Wstęp

Z fizyki dowiedziałem się, że aby ciało mogło stać się sztucznym satelitą Ziemi, trzeba mu podać prędkość równą 8 km/s (ja kosmiczna prędkość). Jeśli taka prędkość zostanie nadana ciału w kierunku poziomym w pobliżu powierzchni Ziemi, to przy braku atmosfery stanie się satelitą Ziemi, obracającym się wokół niej po orbicie kołowej.

Tylko wystarczająco potężne rakiety kosmiczne są w stanie przekazać taką prędkość satelitom. Obecnie wokół Ziemi krążą tysiące sztucznych satelitów!

Aby dotrzeć do innych planet, statek kosmiczny musi być informowany o prędkości kosmicznej II, która wynosi około 11,6 km/s! Na przykład, aby dotrzeć do Marsa, co Amerykanie wkrótce zrobią, trzeba latać z tak ogromną prędkością przez ponad osiem i pół miesiąca! I to nie liczy drogi powrotnej na Ziemię.

Jaka powinna być konstrukcja statku kosmicznego, aby osiągnąć tak ogromne, niewyobrażalne prędkości?! Ten temat bardzo mnie zainteresował i postanowiłem poznać wszystkie subtelności projektowania statków kosmicznych. Jak się okazuje, problemy praktycznego projektowania rodzą nowe formy samolotów i wymagają opracowania nowych materiałów, które z kolei stwarzają nowe problemy i ujawniają wiele interesujących aspektów dawnych problemów zarówno w badaniach podstawowych, jak i stosowanych.

materiały

Podstawą rozwoju technologii jest znajomość właściwości materiałów. Wszystkie statki kosmiczne wykorzystują różnorodne materiały w różnych środowiskach.

W ciągu ostatnich kilku lat liczba badanych materiałów i interesujących nas cech gwałtownie wzrosła. Gwałtowny wzrost liczby materiałów technicznych użytych do budowy statków kosmicznych, a także rosnącą współzależność konstrukcji statków kosmicznych i właściwości materiałów ilustruje tabela. 1. W 1953 aluminium, magnez, tytan, stal i stopy specjalne były przedmiotem zainteresowania przede wszystkim jako materiały lotnicze. Pięć lat później, w 1958 roku, były szeroko stosowane w nauce rakietowej. W 1963 roku każda z tych grup materiałów zawierała już setki kombinacji elementów lub komponentów, a liczba interesujących materiałów wzrosła o kilka tysięcy. Obecnie prawie wszędzie potrzebne są nowe i ulepszone materiały, a sytuacja raczej nie zmieni się w przyszłości.

Tabela 1

Materiały stosowane w konstrukcjach statków kosmicznych

Materiał
Beryl
Materiały do ​​zarządzania ciepłem
Materiały termoelektryczne
Materiały fotowoltaiczne
Powłoki ochronne
Ceramika
Materiały wzmocnione nićmi
Powłoki zdmuchiwane (materiały ablacyjne)
Materiały warstwowe
Polimery
Metale ogniotrwałe
Stopy specjalne
stopy tytanu
stopy magnezu
Stopy aluminium

Zapotrzebowanie na nową wiedzę w dziedzinie materiałoznawstwa i technologii materiałowej znajduje oddźwięk w naszych uczelniach, firmach prywatnych, niezależnych organizacjach badawczych i różnych organach rządowych. Tabela 2 daje pewne wyobrażenie o charakterze i zakresie prowadzonych przez NASA badań nad nowymi materiałami. Prace te obejmują zarówno badania podstawowe, jak i stosowane. Największe wysiłki koncentrują się w dziedzinie badań podstawowych w fizyce i chemii ciała stałego. Interesujące są tu atomowa budowa materii, oddziaływania sił międzyatomowych, ruch atomów, a zwłaszcza wpływ defektów współmiernych do wielkości atomów.

Tabela 2

Program badań materiałowych

Kolejna kategoria to materiały konstrukcyjne o wysokiej wytrzymałości właściwej, takie jak tytan, aluminium i beryl, stopy żaroodporne i ogniotrwałe, ceramika i polimery. Do specjalnej grupy należy zaliczyć materiały dla naddźwiękowego lotnictwa transportowego.

W programie NASA obserwuje się coraz większe zainteresowanie kategorią materiałów stosowanych w elektronice. Trwają badania nad nadprzewodnikami i laserami. W grupie półprzewodników badane są zarówno materiały organiczne, jak i nieorganiczne. Prowadzone są również badania w dziedzinie termoelektroniki.

Wreszcie program badań nad materiałami kończy się bardzo ogólnym rozważeniem praktycznego wykorzystania materiałów.

Aby pokazać potencjalne zastosowania wyników badań materiałowych w przyszłości skoncentruję się na badaniach związanych z badaniem wpływu przestrzennego rozmieszczenia atomów na właściwości cierne metali.

Gdyby udało się zmniejszyć tarcie między stykającymi się metalowymi powierzchniami, umożliwiłoby to ulepszenie prawie wszystkich typów mechanizmów z ruchomymi częściami. W większości przypadków tarcie między współpracującymi powierzchniami jest wysokie i stosuje się smarowanie w celu jego zmniejszenia. Jednak bardzo interesujące jest również zrozumienie mechanizmu tarcia pomiędzy niesmarowanymi powierzchniami.

Rysunek 1 przedstawia niektóre wyniki badań przeprowadzonych w Lewis Research Center. Eksperymenty prowadzono w warunkach wysokiej próżni, ponieważ gazy atmosferyczne zanieczyszczają powierzchnie i drastycznie zmieniają ich właściwości cierne. Pierwszym ważnym wnioskiem jest to, że właściwości tarcia czystych metali w dużym stopniu zależą od ich naturalnej struktury atomowej (patrz lewa strona ryc. 1). Kiedy metale zestalają się, atomy niektórych tworzą sześciokątną sieć przestrzenną, podczas gdy atomy innych tworzą sześcienną. Wykazano, że metale o sieci heksagonalnej mają znacznie mniejsze tarcie niż metale o sieci sześciennej.

Rys 1. Wpływ struktury atomowej na tarcie suche (bez smarowania).

Rys.2. Wymagania dotyczące materiałów żaroodpornych.

Następnie zbadano szereg metali, których atomy znajdują się na szczytach sześciokątnych graniastosłupów w różnych odległościach między ich podstawami. Badania wykazały, że tarcie maleje wraz ze wzrostem wysokości pryzmatów (patrz środkowa część rys. 1). Najmniejsze tarcie wykazują metale o maksymalnym stosunku odległości między podstawami pryzmatów do odległości między powierzchniami bocznymi. Ten wynik eksperymentalny zgadza się z wnioskami teorii deformacji metali.

W kolejnym etapie jako obiekt badań wybrano tytan, o którym wiadomo, że ma heksagonalną strukturę i słabe właściwości cierne. Aby poprawić właściwości cierne tytanu, zaczęto badać jego stopy z innymi metalami, których obecność miała zwiększać wielkość sieci atomowych. Zgodnie z oczekiwaniami, wraz ze wzrostem odległości między podstawami pryzmatów tarcie gwałtownie spadało (patrz prawa strona rys. 1). Obecnie trwają dodatkowe eksperymenty mające na celu dalszą poprawę właściwości stopów tytanu. Na przykład możemy „zamówić” stop, czyli stosując obróbkę cieplną, aby uporządkować atomy różnych pierwiastków w bardziej odpowiedni sposób i zbadać, jak wpłynie to na tarcie. Nowe postępy w tej dziedzinie zwiększą niezawodność maszyn posiadających części wirujące i prawdopodobnie otworzą duże możliwości w przyszłości.

Choć może się wydawać, że ostatnio poczyniliśmy wielkie postępy w rozwoju materiałów żaroodpornych, postęp w eksploracji kosmosu w ciągu najbliższych 35 lat będzie ściśle powiązany z opracowaniem nowych materiałów, które mogą pracować w wysokich temperaturach przez wiele godzin, oraz w niektórych przypadkach i latach.

Rysunek 2 pokazuje, jak ważne jest to. Oś Y pokazuje czas pracy w godzinach, a odcięta pokazuje temperaturę pracy w stopniach Celsjusza. W zacienionym obszarze od 1100 do 3300°C jedynymi materiałami metalicznymi, które można zastosować, są metale ogniotrwałe. Na osi y linia pozioma oznacza czas pracy równy jednemu rokowi. Obszar parametrów eksploatacyjnych rakietowego silnika jądrowego jest ograniczony temperaturami od 2100 do 3200 °C i czasem pracy od 15 minut do 6 godzin. (Liczby te są bardzo przybliżone i podane jedynie jako wskazówka do określenia granic parametrów eksploatacyjnych.)

Obszar z napisem „samolot hipersoniczny” charakteryzuje warunki pracy materiałów poszycia. Wymaga to znacznie dłuższego czasu pracy. W przypadku pojazdów kosmicznych wielokrotnego użytku podaje się czasy pracy tylko od 60 do 80 godzin, ale w rzeczywistości czasy pracy rzędu tysięcy godzin mogą być wymagane w zakresie temperatur od 1320 do 1650 ° C i więcej.

Zgodnie z rys. 2 można ocenić znaczenie metali ogniotrwałych w rozwiązywaniu problemów stwarzanych przez program eksploracji kosmosu. Niektóre z tych materiałów są już w użyciu i jestem pewien, że zostaną ulepszone i z czasem staną się jeszcze ważniejsze.

Czasami słyszy się, że nowoczesna technologia materiałowa nie jest tak naprawdę nauką, ale wysoko rozwiniętą sztuką. Być może po części jest to prawda, ale jestem pewien, że materiałoznawstwo i technologia osiągnęły już bardzo wysoki poziom rozwoju i będą odgrywać dużą rolę w życiu naszego kraju.

Konstrukcje statków kosmicznych

Przejdźmy teraz do zagadnień projektowania statków kosmicznych. Rysunek 3 przedstawia główne problemy projektowe, które pojawiają się przy projektowaniu nowoczesnych pojazdów nośnych i statków kosmicznych. Należą do nich: obciążenia działające na konstrukcję, dynamika i mechanika lotu; opracowanie konstrukcji, które mogą wytrzymać wysokie obciążenia termiczne; ochrona przed skutkami warunków kosmicznych, a także opracowywanie nowych projektów i kombinacji materiałów do przyszłych zastosowań.

Rys.3. Konstrukcje statków kosmicznych.

Rozwój projektów statków kosmicznych jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju i opiera się na doświadczeniach w projektowaniu samolotów i pocisków balistycznych. Z rys. 4 wynika, że ​​duże nowoczesne pojazdy nośne są pod wieloma względami związane z pociskami balistycznymi. Charakterystyczne cechy ich konfiguracji to duże wydłużenie, które zmniejsza opór atmosferyczny oraz duża objętość zajmowana przez paliwo. Masa materiału miotającego może wynosić od 85 do 90% masy startowej rakiety nośnej. Ciężar właściwy konstrukcji jest bardzo mały, więc jest to zasadniczo cienkościenna elastyczna powłoka. Przy dzisiejszym wysokim koszcie na jednostkę masy ładunku wystrzelonego na orbitę lub tor lotu na Księżyc i planety, szczególnie korzystne jest zmniejszenie masy głównej konstrukcji do akceptowalnego minimum. Problemy konstrukcyjne są jeszcze bardziej dotkliwe w przypadku stosowania jako składników paliwa ciekłego wodoru i tlenu, które mają niski ciężar właściwy, w wyniku czego istnieje potrzeba umieszczania paliwa w dużych objętościach.

Rys.4. Duże pojazdy nośne.

Projektant przyszłych pojazdów nośnych stanie przed wieloma nowymi wyzwaniami. Pojazdy startowe będą prawdopodobnie większe, bardziej złożone i droższe. Aby móc z nich wielokrotnie korzystać bez wysokich kosztów wysyłki zwrotnej lub naprawy, konieczne będzie rozwiązanie ważnych problemów projektowych i technologii materiałowych.

Niezwykłe wymagania stawiane różnym typom statków kosmicznych przyszłości już zintensyfikowały poszukiwania nowych typów projektów i procesów produkcyjnych.

Wymogi ochrony przed niebezpieczeństwami czyhającymi na nas w kosmosie, takimi jak meteoryty, promieniowanie twarde i termiczne, znacznie intensyfikują badania prowadzone w celu stworzenia projektów statków kosmicznych. Na przykład podczas długotrwałego przechowywania ciekłego wodoru i innych cieczy kriogenicznych w przestrzeni kosmicznej należy praktycznie wykluczyć wyciek składników paliwa przez system drenażowy i dziury po meteorytach w zbiornikach paliwa. Poczyniono znaczne postępy w rozwoju materiałów izolacyjnych o wyjątkowo niskiej przewodności cieplnej. Teraz możliwe jest zapewnienie magazynowania paliwa podczas czasu spędzonego na wyrzutni i kilku obrotów wokół Ziemi. Jednak podczas długotrwałego przechowywania w przestrzeni kosmicznej przez okres do jednego roku powstaje bardzo złożony problem związany z dopływem ciepła przez elementy konstrukcyjne zbiorników i rurociągów.

Inne problemy związane z lotami w kosmos, takie jak problem składania dużych statków kosmicznych lub ich części w procesie wystrzeliwania na orbitę, a następnie składania ich w przestrzeni kosmicznej, również będą wymagały nowych rozwiązań konstrukcyjnych. Jednocześnie podczas lotu kosmicznego na statek kosmiczny nie działają ani siły grawitacyjne, ani aerodynamiczne, co rozszerza zakres możliwych rozwiązań konstrukcyjnych. Rysunek 5 pokazuje przykład nietypowego rozwiązania konstrukcyjnego, możliwego tylko w kosmosie. Jest to jedna z opcji orbitującego radioteleskopu, który jest znacznie większy niż te, które mogłyby być dostarczone na Ziemi.

Takie urządzenia są potrzebne do badania naturalnej emisji radiowej gwiazd, galaktyk i innych obiektów niebieskich. Jedno z pasm częstotliwości radiowych interesujących astronomów leży w zakresie 10 MHz i poniżej. Fale radiowe o tej częstotliwości nie przechodzą przez ziemską jonosferę. Niezwykle duże anteny orbitalne są wymagane do odbioru emisji radiowej o niskiej częstotliwości. Lewa strona rysunku 5 pokazuje zależność średnicy anteny od częstotliwości odbieranego promieniowania. Widać, że wraz ze spadkiem częstotliwości średnica anteny wzrasta, a do odbioru fal radiowych o częstotliwości mniejszej niż 10 MHz potrzebne są anteny o średnicy większej niż 1,5 km.

Rysunek 5. Nowe projekty. anteny orbitalne.

Anteny tej wielkości nie można umieścić na orbicie, a jej waga, przy zastosowaniu konwencjonalnych zasad konstrukcyjnych, znacznie przekroczy możliwości największych pojazdów nośnych. Nawet biorąc pod uwagę brak grawitacji, konstrukcja takich anten stwarza duże trudności. Np. jeśli odbłyśnik anteny wykonany jest z litej folii aluminiowej o grubości zaledwie 0,038 mm, to waga materiału powierzchniowego o średnicy anteny 1,6 km wyniesie 214 t. Na szczęście ze względu na niską częstotliwość odbieranego emisja radiowa, powierzchnia anteny może być wykonana z siatki. Ostatnie postępy w dziedzinie dużych ażurowych konstrukcji umożliwiają wykonanie kraty z cienkich nici. W takim przypadku materiał tworzący powierzchnię anteny będzie ważył od 90 do 140 kg. Taka konstrukcja pozwoli na umieszczenie anteny na orbicie, a następnie jej zmontowanie. Jednocześnie możliwe jest zapewnienie gęstego upakowania anteny wraz z układami stabilizacji i zasilania.

Twarde promieniowanie w przestrzeni kosmicznej nadal będzie głównym czynnikiem destrukcyjnym dla statków kosmicznych wystrzeliwanych w kosmos. Zniszczenie to jest częściowo spowodowane bombardowaniem statku kosmicznego przez wysokoenergetyczne protony w pasach radiacyjnych, a także rozbłyski słoneczne. Badanie skutków takiego bombardowania wskazuje na potrzebę zbadania istoty mechanizmów niszczenia oraz określenia właściwości materiałów stosowanych jako ekrany ochronne.

Rys.6. Nowe zasady badań przesiewowych.
1 - cewki nadprzewodzące; 2 - pole magnetyczne; 3 - dodatni ładunek statku kosmicznego; 4 - ekran pochłaniający; 5 - ochrona plazmy.

Rozwój nowych metod ochrony powinien obejmować również badanie możliwości ekranowania za pomocą magnesów nadprzewodzących, co pozwoli na znaczne zmniejszenie masy urządzeń ochronnych, a tym samym zwiększenie ładowności statku kosmicznego przeznaczonego do długotrwałych lotów .

Rysunek 6 ilustruje ten nowy pomysł, zwany ekranowaniem plazmowym. Połączenie pól magnetycznych i elektrostatycznych służy do odchylania naładowanych cząstek, takich jak protony i elektrony. Podstawą ochrony plazmy jest pole magnetyczne wytwarzane przez stosunkowo lekkie cewki nadprzewodzące, które otacza cały aparat. Na toroidalnych stacjach kosmicznych załoga i sprzęt znajdują się w strefie o niskim natężeniu pola magnetycznego. Statek kosmiczny jest naładowany dodatnio poprzez wstrzyknięcie elektronów do otaczającego pola magnetycznego. Elektrony te niosą ładunek ujemny równy co do wielkości ładunkowi dodatniemu statku kosmicznego. Protony przenoszące ładunek dodatni z przestrzeni kosmicznej otaczającej aparat będą odpychane przez ładunek dodatni aparatu. Elektrony poruszające się w przestrzeni otaczającej aparat mogą rozładować pole elektrostatyczne, ale zapobiega temu pole magnetyczne, które ugina ich trajektorie.

Zależność ciężaru takich systemów ochronnych od objętości statku kosmicznego przedstawiono graficznie w dolnej części rys.6. Dla porównania podano odpowiednie wagi ekranu ochronnego, który jest warstwą materiału na drodze promieniowania. Ponieważ do kontrolowania ruchu przepływu elektronów wymagane jest pole magnetyczne o bardzo umiarkowanym natężeniu, ciężar ekranu plazmowego w typowych przypadkach będzie wynosił około 1/20 ciężaru konwencjonalnego ekranu pochłaniającego.

Choć idea ekranowania plazmowego jest obiecująca, wciąż istnieje wiele niewiadomych związanych z jej działaniem w przestrzeni kosmicznej. W związku z tym obecnie prowadzone są badania teoretyczne i eksperymentalne możliwej niestabilności chmury elektronowej lub oddziaływania z pyłem i plazmą kosmiczną. Jak dotąd nie odkryto żadnych zasadniczych trudności i można mieć nadzieję, że promieniowanie kosmiczne można przeciwdziałać za pomocą ekranowania plazmowego, którego charakterystyka wagowa będzie znacznie lepsza niż w przypadku innych rodzajów ekranowania.

Wejście w atmosferę

Przejdźmy teraz do problemu wejścia statków kosmicznych w atmosferę Ziemi i innych planet. Główną trudnością jest tutaj oczywiście ochrona przed strumieniami ciepła, które powstają podczas wejścia do atmosfery. Olbrzymia energia kinetyczna statku kosmicznego musi zostać zamieniona na inne formy energii, głównie mechaniczne i termiczne, w przeciwnym razie aparat albo spali się, albo ulegnie uszkodzeniu. Prędkości wejścia statku kosmicznego wahają się od 7,6 do 18,3 km/s. Przy niższych prędkościach główną częścią strumienia ciepła jest konwekcyjny strumień ciepła, ale przy prędkościach powyżej ~12,2 km/s strumień promieniowania cieplnego z uderzenia dziobowego zaczyna odgrywać ważną rolę. Nowoczesne materiały termoizolacyjne są skuteczne do prędkości ~11 km/s w pojazdach o niskim współczynniku unoszenia do oporu, jednak przy prędkościach wejściowych od 15,2 do 18,3 km/s wymagane są nowe materiały.

Rys. 7 pomaga zrozumieć, dlaczego w przyszłości, przy rozwiązywaniu problemów związanych z ponownym wejściem w atmosferę załogowych statków kosmicznych, pojazdy zdolne do uzyskania znacznej siły nośnej będą przedmiotem dużego zainteresowania. Oś y pokazuje stosunek uniesienia do oporu L/D (jakość aerodynamiczna) przy prędkościach hipersonicznych, a odcięta pokazuje prędkość wejściową. Pierwsze oznaki trendu w kierunku wzrostu stosunku siły nośnej do oporu widoczne są na przykładzie statku kosmicznego Mercury, Gemini i Apollo. Oczekuje się, że w przyszłości loty orbitalne wokół Ziemi osiągną wysokość orbit synchronicznych. Statki wchodzące w ziemską atmosferę z tego obszaru kosmosu będą miały prędkość do 10,4 km/s (na rys. 7 pionowa linia oznaczona jako „Orbity synchroniczne”).

Prędkości wejścia załogowych statków kosmicznych powracających z innych planet, takich jak Mars, są znacznie wyższe. Przy odpowiednim doborze czasu startu i wykorzystaniu grawitacji Wenus osiągają 12,2 - 13,7 km/s, natomiast przy bezpośrednim powrocie z Marsa prędkości przekraczają 15,2 km/s. Zainteresowanie tak dużymi prędkościami powrotu wiąże się z większą elastycznością metody powrotu bezpośrednio z planety.

Rysunek 7. Tendencje w kierunku zwiększenia jakości aerodynamicznej statków kosmicznych i prędkości wchodzenia w atmosferę ziemską.

Aby utrzymać w rozsądnych granicach przeciążenia doświadczane przez załogę statku kosmicznego przy tak dużych prędkościach wejściowych, konieczne jest zwiększenie aerodynamicznej siły nośnej w porównaniu z statkiem kosmicznym Apollo. Ponadto wzrost siły nośnej (bardziej poprawnie, stosunek siły nośnej do oporu L/D) przy dużych prędkościach rozszerzy dopuszczalne korytarze wjazdowe, które zwężają się do zera dla pojazdów balistycznych. Wraz ze wzrostem siły nośnej wzrasta również dokładność manewrowania i lądowania. Jedną z najważniejszych faz lotu statku kosmicznego z windą jest podejście do lądowania i samo lądowanie. Charakterystyki lotu statków kosmicznych z windą przy niskich prędkościach są tak różne od tych z konwencjonalnych statków powietrznych, że trzeba było zbudować dwa samoloty, pokazane na rys. 8, aby je zbadać. Górna jednostka ma indeks HL-10, a dolna M2-F2.

Ryż. 8. Lotnicze pojazdy badawcze HL-10 i M2-F2.

Urządzenia te mają być podnoszone na wysokość około 14 km za pomocą samolotów B-52 i zrzucane z prędkością lotu odpowiadającą liczbie Macha do 0,8. Pojazdy HL-10 i M2-F2 są wyposażone w małe silniki rakietowe z nadtlenkiem wodoru, które umożliwiają symulację zmiennego stosunku siły unoszenia do oporu. Dzięki tym silnikom możliwa jest zmiana kąta nachylenia trajektorii podczas podejścia do lądowania, a także marginesu stabilności statycznej, w celu określenia optymalnych charakterystyk lotu przyszłych załogowych statków kosmicznych o podobnej konfiguracji. Statki o takim kształcie będą miały masę zbliżoną do masy statków kosmicznych przyszłości. A statek podobny do tych modeli statków kosmicznych już został stworzony, to orbitalny statek kosmiczny Shuttle.

Prom kosmiczny

Orbitalny statek kosmiczny „Shuttle” może latać w ziemskiej atmosferze z prędkością naddźwiękową. Skrzydła aparatu mają ramę wieloprętową; wzmocniony kokpit skorupowy, podobnie jak skrzydła, wykonany ze stopu aluminium. Drzwi przedziału ładunkowego wykonane są z kompozytu grafitowo-epoksydowego. Ochronę termiczną urządzenia zapewnia kilka tysięcy lekkich płytek ceramicznych, które pokrywają części powierzchni narażone na duże strumienie ciepła.

Uwagi końcowe

Próbowałem przedstawić krótki przegląd ostatnich postępów w rozwoju nowych materiałów, struktur i technik ponownego wejścia statków kosmicznych. Umożliwiło to wskazanie kierunków przyszłych badań. I wydaje się, że sam trochę się dowiedziałem o problemach eksploracji kosmosu za pomocą statków kosmicznych na obecnym etapie rozwoju człowieka.

W małym miasteczku, zagubionym w pustynnym regionie Kalifornii, nieznany samotny amator próbuje konkurować ze światowej sławy miliarderami i korporacjami o prawo do budowy statków kosmicznych, które wysyłałyby ładunki na niską orbitę okołoziemską. Nie ma wystarczającej liczby asystentów i zasobów. Ale pomimo wszystkich trudności zamierza dokończyć swoją pracę.

Dave Masten wpatruje się w ekran swojego komputera. Jego palec na chwilę zawisł nad przyciskiem myszy. Dave wie, że ma zamiar otworzyć list od agencji DARPA, a ten list zmieni jego życie bez względu na to, co mówi. Albo otrzyma dofinansowanie, albo zostanie zmuszony do porzucenia swojego marzenia na zawsze.

Dwie wiadomości

To prawdziwy punkt zwrotny, ponieważ stawką jest udział w finansowanym przez DARPA programie XS-1, którego celem jest zbudowanie bezzałogowego statku kosmicznego wielokrotnego użytku, który może wytrzymać dziesięć startów w ciągu dziesięciu dni, przyspieszyć do prędkości przekraczających 10 m i pomoc dodatkowego etapu, dostarczyć do niskiego ładowności o wadze ponad 1,5 tony.Jednocześnie koszt każdego startu nie powinien przekroczyć 5 milionów dolarów.Dave Masten - wieczny outsider, uchodźca z Doliny Krzemowej, przedsiębiorca pustelnik w przemyśle kosmicznym – jeszcze nigdy nie był tak blisko stworzenia pełnego systemu kosmicznego, jak tym razem. Jeśli jego firma zostanie jednym z trzech uczestników projektu XS-1, Dave od razu otrzyma grant w wysokości 3 milionów dolarów i dodatkowe zastrzyki finansowe w przyszłym roku. A koszt przyszłego kontraktu może przekroczyć 140 milionów dolarów!

W przypadku odmowy firma Dave'a pozostanie nieznaną małą firmą, prowadzącą nędzną egzystencję i pielęgnującą kruche marzenie o zbudowaniu statku kosmicznego na orbicie. Ale co gorsza, rzadka okazja do zrealizowania pomysłu Mastena zostanie przeoczona. Państwowe programy lotów kosmicznych historycznie faworyzowały (w rzeczywistości był to wymóg) statki kosmiczne, które do lądowania wymagają lotniska lub ogromnego spadochronu. Masten zaproponował rakietę pionowego startu i pionowego lądowania, która nie wymagałaby ani lądowiska, ani spadochronu, aby powrócić na Ziemię. Program XS-1 dał dużą szansę na realizację tego pomysłu, ale jeśli szczęście nagle się odwróci i szansa na udział w nim spadnie na innego, to kto wie, czy rząd otworzy w przyszłości nowe źródła finansowania.

A więc jeden e-mail, dwie zupełnie różne ścieżki, z których jedna prowadzi prosto w kosmos. Masten klika myszką i zaczyna czytać - powoli, zagłębiając się w każde słowo. Kiedy kończy, zwraca się do inżynierów zgromadzonych za nim iz kamienną twarzą ogłasza: „Mam dwie wiadomości, dobrą i złą. Dobra wiadomość jest taka, że ​​zostaliśmy wybrani do udziału w XS-1! Zła wiadomość jest taka, że ​​zostaliśmy wybrani do XS-1.

Klaster Portu Kosmicznego

Teren na północy pustyni Mojave bardziej przypomina sceny z filmu katastroficznego: opuszczone stacje benzynowe, pomalowane graffiti i zepsute drogi, na których w niektórych miejscach znajdują się trupy powalonych zwierząt, tylko wzmacniają to wrażenie. Góry wznoszące się na horyzoncie w oddali, bezlitosny żar słońca i pozornie nieskończone bezchmurne błękitne niebo.

Jednak ta myląca pustka jest zwodnicza: w zachodnich Stanach Zjednoczonych baza sił powietrznych Edwards (R-2508) jest głównym poligonem doświadczalnym w kraju. 50 000 kilometrów kwadratowych zamkniętej przestrzeni powietrznej jest teraz przecinane przez samoloty bojowe. To tutaj 68 lat temu Chuck Yeager został pierwszym lotnikiem, który przekroczył prędkość dźwięku w kontrolowanym locie poziomym.

Zakaz lotów pasażerskich i prywatnych odrzutowców nie dotyczy jednak mieszkańców pobliskiego portu Mojave Aerospace, który w 2004 roku został wyznaczony jako pierwszy komercyjny port kosmiczny w kraju. Masten również przeniósł się tutaj w tym samym roku, zaraz po tym, jak startup, w którym pracował jako inżynier oprogramowania, został kupiony przez giganta telekomunikacyjnego Cisco Systems. Z kilku pustych budynków zaoferowanych Dave'owi, gdy się wprowadził, Dave wybrał opuszczone koszary Korpusu Piechoty Morskiej zbudowane w latach 40. XX wieku. Budynek wymagał poważnej naprawy: dach przeciekał, a ściany i narożniki były gęsto ozdobione pajęczynami. Dla Dave'a było to idealne miejsce: dzięki wysokim, sześciometrowym sufitom mogły się tu zmieścić wszystkie samoloty, które on i jego trzej pracownicy budowali w tamtym czasie. Kolejnym plusem była możliwość wytyczenia kilku miejsc startowych i przeprowadzenia z nich startów testowych.

Przez kilka lat Masten Space Systems był znany tylko kilku ekspertom w dziedzinie technologii kosmicznych i kilku sąsiadom portu kosmicznego, w tym uznanym gigantom przemysłowym, takim jak Scaled Composites, który zainicjował prywatne inwestycje w kosmos, Virgin Galactic Richarda Bransona i Vulcan Stratolaunch Systems Paul Allena. Ich przestronne hangary są dosłownie zapchane wyrafinowanym sprzętem, który kosztuje więcej niż cały MSS razem wzięty. Jednak taka konkurencja nie przeszkodziła pomysłowi Mastena w 2009 roku wygrać 1 milion dolarów w konkursie organizowanym przez NASA na budowę lądownika księżycowego. Potem nagle zaczęli rozmawiać o firmie, a Dave zaczął otrzymywać zamówienia - oprócz NASA jego rakiety zaczęły być popularne na słynnych uniwersytetach w kraju, a nawet w Ministerstwie Obrony - na eksperymenty naukowe na dużych wysokościach i Badania.

Komputerowa makieta statku kosmicznego XS-1 VTOL zaprojektowana przez Masten Space Systems

Po oficjalnym włączeniu do programu XS-1 autorytet MSS urósł jeszcze bardziej - w konkurencji z Boeing Corporation i dużą firmą wojskowo-przemysłową Northrop Grumman, Masten wyglądał bardzo solidnie. Oprócz tych branżowych gigantów w projekt zaangażowana jest firma Blue Origin, prywatna firma lotnicza należąca do Jeffa Bezosa, poprzez partnerstwo z Boeingiem, a także wspomnianymi już Scaled Composites i Virgin Galactic, współpracującymi z Northrop Grumman. Sam MSS postanowił połączyć siły z inną małą firmą z Mojave - XCOR Aerospace. Tak więc w wyścigu o stworzenie kosmicznej ciężarówki wielokrotnego użytku Dave musiał zmierzyć się z najbardziej czcigodnymi i dobrze wyposażonymi korporacjami. Do kolejnego etapu – oceny wyników pośrednich i decyzji o dalszym finansowaniu pozostało tylko trzynaście miesięcy.

Lepiej niż Boeing

Budynek MSS jest w takim samym stanie, w jakim był zajmowany przez Mastena. Dach wciąż przecieka i możesz przypadkowo natknąć się na jadowitego pająka. Na całym obwodzie znajdują się skrzynki z narzędziami. Poza banerami z nazwą firmy, tablicą pokrytą równaniami i amerykańską flagą na ścianach nic nie ma. Środek hangaru zajmuje rakieta Xaero-B, wsparta na czterech metalowych nogach, nad którymi znajdują się dwa wolumetryczne kuliste zbiorniki. Jedna z nich jest wypełniona alkoholem izopropylowym, druga jest wypełniona ciekłym tlenem. Nieco wyżej w kole znajdują się dodatkowe zbiorniki z helem. Są one niezbędne do pracy silników systemu sterowania jet, przeznaczonego do sterowania przestrzennym położeniem statku. Silnik na dole rakiety jest zamontowany w gimbalu, aby utrzymać sterowność tej dziwnej, przypominającej owada konstrukcji.

Kilku pracowników jest zajętych przygotowywaniem Xaero-B do wspólnego eksperymentu z University of Colorado (Boulder, USA), w którym planowane jest przetestowanie, czy statek może komunikować się z teleskopami naziemnymi i uczestniczyć w poszukiwaniach egzoplanet.

Firma Mastena przyciąga pewien typ inżyniera mechanika, który jest prawdziwym fanem swojego rzemiosła. „Odbyłem staż w Boeingu w dziale silników 777” – mówi 26-letni inżynier Kyle Nyberg. Boeing to bardzo dobra firma. Ale szczerze mówiąc, nie lubię siedzieć cały dzień w biurze. Wyobrażałem sobie, że następne 40 lat mojego życia potoczy się tak, i naprawdę się przestraszyłem. W małej prywatnej firmie, takiej jak MSS, inżynierowie mogą doświadczać całej gamy emocji podczas realizacji swoich pomysłów - od euforii po całkowite rozczarowanie. Rzadko gdziekolwiek to widzisz”.

Tankowanie w punkcie Lagrange

Głównym celem Mastena zawsze było stworzenie rakiety przeznaczonej do przewożenia ładunku, a nie astronautów, pewnego rodzaju „konia roboczego”. Takie statki na pewno będą potrzebne np. do transportu tlenu i wodoru z powierzchni Księżyca do stacji benzynowej, która pewnego dnia zostanie umieszczona w jednym z punktów Lagrange'a między Ziemią a Księżycem. Dlatego Masten w swoim rozwoju stawia zasadę pionowego startu i lądowania. „To jedyny znany mi sposób, który zadziała na powierzchni dowolnego ciała stałego w Układzie Słonecznym” – wyjaśnia. „Nie możesz wylądować samolotu ani promu na Księżycu!”

Ponadto VTOL ułatwia ponowne wykorzystanie statku kosmicznego. Niektóre rakiety Mastena wykonały już kilkaset lotów, przygotowanie do ponownego startu trwa nie dłużej niż jeden dzień. Zgodnie z warunkami programu XS-1, musisz wykonać dziesięć uruchomień w ciągu dziesięciu dni - w przypadku MSS jest to od dawna powszechne. Tutaj Dave znacznie wyprzedza swoich konkurentów, którym jeszcze nie udało się tego zrobić ani razu.

Pokora i pracowitość

Tak więc DARPA ogłosiła, że ​​wszyscy trzej uczestnicy programu XS-1 zostali dopuszczeni do Fazy 1B, za co każda firma otrzyma dodatkowe 6 milionów dolarów.Głównymi zadaniami Fazy 1 było przeprowadzenie prac projektowych i przygotowanie infrastruktury - innymi słowy, trzeba było wykazać, że firma będzie w stanie pracować w XS-1. W fazie 1B uczestnicy muszą przejść do prób, zebrać odpowiednie dane i dalej udoskonalać projekt, aby pokazać, jak planują osiągnąć ostateczny cel. Wyniki fazy 1B mają pojawić się latem przyszłego roku, a pierwszy lot XS-1 na orbitę zaplanowano na 2018 rok.

Bez względu na wynik tego konkursu, sam fakt, że Dave'owi udało się zajść tak daleko, może wywrócić branżę prywatnych projektów kosmicznych do góry nogami. „To zmienia zasady gry” – powiedziała Hannah Kerner, dyrektor wykonawczy Space Frontier Foundation i były inżynier NASA. „DARPA nie tylko dała prywatnym firmom możliwość uczestniczenia w rządowym programie kosmicznym, ale także uznała wschodzące małe firmy za potencjalnie poważnych graczy”. Nawet jeśli na chwilę zapomnisz o uczestnictwie w XS-1, MSS nadal trudno nazwać firmą z zewnątrz. W sierpniu otworzył nowe biuro w Cape Canaveral, centrum kosmicznym na Florydzie, które niedawno zaczęło pełnić funkcję centrum startów w przestrzeni komercyjnej. W tym samym centrum biznesowym, położonym w pobliżu Kennedy Space Center, znajduje się biuro SpaceX.

Mimo to w MSS wciąż brakuje ludzi i zasobów i nadal jest to grupa romantycznych inżynierów, którzy wiercą, młotkują i lutują w swoim hangarze obok bogatych dużych firm. I mimowolnie zaczynasz im kibicować - chcesz, żeby odnieśli sukces.

„Myślę, że na pewno będziemy konkurować z naszymi konkurentami” – to wszystko, co Masten odpowiedział na pytanie o szanse powodzenia w XS-1. Nie widzi powodu, by obiecywać góry złota, choć wielu jego kolegów ze sklepu nabrało już nawyku. Wielu się to udaje, ponieważ potrafią pięknie mówić. Dave do nich nie należy – jest spokojny, pracowity, skromny, ale podobnie jak jego rywale z pasją realizuje swoje pomysły.

Dziś loty kosmiczne nie należą do fantastycznych historii, ale niestety współczesny statek kosmiczny wciąż bardzo różni się od tych pokazywanych w filmach.

Ten artykuł jest przeznaczony dla osób powyżej 18 roku życia.

Masz już ukończone 18 lat?

Rosyjskie statki kosmiczne i

Statki kosmiczne przyszłości

Statek kosmiczny: co to jest

Na

Statek kosmiczny, jak to działa?

Masa nowoczesnych statków kosmicznych jest bezpośrednio związana z wysokością ich lotu. Głównym zadaniem załogowych statków kosmicznych jest bezpieczeństwo.

Pojazd zjazdowy SOYUZ stał się pierwszą serią kosmiczną Związku Radzieckiego. W tym okresie trwał wyścig zbrojeń między ZSRR a USA. Jeśli porównamy wielkość i podejście do kwestii budowy, to kierownictwo ZSRR zrobiło wszystko dla szybkiego podboju kosmosu. Nie ulega wątpliwości, dlaczego dzisiaj nie buduje się podobnych urządzeń. Jest mało prawdopodobne, że ktoś podejmie się budowy według schematu, w którym nie ma przestrzeni osobistej dla astronautów. Nowoczesne statki kosmiczne wyposażone są zarówno w pomieszczenia socjalne załogi, jak i kapsułę zejściową, której głównym zadaniem jest sprawienie, by była jak najbardziej miękka w momencie lądowania.

Pierwszy statek kosmiczny: historia stworzenia

Ciołkowski jest słusznie uważany za ojca astronautyki. Bazując na swoich naukach, Goddrad zbudował silnik rakietowy.

Naukowcy pracujący w Związku Radzieckim jako pierwsi zaprojektowali i wystrzelili sztucznego satelitę. Byli też pierwszymi, którzy wymyślili możliwość wystrzelenia żywego stworzenia w kosmos. Państwa mają świadomość, że Unia jako pierwsza stworzyła samolot zdolny do lotu w kosmos z człowiekiem. Ojciec nauki o rakietach słusznie nazywa się Korolev, który przeszedł do historii jako ten, który odkrył, jak pokonać grawitację i był w stanie stworzyć pierwszy załogowy statek kosmiczny. Dziś nawet dzieci wiedzą, w którym roku zwodowano pierwszy statek z osobą na pokładzie, ale niewiele osób pamięta wkład Królowej w ten proces.

Załoga i jej bezpieczeństwo podczas lotu

Głównym zadaniem dzisiaj jest bezpieczeństwo załogi, ponieważ spędzają dużo czasu na wysokości lotu. Podczas budowy samolotu ważne jest, z jakiego metalu jest wykonany. W nauce rakietowej stosuje się następujące rodzaje metali:

1. Aluminium - pozwala znacznie zwiększyć rozmiar statku kosmicznego, ponieważ jest lekki.
2. Żelazo - doskonale radzi sobie z wszystkimi obciążeniami kadłuba statku.
3. Miedź ma wysoką przewodność cieplną.
4. Srebro - niezawodnie wiąże miedź i stal.
5. Zbiorniki na ciekły tlen i wodór wykonane są ze stopów tytanu.

Nowoczesny system podtrzymywania życia pozwala stworzyć znajomą atmosferę dla osoby. Wielu chłopców widzi, jak latają w kosmosie, zapominając o bardzo dużym przeciążeniu astronauty na starcie.

Największy statek kosmiczny na świecie

Wśród okrętów wojennych dużą popularnością cieszą się myśliwce i przechwytujące. Nowoczesny statek towarowy ma następującą klasyfikację:

1. Sonda to statek badawczy.
2. Kapsuła - przedział ładunkowy do dostaw lub akcji ratowniczych załogi.
3. Moduł zostaje wystrzelony na orbitę przez bezzałogowy przewoźnik. Nowoczesne moduły podzielone są na 3 kategorie.
4. Rakieta. Pierwowzorem stworzenia był rozwój wojskowy.
5. Shuttle - konstrukcje wielokrotnego użytku do dostarczenia niezbędnego ładunku.
6. Stacje to największe statki kosmiczne. Dziś w kosmosie przebywają nie tylko Rosjanie, ale także Francuzi, Chińczycy i inni.

Buran - statek kosmiczny, który przeszedł do historii

Wostok był pierwszym statkiem kosmicznym, który poleciał w kosmos. Po Federacji Nauk Rakietowych ZSRR rozpoczęto produkcję statków Sojuz. Znacznie później zaczęto produkować Clippers i Rus. Federacja pokłada wielkie nadzieje we wszystkich tych załogowych projektach.

W 1960 roku statek kosmiczny Wostok swoim lotem dowiódł możliwości wejścia człowieka w kosmos. 12 kwietnia 1961 r. Wostok 1 okrążył Ziemię. Ale pytanie, kto latał na statku Wostok 1, z jakiegoś powodu sprawia trudności. Może faktem jest, że po prostu nie wiemy, że Gagarin wykonał swój pierwszy lot na tym statku? W tym samym roku po raz pierwszy statek kosmiczny Vostok 2 wszedł na orbitę, na której znajdowało się jednocześnie dwóch kosmonautów, z których jeden wyszedł poza statek w kosmos. To był postęp. A już w 1965 roku Voskhod 2 mógł polecieć w kosmos. Sfilmowano historię statku Sunrise 2.

Vostok 3 ustanowił nowy rekord świata na najdłuższy czas, jaki statek spędził w kosmosie. Ostatnim statkiem z serii był Vostok 6.

Amerykański prom z serii Apollo otworzył nowe horyzonty. W końcu w 1968 roku Apollo 11 jako pierwszy wylądował na Księżycu. Obecnie istnieje kilka projektów rozwoju kosmolotów przyszłości, takich jak Hermes i Columbus.

Salut to seria międzyorbitalnych stacji kosmicznych Związku Radzieckiego. Salut 7 jest znany z tego, że się rozbił.

Następnym statkiem kosmicznym, którego historia jest ciekawa, był Buran, nawiasem mówiąc, zastanawiam się, gdzie jest teraz. W 1988 odbył swój pierwszy i ostatni lot. Po wielokrotnych analizach i transporcie ścieżka ruchu Burana została utracona. Ostatnia znana lokalizacja statku kosmicznego Buran znajduje się w Soczi, prace nad nią zostały wstrzymane. Jednak burza wokół tego projektu jeszcze nie ucichła, a dalsze losy opuszczonego projektu Buran interesują wielu. A w Moskwie stworzono interaktywny kompleks muzealny wewnątrz modelu statku kosmicznego Buran na WOGN-ie.

Gemini - seria statków amerykańskich projektantów. Zastąpili projekt Mercury i byli w stanie stworzyć spiralę na orbicie.

Amerykańskie statki o nazwie Space Shuttle stały się rodzajem wahadłowców, wykonując ponad 100 lotów między obiektami. Drugim promem kosmicznym był Challenger.

Nie można nie zainteresować się historią planety Nibiru, która jest uznawana za statek strażnika. Nibiru już dwukrotnie zbliżył się do Ziemi na niebezpieczną odległość, ale za każdym razem kolizji udało się uniknąć.

Dragon to statek kosmiczny, który miał polecieć na planetę Mars w 2018 roku. W 2014 roku federacja, powołując się na parametry techniczne i stan statku Dragon, przełożyła wodowanie. Nie tak dawno wydarzyło się kolejne wydarzenie: firma Boeing oświadczyła, że ​​rozpoczęła również prace rozwojowe nad stworzeniem łazika.

Pierwszym kombi wielokrotnego użytku w historii miał być aparat o nazwie Zarya. Zarya jest pierwszym opracowaniem transportowca wielokrotnego użytku, z którym federacja wiązała bardzo duże nadzieje.

Przełomem jest możliwość wykorzystania instalacji jądrowych w kosmosie. W tym celu rozpoczęto prace nad modułem transportowo-energetycznym. Równolegle trwają prace nad projektem Prometheus – kompaktowym reaktorem jądrowym dla rakiet i statków kosmicznych.

Chiński Shenzhou 11 wystartował w 2016 roku z dwoma astronautami, którzy spędzili 33 dni w kosmosie.

Prędkość statku kosmicznego (km/h)

Minimalna prędkość z jaką można wejść na orbitę okołoziemską to 8 km/s. Dziś nie ma potrzeby rozwijania najszybszego statku na świecie, ponieważ jesteśmy na samym początku kosmosu. W końcu maksymalna wysokość, jaką moglibyśmy osiągnąć w kosmosie, to tylko 500 km. Rekord najszybszego ruchu w kosmosie został ustanowiony w 1969 roku i do tej pory nie udało się go pobić. Na statku kosmicznym Apollo 10 trzej astronauci wracali do domu po okrążeniu Księżyca. Kapsuła, która miała je dostarczyć z lotu, osiągnęła prędkość 39,897 km/h. Dla porównania rozważmy, jak szybko leci stacja kosmiczna. W miarę możliwości może rozwijać się do 27 600 km/h.

Opuszczone statki kosmiczne

Dziś dla statków kosmicznych, które stały się bezużyteczne, na Oceanie Spokojnym utworzono cmentarz, na którym dziesiątki opuszczonych statków kosmicznych mogą znaleźć swoje ostatnie schronienie. katastrofy statków kosmicznych

Katastrofy zdarzają się w kosmosie, często odbierając życie. Co dziwne, najczęstsze są wypadki, do których dochodzi w wyniku zderzeń ze śmieciami kosmicznymi. Po uderzeniu orbita obiektu ulega przemieszczeniu i powoduje zderzenie i uszkodzenia, często skutkujące eksplozją. Najbardziej znaną katastrofą jest śmierć załogowego amerykańskiego statku kosmicznego Challenger.

Silnik jądrowy do statków kosmicznych 2017

Dziś naukowcy pracują nad projektami stworzenia atomowego silnika elektrycznego. Te osiągnięcia obejmują podbój kosmosu za pomocą silników fotonicznych. Rosyjscy naukowcy planują w najbliższej przyszłości rozpocząć testowanie silnika termojądrowego.

Statki kosmiczne Rosji i USA

Szybkie zainteresowanie kosmosem pojawiło się podczas zimnej wojny między ZSRR a USA. Amerykańscy naukowcy rozpoznali godnych rywali w swoich rosyjskich kolegach. Radziecka nauka o rakietach nadal się rozwijała, a po upadku państwa Rosja stała się jego następcą. Oczywiście statki kosmiczne, którymi latają rosyjscy kosmonauci, znacznie różnią się od pierwszych statków. Co więcej, dzisiaj, dzięki udanym osiągnięciom amerykańskich naukowców, statki kosmiczne stały się wielokrotnego użytku.

Statki kosmiczne przyszłości

Obecnie rośnie zainteresowanie projektami, które umożliwią ludzkości odbywanie dłuższych podróży. Nowoczesne rozwiązania już teraz przygotowują statki do wypraw międzygwiezdnych.

Skąd startują statki kosmiczne?

Widzieć na własne oczy start statku kosmicznego na starcie to marzenie wielu. Być może wynika to z faktu, że pierwsze uruchomienie nie zawsze prowadzi do pożądanego rezultatu. Ale dzięki internetowi możemy zobaczyć, jak statek startuje. Biorąc pod uwagę fakt, że osoby obserwujące start załogowego statku kosmicznego muszą być wystarczająco daleko, możemy sobie wyobrazić, że jesteśmy na miejscu startu.

Statek kosmiczny: jak jest w środku?

Dziś dzięki eksponatom muzealnym możemy osobiście zobaczyć konstrukcję takich statków jak Sojuz. Oczywiście od środka pierwsze statki były bardzo proste. Wnętrze o bardziej nowoczesnych opcjach zaprojektowano w kojących kolorach. Urządzenie każdego statku kosmicznego z pewnością nas przestraszy wieloma dźwigniami i przyciskami. A to dodaje dumy tym, którzy pamiętali, jak działa statek, a ponadto nauczyli się nim zarządzać.

Jakie statki kosmiczne teraz latają?

Nowe statki kosmiczne swoim wyglądem potwierdzają, że fantazja stała się rzeczywistością. Dziś nikogo nie zdziwi fakt, że dokowanie statków kosmicznych jest rzeczywistością. A niewiele osób pamięta, że ​​pierwsze takie dokowanie na świecie miało miejsce już w 1967 roku...

Kostow Matwiej

Uczestnik miejskich odczytów naukowych dla dzieci w wieku szkolnym w dziale „Kosmiczny Świat”. Student opowiada o budowie statku kosmicznego „Wostok”, „Woskhod” i „Sojuz”.

Ściągnij:

Zapowiedź:

Miejskie lektury naukowe dla dzieci w wieku szkolnym

Sekcja „Kosmiczny świat”

Temat: „Projektowanie statków kosmicznych”

Klasa 3 B MBOU-gimnazjum nr 2

Doradca naukowy Mosolova G.V., nauczyciel w szkole podstawowej

Tuła 2013

Wstęp

Bardzo interesuje mnie projektowanie statków kosmicznych. Po pierwsze dlatego, że jest to duża i skomplikowana aparatura, nad stworzeniem której pracuje wielu naukowców i inżynierów. Po drugie, na kilka godzin lub nawet dni statek staje się domem dla astronauty, gdzie niezbędne są normalne ludzkie warunki – astronauta musi oddychać, pić, jeść, spać. Podczas lotu astronauta ma obowiązek zawrócić statek i zmienić orbitę według własnego uznania, to znaczy statek musi być łatwo kontrolowany podczas poruszania się w kosmosie. Po trzecie, w przyszłości chciałbym sam projektować statki kosmiczne.

Statek kosmiczny ma za zadanie przelecieć jedną lub więcej osób w kosmos i bezpiecznie powrócić na Ziemię po zakończeniu misji.

Wymagania techniczne dla statku kosmicznego są bardziej rygorystyczne niż dla jakiegokolwiek innego statku kosmicznego. Warunki lotu (przeciążenia, warunki temperaturowe, ciśnienie itp.) muszą być dla nich utrzymywane bardzo dokładnie, aby nie powstało zagrożenie dla życia ludzkiego.

Ważną cechą załogowego statku kosmicznego jest obecność systemu ratownictwa ratunkowego.

Załogowe statki kosmiczne powstały tylko w Rosji, USA i Chinach, ponieważ zadanie to jest bardzo skomplikowane i kosztowne. I tylko Rosja i USA mają systemy załogowych statków kosmicznych wielokrotnego użytku.

W tej pracy próbowałem opowiedzieć o konstrukcji statku kosmicznego Wostok, Woschod i Sojuz.

"Wschód"

Seria radzieckich statków kosmicznych „Wostok” jest przeznaczona do lotów załogowych na orbicie okołoziemskiej. Zostały stworzone pod kierownictwem generalnego projektanta Siergieja Pawłowicza Korolowa w latach 1958-1963.

Pierwszy załogowy lot statku kosmicznego Wostok z Yu.A. Gagarin na pokładzie miał miejsce 12 kwietnia 1961 roku, był to pierwszy statek kosmiczny na świecie, który umożliwił przeprowadzenie załogowego lotu w kosmos.

Głównymi zadaniami naukowymi statku kosmicznego Wostok były: badanie wpływu warunków lotu orbitalnego na stan i osiągi astronauty, testowanie projektu i systemów, testowanie podstawowych zasad budowy statku kosmicznego.

Całkowita masa statku kosmicznego wynosi 4,73 tony, długość 4,4 m, a maksymalna średnica 2,43 m.

Statek składał się z pojazdu o kulistym zejściu (o masie 2,46 tony i średnicy 2,3 m), który służył również jako przedział orbitalny i stożkowy przedział na instrumenty. Przedziały połączono mechanicznie ze sobą za pomocą metalowych opasek i zamków pirotechnicznych. Statek był wyposażony w systemy: automatycznego i ręcznego sterowania, automatycznej orientacji na Słońce, ręcznej orientacji na Ziemię, podtrzymywania życia, sterowania dowodzenia i logiki, zasilania, kontroli termicznej i lądowania. Aby zapewnić realizację zadań pracy człowieka w przestrzeni kosmicznej, statek został wyposażony w autonomiczny i radiotelemetryczny sprzęt do monitorowania i rejestracji parametrów charakteryzujących stan astronauty, konstrukcje i systemy, sprzęt ultra- i krótkofalowy do radiotelefonii dwukierunkowej komunikacja astronauty ze stacjami naziemnymi, łącze radiowe dowodzenia, urządzenie czasu programu, system telewizyjny z dwoma kamerami nadawczymi do obserwacji astronauty z Ziemi, system radiowy do monitorowania parametrów orbity i wyznaczania kierunku statku kosmicznego , układ napędowy hamujący TDU-1 i inne układy. Masa statku wraz z ostatnim stopniem rakiety nośnej wynosiła 6,17 ton, a ich długość łącznie 7,35 m.

Pojazd zniżający miał dwa okna, z których jedno znajdowało się na włazie wejściowym, tuż nad głową kosmonauty, a drugie, wyposażone w specjalny system orientacji, w podłodze u jego stóp. Astronauta ubrany w skafander kosmiczny został umieszczony w specjalnym fotelu katapultowanym. W ostatnim etapie lądowania, po wyhamowaniu pojazdu schodzącego w atmosferze, na wysokości 7 km, kosmonauta wyskoczył z kabiny i wykonał lądowanie na spadochronie. Ponadto przewidziano możliwość lądowania astronauty wewnątrz pojazdu zniżającego. Pojazd zstępujący posiadał własny spadochron, ale nie był wyposażony w środki do miękkiego lądowania, co groziło pozostającej w nim osobie poważnym siniakiem podczas wspólnego lądowania.

W przypadku awarii systemów automatycznych astronauta mógł przełączyć się na sterowanie ręczne. Statki Wostok nie były przystosowane do załogowych lotów na Księżyc, a także nie dopuszczały możliwości lotów osób, które nie przeszły specjalnego przeszkolenia.

"Wschód słońca"

Wielomiejscowy statek kosmiczny Voskhod wykonywał loty na orbicie okołoziemskiej. Statki te faktycznie powtórzyły statki z serii Vostok i składały się z kulistego pojazdu zniżającego o średnicy 2,3 metra, w którym mieścili się astronauci, oraz stożkowego przedziału na instrumenty (waga 2,27 tony, długość 2,25 mi szerokość 2,43 m). , który zawierał zbiorniki paliwa i układ napędowy. W statku kosmicznym Voskhod-1 kosmonauci osiedlili się bez skafandrów kosmicznych, aby zaoszczędzić miejsce. Pierwsza załoga kosmiczna obejmowała projektanta pojazdów zstępujących Konstantin Feoktistov.

"Unia"

„Sojuz” – seria wielomiejscowych statków kosmicznych do lotów na orbicie okołoziemskiej.

Kompleks rakietowo-kosmiczny Sojuz zaczęto projektować w 1962 roku jako statek radzieckiego programu do latania wokół Księżyca.

Okręty tej serii składają się z trzech modułów: przedziału instrument-agregat, pojazdu zejściowego i przedziału użytkowego.

System zasilania składa się z paneli słonecznych i baterii.

Pojazd do zniżania zawiera miejsca dla astronautów, systemy podtrzymywania życia, systemy sterowania i system spadochronowy. Długość przedziału wynosi 2,24 m, średnica 2,2 m. Przedział gospodarczy ma długość 3,4 m, średnicę 2,25 m.

Wniosek

Wszystkie najlepsze i najnowocześniejsze osiągnięcia ludzkości, najnowsze zaawansowane technologie i sprzęt pokładowy są wykorzystywane na statkach kosmicznych.

Wostok, Voskhod i Sojuz zostały zastąpione bardziej zaawansowanymi stacjami orbitalnymi nowej generacji i nowymi możliwościami.

Otworzyli kolejną kartę w historii nie tylko rosyjskiej, ale i światowej kosmonautyki, zjednoczyli kosmonautów z wielu krajów.

Później pojawiły się "Shuttles", "Burans" i inne statki kosmiczne, ale to właśnie te trzy opisane w mojej pracy posłużyły jako podstawa do rozwoju nowoczesnych samolotów.

Naprawdę mam nadzieję, że kiedy dorosnę, będę mógł również stworzyć lub pomóc stworzyć nowy ultranowoczesny statek kosmiczny, który będzie latał do bardzo odległych galaktyk.

Bibliografia

1. Słownik encyklopedyczny młodego astronoma. Moskwa. 2006 Opracowane przez Erpylev N.P.;
2. Encyklopedia dla dzieci. Kosmonautyka. Moskwa. 2010
3. Wielkie wyczyny. Seria „Encyklopedia odkryć i przygód”. Moskwa. 2008

Struktura statku kosmicznego „Wostok 1”

Wielka radziecka encyklopedia. -- M.: Sowiecka encyklopedia. 1969-1978.

1. Antena systemu łączności radiowej dowodzenia. 2. Antena komunikacyjna. 3. Obudowa złączy elektrycznych 4. Właz wejściowy. 5. Pojemnik z jedzeniem. 6. Pasy mocujące. 7. Anteny wstęgowe. 8. Hamulec silnika. 9. Anteny komunikacyjne. 10. Włazy serwisowe. 11 Komora na instrumenty z głównymi systemami. 12. Okablowanie zapłonu. 13. Siłowniki układu pneumatycznego (16 szt.) do systemu podtrzymywania życia. 14. Fotel wyrzucany. 15. Antena radiowa. 16. Iluminator z prowadnicą optyczną. 17. Właz technologiczny. 18. Kamera telewizyjna. 19. Ochrona termiczna przed materiałem ablacyjnym. 20. Blok sprzętu elektronicznego.

KRÓTKIE SZCZEGÓŁY O STATKU

Numer rejestracyjny	1961-Mu-1/00103
Data i godzina rozpoczęcia (czas uniwersalny)	06h07m. 12.04.1961 r
Punkt początkowy	Bajkonur, strona 1
pojazd startowy
Masa statku (kg)
Początkowe parametry orbity:
Nachylenie orbity (stopień)
Okres obiegu (minuty)
Peryge (km)
Apogeum (km)
Data i godzina lądowania astronauty (czas uniwersalny)	07h55m. 12.04.1961 r
Miejsce lądowania	Na północny-zachód. ze wsi Smelovka, obwód saratowski
czas lotu astronauty
Przebyta odległość (km)
Liczba orbit wokół Ziemi
Krótko o locie	Pierwszy załogowy lot w kosmos.

Lista wykorzystanej literatury

1. Głuszko W.P. „Rozwój nauki o rakietach i astronautyce w ZSRR”, Moskwa, 1987

2. Wielka sowiecka encyklopedia. -- M.: Sowiecka encyklopedia. 1969-1978.

3. Bobkov V.N. Z historii lotnictwa i astronautyki. Zeszyt 72. Statki kosmiczne typu Wostok i Woschod. Oparte na nich badania eksperymentalne.

4. Załogowy statek kosmiczny „Wostok” i „Woschod” / W książce. „Rakietowa i kosmiczna korporacja „Energia” im. S.P. Korolowa. B. m. [Korolew], 1996, s. 20 -118.