Тема: "Космические изобретения"

МОУ «Донгузловская СОШ»

Исследовательская работа

Тема: "Космические изобретения"

Работу выполнила ученица 7 класса МОУ" Донгузловская СОШ"

Летовальцева Марина.

учебный год

Цель: Найти информацию из нескольких источников о космических изобретениях: корабли, спутники, зонды и др.

Задачи:

1.  Ознакомиться с литературой по данной тематике;

2.  Изучить структуру космического корабля, изобразить её наглядно;

3.  Провести анкетирование учащихся : «Что Вы понимаете под словом космические изобретения».

Учёные открыли космические изобретения для того, чтобы познать космос, солнечную систему и нашу планету. А также чтобы предостеречь человечество от метеоритных дождей и других космических катаклизмов. Поэтому, я считаю, что эта тема наиболее актуальна.

КОСМИЧЕСКИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Космическими кораблями в наше время называются аппараты, созданные для доставки космонавтов на околоземную орбиту и возвращения их потом на Землю. Понятно, что технические требования к космическому кораблю более жесткие, чем к любым другим космическим аппаратам. Условия полета (перегрузки, температурный режим, давление и т. п.) должны выдерживаться для них очень точно, дабы не создалась угроза жизни человека. В корабле, который на несколько часов или даже суток становится домом для космонавта, должны быть созданы нормальные человеческие условия — космонавт должен дышать, пить, есть, спать, отправлять естественные потребности. Он должен иметь возможность в процессе полета разворачивать корабль по своему усмотрению и менять орбиту, то есть корабль при своем движении в пространстве должен легко переориентироваться и управляться. Для возвращения на Землю космический корабль должен погасить всю ту огромную скорость, которую сообщила ему при старте ракета-носитель. Если бы Земля не имела атмосферы, на это пришлось бы потратить столько же горючего, сколько было израсходовано при подъеме в космос. К счастью, в этом нет необходимости: если осуществлять посадку по очень пологой траектории, постепенно погружаясь в плотные слои атмосферы, то можно затормозить корабль о воздух с минимальной затратой горючего. Как советские «Востоки», так и американские «Меркурии» осуществляли посадку именно таким образом и этим объясняются многие особенности их конструкции. Поскольку значительная часть энергии при торможении идет на нагрев корабля, то без хорошей тепловой защиты он просто сгорит, как сгорает в атмосфере большая часть метеоритов и заканчивающих свое существование спутников. Поэтому приходится защищать корабли громоздкими жаропрочными теплозащитными оболочками. (Например, на советском «Востоке» ее вес составлял 800 кг — треть всего веса спускаемого аппарата.) Желая по возможности облегчить корабль, конструкторы снабжали этим экраном не весь корабль, а только корпус спускаемого аппарата. Таким образом, с самого начала утвердилась конструкция разделяющегося корабля (она была опробована на «Востоках», а потом стала классической для всех советских и многих американских космических кораблей). Корабль состоит как бы из двух самостоятельных частей: приборного отсека и спускаемого аппарата (последний служит во время полета кабиной космонавта).

Первый советский космический корабль «Восток» при общей массе 4, 73 т выводился на орбиту с помощью трехступенчатой ракеты-носителя того же названия. Полная стартовая масса космического комплекса составляла 287 т. Конструктивно «Восток» состоял из двух основных отсеков: спускаемого аппарата и приборного отсека. Спускаемый аппарат с кабиной космонавта был выполнен в форме шара диаметром 2, 3 м и имел массу 2, 4 т.

Герметичный корпус изготовлялся из алюминиевого сплава. Внутри спускаемого аппарата конструкторы стремились расположить только те системы и приборы корабля, которые были необходимы в течение всего полета, или те, которыми непосредственно пользовался космонавт. Все остальные были вынесены в приборный отсек. Внутри кабины размещалось катапультируемое кресло космонавта. (На случай, если бы пришлось катапультироваться при старте, кресло снабжалось двумя пороховыми ускорителями.) Здесь же находились пульт управления, запасы пищи и воды. Система жизнеобеспечения была рассчитана на работу в течение десяти суток. Космонавт должен был в течение всего полета находиться в герметическом скафандре, но с открытым шлемом (этот шлем автоматически закрывался в случае внезапной разгерметизации кабины).

Внутренний свободный объем спускаемого аппарата составлял 1, 6 кубического метра. Необходимые условия в кабине космического корабля поддерживали две автоматические системы: система жизнеобеспечения и система терморегулирования. Как известно, человек в процессе жизнедеятельности потребляет кислород, выделяет углекислый газ, тепло и влагу. Эти две системы как раз и обеспечивали поглощение углекислого газа, пополнение кислородом, отбор из воздуха избыточной влаги и отбор тепла. В кабине «Востока» поддерживалось привычное на Земле состояние атмосферы с давлением 735-775 мм рт. ст. и 20-25% содержания кислорода. Устройство системы терморегулирования отчасти напоминало кондиционер. Она содержала воздушно-жидкостной теплообменник, по змеевику которого протекала охлажденная жидкость (холодоноситель). Вентилятор прогонял через теплообменник теплый и влажный воздух кабины, который охлаждался на его холодных поверхностях. Влага при этом конденсировалась. Холодоноситель поступал в спускаемый аппарат из приборного отсека. Поглотившая тепло жидкость принудительно прогонялась насосом через радиатор-излучатель, расположенный на наружной конической оболочке приборного отсека. Температура холодоносителя автоматически поддерживалась в нужном диапазоне при помощи специальных жалюзи, закрывавших радиатор. Створки жалюзи могли открываться или закрываться, изменяя потоки тепла, излучаемые радиатором. Чтобы поддерживать нужный состав воздуха, в кабине спускаемого аппарата имелось регенерационное устройство. Воздух кабины при помощи вентилятора непрерывно прогонялся через специальные сменные патроны, содержавшие надперекиси щелочных металлов. Такие вещества (например, K2O4) способны эффективно поглощать углекислый газ и выделять при этом кислород. Работой всей автоматики руководило бортовое программное устройство. Включение различных систем и приборов производилось как по командам с Земли, так и самим космонавтом. На «Востоке» имелся целый комплекс радиосредств, позволявший вести и поддерживать двухстороннюю связь, производить различные измерения, вести управление кораблем с Земли и многое другое. С помощью передатчика «Сигнал» постоянно поступала информация датчиков, расположенных на теле космонавта, относительно его самочувствия. Основу системы энергоснабжения составляли серебряно-цинковые аккумуляторы: основная батарея размещалась в приборном отсеке, а дополнительная, обеспечивающая электропитание на спуске — в спускаемом аппарате.

Приборный отсек имел массу 2, 27 т. Вблизи его стыка со спускаемым аппаратом находились 16 сферических баллонов с запасами сжатого азота для микродвигателей ориентации и кислорода для системы жизнеобеспечения. Очень важное значение в любом космическом корабле играет система ориентации и управления движением. На «Востоке» она включала в себя несколько подсистем. Первая из них — навигационная — состояла из ряда датчиков положения космического корабля в пространстве (в том числе датчик Солнца, гироскопические датчики, оптическое устройство «Взор» и другие). Сигналы от датчиков поступали в управляющую систему, которая могла работать автоматически или с участием космонавта. На пульте космонавта имелась рукоятка ручного управления ориентацией космического корабля. Разворачивание корабля происходило при помощи целого набора расположенных определенным образом небольших реактивных сопел, в которые подавался из баллонов сжатый азот. Всего на приборном отсеке имелось два комплекта сопел (по восемь в каждом), которые могли подключаться к трем группам баллонов. Главная задача, которая решалась при помощи этих сопел, заключалась в том, чтобы правильно ориентировать корабль перед подачей тормозного импульса. Это требовалось сделать в определенном направлении и в строго определенное время. Ошибка здесь не допускалась.

Тормозная двигательная установка с тягой 15, 8 килоньютон находилась в нижней части отсека. Она состояла из двигателя, топливных баков и системы подачи горючего. Время ее работы составляло 45 секунд. Перед возвращением на Землю тормозную двигательную установку ориентировали таким образом, чтобы дать тормозной импульс около 100 м/с. Этого было достаточно для перехода на траекторию спуска. (При высоте полета 180-240 км орбита была рассчитана таким образом, что даже при отказе тормозной установки корабль через десять суток все равно вошел бы в плотные слои атмосферы. Именно на этот срок и был рассчитан запас кислорода, питьевой воды, пищи, заряд аккумуляторов). Затем происходило отделение спускаемого аппарата от приборного отсека. Дальнейшее торможение корабля шло уже за счет сопротивления атмосферы. При этом перегрузки достигали 10 g, то есть вес космонавта увеличивался в десять раз.

Скорость спускаемого аппарата в атмосфере снижалась до 150-200 м/с. Но чтобы обеспечить безопасное приземление при соприкосновении с землей, его скорость не должна была превышать 10 м/с. Избыток скорости гасился за счет парашютов. Они раскрывались постепенно: сначала вытяжной, потом — тормозной и, наконец, основной. На высоте 7 км космонавт должен был катапультироваться и приземляться отдельно от спускаемого аппарата со скоростью 5-6 м/с. Это осуществлялось при помощи катапультирующегося кресла, которое устанавливалось на специальных направляющих и выстреливалось из спускаемого аппарата после отделения крышки люка. Здесь также сначала раскрывался тормозной парашют кресла, а на высоте 4 км (при скорости 70-80 м/с) космонавт отстегивался от кресла и дальше спускался на своем собственном парашюте.

Работа по подготовке пилотируемого полета в КБ Королева началась в 1958 году. Первый запуск «Востока» в беспилотном режиме был произведен 15 мая 1960 года. Из-за неправильной работы одного из датчиков перед включением тормозной двигательной установки корабль оказался неправильно ориентирован и, вместо того чтобы опускаться, перешел на более высокую орбиту. Второй запуск (23 июля 1960 г.) был еще менее удачным — в самом начале полета произошла авария. Спускаемый аппарат отделился от корабля и разрушился при падении. Во избежание этой опасности на всех следующих кораблях была введена система аварийного спасения. Зато третий запуск «Востока» (19?20 августа 1960 г.) был вполне успешным — на второй день спускаемый аппарат вместе со всеми подопытными животными: мышами, крысами и двумя собаками — Белкой и Стрелкой — благополучно совершил посадку в заданном районе. Это был первый в истории космонавтики случай возвращения живых существ на Землю после совершения космического полета. Но следующий полет (1 декабря 1960 г.) опять имел неблагополучный исход. Корабль вышел в космос и выполнил всю программу. Через сутки была подана команда к возвращению на землю. Однако из-за отказа тормозной двигательной установки спускаемый аппарат вошел в атмосферу с чрезмерно большой скоростью и сгорел. Вместе с ним погибли подопытные собаки Пчелка и Мушка. Во время старта 22 декабря 1960 года произошла авария последней ступени, но система аварийного спасения сработала надлежащим образом — спускаемый аппарат приземлился без повреждений. Только шестой (9 марта 1961 г.) и седьмой (25 марта 1961 г.) старты «Востока» прошли вполне благополучно. Совершив по одному обороту вокруг Земли, оба корабля благополучно вернулись на Землю вместе со всеми подопытными животными. Эти два полета полностью моделировали будущий полет человека, так что даже в кресле находился специальный манекен. Первый в истории полет человека в космос состоялся, как известно, 12 апреля 1961 года. Советский космонавт Юрий Гагарин на корабле «Восток?1» совершил один виток вокруг Земли и в тот же день благополучно возвратился на Землю (весь полет продолжался 108 минут). Так была открыта эра пилотируемых полетов.

В США подготовка к пилотируемому полету по программе «Меркурий» также началась в 1958 году. Вначале проводились беспилотные полеты, потом полеты по баллистической траектории. Первые два запуска «Меркурия» по баллистической траектории (в мае и июле 1961 г.) производились с помощью ракеты «Редстоун», а следующие выводились на орбиту с помощью ракеты-носителя «Атлас-D ». 20 февраля 1962 года американский астронавт Джон Гленн на «Меркурии-6» совершил первый орбитальный полет вокруг Земли.

Первый американский космический корабль был значительно меньше советского. Ракета-носитель «Атлас-D» при стартовой массе 111, 3 тонн была способна вывести на орбиту груз не более 1, 35 тонны. Поэтому корабль «Меркурий» проектировался при крайне жестких ограничениях по массе и габаритам. Основу корабля составляла возвращаемая на Землю капсула. Она имела форму усеченного конуса со сферическим днищем и цилиндрической верхней частью. На основании конуса размещалась тормозная установка из трех твердотопливных реактивных двигателей по 4, 5 килоньютон и временем работы 10 секунд. При спуске капсула входила в плотные слои атмосферы днищем вперед. Поэтому тяжелый теплозащитный экран располагался только здесь. В передней цилиндрической части находилась антенна и парашютная секция. Парашютов было три: тормозной, основной и запасной, которые выталкивались с помощью пневмобаллона.

Внутри кабины пилота имелся свободный объем 1, 1 кубических метра. Астронавт, одетый в герметический скафандр, располагался в кресле. Перед ним находились иллюминатор и пульт управления. На ферме над кораблем помещался пороховой двигатель САС. Система жизнеобеспечения на «Меркурии» существенно отличалась от той, что была на «Востоке». Внутри корабля создавалась чисто кислородная атмосфера с давлением 228-289 мм рт. ст. По мере потребления кислород из баллонов подавался в кабину и скафандр астронавта. Для удаления углекислоты использовалась система с гидроокисью лития. Скафандр охлаждался кислородом, который, перед тем как использоваться для дыхания, подавался к нижней части тела. Температура и влажность поддерживались с помощью теплообменников испарительного типа — влага собиралась с помощью губки, которая периодически отжималась (оказалось, что в условиях невесомости такой способ не годился, поэтому он использовался только на первых кораблях). Энергопитание обеспечивалось аккумуляторными батареями. Вся система жизнеобеспечения была рассчитана только на 1, 5 суток. Для управления ориентацией «Меркурий» имел 18 управляемых двигателей, работавших на однокомпонентном топливе — перекиси водорода. Астронавт приводнялся вместе с кораблем на поверхность океана. Капсула имела неудовлетворительную плавучесть, поэтому на всякий случай на ней имелся надувной плот.

4 октября 1957 года все радиолюбители ловили короткий сигнал "бип-бип-бип". Он передавался с первого советского космического спутника. С этого дня слово "спутник" вошло во многие языки мира. Так была открыта эпоха освоения человеком космоса. Самый первый спутник был в виде шара, весил всего 84 кг при диаметре 58 см. Спутник находился в космосе 92 дня. Следующий спутник полетел с первым пассажиром на борту - это была собака Лайка. Спутник был запущен в Советском Союзе 3 ноября 1957 года. 12 апреля 1961 года полёт на советском корабле "Восток-1" совершил первый в мире космонавт Юрий Алексеевич Гагарин. Полёт длился всего 89 минут. Ю. Гагарин сделал один виток вокруг Земли и благополучно вернулся. Вторым космонавтом стал Герман Титов, а в июне 1963 года три дня в космосе провела первая женщина-космонавт Валентина Терешкова. на кораблях "Восход"в середине 1960-х гг. летали по два-три космонавта. Один из них - Алексей Леонов- в 1965г. первый вышел в открытый космос. Первый совместный космический полёт советских космонавтов и американских астронавтов состоялся 17 июля 1975г., когда корабли "Союз" и "Аполлон" состыковались на орбите. Два дня продолжался полёт. Члены экипажа переходили из одного корабля в другой. Сегодня международное сотрудничество в космосе ушло далеко вперёд. Представители многих стран мира побывали на российской станции "Мир". В 1990-х гг. разработан международный проект космической станции, в которой участвуют США, Канада, Япония и Европа. Первым в 1959г. был космический зонд "Луна-2", совершивший жёсткую посадку. В 1966 г. "Луна-9" произвела мягкую посадку и послала по телесвязи 27 фотографий с поверхности Луны. В 1969г. американский астронавт Нил Армстронг стал первым человеком, ступившим на поверхность Луны. Туда он летал на корабле "Аполлон-11". В 1970г. станция "Луна-17" доставила на Луну автоматический луноход, который ездил по поверхности больше недели и передал множество фотографий. А вот к планетам Венера и Марс летают только автоматические корабли и зонды. Первым был корабль "Марс-3" в 1971г. Связь с ним прервалась через 20 секунд. В 1975г. "Венера-9" совершила мягкую посадку на Венере и передала изображение её поверхности. В 1997г. американская станция " Марс Партфайндер" села на поверхность Марса. Она выпустила марсоход "Соджоунер" высотой 30 см и длиной 50 см. Большие солнечные батареи снабжают космические станции электричеством. В качестве первых космических источников энергии применяли обыкновенные аккумуляторы. Для больших автоматических спутников Земли потребовались более мощные источники тока- космические генераторы, которые преобразуют световую энергию солнечного излучения в электричество. Эти генераторы называют солнечными батареями. При движении космического корабля или орбитальной станции по орбите необходима ориентация батарей на Солнце. Они не будут давать ток в тени. Солнечные батареи - надёжный и стабильный источник энергии, способный работать долго. Ракеты летают в космос уже 40 лет. С их помощью человек побывал на Луне, а беспилотные космические аппараты достигли таких далёких планет, как Уран и Нептун. Американские учёные разработали космический челнок нового поколения. Как только он появится, полёты в космос станут более дешевыми. Когда топливо в ракетных ускорителях заканчивается, они сбрасываются и на парашютах возвращаются на Землю. Космический челнок выводится в космос при помощи основного двигателя. Пустой наружный топливный бак сбрасывается. При посадке космический челнок выпускает шасси, как обычный самолет. В челноке может находиться до семи человек. Корабль с командой на борту способен оставаться в космосе по нескольку дней. В жилом отсеке космического челнока два уровня. Космический челнок совершает один оборот вокруг Земли за 90 минут. На верхнем находится кабина пилотов, откуда ведется управление кораблем. На нижнем - помещение для остальных членов экипажа. Здесь они проводят эксперименты и отдыхают. Космос непригоден для жизни. Там нет воздуха, и, чтобы не задохнуться, космонавты, покидая корабль, надевают специальный костюм-скафандр. Это что-то вроде автономного космического аппарата -у него есть своя система водоснабжения и система подачи воздуха. Многослойный скафандр изготовлен из нескольких видов тонких, но очень прочных искусственных тканей и защищает космонавта от метеоритов, а также от жары и холода. Скафандр сделан из эластичной ткани и не стесняет движения. Фотокамера на шлеме фиксирует все, что делает космонавт. Фонари, закрепленные на шлеме, позволяют не затеряться в темноте. В шлем вмонтированы микрофон и наушники переговорного устройства. Мешок с водой снабжен трубочкой, которая подходит прямо ко рту космонавта. Светофильтр шлема защищает глаза от ослепительно ярких солнечных лучей. Комбинезон снабжен системой трубок, по которым течёт вода. Её температуру космонавт может менять по своему желанию, чтобы ему не было слишком жарко или слишком холодно. Космические станции - это дома в космосе, где космонавты могут вести наблюдения за Землей и ставить эксперименты. Люди могут жить в них месяцами. Первая космическая станция была запущена более 30 лет назад. Станция плывет над Землей на высоте 400 км. В жилом отсеке члены экипажа проводят свободное от работы время. Поскольку в космосе нет силы тяжести, космонавты могут свободно плавать внутри станции и обходиться без стульев и кроватей. Искусственные спутники и зонды - это беспилотные космические аппараты. Учёные управляют ими с Земли. Обычно на этих аппарат установлены видеокамеры и другие устройства наблюдения. С помощью Европейского спутника дистанционного анализа удается получать четкие, с мельчайшими деталями, снимки поверхности Земли. Одни искусственные спутники исследуют Землю, другие изучают космос. Есть и такие, которые передают телевизионные и телефонные сигналы из одной части планеты в другую. Космические зонды выполняют почти такую же работу, что и искусственные спутники. Различие лишь в том, что спутники находятся на околоземной орбите, а зонды исследуют другие планеты. Они побывали почти на всех планетах Солнечной системы. Необследованным остался только Плутон. Искусственный спутник SOHO наблюдает за атмосферой Солнца и изучает солнечный ветер. Также существуют спутники ERS и COBE.

Заключение

Результаты анкетирования: В ходе анкетирования было установлено, что опрошенные знают о космических изобретениях на уровне жизни. Но может быть в дальнейшем кто-то захочет связать судьбу с астрономией.

Опрошено: 6 человек

Вопрос: «Что вы понимаете под словом космические изобретения?»

Ответы: «Это ракеты»- 2 человека.

« Различные спутники»- 3 человека.

« Это сложный для меня вопрос, я затрудняюсь на него ответить»- 1 человек.

Список литературы:

1.  «Большая книга знаний» , Москва «Росмен», 2006.

2.  «Новая детская энциклопедия», Москва «Росмен», 2006.

3.  «Книга эрудита», Москва «Росмен», 2006.

4.  Интернет.