Научные открытия, которые привели нас в космос: Ракеты. Кто и когда изобрел первую ракету в мире Как называлась первая космическая ракета
Вчера президент посетил Самару, где побывал на одном из ведущих российских предприятий – ОАО «Ракетно-космический центр (РКЦ) «Прогресс» – и провёл совещание по вопросам социально-экономического развития региона.
Осмотр заводской продукции Владимир Путин начал прямо с вертолётной площадки на заводской территории. Здесь президенту показали образцы авиационной и водной техники. Глава государства даже сел за штурвал двухмоторного турбовинтового самолёта «Рысачок», который производится на предприятии.
С самолётов и началась история предприятия. С 1917 года это был Государственный авиационный завод № 1, и находился он в Москве. А родилась мастерская по ремонту велосипедов ещё в 1894 году, с неё-то всё и пошло. В Самару (тогда город назывался Куйбышев) завод эвакуировали в 1941 году. Отсюда на фронт отправлялись штурмовики Ил-2 и Ил-10, истребители МиГ-3. А в 1959-м с полигона Байконур взлетела первая серийная межконтинентальная баллистическая ракета, с 12 апреля 1961 года все запуски отечественных космических экипажей производились на самарских носителях.
Современная история предприятия тоже успешна. Владимиру Путину показали и рассказали о международных и перспективных проектах завода. К примеру, международный проект «Союз», который реализуется в Гвианском космическом центре, предполагает около 50 пусков ракет-носителей в течение 15 лет, что обеспечивает «Прогрессу» долгосрочной заказ на производство ракет класса «Союз-СТ».
На предприятии идёт работа над перспективными космическими проектами создания новых ракет среднего класса типа «Союз-5», ракет-носителей тяжёлого и сверхтяжёлого классов для полётов на Луну и Марс, производства малых космических аппаратов и других высокотехнологичных проектов.
В цехе сборки и испытания ракет-носителей, используемых для запуска пилотируемых и транспортных космических кораблей, президенту показали и серийные, и опытные образцы ракет-носителей – главной продукции предприятия.
Как рассказал генеральный директор завода Александр Кирилин, за 50 лет на Самарском РКЦ создано девять модификаций ракет-носителей среднего класса – «Восток», «Молния», «Союз». И запущено их было за эти годы более 1800, а ещё – 980 космических аппаратов, которые также делают на «Прогрессе». Причём они решают множество задач, включая национальную безопасность, научные и народно-хозяйственные цели.
Вечером в административном корпусе завода Владимир Путин провёл совещание, посвящённое социально-экономическому развитию Самарской области. Его участниками стали министры правительства, вице-премьер Дмитрий Рогозин и руководители крупных предприятий области в сфере нефтепереработки, автомобилестроения, авиационно-космической промышленности и жилищного строительства.
Что такое космическая ракета? Чем она отличается от обычной? Космическая ракета – это ракета составная, многоступенчатая, работающая на жидком топливе. Никто в готовом виде такую ракету сразу не придумал!
Первые простые ракеты появились ещё в 13 веке в Китае.
Эскизы и чертёжи первых многоступенчатых ракет появились в трудах военного техника Конрада Хааса (1556 г.) и учёного Казимира Семеновича (1650 г.). Именно он, по мнению многих специалистов, является первым изобретателем многоступенчатой ракеты. Но это были военно-инженерные проекты. Ни Хаас, ни Семенович не предполагали их использование в космических целях.
Первым идею использования многоступенчатой ракеты для полёта в космос предложил
в 17 веке… Сирано де Бержерак в своей фантастической повести «Путешествие на Луну» (1648 г.).
Но дело в том, что обычная многоступенчатая ракета на твёрдом топливе (в основном предлагался порох) не годилась для космических полётов. Нужен был принципиально иной вид топлива.
И вот, наконец, в начале 20 века, в 1903 году, наш соотечественник К. Э. Циолковский придумал, как научить ракету летать в космосе. Он придумал ЖИДКОЕ двухкомпонентное топливо! – Впервые предложил конструкцию космической ракеты с жидкостным реактивным двигателем! – В этом его великая заслуга. И именно поэтому Циолковский считается одним из основоположников космонавтики (хотя ему и не удалось предложить работоспособную конструкцию ракеты). «Одним из» – потому что всего их трое. Кроме нашего Циолковского это ещё американец Роберт Годдард и немец Герман Оберт.
Годдард в 1914 г. первым, наконец, предложил прототип настоящей космической ракеты – многоступенчатую ракету на жидком топливе. То есть Годдард свёл воедино две основополагающих идеи – идею многоступенчатости и идею жидкого топлива. Многоступенчатость + Жидкое топливо = Космическая ракета. То есть проект настоящей космической ракеты впервые появился именно в трудах Годдарда. Причём в конструкции ракеты Годдарда предусмотрено последовательное отделение ступеней. Именно Годдард в 1914 г. впервые получил патент на изобретение многоступенчатых ракет.
Более того, Годдард занимался не только теоретическими выкладками. Он был ещё и практик! В 1926 году именно сам Годдард и построил первую в мире ракету с жидкостным реактивным двигателем (на жидком топливе). Построил и запустил! (Пусть тогда ещё и не на очень большую высоту, но это же был только первый пробный запуск!)
Так что если к кому в большей степени и относится фраза «придумал космическую ракету» – так это именно к Годдарду.
Стать свидетелем запусков многоступенчатых космических ракет суждено было только одному из трёх «отцов» – Герману Оберту. В 1923 году выходит его книжка, в которой он предложил двухступенчатую ракету для полёта в космос. Выход этой работы имел огромный резонанс в обществе! Даже советская газета «Правда» неоднократно писала об идее «немецкого профессора Оберта, который придумал способ полёта в космос». Оберт тоже был практиком. Он тоже построил свою ракету.
Кроме традиционно называемых трёх «отцов», пожалуй, можно назвать ещё и четвёртого основоположника космонавтики – Юрия Кондратюка, который в своём труде «Тем, кто будет читать, чтобы строить» дал принципиальную схему и описание 4-ступенчатой ракеты, работающей на кислородно-водородном топливе. Работа над рукописью была начата в 1916 г. и закончена в 1919 г. Кондратюк знаменит, прежде всего, тем, что именно он рассчитал оптимальную траекторию полёта к Луне. Эти расчёты были использованы NASA в лунной программе «Аполлон». Предложенная им в 1916 году траектория была впоследствии названа «трассой Кондратюка».
Знакомьтесь: НПО «Энергомаш», недавно вошедшее в Объединенную ракетно-космическую корпорацию России. Это место где производят самые лучшие и мощные жидкостные ракетные двигатели в мире. Они вытягивали почти всю советскую космическую программу, а теперь тянут российскую, украинскую, южнокорейскую и, частично, даже американскую.
Здесь, в подмосковных Химках, разработаны двигатели для советско-российских ракет «Союз» и «Протон»; для российской «Ангары»; для советско-украинских «Зенита» и «Днепра»; для южнокорейской KSLV-1 и для американской ракеты Atlas-5. Но обо всем по порядку...
1. После проверки паспорта и прибытия сопровождающего, с проходной выдвигаемся в музей завода, или как тут его называют «Демонстрационный зал».
2. Хранитель зала Владимир Судаков — начальник Отдела информации. Судя по всему, с обязанностями он справляется неплохо — он один из всех моих собеседников знал кто такой «Zelenyikot».
3. Владимир провел короткую, но емкую экскурсию в музее.
Видите на столе 7 сантиметровую пшикалку? Вот с нее вырос весь советский и российский космос.
НПО «Энергомаш» развился из небольшой группы энтузиастов ракетостроения, сформированной в 1921 году, а в 1929-м названной Газодинамическая лаборатория, руководителем там был Валентин Петрович Глушко, позже он же стал генеральным конструктором НПО «Энергомаш».
Диск со сферой в центре — это не модель Солнечной системы, как я подумал, а макет электроракетного космического корабля. На диске предполагалось размещать солнечные батареи. На дальнем плане — первые модели жидкостных ракетных двигателей разработки ГДЛ.
За первыми концептами 20-30-х гг. пошли реальные работы на госфинансировании. Тут ГДЛ работало уже вместе с Королевским ГИРД. В военное время в «шарашке» разрабатывали ракетные ускорители для серийных военных самолетов. Создали целую линейку двигателей, и полагали, что являются одними из мировых лидеров жидкостного двигателестроения.
Но всю погоду испортили немцы, которые создали первую баллистическую ракету А4, более известную в России под названием «Фау-2».
Ее двигатель более чем на порядок превосходил советские разработки (25 тонн против 900 кг), и после войны инженеры принялись наверстывать упущенное.
4. Сначала создали полную реплику А4 под названием Р-1, но с использованием полностью советских материалов. На этом периоде нашим инженерам еще помогали немецкие. Но к секретным разработкам их старались не подпускать, поэтому дальше наши работали сами.
5. Первым делом инженеры принялись форсировать и облегчать немецкую конструкцию, и добились в этом немалых успехов — тяга повысилась до 51 тс.
6. Первые разработки с новым типом камеры сгорания были военные. В демонстрационном зале они запрятаны в самый дальний и темный угол. А на свету — гордость — двигатели РД-107 и РД-108, которые обеспечили Советскому Союзу первенство в космосе, и позволяют России лидировать в пилотируемой космонавтике по сей день.
7. Владимир Судаков показывает рулевые камеры — дополнительные ракетные двигатели, которые позволяют управлять полетом.
8. В дальнейших разработках от подобной конструкции отказалось — решили просто отклонять маршевую камеру двигателя целиком. Проблемы с нестабильностью горения до конца решить так и не удалось, поэтому большинство двигателей конструкции КБ Глушко — многокамерные.
9. В зале имеется только один однокамерный гигант, который разрабатывался для лунной программы, но в серию так и не пошел — победил конкурирующий вариант НК-33 для ракеты Н1.
Разница их в том, что Н1 запускали на смеси кислород-керосин, а Глушко был готов запускать людей на диметилгидразине-тетраоксиде азота. Такая смесь эффективнее, но намного токсичнее керосина. В России на ней летает только грузовой «Протон». Впрочем, это ни сколь не мешает Китаю сейчас запускать своих тайконавтов именно на такой смеси.
10. Можно взглянуть и на двигатель «Протона».
11. А двигатель для баллистической ракеты Р-36М, до сих пор стоит на боевом дежурстве в ракетах «Воевода», широко известных под натовским названием «Сатана».
Впрочем, сейчас их, под названием «Днепр» тоже запускают с мирными целями.
12. Наконец добираемся до жемчужины КБ Глушко и гордости НПО «Энергомаш» — двигателю РД-170/171.
На сегодняшний день — это самый мощный кислород-керосиновый двигатель в мире — тяга 800 тс. Превосходит американский лунный F-1 на 100 тс, но достигает этого за счет четырех камер сгорания, против одной у F-1.
РД-170 разрабатывался для проекта «Энергия-Буран», в качестве двигателей боковых ускорителей. По первоначальному проекту предполагалось многоразовость ускорителей, поэтому двигатели были разработаны и сертифицированы для десятикратного использования. К сожалению, возврат ускорителей так и не был реализован, но двигатели сохраняют свои возможности.
После закрытия программы «Буран», РД-170 повезло больше чем лунному F-1 — ему нашли более утилитарное применение в ракете «Зенит». В советское время ее, так же как и «Воеводу» разрабатывало КБ «Южное», которое после развала СССР оказалось за границей. Но в 90-е политика не помешала российско-украинскому сотрудничеству, а к 1995 году, совместно с США и Норвегией начал реализовываться проект «Морской старт». Хотя он так и не вышел на прибыльность, прошел реорганизацию и сейчас решается его дальнейшая судьба, но ракеты летали и заказы на двигатели поддерживали «Энергомаш» в годы космического безденежья 90-х- начала 2000-х.
13. Как добиться подвижности узла при высоких давлениях и экстремальных температурах? Да фигня вопрос: всего лишь 12 слоев металла и дополнительные кольца бронирования, зальем меж слоев жидким кислородом — и нет проблем...
Такая конструкция позволяет жестко закрепить двигатель, но управлять полетом отклонением камеры сгорания и сопла, при помощи карданного подвеса. На двигателе он виден чуть ниже и правее центра, над панелью с красными заглушками.
14. Американцы про свой космос любят повторять: «Мы стоим на плечах гигантов». Глядя на такие творения советских инженеров понимаешь, что эта фраза всецело относится и к российской космонавтике. Та же «Ангара» хоть и детище уже российских конструкторов, но ее двигатель — РД-191 эволюционно восходит к РД-171.
Точно так же «половинка» РД-171, под названием РД-180 внесла свой вклад, и в американскую космонавтику, когда «Энергомаш» в 1995 году победил в конкурсе Lockheed Martin. Я спрашивал, не было ли в этой победе пропагандистского элемента — могли ли американцы заключить контракт с русскими для демонстрации завершения эры соперничества и начала сотрудничества в космосе? Мне не ответили, но рассказали про офигевшие глаза американских заказчиков, когда они увидели творения сумрачного химкинского гения. По слухам, характеристики РД-180 почти вдвое превышали характеристики конкурентов. Причина в том, что в США так и не освоили ракетные двигатели с закрытым циклом. В принципе, можно и без него, тот же F-1 был с открытым циклом или Merlin от SpaceX. Но в соотношении «мощность/масса» двигатели закрытого цикла выигрывают, хоть и проигрывают в цене.
Вот тут на видео испытаний двигателя Merlin-1D видно как из трубки рядом с соплом хлещет струя генераторного газа:
15. Наконец, завершение экспозиции — надежда предприятия — двигатель РД-191. Это пока самая младшая модель семейства. Он создавался для ракеты «Ангара», успел поработать в корейской KSLV-1, и его рассматривает в качестве одного из вариантов американская компания Orbital Scienses, которой понадобилась замена самарского НК-33 после аварии ракеты Antares в октябре.
16. На заводе эту троицу РД-170, РД-180, РД-191 в шутку называют «литр», «поллитра» и «четвертинка».
17. На заводе много интересного, а главное получилось увидеть, как такое чудо инженерной мысли создается из кучи стальных и алюминиевых болванок.
Научно-исследовательский проект
«Ракетостроение:
прошлое, настоящее, будущее»
Научный руководитель: Дарья Владимировна
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
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.
Эта статья представит читателю такую интереснейшую тему, как космическая ракета, ракета-носитель и весь тот полезный опыт, который это изобретение принесло человечеству. Также будет рассказано и о полезных грузах, доставляемых в космическое пространство. Освоение космоса началось не так давно. В СССР это была середина третьей пятилетки, когда окончилась Вторая мировая война. Космическая ракета разрабатывалась во многих странах, однако даже США обогнать нас на том этапе не удалось.
Первые
Первой в удачном запуске ушла из СССР космическая ракета-носитель с искусственным спутником на борту 4 октября 1957 года. Спутник ПС-1 удалось вывести на околоземную орбиту. Нужно отметить, что для этого понадобилось создать шесть поколений, и только седьмого поколения космические ракеты России смогли развить нужную для выхода в околоземное пространство скорость - восемь километров в секунду. Иначе невозможно преодолеть притяжение Земли.
Это стало возможным в процессе разработок баллистического оружия дальнего радиуса, где применялось форсирование двигателя. Не следует путать: космическая ракета и космический корабль - это разные вещи. Ракета - средство доставки, а корабль крепится на неё. Вместо него там может быть что угодно - космическая ракета может нести на себе и спутник, и оборудование, и ядерную боеголовку, что всегда служило и до сих пор служит сдерживанием для ядерных держав и стимулом к сохранению мира.
История
Первыми теоретически обосновали запуск космической ракеты русские учёные Мещерский и Циолковский, которые уже в 1897 году описали теорию её полёта. Значительно позже эту идею подхватили Оберт и фон Браун из Германии и Годдард из США. Именно в этих трёх странах началась работа над задачами реактивного движения, создания твёрдотопливных и жидкостных реактивных двигателей. Лучше всех эти вопросы решались в России, по крайней мере твёрдотопливные двигатели уже широко использовались во Второй мировой войне ("Катюши"). Жидкостные реактивные двигатели лучше получились в Германии, создавшей первую баллистическую ракету - "Фау-2".
После войны команда Вернера фон Брауна, прихватив чертежи и разработки, нашла приют в США, а СССР вынужден был довольствоваться небольшим количеством отдельных узлов ракеты без какой бы то ни было сопроводительной документации. Остальное придумали сами. Ракетная техника развивалась стремительно, всё более увеличивая дальность и массу несомого груза. В 1954 году началась работа над проектом, благодаря которому СССР смог первым осуществить полет космической ракеты. Это была межконтинентальная двухступенчатая баллистическая ракета Р-7, которую вскоре модернизировали для космоса. Она получилась на славу - исключительно надёжная, обеспечившая множество рекордов в освоении космического пространства. В модернизированном виде её используют до сих пор.
"Спутник" и "Луна"
В 1957 году первая космическая ракета - та самая Р-7 - вывела на орбиту искусственный "Спутник-1". США чуть позже решили повторить такой запуск. Однако в первую попытку их космическая ракета в космосе не побывала, она взорвалась на старте - даже в прямом эфире. "Авангард" был сконструирован чисто американской командой, и он не оправдал надежд. Тогда проектом занялся Вернер фон Браун, и в феврале 1958 года старт космической ракеты удался. А в СССР тем временем модернизировали Р-7 - к ней была добавлена третья ступень. В результате скорость космической ракеты стала совсем другой - была достигнута вторая космическая, благодаря которой появилась возможность покидать орбиту Земли. Ещё несколько лет серия Р-7 модернизировалась и совершенствовалась. Менялись двигатели космических ракет, много экспериментировали с третьей ступенью. Следующие попытки были удачными. Скорость космической ракеты позволяла не просто покинуть орбиту Земли, но и задуматься об изучении других планет Солнечной системы.
Но сначала внимание человечества было практически полностью приковано к естественному спутнику Земли - Луне. В 1959 году к ней вылетела советская космическая станция "Луна-1", которая должна была совершить жёсткую посадку на лунной поверхности. Однако аппарат из-за недостаточно точных расчётов прошёл несколько мимо (в шести тысячах километров) и устремился к Солнцу, где и пристроился на орбиту. Так у нашего светила появился первый собственный искусственный спутник - случайный подарок. Но наш естественный спутник недолго находился в одиночестве, и в этом же 1959-м к нему прилетела "Луна-2", выполнив свою задачу абсолютно правильно. Через месяц "Луна-3" доставила нам фотографии обратной стороны нашего ночного светила. А в 1966-м прямо в Океане Бурь мягко приземлилась "Луна-9", и мы получили панорамные виды лунной поверхности. Лунная программа продолжалась ещё долго, до той поры, когда американские космонавты на ней высадились.
Юрий Гагарин
День 12 апреля стал одним из самых знаменательных дней в нашей стране. Невозможно передать мощь народного ликования, гордости, поистине счастья, когда объявили о первом в мире полёте человека в космос. Юрий Гагарин стал не только национальным героем, ему рукоплескал весь мир. И потому 12 апреля 1961 года - день, триумфально вошедший в историю, стал Днём космонавтики. Американцы срочно попытались ответить на этот беспрецедентный шаг, чтобы разделить с нами космическую славу. Через месяц состоялся вылет Алана Шепарда, но на орбиту корабль не выходил, это был суборбитальный полёт по дуге, а орбитальный у США получился только в 1962-м.
Гагарин полетел в космос на космическом корабле "Восток". Это особая машина, в которой Королёв создал исключительно удачную, решающую множество всевозможных практических задач космическую платформу. Тогда же, в самом начале шестидесятых, разрабатывался не только пилотируемый вариант космического полёта, но был выполнен и проект фото-разведчика. "Восток" вообще имел множество модификаций - более сорока. И сегодня эксплуатируются спутники из серии "Бион" - это прямые потомки корабля, на котором совершён первый полёт человека в космос. В этом же 1961 году гораздо более сложная экспедиция была у Германа Титова, который целые сутки провёл в космосе. Соединённые Штаты смогли это достижение повторить только в 1963 году.
"Восток"
Для космонавтов на всех кораблях "Восток" было предусмотрено катапультное кресло. Это было мудрым решением, поскольку одно-единственное устройство выполняло задачи и на старте (аварийное спасение экипажа), и мягкую посадку спускаемого аппарата. Конструкторы сосредоточили усилия на разработке одного устройства, а не двух. Это уменьшало технический риск, в авиации система катапульт в то время уже была отлично отработана. С другой стороны, огромный выигрыш во времени, чем если проектировать принципиально новое устройство. Ведь космическая гонка продолжалась, и её выигрывал с довольно большим отрывом СССР.
Таким же образом приземлился и Титов. Ему повезло опуститься на парашюте около железной дороги, по которой ехал поезд, и его немедленно сфотографировали журналисты. Система посадки, которая стала самой надёжной и мягкой, разработана в 1965 году, в ней используется гамма-высотомер. Она служит и до сих пор. В США этой технологии не было, именно поэтому все их спускаемые аппараты, даже новые Dragon SpaceX не приземляются, а приводняются. Только шаттлы являются исключением. А в 1962 году СССР уже начал групповые полёты на космических кораблях "Восток-3" и "Восток-4". В 1963 году отряд советских космонавтов пополнился первой женщиной - Валентина Терешкова побывала в космосе, став первой в мире. Тогда же Валерий Быковский поставил не побитый до сих пор рекорд длительности одиночного полёта - он пробыл в космосе пять суток. В 1964 году появился многоместный корабль "Восход", США и тут отстали на целый год. А в 1965-м Алексей Леонов вышел в открытый космос!
"Венера"
В 1966 году СССР начал межпланетные перелёты. Космический корабль "Венера-3" совершил жёсткую посадку на соседнюю планету и доставил туда глобус Земли и вымпел СССР. В 1975-м "Венере-9" удалось совершить мягкую посадку и передать изображение поверхности планеты. А "Венера-13" сделала цветные панорамные снимки и звукозапись. Серия АМС (автоматические межпланетные станции) для изучения Венеры, а также окружающего космического пространства продолжает совершенствоваться и сейчас. На Венере условия жёсткие, а достоверной информации о них практически не было, разработчики ничего не знали ни о давлении, ни о температуре на поверхности планеты, всё это, естественно, осложняло исследование.
Первые серии спускаемых аппаратов даже плавать умели - на всякий случай. Тем не менее поначалу полёты удачными не были, зато впоследствии СССР настолько преуспел в венерианских странствиях, что эту планету стали называть русской. "Венера-1" - первый из космических аппаратов в истории человечества, предназначенный для полёта на другие планеты и их исследования. Был запущен в 1961 году, через неделю потерялась связь от перегрева датчика. Станция стала неуправляемой и смогла сделать только первый в мире пролёт вблизи Венеры (на расстоянии около ста тысяч километров).
По стопам
"Венера-4" помогла нам узнать, что на этой планете двести семьдесят один градус в тени (ночная сторона Венеры), давление до двадцати атмосфер, а сама атмосфера - девяносто процентов углекислого газа. А ещё этот космический аппарат обнаружил водородную корону. "Венера-5" и "Венера-6" многое поведали нам о солнечном ветре (потоки плазмы) и его структуре вблизи планеты. "Венера-7" уточнила данные о температуре и давлении в атмосфере. Всё оказалось ещё сложнее: температура ближе к поверхности была 475 ± 20°C, а давление выше на порядок. На следующем космическом аппарате было переделано буквально всё, и через сто семнадцать суток "Венера-8" мягко привенерилась на дневной стороне планеты. На этой станции был фотометр и множество дополнительных приборов. Главное - была связь.
Оказалось, что освещение на ближайшей соседке почти не отличается от земного - как у нас в пасмурный день. Да там не просто пасмурно, погодка разгулялась по-настоящему. Картины увиденного аппаратурой просто ошеломили землян. Помимо этого, был исследован грунт и количество аммиака в атмосфере, измерена скорость ветра. А "Венера-9" и "Венера-10" смогли показать нам "соседку" по телевизору. Это первые в мире записи, переданные с другой планеты. А сами эти станции и теперь искусственные спутники Венеры. На эту планету последними летали "Венера-15" и "Венера-16", которые тоже стали спутниками, предварительно снабдив человечество абсолютно новыми и нужными знаниями. В 1985 году продолжением программы стали "Вега-1" и "Вега-2", которые изучали не только Венеру, но и комету Галлея. Следующий полёт планируется в 2024 году.
Кое-что о космической ракете
Поскольку параметры и технические характеристики у всех ракет отличаются друг от друга, рассмотрим ракету-носитель нового поколения, например "Союз-2.1А". Она является трёхступенчатой ракетой среднего класса, модифицированным вариантом "Союза-У", который весьма успешно эксплуатируется с 1973 года.
Данная ракета-носитель предназначена для того, чтобы обеспечить запуск космических аппаратов. Последние могут иметь военное, народнохозяйственное и социальное назначение. Эта ракета может выводить их на разные типы орбит - геостационарные, геопереходные, солнечно-синхронные, высокоэллиптические, средние, низкие.
Модернизация
Ракета предельно модернизирована, здесь создана принципиально иная цифровая система управления, разработанная на новой отечественной элементной базе, с быстродействующей бортовой цифровой вычислительной машиной с гораздо большим объёмом оперативной памяти. Цифровая система управления обеспечивает ракету высокоточным выведением полезных нагрузок.
Кроме того, установлены двигатели, на которых усовершенствованы форсуночные головки первой и второй ступеней. Действует другая система телеизмерений. Таким образом повысилась точность выведения ракеты, её устойчивость и, разумеется, управляемость. Масса космической ракеты не увеличилась, а полезный выводимый груз стал больше на триста килограммов.
Технические характеристики
Первая и вторая ступени ракеты-носителя оснащены жидкостными ракетными двигателями РД-107А и РД-108А от НПО "Энергомаш" имени академика Глушко, а на третьей ступени установлен четырёхкамерный РД-0110 от КБ "Химавтоматики". Ракетным топливом служат жидкий кислород, являющийся экологически чистым окислителем, а также слаботоксичное горючее - керосин. Длина ракеты - 46,3 метра, масса на старте - 311,7 тонн, а без головной части - 303,2 тонны. Масса конструкции ракеты-носителя - 24,4 тонны. Компоненты топлива весят 278,8 тонн. Лётные испытания "Союза-2.1А" начались в 2004 году на космодроме Плесецк, и прошли они успешно. В 2006-м ракета-носитель произвела первый коммерческий полёт - вывела на орбиту европейский метеорологический космический аппарат "Метоп".
Нужно сказать, что у ракет разные возможности вывода полезной нагрузки. Носители есть лёгкие, средние и тяжёлые. Ракета-носитель "Рокот", например, выводит космические аппараты на околоземные низкие орбиты - до двухсот километров, а потому ей по силам нагрузка в 1,95 тонн. А вот "Протон" - тяжёлого класса, на низкую орбиту он может вывести 22,4 тонн, на геопереходную - 6,15, а на геостационарную - 3,3 тонны. Рассматриваемая нами ракета-носитель предназначена для всех площадок, которыми пользуется "Роскосмос": Куру, Байконур, Плесецк, Восточный, и работает в рамках совместных российско-европейских проектов.
Статьи по теме
