Динамика космических полетов или «Путь к звездам»

История космических полетов

На чем только не летали к Луне, звездам и Солнцу герои сказок, легенд и фантастических романов! На колесницах и волшебной стреле, на кометах и камнях-метеоритах, при помощи магнита и чугунной трубы, соединяющей Землю и Луну. Английский писатель Герберт Уэллс предлагал заслониться от земного тяготения, покрыв космический корабль особым веществом - кейворитом, непроницаемым для сил тяжести. Но кейворит - несбыточная мечта, ведь преодолеть земное притяжение можно одним-единственным способом: развив огромную скорость.

Еще в 19 веке Исаак Ньютон в «Математических началах натуральной философии» привел рисунок, изображающий траекторию движения ядра, вылетевшего в горизонтальном направлении из пушки, расположенной на высокой горе. Ученый заметил, что если пренебречь сопротивлением воздуха, то по мере возрастания начальной скорости ядро будет падать все дальше и дальше от места выстрела. Поэтому при некотором значении начальной скорости ядро может» окружить всю Землю и даже уйти в небесные простраства и продолжать удаляться до бесконечности».

Через несколько столетий фантастическая ситуация, рассмотренная Ньютоном, стала реальностью: весной 1955 года в СССР было начато строительство космодрома Байконур, а 4 октября 1957 года с него был запущен первый в мире искусственный спутник Земли. Его скорость равнялась 7,9 км в секунду. Она называется круговой или первой космической скоростью.

Минимальная скорость, которую нужно сообщить телу вблизи поверхности Земли, чтобы оно покинуло нашу планету, двигаясь по незамкнутой траектории, называется второй космической скоростью и составляет 11,2 км/сек. Двигаясь с такой скоростью, тело становится искусственным спутником Солнца. Для того чтобы тело могло покинуть пределы Солнечной системы, ему необходимо иметь третью космическую скорость, т. е. 16,6 км/сек.

Законы движения в околоземном пространстве

В наше время полёты космических аппаратов стали делом обыденным. Десятки спутников различного назначения движутся в околоземном пространстве. Они осуществляют связь на огромных территориях земной поверхности; передают данные о перемещениях циклонов и антициклонов в атмосфере, необходимые для точного предсказания погоды; ведут наблюдения за процессами в околоземном пространстве и выполняют массу другой полезной работы. Спутниковое телевидение и спутниковая антенна стали такими же привычными, как радио и телефон. Три спутника, двигаясь по геостационарной орбите в экваториальной плоскости, обеспечивают глобальную круглосуточную радио и телевизионную связь. Анализ движения спутников в атмосфере позволяет получить точные данные о её плотности в широком интервале высот.

При межпланетных полетах целесообразно производить запуск космического корабля в направлении движения Земли вокруг Солнца, чтобы максимально использовать энергию этого движения. При полете к планетам, более удаленным от Солнца чем Земля, движение в простейшем случае будет происходить по эллипсу с Солнцем в одном из фокусов. Пытаясь сократить время, можно так выбрать траекторию, чтобы она проходила вблизи других планет. Их сила притяжения приведет к дополнительному ускорению корабля. Например, если при полете на Уран использовать траекторию, проходящую вблизи Юпитера, можно сократить время перелета в три раза.

Достижения русской советской космонавтики

Полет человека к другим планетам становится вполне реальным и даже планируемым событием. Такие проекты давно разрабатываются и в России, и в США. Наибольший интерес представляет Марс, где ,несмотря на крайне суровые условия, возможно существование простейших форм жизни. Их обнаружение позволило бы лучше понять происхождение и эволюцию жизни на Земле. Полет на Марс может состояться в первые десятилетия 21 века.

Но все-таки главной мечтой человека всегда был полет к звездам. Однако на пути к достижению этой цели возникает ряд принципиальных трудностей:

1. Фактор времени, т. к. расстояния до ближайших звезд, где возможно, существует разумная жизнь на окружающих их планетах, в лучшем случае исчисляется десятками световых лет. А световой год- это расстояние, которое проходит свет за год,т. е. 9,46*10 м. Поэтому путешествие продлится много лет, даже если двигаться со скоростью света и учитывать релятивистское замедление времени, то все равно для близких людей космонавты будут потеряны навсегда уже в момент старта с Земли;

2. Прохождение космического корабля через газовые и пылевые облака, которых в космосе немало. При больших скоростях воздействие этих облаков приведет к испарению любых защитных экранов и торможению космического корабля. К тому же обходной маневр при огромных скоростях невозможен;

3. Способ доставки космонавтов. Для раскрытия его сущности необходимо вернуться к истокам космонавтики, заложенным нашим знаменитым соотечественником К. Э. Циалковским. Он впервые обосновал возможность использования ракет для межпланетных полетов и нашел их конкретные инженерные решения.

Полученное им в 1897 году соотношение, позволяющее рассчитать запасы топлива. необходимые для достижения ракетой той или иной скорости, в космодинамике называют формулой Циалковского. Ракета-это тело переменной массы, а общая теория движения тела переменной массы была разработана профессором Петербургского политехнического института Мещерским.

Большое значение для осуществления запуска космического корабля с человеком на борту имели труды русских советских ученых и инженеров, таких как Н. И. Кибальчич, Ф. А. Цандер, Ю. В Кондратюк, С. П. Королев, А. Н. Исаев.

12 апреля 1961, где на космическом корабле «Восток» в космос отправился Ю. А. Гагарин. С тех пор этот день вошел в историю, как День космонавтики.

»Восток» был одноместным кораблем, на таких кораблях летали Титов, Николаев, Попович, Быковский и Терешкова. Затем понадобились более вместительные корабли, способные совершать в космосе сложные маневры, научные опыты и эксперименты. Такими стали корабли типа «Восход», первый из которых отправился в полет осенью 1964 года. В составе экипажа находились врач, инженер и ученый. Именно из корабля типа «Восход» впервые человек вышел в открытый космос. Это был гражданин Советского Союза Алексей Леонов.

Но вскоре корабли такого типа тоже устарели и им на смену пришли корабли типа «Союз». На таком корабле можно было находиться в космосе длительное время, он мог менять высоту, подходить и причаливать к другим кораблям, даже если это был корабль совершенно другого типа. Об этом красноречиво свидетельствует стыковка в космосе нашего корабля «Союз» и американского корабля «Аполлон».

Новым большим достижение нашей отечественной космонавтики было событие 1970 года: на поверхность Луны опустился советский луноход, созданный в конструкторском бюро Георгия Бабакина. Это позволило доставить на Землю образцы лунного грунта из разных точек поверхности Луны.

Спустя 7 лет т. е. с 1977 года на космических орбитах стали работать орбитальные станции типа «Салют». В распоряжении обитателей кораблей такого типа находилось пять комнат. На станции космонавты уже работают без скафандров, в легких костюмах. Также они могут принимать душ в специальной кабине. Повышенные комфортные условия таких космических кораблей позволяют находиться в них и успешно работать более полугода.

Полеты к другим мирам

Успешные полеты к Луне, Марсу и Венере убедительно говорят о том, что путешествия человека к другим мирам и звездам возможны, но для этого необходимо создать новые виды топлива, т. к. даже у ядерных двигателей скорость вряд ли будет превышать 20 км в секунду. Идеальный случай, когда эта скорость равнялась бы скорости света. Такого можно было бы достичь в фотонном двигателе. Роль газовой струи в нем должен играть мощный поток света, образующийся при аннигиляции вещества и антивещества. Над проблемами создания фотонной ракеты уже работают некоторые ученые. Идея ее ясна, но до технического осуществления еще далеко. Хотя техническая мечта - не сказка: она рождается на основе предшествующих достижений. Поэтому, каким бы смелым ни было дерзание научной мысли, когда-нибудь оно осуществится, как сбылись предсказания фантастов прошлого о завоеваниях космического пространства. На спутниках с искусственной тяжестью на ближайших, а затем и на дальних планетах, люди создадут лаборатории, крупные научные центры, астрогорода. Сбудется и мечта сегодняшнего дня о далеких межзвездных полетах