Практическое применение космонавтики
Реферат
по астрономии
на тему:
Практическое
применение космонавтики
Космически исследования Сатурна
В 1979 - 1981 г. г. космические аппараты "Пионер - 11", "Вояджер Ц 1" и "Вояджер - 2" прошли близ Сатурна. далось исследовать планету, ее кольца и спутники с расстояния 1 раз более близких, чем при наблюдении с Земли.
С Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, неяркое полупрозрачное кольцо С, которое иногда называется креповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60 тыс. км. они имеют толщину менее 3 км. Спектроскопически было становлено, что кольца вращаются не так, как твердое тело, - с расстоянием от Сатурна скорость бывает. Более того, каждая точка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.
Характерная особенность строения колец - темные кольцевые промежутки (деления), где вещества очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В от кольца А и называется "делением Кассини" в честь астронома, впервые видевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных словиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у крупного ближайшего спутника Сатурна - Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и, в конце концов, выбрасывает их оттуда.
Бортовые камеры "Вояджеров" показали, что с близкого расстояния кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: они как бы расслоены на тысячи отдельных зких колечек с темными прогалинами между ними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращения спутников Сатурна же невозможно.
Помимо колец А, В и С "Вояджеры" обнаружили еще четыре: D, E, F и G. Все они очень разрежены и потому неярки. Кольца D и Е с трудом видны с Земли при особо благоприятных словиях; кольца F и G обнаружены впервые.
Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их даления от Сатурна, то мы получим ряд: D, C, B, A, F, G, E.
"Вояджерам" далось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых запечатлена картина атмосферной циркуляции. Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров. "Вояджер - 1" приблизившись к Сатурну, обнаружил радиоизлучение. Кроме того, было открыто окутывающие кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода. "Вояджерами" наблюдалась линиями Лайсан-альфа в льтрафиолетовой части спектра.
Исследуя кольца, "Вояджеры" обнаружили неожиданным эффект многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов - своего рода молнии. Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними.
МЕЖДУНАРОДНА КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
Международная космическая станция (МКС) - крупнейший научно-технический проект современности. В нем частвуют США, Россия, Европейское космическое агентство (членами которого являются 14 стран), Япония и Канада.
Хотя Россия подключилась к этому проекту позже других частников, но ее роль сразу же стала одной из ведущих. Ведь только российская космонавтика обладает опытом более чем 30-летней эксплуатации орбитальных станций. Только в России практически решена проблема длительных пилотируемых полетов, в том числе и ее медико-биологические аспекты, что позволяет космонавтам без щерба для здоровья переносить многомесячное воздействие невесомости. И к тому же только Россия имеет в своем распоряжении действующую постоянно обитаемую орбитальную станцию "Мир", на которой можно в реальных словиях осуществлять практическую подготовку космонавтов к будущей работе на МКС.
Основные направления использования МКС на качественно новом ровне продолжат работы, проводимые на станции "Мир", и включат в себя фундаментальные медико-биологические исследования, производство высокотехнологичных материалов и биопрепаратов, изучение поведения организма человека в словиях длительного космического полета, фундаментальные исследования микрогравитации, астрофизические исследования, изучение атмосферы и.поверхности Земли в интересах фундаментальных наук и прикладных целей, строительство в космосе крупных сооружений для различных исследований и межпланетных перелетов.
После завершения полной сборки масса МКС превысит 400 тонн, объем ее герметичных отсеков составит более 1100 м3. Длительность эксплуатации МКС предполагается не менее десяти лет. При этом на станции будет постоянно находиться экипаж в количестве семи человек (из них три места выделено для России).
На этапе создания экипаж МКС будет состоять из трех человек, В ноябре 1997 года РКА и ПАСА определили первые четыре экипажа для многомесячных экспедиций на МКС.
В экипаж первой экспедиции вошли: капитан 1-го ранга ВМС США ильям Шепперд (командир МКС и космонавт-исследователь корабля "Союз"), полковник ВВС России Юрий Гидзенко (командир корабля "Союз" и пилот МКС) и Сергей Крикалев (бортинженер корабля "Союз" и МКС).
Первый; экипаж отправится на МКС на российском корабле "Союз", его смена (второй экипаж) прибудет туда; на американском корабле: "Спейс - Шаттл".
В составе экипажа второй экспедиции российский космонавт Юрий сачев (командир), полковник сухопутных войск США Джеймс Восс и подполковник ВВС США Сьюзан Хелмс.
Экипаж третьей экспедиции, как и первой, прибудет на МКС на корабле "Союз". В составе этого экипажа капитан первого ранга ВМС США Кеннет Бауэрсокс, полковник ВВС России Владимир Дежуров и еще один российский космонавт Михаил Тюрин (единственный из всех членов экипажей, еще не летавший в космас).
В экипаже четвертой экспедиции полковник ВВС России Юрий Онофриенко, подполковник ВМС США Карл олз и капитан первого ранга ВМС США Дэниел Берш. Этот экипаж, как и второй, будет доставлен на МКС на корабле "Спейс - Шаттл", возратится на Землю на корабле "Союз".
Таким образом, колличество российских космонавтов и американских астронавтов в экипажах первых четырех основных экспедиций поделено поравну. При подготовке к палетам дублером первого экипажа является третий экипаж, дублером второго - четвертый.
Совместные полеты как первый этап создания международной станции./h3>
17 июня 1992 года между Россией и США было заключено соглашение о сотрудничестве в исследовании космического пространства в мирных целях. В соответствии с этим соглашением РКА и НАСА разработали совместную программу "Мир - Шаттл", состоящую из трех взаимосвязанныха проектов: полетов российских космонавтов на американском корабле "Спейс - Шаттл", полета американских астронавтов на российской космической станции "Мир" и совместного полета, включающего сближения и стыковку корабля "Спейс - Шаттл" со станцией "Мир". Исполнительное соглашение между РКА и НАСА о сотрудничестве в области пилотируемых полетов было подписанно 5 октября 1992 года.
Рассмотрение дальнейших направлений возможного сотрудничества привело к перспективам объединения национальных программ по созданию н6овых орбитальных станций ("Мир - 2" в России и "Фридом" в США). В соответствии с решениями российско-американской комиссии по энергетике и космосу от 2 сентября 1993 года специалисты обеих стран подготовили детальный план работ по Международной космической станции (МКС), определив ее общую конфигурацию, объемы и формы работ. Этот план был подписан: 1 ноября 1993 года в Москве руководителями РКА и НАСА.
План, по существу, является долгосрочной совместной российско-американской программой пилотируемых космических полетов и состоит из трех этапов (трех фаз). Первый этап предусматривал совместные полеты российских космонавтов и американских астронавтов на кораблях "Спейс - Шаттл" и станции "Мир". Второй этап - это начало создания принципиально новой космической станции на основе российского и американского оборудования. В ходе третьего этапа строительство МКС должно быть полностью завершено.
Ранее разработанная программа "Мир - Шаттл" стала составной частью первого этапа (фаза А). В соответствии с этой программой выполнены два полета российских космонавтов на американском корабле "Дискавери" (во втором полете осуществлялось сближение со станцией "Мир" до 11 метров), .длительный полет американского астронавта на российской станции "Мир" в составе экипажа основной экспедиции, стыковка американского корабля "Атлантис" со станцией "Мир" и смена экипажа основной экспедиции на российской орбитальной станции.
Продолжением программы "Мир - Шаттл" стала программа "Мир - НАСА" (фаза 1 Б ). Ее основными задачами были:
проведение научных исследований и экспериментов, испытание нового оборудования и технологий, отранботка элементов перспективных систем для МКС;
отработка взаимодействия российских и американских средств и служб правления, также взаимодействия международных экипажей.
По этой программе совершено шесть полетов корабля "Атлантис" и по одному полету кораблей "Индевор" и "Дискавери " к станции "Мир". В первом из них на станцию был доставлен созданный в России стыковочный отсек, обеспечивающий стыковку американских кораблей с российской станцией без изменения ее конфигурации. С 24 марта 1996 года по 8 июня 1998 года на станции "Мир", сменяя друг друга, постоянно находились американские, астронавты. Их доставка на станцию и возвращение на Землю обеспечивались кораблями "Спейс - Шаттл".
Всего в ходе фазы 1 (по программам "Мир - Шаттл" и "Мир - НАСА") на американских кораблях совершили полеты 9 российских космонавтов: Сергей Крикалев, Владимир Титов (дважды), Анатолий Соловьев, Николай Бударин; Владимир Дежуров, Геннадий Стрекалов, Елена Кондакова, Салижан Шарипов и Валерий Рюмин. На станции "Мир" побывало 44 американские астронавта, в том числе трижды - Чарлз Прекорт, дважды - Терренс илкатт и энди Лоренс. Длительные (многомесячные) полеты в составе экипажей основных экспедиций совершили 7 американских астронавтов: Норман Тагард, Шеннон Люсид, Джон Блаха, Джерри Линенджер, Майкл Фоэл, Дэвид Вулф и Эндрю Томас. Их суммарное время пребывания на российской станции (от стыковки до расстыковки) - 942 суток 06 часов 15 минут.
Таким образом, станция "Мир" стала основным испытательным полигоном для проверки технических решений и технологий при создании элементов МКС, отработки организации и взаимодействия средств и служб правления разных стран, апробирования методик медико-биологического обеспечения длительных полетов международных экипажей.
ФункциональноЦгрузовой блок "Заря"
Функционально-грузовой блок (ФГБ) "Заря" является первым элементом Международной космической станции. Он разработан и изготовлен ГКНПЦ имени М. В. Хруничева (г. Москва, Россия) в соответствии с контрактом, заключенным с генеральным субподрядчиком по проекту МКС - компании "Боинг" (г. Хьюстон, штат Техас, США) с этого модуля начинается сборка МКС на около земной орбите. На начальной стадии сборки ФГБ обеспечивает правление полетом связки модулей, электропитания, связь, прием, хранение и перекачку топлива.
Основные технические характеристики
Масса на орбите 20040 кг.
Длина по корпусу 12990 мм.
Максимальный диаметр 4100 мм.
Объем герметичных отсеков 71, 5 м3.
Размах солнечных батарей 24400 мм.
Площадь фотоэлектрических элементов 28 м2.
Гарантированные среднесуточная мощность электроснабжения напряжением 28 В3 кВт.
Мощность электроснабжения американского сегментадо 2 кВт.
Масса заправляемого топлива 3800 кг.
Ракета-носитель "Протон":
Параметры орбиты выведения:
Высота в перегеи180 км;
Высота в апогеи 340 км;
Период обращения 89,6 мин;
Наклонение 51,6 град;
Высота орбиты сборки 385км;
Высота рабочей орбиты 350-500 км;
Длительность функционирования 15 лет.
Компоновка
Компоновка ФГБ включает в себя приборно-грузовой отсек (ПГО) и герметичный адаптер (ГА), предназначенный для размещения бортовых систем, обеспечивающих механическую стыковку с другими модулями МКС и прибывающими на МКС кораблями. ГА отделен от ПГО герметичной сферической переборкой, в которой имеется люк диаметром 800 мм. На внешней поверхности ГА имеется специальный зел для механического захвата ФГБ манипулятором корабля "Шаттл". Герметичный объем ПГО составляет 64,5 м3., ГА - 7.0 м3.. Внутреннее пространство ПГО и ГА разделено на две зоны: приборную и жилую. В приборной зоне размещены блоки бортовых систем. Жилая зона предназначена для работы экипажа. В ней находятся элементы систем контроля и управления бортовым комплексом, также аварийного оповещения и предупреждения Приборная зона отделена от жилой зоны панелями интерьера. ПГО функционально разделен на три отсека: ПГО-2 - это коническая секция ФГБ, ПГО-3 - примыкающая к ГА цилиндрическая секция, ПГО- 1 - цилиндрическая секция между ПГО-2 и ПГО-3.
Стыковочные агрегаты
ФГБ оснащен тремя стыковочными агрегатами. Активный гибридный стыковочный агрегат становлен на переднем торцевом шпангоуте ПГО и используется для стыковки со служебным модулем. На заднем торцевом шпангоуте ГА имеется пассивный андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС), предназначенный для стыковки с герметичным американским адаптером РМА - 1, через который ФГБ будет соединен с модулем Node - 1 "Единство" (Unity).
На ГА находится также пассивный стыковочный агрегат типа "конус". Он становлен перпендикулярно продольной оси ФГБ и предназначен для стыковки с пилотируемыми и грузовыми кораблями и со стыковочно-складским модулем MCC-1/DSM-1.
Система энергоснабжения
Система энергоснабжения (СЭС) ФГБ предназначена для обеспечения 'электропитанием постоянного тока всех потребителей данного модуля и модулей американскою сегмента на начальном этапе сборки МКС, на более поздних этапах - для приема части электрической энергии от американского сегмента и служебного модуля и передачи ее на российский сегмент.
Первичным источником энергии на ФГБ являются солнечные батареи (СБ). В состав СБ входят две панели. Площадь фотоэлектрических преобразователей на каждой из них составляет 28 кв.м (7 м в длину и 4 м в ширину). Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон прозрачным покрытием из стекла и лицевой поверхностью обращены в одну сторону. 90% солнечной энергии лавливается поверхностью батарей, обранщенной к Солнцу, и 10% энергии лавливается обратной стороной, что дает возможность использовать солннечный свет, отраженный от Земли.
Механизм раскрытия СБ позволяет производить их складывание и повторное раскрытие. В случае отказа электропривода панели СБ могут быть раскрыты или сложены вручную экипажем во время выхода в открытый космос.
Системы служебного борта и станционного борта
Функционально бортовые системы ФГБ разделяются на системы служебного борта и системы станционного борта.
Системы служебного борта обеспечивают работу ФГБ во время выведения его на орбиту, автономного полета и частично, когда он находится в связке с другими модулями МКС. В состав систем служебного борта входят:
Хсистема правления (СУ);
Хдвигательная становка (ДУ);
Хсистема подачи: и перекачки топлива (СпиПТ);
Хсистема правления бортовым комплексом (СУБК);
Хсистема внутреннего освещения (СВО);
Хкомандно-измерительная система (КИС) "Компарус ";
Х радиотелеметрическая система БР-ЦУ- 8;
Храдиотелеметрическая система "Сириус-4";
Хсистема электроснабжения (СЭС);
Хсистема ориентации солнечных батарей (СОСБ);
Хсистема обеспечения теплового режима (СОТР);
Хсистема пожарообнаружения и пожаротушения (ПоПТ);
Системы станционного борта предназначены для обеспечения работы ФГБ в составе МКС. В состав станцинонного борта входят:
Хсистема стыковки (СС);
Хсистема интеграции и сопряжения (СИС);
Хсистема обеспечения газового состава (СОГС);
Хсистема телевидения (СТ);
Хсистема телефонной связи (СТС),
Хаппаратура сбора сообщений (АСС);
Хбортовая вычислительная система (ВВС);
Хоборудование телеоператорного режима управления (ТОРУ) сближением и причаливанием;
Хпассивная радиотехническая система сближения и стыковки "Курс-П".
Схема полета
ФГБ "Заря" выводится на эллиптическую орбиту ракетой носителем "Протон". Минимальная высота этой орбиты составляет около 180 км, максимальная аоколо 340 км. После отделения от последней ступени ракеты-носителя на ФГБ раскрываются антенны систем "Курс" и "Компарус" и панели СБ, переводятся в рабочий режим соответствующие бортовые системы.
Управление полетом ФГБ осуществляется из российского Центра правления полетами - ЦУП-М (г. Королев Московской обл.). Причем передача команд возможна как через наземные станции слежения, расположенные на территории России, так и через американский Центр правления полетом - ЦУП-Х (г. Хьюстон, штат Техас), также через спутники-ретрансляторы.
Во вторые сутки полета ФГБ проводится тестовое включение одного из двух двигателей большой тяги - ДКС. После теста с помощью этого двигателя дается импульс на повышение перигея орбиты до 250 км. На четвертые и пятые сутки включением все того же двигателя формируется круговая орбита высотой около 385 км -так называемая орбита сборки, на которой ФГБ будет ожидать прилета корабля "Спейс - Шаттл" STS-88 с модулем Node-1 "Единство" (Unity).
Полет STS-88 предстоит совершить кораблю "Индевор" (Endeavour).
На третий день после старта "Индевор" подходит к ФГБ и захватывает его своим манипулятором. Для этого на герметичном адаптере (ГА) ФГБ имеется специальный узел. После механического захвата с помощью манипулятора ФГБ состыковывается с герметичным американским адаптером РМА- 1, который соединен с модулем Node-1. На следующий день двое, астронавтов выходят в открытый космос для стыковки электроразъемов между ФГБ и РМА-1.
В последующие двое суток производится наддув РМА-1, выравнивание давления в ГА и РМА-1, контроль герметичности стыка между ГА и РМА-1, контроль параметров атмосферы в ФГБ. Затем начинается подготовка к входу экипажа "Индевора" в ФГБ. Выравнивается давление в ГА и в приборно-агрегатном отсеке (ПГО) ФГБ. Астронавты входят сначала в ГА, затем открывают люк в ПГО и переходят туда. Предусматривается проведение телевизионной передачи из ФГБ во время нахождения там экипажа. В тот же день экипаж возвращается в свой корабль, герметично закрыв за собой люки.
Еще примерно сутки продолжается полет первых модулей МКС в связке с кораблем "Индевор", Затем корабль отстыковывается и, совершив облет, возвращается на Землю. МКС в составе ФГБ и Node-1 будет продолжать автономный полет. Ее следующим элементом должен стать служебный модуль, после прихода, которого на МКС же может постоянно находиться экипаж.
Экипаж корабля "Индевор" STS-88/
Для своего первого полета по программе МКС НАСА выделило корабль "Индевор" (Endeavour). Этот полет получил наименование "STS-88".
В экипаж корабля "Индевор" STS-88 включены пять американских астронавтов и один российский космонавт. Командир корабля - Роберт Кабана, пилот - Фредерик Стеркоу, специалисты полета - Нэнси Керри, Джерри Росс, Джеймс Ньюман и Сергей Крикалев (Россия).
Роберт Кабана (Robert Cabana), полковник морской пехоты США, астронавт НАСА. Родился 23 января 1949 года. За время военной службы и работы летчиком-испытателем освоил 33 различных типа самолетов, налетал свыше 5 часов. В отряде астронавтов с 1985 года. Совершил три космических полета обшей продолжительностью более 353 часов. Дважды был пилотом (STS-41 в 1990 году и STS-53 в 1992 году) и один раз командиром (STS-65 в 1994 году).
Фредерик Стеркоу (Frederick Sturckow), майор морской пехоты США, астронавт НАСА, Родился 11 августа 1961 года, К качестве летчика-истребителя частвовал в операции "Буря в пустыне" в Ираке в 1990 году, совершил 41 боевой вылет. За время военной службы и работы летчиком-испытателем освоил более 40 различных типов самолетов, налетал свыше 2500 часов. В отряде астронавтов с 1994 года.
Нэнси Керри (Nancy С urrie), майор сухопутных войск США, астронавт НАСА. Родилась 29 декабря 1958 года. В отряде астронавтов с 1990 года. Совершила два космических полета обшей продолжительностью более 454 часов. Оба раза была специалистом полета (STS-57 в 1993 году и STS-70 в 1995 году).
Джерри Росс (Jerry Ross), полковник военно-воздушных сил США, астронавт НАСА. Родился 20 января 1948 года. В отряде астронавтов с 1980 года. Совершил пять космических полетов общей продолжительностью более 850 часов. Выполнил 4 выхода в открытый космос суммарной длительностью около 23 часов. Во всех пяти полетах частвовал в качестве специалиста (STS-61B в 1985 году, STS-27 в 1988 году, STS-37 в 1991 году, STS-55 в 1993 году и STS-74 в 1995 году). Последний из этих полетов был к станции "Мир" (доставка стыковочною отсека).
Джеймс Ньюман (James Newman), астронавт НАСА. Родился 16 октября 1956 года. В отряде астронавтов с 1990 года. Совершил два космических полета общей продолжительностью более 496 часов. Выполнил один выход в открытый космос длительностью около 7 часов. В обоих полетах частвовал в качестве специалиста (STS-51 в 1993 году и STS-69, а 1995 году).
Сергей Константинович Крикалев, космонавт РКК "Энергия" имени С. П. Королева (Россия). Родился 27 августа 1958 года. Мастер спортапо самолетному спорту. В отряде космонавтов с 1985 года. Совершил три космических полета общей продолжительностью 471 сутки 14 часов 18 минут. Дважды был бортинженером длительных экспедиций на станции "Мир" (в 1988-1989 и 1991-1992 годах), первым из российских космонавнтов совершил полет на американском корабле "Спейс шаттл" (STS-60 в 1994 году). В настоящее время являетнся заместителем руководителя полета станции "Мир" и проходит подготовку к длительному полету в качестве бортинженера первой экспедиции на МКС.
Список литературы:
1 Детская Энциклопедия. 2 том. Издательство Просвещение Москва 1965 г.
2 О.Г. Газенко, И.Д. Пестров, В.И. Макалов: Человечество и космос Москва Наук 1987 г.
3 В.П. Глушко Космонавтика. Издательство Советская энциклопедия 1970 г.
4 Л.А. Гильберг От самолета к орбитальному комплексу Москва Просвещение 1992 г.
5 С.В. Чекалкин Космос - завтрашние заботы Москва Знание 1992 г.
6 Научно- популярный журнала Российской академии наук и Астрономо-геодезического общества Земля и Вселенная серия Космонавтика, астрономия, геофизика май-июнь 3/96.
7 Научно- популярный журнала Российской академии наук и Астрономо-геодезического общества Земля и Вселенная серия Космонавтика, астрономия, геофизика май-июнь 3/97.
8 Научно- популярный журнала Российской академии наук и Астрономо-геодезического общества Земля и Вселенная серия Космонавтика, астрономия, геофизика март-апрель 2/97.
9 Космическая техника под редакцией К. Гэтланда.
Издательство Мир. 1986 г. Москва.
10 "Вега" Ц Международный проект "Венера - Галлей", Центр правления Полетом, 1985 г.
11 Энциклопедический Словарь Юного Астронома (сост. Н. П. Ерпылев), Москва, Педагогика, 1986 год.