Развитие космической техники и ее применение в науке и хозяйстве
Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучении и исследовании околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширили наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и других планетах. Очень результативным оказалось изучение верхних слоев атмосферы, ионосферы, магнитосферы. Вместе с тем выявилась весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космической техники в интересах многих наук о Земле.
Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным.
В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет. Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации—телефонии, телеграфии, радиовещания, возникла потребность в создании новых ее видов — телевидения, обмена данными в автоматических системах управления и ЭВМ, передачи матриц для печатания газет.
Традиционные средства связи в отношении их видов, объема, дальности, оперативности и надежности передачи информации будут непрерывно совершенствоваться. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического характера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляемые к пропускной способности, качеству, надежности каналов дальней связи, не могут быть полностью удовлетворены наземными средствами проводной и радиосвязи.
Сооружение дальних наземных и подводных кабельных линий занимает много времени. Они сложны и дорогостоящи не только в строительстве, но и в эксплуатации, и в отношении дальнейшего развития. Обычные кабельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность. Лучшие перспективы имеют широкополосные концентрические кабели, однако и они обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение.
«Творческое развитие младших школьников» проект
... исследования: наблюдение, беседа, анализ продуктов детского творчества, анализ и обработка результатов опытно-практической работы. Опытно-практическая работа по творческому развитию младших школьников осуществлялась в три этапа. ... предполагающая опору на субъектный опыт обучающихся, актуальные потребности каждого ученика. В связи с этим остро встал вопрос об организации активной познавательной и ...
Радиосвязь и ее применение
Радиосвязь является одним из наиболее распространённых видов связи в мире благодаря своей высокой пропускной способности, дальности действия и возможности перестройки для различных видов связи. Однако она обладает и некоторыми недостатками, что затрудняет её применение в некоторых случаях.
Системы радиосвязи и их особенности
Сверхдлинноволновые системы радиосвязи из-за ограниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных видов связи. Длинноволновые радиолинии используются, главным образом, для местной радиосвязи и радиовещания из-за ограниченной пропускной способности и сравнительно малого диапазона действия.
Коротковолновые радиосвязи обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения.
Преодоление недостатков радиосвязи
Новые пути преодоления свойственных дальней радиосвязи недостатков открыли запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ).
Практика показала, что использование ИСЗ для связи, в особенности для дальней международной и межконтинентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устранить многие затруднения. Спутниковые системы связи (ССС) в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.
| Система связи | Особенности |
|---|---|
| Радиолинии сверхдлинными волнами | Применяются лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных связей из-за ограниченности диапазона. |
| Радиолинии длинными волнами | Используются, главным образом, для местной радиосвязи и радиовещания из-за ограниченной пропускной способности и сравнительно малого диапазона действия. |
| Коротковолновые радиосвязи | Обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения. |
| Спутниковые системы связи (ССС) | Использование ИСЗ позволяет устранить многие затруднения при передаче больших объемов информации и дальней межконтинентальной связи. |
Таким образом, каждая система радиосвязи имеет свои преимущества и недостатки, а использование искусственных спутников Земли (ИСЗ) позволяет значительно улучшить дальнюю межконтинентальную связь и передачу больших объемов информации.
Первый искусственный спутник Земли
История создания первого спутника связана с работой над ракетой как таковой. Тем более, она и в Советском Союзе, и в США имела немецкое начало. В связи с запетом по Версальскому мировому договору от 1919 года, который запрещал разработку новых видов артиллерийского вооружения и строительство боевых самолетов, немецкие военные обратились к ракетам дальнего действия. Документ не предусматривал запрета на них.
Особенно активную работу в этой сфере начала небольшая группа энтузиастов во главе с инженером Вернером фон Брауном. Их усилия получили поддержку армии и стали приоритетной государственной программой вооружения. В 1936 году был начато строительство научно-производственного и испытательного ракетного центра Пенемюнде в округе Росток. В 1943 году был совершен первый удачный пуск баллистической ракеты дальнего действия А4, известной под названием ФАУ-2 («Фергелтунг» — «возмездие»).
Первый искусственный спутник Земли в истории был создан благодаря немецким специалистам, которые разработали технологию серийного производства мощных жидкостных ракетных двигателей и систем управления полетом. Их идеи, впервые высказанные учеными Константином Циолковским, Германом Обертом, Робертом Годдардом и другими гениальными одиночками конца XIX — начала XX века, превратились в конкретные инженерные системы благодаря мощным фирмам Сименс, Телефункен, Лоренц и другим, а также местным университетам, которые проводили исследования по заданиям Пенемюнде.
Период в 1,5 года, который мы провели в Германии, изучая их опыт, позволил нам понять, что их ракета – это не просто снаряд или пушка, это большая и сложная система, требующая применения последних достижений аэрогазодинамики, радиоэлектроники, теплотехники, науки о материалах и высокой культуры производства.
Развитие ракетной отрасли в СССР
13 мая 1946 года Сталин подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В августе 1946 года Сергея Королева назначили главным конструктором. Он стал академиком только в 1958 году.
В 1948 году на первом отечественном ракетном полигоне Капустин Яр были испытаны ракеты Р-1, которые были копиями немецких ФАУ-2, но полностью изготовлены из отечественных материалов. В 1949 году была проведена серия высотных полетов этих устройств для исследования космического пространства. В 1950 году начались испытания новой ракеты Р-2 на дальность 600 км.
Окончательным «отрывом» от наследия ФАУ-2 стала ракета Р-5 на дальность 1200 км, проверки которой начались с 1953 года. Именно с помощью ракеты Р-5 были развернуты исследования по использованию ракеты как носителя атомной бомбы.
Академики Сергей Королев и Юлий Харитон возглавили соответствующий поиск. В то время холодная война в мире разгоралась, СССР был окружен военными базами ВВС США, с которых самолеты-носители атомных бомб могли поразить главные политические и экономические центры нашей страны. Последние аналоги в СССР не могли достичь территории американцев. Поэтому именно на ракетчиков возлагалась ответственность за создание соответствующих носителей, достигающих межконтинентальные базы.
Разработка межконтинентальной ракеты
13 февраля 1953 года Совет главных конструкторов выдал новое постановление советского правительства, обязывающее начать разработку двухступенчатой межконтинентальной ракеты на дальность 7-8 тысяч километров. Однако 12 августа 1953 года было проведено испытание первой термоядерной бомбы.
В ноябре 1953 года Королев созвал своих заместителей для сверхсекретного разговора. Он рассказал, что министр среднего машиностроения, заместитель председателя Совета министров Вячеслав Малышев, предложил «забыть» об атомной бомбе для межконтинентальной ракеты. Авторы водородной бомбы обещали уменьшить ее массу до 3,5 тонн. Поэтому Королев сказал, что они должны разрабатывать межконтинентальную ракету при сохранении дальности 8000 км, но исходя из «полезного груза» в 3,5 тонн.
Предварительная проработка параметров новой ракеты
В начале 1954 года Королев создал небольшую проектную бригаду, которая должна была предварительно проработать параметры новой ракеты для обсуждения на Совете Главных конструкторов. В этой группе проектантов были С. Королев, В. Бармин, В. Глушко, В. Кузнецов и др.
Одним из главных решений, принятых на совещании, стал отказ от традиционного стартового стола. Молодые проектанты предложили использовать системы наземного оборудования, которые позволят подвесить ракету на специальных фермах, снизив тем самым её общую массу.
Также было предложено создать ракету из пяти блоков с унифицированными двигательными установками. Каждый блок имел свои двигатели и должен был запускаться на Земле одновременно с остальными блоками.
Головную часть с водородной бомбой оценили в 5500 кг. Чтобы обеспечить заданную точность управления и дальности, требовалось строго регламентировать импульс последействия двигателей.
Кстати, на совещании В. Глушко сумел доказать невозможность требований руководителей по управлению ракетой. Он предложил создать новые двигатели малой тяги, которые могли бы заменить газоструйные графитовые рули, используемые существенно дольше — с момента ФАУ‑2.
Для снижения массы топлива, предлагалось использовать системы регулирования опорожнения баков и регулирования кажущейся скорости.
Разработка двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р‑7
В результате совещания команды проектантов было принято все необходимые решения и было создано постановление Правительства о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р‑7. Оно было подписано 20 мая 1954 года.
Уж через неделю после этого, 27 мая, Королев направил министру оборонной промышленности Устинову докладную записку, в которой он описал возможность и целесообразность вывода на орбиту ИСЗ.
Но стоит отметить, что только сам Королев считал серьезным увлечение идеей запуска ИСЗ. Однако это не помешало ему реализовать эту идею через некоторое время.
История создания ракеты Р-7
20 ноября 1954 года Совет министров СССР одобрил эскизный проект новой ракеты, чья конструкция в дальнейшем стала известна всему миру. Ее основной конструктивный элемент — пять блоков: центральный и четыре боковых, из которых каждый аналогичен одноступенчатой ракете с передним расположением бака окислителя. Топливные баки всех блоков выступают в роли несущего элемента. Внутренняя компоновка предусматривает, что каждый из блоков возглавляет боевая часть. По факту конструкция — центральный блок и четыре боковых блока с одновременным запуском двигателей.
Когда проект уже был одобрен, выявилось множество нерешенных проблем. Было выбрано место для нового полигона, необходимо было построить уникальное стартовое сооружение, а также ввести в строй все необходимые службы и стенды для отработки системы управления, что требовало исключительных усилий. Необходимо было разработать и апробировать специальные материалы для сохранения целостности головной части в процессе входа в атмосферу, а также создать новую систему радиоуправления и контроля траектории полета ракеты. Создание соответствующей технологии телеметрии требовало участия многих ученых и инженеров.
В январе 1956 года было подготовлено постановление Правительства о создании неориентированного ИСЗ под кодовым названием «Объект Д» весом 1000-1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200-300 кг. Перенос ракеты на Космодром Байконур в Казахстане внес масштабные изменения в работу научных и технических лабораторий, а также служб. С 17 марта 1957 года начались первые успешные испытания Р-7.
В конце 1956 года был закончен проект первого искусственного спутника Земли (ИСЗ), который предусматривал решение ряда научных задач, связанных с исследованием космического пространства. В рамках проекта была определена необходимая научная аппаратура, включающая измерение ионного состава пространства, корпускулярного излучения Солнца, магнитных полей, космических лучей, теплового режима спутника, его торможения в верхних слоях атмосферы, продолжительности существования на орбите, а также точности определения координат и параметров орбиты и других характеристик. Для управления спутником с Земли была установлена аппаратура командной радиолинии, а также разработан бортовой комплекс обработки команд для подключения научных данных и передачи результатов измерений по телеметрическому каналу. На Земле был построен комплекс средств, необходимых для получения требуемой информации.
Однако к концу 1956 года стало ясно, что сроки создания ИСЗ не смогут быть соблюдены из-за сложностей, связанных с производством надежной научной аппаратуры. Несмотря на это, проект «Объекта Д» был одобрен специальным комитетом Совета Министров СССР.
В начале 1957 года была утверждена программа летных испытаний ракет Р-7, а в январе того же года первая технологическая «примерочная» ракета была отправлена на полигон в Тюратам.
Развертывание сборочного цеха завода ракет
В сборочном цехе завода ракета казалась фантастическим сооружением. Королев пригласил сюда Первого секретаря ЦК КПСС, Председателя Совета Министров СССР Никиту Хрущева. Он приехал с основными членами Политбюро ЦК. Ракета их потрясла. Да и не только их. Главный идеолог водородной бомбы академик Андрей Сахаров в своих воспоминаниях писал: «Мы считали, что у нас большие масштабы, но там увидели нечто на порядок большее. Поразила огромная, видная невооруженным глазом, техническая культура, согласованная работа сотен людей высокой квалификации и их почти будничное, но очень деловое отношение к тем фантастическим вещам, с которыми они имели дело…».
Предложение Королева
Тем временем Королев, убедившийся в срыве сроков по изготовлению первого ИСЗ в варианте космической лаборатории, вышел в Правительство с предложением: «Имеются сообщения о том, что в связи с Международным физическим годом США намерены в 1958 г. запустить ИСЗ. Мы рискуем потерять приоритет. Предлагаю вместо сложной лаборатории «Объекта Д» вывести в космос простейший спутник». Его предложение было принято — началась подготовка запуска простейшего спутника «ПС».
Строительство полигона
В феврале 1957 года достройка полигона шла полным ходом. Возводили жилой городок на берегу Сырдарьи. Почти закончили монтажно-испытательный корпус для подготовки ракет. Но самое грандиозное сооружение — стартовая позиция площадка № 1 — еще не закончили. От железнодорожной станции прокладывали бетонную трассу, железнодорожную ветвь, ставили мачты высоковольтной передачи. К строителям на стартовой позиции шли вереницы самосвалов с жидким бетоном, грузовики со стройматериалами, крытые фургоны с солдатами-строителями.
Первая испытательная ракета Р-7 была готова к выходу на полигон для тестирования в начале марта 1957 года. После тщательной проверки ее блоков и устройств устранения замечаний, а также доработки бортовых и наземных систем она была готова для проведения огневых стендовых испытаний, которые успешно завершились в апреле 1957 года.
Государственная комиссия получила доклад от Королева о проделанной работе и параметрах ракеты для летных испытаний в апреле 1957 года. Ключевые параметры включали массу: начальная масса при полной заправке – 280 тонн, масса заправляемых компонентов составляла 253 тонны. Скорость в момент выключения двигателя второй ступени была рассчитана на уровне 6385 м/с, хотя пуск был запланирован на 6314 км по полотагу на Камчатке. Конкретные данные для настройки системы управления были рассчитаны отдельно. Большую задачу представляло обеспечение взаимной динамики Р-7 и стартового устройства, а также обеспечение устойчивости движения, при этом расчетная заданная точность на уровне +/- 8 км для первых пусков не могла гарантироваться.
5 мая 1957 года Р-7 был доставлен на стартовую площадку №1, через 8 дней началась заправка. Пуск был запланирован на 15 мая. Главное пультовое помещение имело два морских перископа, а отдельная большая комната была предназначена для членов госкомиссии, а другая для инженеров-консультантов “скорой технической помощи”. Отделение для контрольной аппаратуры управления заправкой, стартами и механизмами было размещено в одной из подземных комнат. Информация о состоянии бортовых систем отражалась на транспарантах главного пульта и транслировалась в бункер связи с измерительного пункта. Его основная задача заключалась в принятии измерительных показаний трех бортовых телеметрических систем, установленных на ракете. Приборы управления располагались на боевых перископах, где находились заместитель Королева по испытаниям Л. Воскресенский и начальник испытательного управления полигона подполковник Е. Осташев, они отдавали последние пусковые команды в момент пуска.
Р-7 стартовала в 19:00 по местному времени 15 мая 1957 года. На основе визуальных данных и последующего анализа телеметрической информации ракета ушла со стартовой площадки в нормальном режиме.
В ходе исследования четырех пусков ракеты Р-7 были выявлены несколько причин аварий и неудачных попыток запуска.
Первый пуск ракеты (№ 1Л) произошел 15 мая 1957 года. Стартовая система продемонстрировала свою работоспособность и устойчивость полета ракеты на первом участке. Однако на 98-й секунде полета тяга двигателя бокового блока «Д» упала, что привело к его отделению от ракеты. В результате ракета потеряла устойчивость и на 103-й секунде была выдана команда на выключение всех двигателей. Ракета упала в 300 км от старта. Последующая обработка телеметрической информации и изучение остатков блоков показали, что причиной аварии стал пожар, вызванный негерметичностью в керосиновой коммуникации высокого давления двигательной установки.
Второй пуск (№ 6Л) планировался на 10-11 июня. Однако несколько попыток запуска были неудачными из-за замерзания главного кислородного клапана на блоке «В» и ошибки в установке клапана азотной продувки. После нескольких неудачных попыток ракету сняли со старта и вернули на техническую позицию.
Третий пуск ракеты (№ М1-7) состоялся 12 июня 1957 года. Ракета успешно взлетела, однако начала отклоняться вокруг продольной оси, превысив разрешенные 7°. Автоматика произвела аварийное выключение двигателей, и на 32,9 секунде полета пакет развалился. Причиной аварии было замыкание на корпус в новом приборе системы управления, предназначенном для улучшения устойчивости при вращении. В результате ложной команды на рулевые двигатели ракета потеряла управление и разрушилась.
Четвертый пуск (№ 8Л) произошел 21 августа. Ракета успешно преодолела активный участок траектории, а головная часть достигла заданного района Камчатки и вошла в атмосферу. Однако следов ракеты на Земле не обнаружили. Предполагается, что термодинамические нагрузки превысили ожидания, и теплозащитное покрытие не смогло предотвратить разрушение ракеты.
Исследование и испытания Р-7
В 1957 году Межконтинентальная баллистическая ракета Р-7 была разработана под руководством Сергея Павловича Королева. Головная часть ракеты не функционировала должным образом, и несколько пусков провалились в начале тестирования. Однако, после пяти пусков было ясно, что ракета может летать, несмотря на то, что головная часть нуждалась в доработке, требующей полугодовой работы.
Несмотря на эти неудачи, Королев получил согласие на использование двух ракет для пуска экспериментального искусственного спутника Земли. Для этого была использована модифицированная ракета М1-ПС, вес которой был сокращен на семь тонн. Макетная головная часть была заменена на переходник «под спутник». Кроме того, были упрощены автоматика выключения двигателя центрального блока и другие системы, чтобы облегчить стартовую массу.
После этой модификации был сделан пуск разработанного искусственного спутника Земли, Спутника-1, который был запущен 4 октября 1957 года. Этот запуск стал одним из самых важных достижений в космической истории и ознаменовал начало «космической гонки» между США и Советским Союзом.
Запуск первого в мире искусственного спутника Земли был осуществлен в Советском Союзе 4 октября 1957г. в 22 ч. 28 мин. 34 сек. по московскому времени. Впервые в истории сотни миллионов людей могли наблюдать в лучах восходящего или заходящего солнца перемещающуюся по темному небосводу искусственную звезду, созданную не богами, а руками человека. И мировое сообщество восприняло это событие как величайшее научное достижение. Впервые была достигнута первая космическая скорость, рассчитанная основателем классической физики и закона всемирного тяготения англичанином Исааком Ньютоном (1643‑1727 гг.).
Она составляла для первого ИСЗ 7780 м/с. Наклонение орбиты спутника равнялось 65,1°, высота перигея 228 км, высота апогея — 947 км, период обращения 96,17 мин.
После первых восторгов выяснилось: ракета стартовала «на бровях». Двигатель бокового блока «Г» выходил на режим с запозданием, т.е. меньше чем за секунду до контрольного времени. Если бы еще чуть-чуть задержался, схема автоматически «сбросила» бы установку и старт был бы отменен. Мало того, на 16-й секунде полета отказала система управления опережением баков. Это привело к повышенному расходу керосина, и двигатель центрального блока был выключен на 1 с раньше расчетного значения. Были и другие неполадки. Если бы еще немного и первая космическая скорость могла быть не достигнута.
5 октября 1957 г. сообщение ТАСС заканчивалось словами: «Искусственные спутники Земли проложат дорогу к межпланетным путешествиям и, по-видимому, нашим современникам суждено быть свидетелями того, как освобожденный и сознательный труд людей нового социалистического общества делает реальностью самые дерзновенные мечты человечества».
Первый спутник существовал 92 дня (до 4 января 1958 г.).
За это время он совершил 1440 оборотов, центральный блок работал 60 дней: он наблюдался простым глазом как звезда 1-й величины.
Заключение
Полет первого спутника стал началом целого ряда отважных поступков всего человечества, увидевшего спутники в космосе, первый полет, человека в космос, первые шаги по Луне, первые радиопередачи с Марса и с космических зондов, побывших вблизи планет Солнечной системы.
Космонавтика нужна науке — она грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, самого человека.
Космонавтика жизненно необходима всему человечеству!
С каждым годом спутниковые системы связи будут становиться все более существенной частью Единой системы связи, важным элементом глобальной системы связи. Они и теперь играют заметную роль в улучшении связей и взаимопонимания между странами, а с течением времени эта роль будет возрастать.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://liarte.ru/referat/na-temu-pervyiy-iskusstvennyiy-sputnik-zemli/
1. В.П. Глушко “Космонавтика”. Издательство “Советская энциклопедия” 1970 г.
2. Талызин Н.В. «Спутники связи — Земля и Вселенная».
3. Академия наук СССР «Космос-Земле» Изд. «Наука», Москва 1981г.
4. Детская энциклопедия, том 2. Изд. «Академия педагогических наук РСФСР», Москва 1962г.
