, то есть звездоплавателями.

Это рождало мысли о звездных кораблях, и поэтому возникло само название - «космический корабль». Создатели, назвали его космолетом. Начальство не приняло это название. Сейчас уж и не помнят, когда и кто из создателей предложил назвать будущую машину кораблем.

Долгое время в СССР всякая информация о ракетах, спутниках и людях, причастных к этой технике, была секретной. Но теперь известно, что первый искусственный  спутник Земли был разработан в подмосковном посёлке Болшеве (сейчас это наукоград Королёв). Для реализации задачи создания ядерного оружия и средств его доставки 13 мая 1946 года Совет Министров СССР принял постановление о развёртывании масштабной работы по развитию отечественного ракетостроения. В соответствии с этим постановлением в Болшеве на территории бывшего инженерного училища формируется Научно-исследовательский артиллерийский институт реактивного вооружения № 4.

Начальником института был назначен генерал А. И. Нестеренко, его заместителем по специальности «Жидкостные баллистические ракеты» — полковник М. К. Тихонравов, соратник С. П. Королёва по ГИРДу и РНИИ. Михаил Клавдиевич Тихонравов был известен как создатель первой жидкостной ракеты, стартовавшей в Нахабино 17 августа 1933 года. Он же в 1945 году возглавил проект подъёма двух космонавтов на высоту 200 километров с помощью ракеты типа «Фау-2» и управляемой ракетной кабины. Проект был поддержан Академией наук и одобрен Сталиным. Однако в трудные послевоенные годы руководству военной отрасли было не до космических проектов, которые воспринимались как фантастика, мешающая выполнению главной задачи по созданию «дальнобойных ракет».

                                                        Начало космической эры 

И так через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г. бывший СССР  произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.

6 декабря 1957 г. в США была  предпринята попытка запустить  спутник «Авангард-1» с помощью  ракеты-носителя, разработанной Исследовательской  лабораторией ВМФ .После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились и ракета упала на стол, взорвавшись от удара.

31 января 1958 г. был выведен на  орбиту спутник «Эксплорер-1»,  американский ответ на запуск  советских спутников. По размерам  и массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длинной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг.

Однако его полезный груз был  присоеденен к четвертой, последней ступени ракеты-носителя «Юнона-1». Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера-Мюллера для регистрации проникающих космических лучей.

Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Земля радиационных поясов. Счетчик  Гейгера-Мюллера прекратил счет, когда аппарат находился в  апогее на высоте 2530 км, высота перигея  составляла 360 км.

5 февраля 1958 г. в США была  предпринята вторая попытка запустить  спутник «Авангард-1», но она  также закончилась аварией, как  и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен  на орбиту. В период с декабря  1957 г. по сентябрь 1959 г. было  предпринято одиннадцать попыток  вывести на орбиту «Авангард-1»  только три из них были успешными.