История зарождения ракетостроения
Научно-исследовательский проект
«Ракетостроение:
прошлое, настоящее, будущее»
Автор: Алакоз Владимир, ученик 10 «А» класса
Научный руководитель: Дарья Владимировна
Г.
Оглавление
1. Введение. 3
2. История зарождения ракетостроения. 4
3. Первые шаги в космосе. 7
4. Современные достижения в космонавтике. 14
5. Имитация запуска ракеты в домашних условиях. 16
6. Заключение. 17
7. Список используемой литературы: 18
Введение
Я выбрал эту тему, чтобы поделиться своими знаниями и узнать в процессе ещё больше. Поэтому я поставил перед собой определенные задачи:
-узнать с чего начиналось ракетостроение;
-изучить первые шаги в космосе,
-узнать современные достижения в космонавтике,
-имитировать запуск ракеты в домашних условиях.
История зарождения ракетостроения
В конце 9 века китайцы изобрели порох, который поначалу использовали для изготовления петард, которые они прикрепляли к кончикам стрел и пускали в сторону врагов. Взрывы пугали лошадей и сеяли панику. Очень скоро китайские оружейники заметили, что непрочно укрепленные петарды летели сами по себе: так был открыт принцип запуска ракеты. Вскоре порох стал широко применяться в военном деле, гранаты, пушки, ружья. Военные стратеги доверяли пушкам с прямой наводкой больше, чем неуправляемым ракетам, но воздушные снаряды оказались эффективными для поражения крупных целей. Именно изобретение пороха стало основой возникновения настоящих ракет. Ракеты стали совершенствовать. Со временем разные учёные высчитывали, сколько надо пороха, чтоб запустить ракету на луну. А так как с древних времён человек мечтал оторваться от Земли и достичь иные миры, мы пришли к тому, что стали изобретать космическую ракету. Ещё 400 лет назад было доказано возможность полётов в космос, но до середины 20 века полёты в космос были только в умах учёных и писателей-фантастов. И только два конструктора С.Королёв и В.фон Браун сделали мечту реальностью.
В 1931 году была создана группа изучения реактивного движения, которую возглавил Сергей Павлович Королёв. Учёный сразу сосредоточил своё внимание на создании крылатых ракет . 17 августа 1933г. в небо поднялась ракета на гибридном топливе - «ГИРД-09», ракета поднялась свыше 400 метров, а спустя несколько месяцев стартовала первая ракета на жидкостном реактивном топливе «ГИРД-Х». Вскоре появились и были успешно испытаны два аппарата: РНИИ-212 и РНИИ-217. Изучение реактивного движения интересовало не только советских учёных. Похожие работы велись и в Германии. В 1933г. в Германии состоялся первый запуск ракеты немецкого учёного фон Брауна - А-1.
Конструкция этой ракеты оказалась нестабильной, что было учтено при создании новой ракеты: А-2. В конце 1934 года две ракеты этого типа успешно стартовали с полигона. Обе ракеты имели жидкостной реактивный двигатель (ЖРД). Уже в 1936 году была создана ракета А-3, тогда- то командование нацистской Германии и дало добро на развитие ракетной программы, и в следующем году начались испытания А-3. Ракета в отличие от своих предшественниц весила больше, и имела газовые рули, что позволяло запускать её со стартового стола вертикально. Однако испытания закончились неудачей, и фон Браун начал работу над А-5.
Проведя успешный запуск А-5, конструкторы перешли к работе над большой ракетой А-4, которая в ходе войны стала известна как «Фау-2». Ракета массой 13 тонн и высотой 14 метров поражала цели на расстоянии до 300 км, преодолевая его за 5 минут, позже ракета послужила моделью для всех послевоенных ракет. После капитуляции Германии немецкие учёные продолжили работу над совершенствованием ракетной техники. Фон Браун сдался американцам и стал одним из ведущих специалистов американской космической программы.
СССР и США начали гонку за обладание немецкими ракетными секретами. Американцы вместе с фон Брауном получили не только документацию, но и заводы, на которых изготавливалась «Фау-2». Однако через несколько месяцев эта территория отошла СССР, и туда сразу же прибыла группа учёных во главе с Королёвым. Перед ракетчиками была поставлена задача воспроизвести ракету А-4. В 1948г.
Королёв успешно провёл испытания ракеты Р-1 – слегка модернизированной копии «Фау-2». Позже в 1953 году перед конструкторами встала задача создать ракету, способную доставить отделяемую головную часть массой 5 тонн на расстояние до 8 тысяч км. С.П.Королёв решил отказаться от немецкого наследства, он должен был разработать совершенно новую ракету, которой ещё не было. Несмотря на то, что новый военный заказ был рассчитан на новый вид ядерного оружия, у Королёва появилась возможность создать такую ракету, которая могла вывести корабль в космос. Поскольку двигателя, который мог бы вывести такой груз на орбиту, не существовало даже в проектах, Королёв предложил революционную конструкцию ракеты. Она состояла из четырёх блоков первой ступени и одного блока- второй, соединенных параллельно. Такую систему назвали «связкой». Причём двигатели начинали работать с земли. 15 мая 1957года состоялся первый запуск новой ракеты, которая была названа Р-7. Удачность и как следствие надёжность конструкции и очень большая мощность для баллистической ракеты позволили использовать Р-7 в качестве ракеты-носителя. Именно ракеты-носители открыли человеку космическую эру.
Первые шаги в космосе
Королёв делал ракеты для военных, но мечтал начать с их помощью освоение космоса. Весной 1954 года он вместе с академиком М.В.Келдышем и группой учёных Академии наук определили круг задач, которые должны были решать искусственные спутники Земли. Королёв обратился к правительству с просьбой разрешить использовать новую ракету для запуска космического спутника. Хрущёв дал согласие, и в начале 1956 года было принято постановление о создание искусственного спутника Земли массой 1000-1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200-300 кг. Учёные начали работу сразу над двумя спутниками. Первый так называемый «объект-Д» весил более 1,3 тонн и нёс на борту 12 научных приборов. Кроме того он был оснащён солнечными батареями, от которых питались радиопередатчик «Маяк» и магнитофон для записи телеметрии на тех участках орбиты, которые недоступны наземным станциям слежения. Правда, перед стартом он вышел из строя. Чтобы космический аппарат не перегревался на солнце, была разработана система терморегуляции газа внутри спутника. Кроме того, была придумана оригинальная система охлаждения. Таким образом, «объект-Д», который должен был открыть космическую эру, обладал всеми системами современных космических аппаратов. Это была полноценная космическая научная станция.
Второй спутник был биологическим. Он представлял собой головной обтекатель Р-7, внутри которого учёные разместили герметическую кабину для животного и контейнеры с научной и измерительной аппаратурой. Спутник имел массу более полутоны и должен был выйти на орбиту вслед за «объектом-Д». Цель его запуска бала довольно просто – доказать, что живое существо способно полететь в космос и остаться в живых.
Однако первым в космос полетел не нагруженный научной аппаратурой спутник, а небольшой металлический шарик, снабжённый простейшим радиопередатчиком. Этот аппарат так и назвали – «простейший спутник», или ПС. Металлический шар диаметром чуть больше полуметра, состоящий из двух полусфер, скрепленных 36 болтами, имел массу всего 83 кг.
На нём были установлены 4 антенны длиной 2,5 и 2,4 метра. Герметичный алюминиевый корпус был заполнен азотом, это должно было уберечь аппарат от перегрева. Так же внутри размещались два передатчика весом 3,5 кг и три батареи питания. Передаваемые им радиосигналы позволяли исследовать верхние слои ионосферы.
Простейший спутник был собран в рекордно короткие сроки. 15 февраля 1957 года было принято постановление о его создании, а 4 октября того же года он вышел на орбиту. Принимаемый всеми радиолюбителями сигнал «бип-бип» возвестил о начале новой космической эры. ПС-1 провёл на орбите 92 дня, а уже 4 ноября, ровно через месяц после запуска, в космос отправился ПС-2 с собакой Лайкой на борту. Первое живое существо должно было прожить орбите неделю, но аппарат перегрелся, и собака быстро погибла. Тем не менее главная цель была достигнута – Королёв доказал возможность полёта живого существа в космос.
Лайка стала первым живым существом, побывавшим в космосе, но далеко не первым животным, полетевшим в ракете. Учёные СССР и США использовали животных для исследования перегрузок во время полёта. Американцы предпочитали запускать обезьян, а мы собак, которых находили во дворах института авиационной медицины. Учёные приучили собак носить специальные одежды, есть из автоматической кормушки увлажненный корм, потому что лакать в невесомости невозможно. Собаки проходили тренировки, готовились к перегрузкам и катапультированию.
В том же году С.П. Королёв начал исследования по созданию пилотируемого корабля спутника. Ракетой-носителем должна была стать Р-7. Расчёты показали, что она способна вывести на околоземную орбиту груз массой более 5 тонн.
Тогда же бюро Королёва начало работу над космическим кораблём «Восток». Всего было создано три типа кораблей: прототип «Восток-1к», на котором были отработаны системы, «Восток-2к»-разведывательный спутник, и «Восток-3к», предназначенный для полётов человека в космос.
После окончания работ над будущим космическим кораблём «Восток» настало время испытаний. Первым, кто полетел на корабле-спутнике, был манекен, а следом за ним отправились собаки. 19 августа 1960 года в космос с космодрома Байконур был запущен корабль «Спутник-5», который был прототипом космического корабля «Восток». На корабле отправились собаки Белка и Стрелка.
Они провели на орбите около суток и благополучно вернулись на землю. В течение нескольких месяцев ещё были попытки запустить собак в космос, но все оказывались неудачными, собаки погибали. С. П. Королёв не мог отправить в космос человека до тех пор, пока не был уверен, что корабль надёжен и космонавт вернётся на Землю целым и невредимым, поэтому собачьи запуски продолжались. 9 марта 1961 года стартовал корабль «Спутник-9», который нёс на борту манекен, собаку Чернушку, мышь и морскую свинку. При возращении после входа в плотные слои атмосферы манекен успешно катапультировался, а животные приземлились в спускаемом аппарате.
Следующей в космос отправилась Звёздочка. 25 марта космический корабль с собакой и манекеном на борту вышел на орбиту, выполнил ряд испытаний и вернулся на землю. Безопасность космического корабля была доказана, и теперь Королёв со спокойным сердцем дал добро на полёт человека. Одноместный космический корабль «Восток» выводил на орбиту космонавта, который совершал полёт в скафандре. Система жизнеобеспечения была рассчитана на 10 суток полёта. После завершения программы исследований от корабля отделялся спускаемый аппарат, который доставлял космонавта на землю. На высоте 7 км космонавт катапультировался и приземлялся отдельно от спускаемого аппарата. Однако в экстренных случаях он мог и не покидать аппарат. Общая масса космического корабля достигала 4,73 тонны, длина (без антенн) 4,4м, а максимальный диаметр 2,43м. Отсеки механически соединялись между собой при помощи металлических лент и пиротехнических замков. Корабль оснащался системами: автоматического и ручного управления, автоматической ориентации на
Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения, рассчитанной на поддержание внутренней атмосферы, близкой по своим параметрам к атмосфере Земли в течение 10 суток, командно-логического управления, электропитания, терморегулирования и приземления.
Вес космического корабля вместе с последней ступенью ракеты-носителя составлял 6,17 тонны, а их длина в связке 7,35 м. При разработке спускаемого аппарата конструкторами была выбрана асимметричная сферическая форма, как наиболее хорошо изученная и имеющая стабильные аэродинамические характеристики для всех диапазонов на разных скоростях движения. Это решение позволяло обеспечить приемлемую массу тепловой защиты аппарата и реализовать наиболее простую баллистическую схему спуска с орбиты.
В то же время выбор баллистической схемы спуска обуславливал высокие перегрузки, которые предстояло испытать человеку, работающему на борту корабля. Спускаемый аппарат имел два иллюминатора, один из которых размещался на входном люке, чуть выше головы космонавта, а другой, оснащённый специальной системой ориентации, в полу у его ног.
12 апреля 1961 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель 8к78 с космическим кораблём «Восток». На борту корабля находился лётчик-космонавт Юрий Гагарин, которому первому предстояло преодолеть притяжение родной планеты и выйти на околоземную орбиту. «Восток» совершил один виток вокруг Земли, полёт длился 108 минут. Полёт корабля "Восток" с человеком на борту явился итогом напряженной работы советских ученых, инженеров, врачей и специалистов различных отраслей техники. 6 августа 1961 года был запущен корабль, получивший название "Восток-2", с лётчиком-космонавтом Г.С.Титовым. Полёт продолжался 25 ч. Орбитальный полёт и спуск прошли нормально. На корабле "Восток-2" была установлена профессиональная репортажная кинокамера, , доработанная для бортовых съемок. С помощью этой камеры была выполнена 10-минутная съёмка Земли через иллюминаторы корабля.
Объекты съёмки выбирал сам космонавт, стремясь получить материал, иллюстрирующий картины, наблюдаемые им во время полёта. Полученная высококачественная съёмка широко демонстрировалась на телевизионном киноэкране, была опубликована в центральных газетах и вызвала интерес научной общественности к изучению изображений Земли из космоса. Следующим этапом стала программа «Восход» для выхода человека в космос. Для этого конструкция была изменена. Двухместный корабль «Восход-2» был оборудован надувной шлюзовой камерой, которая после использования отстреливалась. Снаружи камеры конструкторы установили кинокамеру, баллоны с запасом воздуха для надува, и запас кислорода. Для полёта был разработан специальный скафандр «Беркут». Скафандр имел многослойную герметичную оболочку, с помощью которой поддерживалось давление, а снаружи специальное покрытие, которое предохраняло от солнечных лучей. 18 марта 1965 года «Восход-2» стартовал с космонавтами Беляевым и Леоновым. Спустя полтора часа после начала полёта Леонов открыл наружный люк и вышел в открытый космос.
Запуски космических кораблей положили новую эпоху в освоение космоса. В 1962 году конструкторы начали проектировать корабль «Союз», для облёта Луны. Одновременно с советскими учёными космическое агентство США начало разработку лунной программы, они хотели первыми освоить поверхность луны. Были созданы луноходы, для изучения поверхности Луны. Новые ракеты-носители, и космические корабли, например «Аполлон», созданный учёными НАСА, для доставки астронавтов на поверхность Луны. 16 июля 1969 года стартовал Аполлон-11. Лунный модуль прилунился. Нил Армстронг спустился на поверхность Луны 21 июля 1969 года, совершив первую в истории человечества высадку на Луну. Космические корабли не могли обеспечить длительное пребывание на орбите, поэтому учёные стали думать над созданием орбитальной станции. В 1971 году с помощью ракеты-носителя «Протон» на орбиту вывели орбитальную станцию «Салют». Спустя 2 года США запустили станцию «Скайлэб».
Орбитальные станции (ОС) были предназначены для долговременного пребывания людей на околоземной орбите, для проведения научных исследований в условиях космического пространства, наблюдений за поверхностью и атмосферой планеты. От искусственных спутников ОС отличалась наличием экипажа, который периодически сменялся с помощью транспортных кораблей. На кораблях доставляли смену экипажа, запасы топлива и материалы для станции, и ещё средства жизнеобеспечения экипажа. Длительность пребывания на орбитальной станции зависела от того, возможно ли её вовремя дозаправить и ремонтировать. Поэтому при разработке орбитальной станции третьего поколения «Салют» было принято решение о создании на базе пилотируемого корабля «Союз» грузового корабля, получившего позже название «Прогресс». При проектировании были использованы бортовые системы, конструкции корабля «Союз». «Прогресс» имел три основных отсека: герметичный грузовой со стыковочным агрегатом, где размещались материалы и оборудование, доставляемые на станцию, отсек дозаправки, и приборно-агрегатный.
В 1979 году советские конструкторы приступили к работе над новым типом долговременных орбитальных станций. Над "Миром" работали 280 организаций. Базовый блок был выведен на орбиту 20 февраля 1986 года. Затем в течение 10 лет один за другим были пристыкованы ещё шесть модулей. С 1995 года станцию стали посещать иностранные экипажи. Также на станции побывало 15 экспедиций, из них 14 международных.
Станция провела 5511 день на орбите. В конце 1990-х годов на станции начались многочисленные проблемы из-за постоянного выхода из строя различных приборов и систем. Через некоторое время было принято решение затопить «Мир». 23 марта 2001 года проработавшая в три раза дольше срока станция была затоплена в Тихом океане. В том же 1979 году американские конструкторы построили первый Шаттл, космический челнок, многоразовый транспортный космический корабль. Шаттл запускается в космос, осуществляет манёвры на орбите как космический корабль и возвращается на Землю как самолёт. Подразумевалось, что Шаттлы будут сновать, как челноки, между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. Корабли стали использоваться для вывода грузов на орбиту высотой 200—500 км, проведения исследований, обслуживания орбитальных космических станций.