Levantovsky V.I. Mecánica de los vuelos espaciales en una presentación elemental.

Metodología para la lección 4
"Fundamentos de la Astronáutica"

El propósito de la lección: desarrollar conocimientos sobre los fundamentos teóricos y prácticos de la astronáutica.

Objetivos de aprendizaje:

Educación general: formación de conceptos:

Sobre requisitos previos, tareas y métodos teóricos y prácticos de la investigación espacial;
- sobre la conexión entre la astronáutica y la astronomía, la física y otras ciencias y tecnologías naturales y matemáticas;
- sobre astronáutica - naves espaciales;
- sobre los principales tipos de motores de cohetes a reacción (motores de cohetes de propulsión sólida, motores de propulsión líquida, motores de propulsión eléctrica, motores de propulsión nuclear);
- sobre las trayectorias, velocidades y características del movimiento de las naves espaciales, características de la navegación interplanetaria e interestelar.

Educativo: la formación de la cosmovisión científica de los estudiantes durante su conocimiento de la historia del conocimiento humano. Educación patriótica y familiarización con el destacado papel de la ciencia y la tecnología rusas en el desarrollo de la astronáutica. Educación politécnica y educación laboral en la presentación de información sobre la aplicación práctica de la astronáutica.

De desarrollo: desarrollar habilidades para resolver problemas utilizando las leyes del movimiento de los cuerpos cósmicos, las fórmulas de Tsiolkovsky y las velocidades cósmicas para describir el movimiento de las naves espaciales.

Los estudiantes deben saber:

Sobre la astronáutica (el tema, la tarea y los métodos de la investigación astronáutica, su conexión con otras ciencias);
- sobre astronáutica: los principales tipos de naves espaciales, su diseño y características;
- sobre los principales tipos de motores de cohetes, su estructura y características
- Fórmula de Tsiolkovsky, fórmulas y valores de las velocidades cósmicas I, II, III (para la Tierra);
- sobre las trayectorias de vuelo de las naves espaciales y la relación entre la forma de sus órbitas y la velocidad de movimiento.

Los estudiantes deben ser capaz de: resolver problemas sobre la aplicación de la fórmula de Tsiolkovsky y las leyes del movimiento de los cuerpos cósmicos para calcular las características del movimiento de las naves espaciales.

Ayudas visuales y demostraciones:

Tiras de película: "Elementos de la mecánica de los vuelos espaciales".
Películas: "Satélites terrestres artificiales"; "Vuelos espaciales".
Mesas: "Vuelos espaciales"; "Investigación del espacio".
Dispositivos y herramientas: un dispositivo para demostrar el movimiento de satélites.

Tarea:

1) Estudiar el material del libro de texto:
- LICENCIADO EN LETRAS. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14 (4), 16 (4).
- EP levitan: §§ 7-11 (repetición).
- AV. Zasova, E.V. Kononóvich: § once; ejercicios 11 (3, 4)

2) Completar tareas de la colección de problemas de Vorontsov-Velyaminov B.A. : 174; 179; 180; 186.

3) Elaborar informes y mensajes para la lección “Historia de la Cosmonáutica”.

Plan de estudios

Metodología de presentación del material.

Esta lección se imparte mejor en forma de conferencia, durante la cual se analiza la sistematización, generalización y desarrollo del conocimiento astronáutico "precientífico" de los estudiantes y la información sobre astronáutica y propulsión a chorro, estudiada por ellos en cursos de historia natural, historia natural. y física durante todo el período de escolarización. Los autores del manual proponen limitarnos al análisis de cuestiones sobre las órbitas y velocidades de los satélites artificiales, los vuelos de naves espaciales a la Luna y las trayectorias más simples de los vuelos interplanetarios. Consideramos necesario complementar y ampliar este material, teorizarlo para que, como resultado de la formación, el alumno adquiera una comprensión holística de los fundamentos teóricos y prácticos de la astronáutica. La presentación del material debe basarse en material previamente estudiado en física (fundamentos de la mecánica clásica: leyes de Newton, ley de gravedad, ley de conservación del momento, propulsión a chorro) y astronomía (astrometría y mecánica celeste: leyes de Kepler, información sobre cósmica). velocidades, órbitas de cuerpos cósmicos y perturbaciones). El aspecto patriótico de la educación se logra centrando la atención de los estudiantes en los logros de la ciencia y la tecnología nacionales, la contribución de los científicos rusos al surgimiento, formación y desarrollo de la ciencia espacial y la astronáutica. Los detalles históricos deben evitarse y guardarse para una lección posterior.

Cosmonáutica: vuelos al espacio exterior; un conjunto de ramas de la ciencia y la tecnología que aseguran la exploración y el desarrollo del espacio ultraterrestre y los objetos espaciales y sus sistemas utilizando diversas naves espaciales (SCAV): cohetes, satélites terrestres artificiales (AES), estaciones interplanetarias automáticas (AMS), naves espaciales (SC) , tripulado o controlado desde la Tierra.

La fundamentación teórica de la astronáutica está formada por:

1. Astronomía (astrometría, mecánica celeste y astrofísica).

2. Teoría de los vuelos espaciales - cosmodinámica - la parte aplicada de la mecánica celeste, estudio de trayectorias de vuelo, parámetros orbitales de naves espaciales, etc.

3. Cohetería, que proporciona soluciones a problemas científicos y técnicos de creación de cohetes espaciales, motores, sistemas de control, comunicaciones y transmisión de información, equipos científicos, etc.

4. Biología y medicina espaciales.

El principal y hasta ahora único medio de transporte en el espacio exterior es el cohete. Las leyes del movimiento de los cohetes se derivan de las leyes de la mecánica clásica: cinemática y dinámica (ley II de Newton, ley de conservación del impulso, etc.).

La fórmula de K. E. Tsiolkovsky describe el movimiento de un cohete en el espacio exterior sin tener en cuenta la acción de las condiciones externas y caracteriza los recursos energéticos del cohete:

, - número de Tsiolkovsky, Dónde metro 0 - inicial, metro k es la masa final del cohete, w es la velocidad de la masa eyectada en relación con el cohete (velocidad de la corriente en chorro), gramo- aceleración de la gravedad.

Arroz. 73

Un vehículo de lanzamiento (LV) es un cohete balístico de múltiples etapas para lanzar una carga útil al espacio (AES, AMS, naves espaciales, etc.). Los vehículos de lanzamiento suelen ser cohetes de 2 a 4 etapas que imparten velocidad de escape a la carga útil I - II (Fig. 73).

Un motor de cohete (RM) es un motor a reacción diseñado para cohetes y no utiliza el entorno para su funcionamiento. En el RD, no solo la energía suministrada al motor se convierte (química, solar, nuclear, etc.) en energía cinética de movimiento del fluido de trabajo del motor, sino que también se crea directamente la fuerza motriz de tracción en el forma de reacción del chorro del fluido de trabajo que sale del motor. Por tanto, el RD es como una combinación del propio motor y el dispositivo de propulsión.

El empuje específico de la calle de rodaje está determinado por la fórmula: .

Actualmente, sólo se utilizan ampliamente los XRD químicos.

El motor de cohete de propulsor sólido (motor de cohete de propulsor sólido) se utiliza desde hace unos 2000 años, ampliamente en artillería de cohetes y de forma limitada en astronáutica. El rango de empuje de los motores de cohetes de propulsor sólido varía desde gramos hasta cientos de toneladas (para motores de cohetes potentes). El combustible en forma de cargas (inicialmente - pólvora negra, de finales del siglo XIX - pólvora sin humo, de mediados del siglo XX - composiciones especiales) se coloca completamente en la cámara de combustión. Después del arranque, la combustión suele continuar hasta que el combustible se quema por completo; el cambio de empuje no está regulado. Es el más simple en diseño y funcionamiento, pero tiene una serie de desventajas: empuje específico bajo, lanzamiento único, etc. Está instalado en algunos vehículos de lanzamiento en EE. UU. (Scout, Thor, Titan), Francia y Japón. También se utiliza como sistema de frenado, rescate, correctivo, etc. (Fig. 74).

El motor de cohete líquido (LPRE) es un motor de cohete que funciona con combustible líquido para cohetes. Propuesto por K. E. Tsiolkovsky en 1903. El principal motor de la tecnología espacial moderna. Empuje desde fracciones de gramo hasta cientos de toneladas. Según su finalidad, los motores de propulsor líquido se dividen en principales (propulsión), de frenado, correctivos, etc. Como combustible se utilizan los siguientes: oxidantes: oxígeno líquido, tetróxido de nitrógeno, peróxido de hidrógeno; combustibles: queroseno, hidracina, amoníaco líquido, hidrógeno líquido. La combinación más prometedora de hidrógeno líquido y oxígeno (LV Energia) (Fig. 75).

Para aumentar el impulso específico, el uso de la energía nuclear es prometedor. Muestras experimentales de motores de cohetes nucleares ( PATIO) se han desarrollado desde mediados de los años 60 en la URSS y Estados Unidos. Actualmente, Rusia es el único estado que tiene un lanzacohetes de propulsión nuclear (Fig. 76).

El desarrollo continúa calles de rodaje eléctricas(EP) - electrotérmico, electromagnético, iónico. Los primeros modelos experimentales de propulsión eléctrica se crearon en la URSS en 1929-30; Actualmente, los motores de propulsión eléctricos se utilizan como motores de control de actitud para naves espaciales en Rusia y Estados Unidos. El motor de propulsión iónico está instalado en el AMS, lanzado a finales de los años 90. en los EE. UU. (Fig. 77).

Desde el punto de vista de la mecánica de los vuelos espaciales, las calles de rodaje se dividen en:

1. Sistemas de propulsión con una velocidad de escape limitada w » 3 - 30 km/s, determinada por la temperatura más alta de la corriente en chorro (química, nuclear, etc.). Operan durante un corto tiempo (minutos, segundos) en la atmósfera y hacen vacío en pequeñas secciones activas de la trayectoria de vuelo (cientos de kilómetros).

2. Sistemas de energía limitados con una fuente de energía separada de la que depende su eficiencia (eléctrica, etc.).

3. Sistemas de empuje limitado (vela y radioisótopo).

Durante las fases de vuelo activo, el movimiento de la nave espacial depende del funcionamiento de sus motores; en las secciones pasivas de las trayectorias, el movimiento de la nave espacial está influenciado por las fuerzas de atracción de los cuerpos cósmicos, la presión ligera y el viento solar, y en las capas superiores de la atmósfera, por las fuerzas de fricción aerodinámicas.

Las principales características del movimiento pasivo de una nave espacial se pueden determinar resolviendo el problema de los dos cuerpos.

En el campo gravitacional central de cuerpos cósmicos masivos, las naves espaciales se mueven en órbitas keplerianas y:

1. La trayectoria de la nave espacial es rectilínea en el caso de que su velocidad inicial u 0 = 0 y la nave espacial caiga uniformemente acelerada hacia el centro de gravedad.

2. Las naves espaciales se mueven a lo largo de trayectorias elípticas cuando la velocidad inicial se dirige formando un ángulo con el centro de gravedad, en . En órbitas elípticas alrededor de la Tierra, se mueven sus satélites, naves espaciales modernas y estaciones orbitales, así como naves espaciales que orbitan alrededor de los planetas que estudian.

3. A lo largo de trayectorias parabólicas en u 0 = u II, cuando la velocidad final de la nave espacial en un punto infinitamente distante en el espacio es cero.

4. A lo largo de trayectorias hiperbólicas (u 0 > u II), casi indistinguibles de las rectilíneas a gran distancia del centro de gravedad.

Las trayectorias de los vuelos interplanetarios difieren en forma, duración del vuelo, costos de energía y otros factores según el propósito y las características del vuelo espacial. Es interesante observar que las naves espaciales casi nunca se mueven en línea recta: las trayectorias de su movimiento (excepto en algunos casos idealizados) son segmentos de curvas de segundo orden (círculos, elipses, parábolas e hipérbolas) que conectan las órbitas de los cuerpos cósmicos. o los propios cuerpos.

Hay 3 secciones pasivas de trayectorias de vuelo interplanetarios: 1) dentro de la "esfera de acción" de la Tierra, en la que el movimiento de la nave espacial está determinado únicamente por la fuerza de gravedad; 2) desde el límite de la esfera de influencia de la Tierra hasta el límite de la esfera de influencia del cuerpo cósmico: el objetivo del vuelo, el más largo y continuo, en el que el movimiento de la nave espacial está determinado por la atracción del sol; 3) dentro de la esfera de acción del cuerpo cósmico: el propósito del vuelo.

Ya se señaló anteriormente que para salir de la esfera de influencia de la Tierra, la nave espacial debe tener una velocidad u > u II; . La velocidad adicional que debe adquirir una nave espacial ubicada en la órbita de un satélite artificial para salir de la esfera de influencia de la Tierra se llama velocidad de salida u V. , Dónde r- distancia del cuerpo cósmico, R dÅ - radio de la esfera de influencia de la Tierra ( R dÅ = 925.000 km).

Al lanzar una nave espacial desde la superficie de la Tierra, es necesario tener en cuenta:

1) la velocidad y dirección de rotación de la Tierra alrededor de su eje;
2) la velocidad y dirección de rotación de la Tierra alrededor del Sol (u Å = 29,785 km/s).

El lanzamiento de satélites que giran en dirección opuesta al sentido de rotación de la Tierra alrededor de su eje es muy complicado y requiere grandes gastos de energía; Es más difícil lanzar una nave espacial a lo largo de una trayectoria que no se encuentre en el plano de la eclíptica.

Si la velocidad de salida coincide en dirección con la velocidad del movimiento de la Tierra. vÅ, la órbita de la nave espacial, excepto el perihelio, se encuentra fuera de la órbita de la Tierra (Fig. 79c).
Con la dirección opuesta a la velocidad u V La órbita de la nave espacial, con excepción del afelio, se encuentra dentro de la órbita de la Tierra (Fig. 79a).
Con la misma dirección e igualdad de velocidades u V= u Å la órbita de la nave espacial se vuelve recta, a lo largo de la cual la nave caerá sobre el Sol durante unos 64 días (Fig. 79d).
Cuando tu V= 0, la órbita de la nave espacial coincide con la órbita de la Tierra (Fig. 79b).

Cuanto mayor sea la velocidad u V Cuanto mayor sea la nave espacial, mayor será la excentricidad de su órbita elíptica. Mediante cálculos relativamente sencillos se determina el valor v en, necesario para que el perihelio o afelio de las órbitas de la nave espacial se encuentre en la órbita de los planetas exteriores o interiores, .

Las trayectorias de vuelo de las naves espaciales que tocan simultáneamente las órbitas de la Tierra y los cuerpos cósmicos, los objetivos de los vuelos interplanetarios, se denominan trayectorias de hohmann(en honor al científico alemán W. Homann que los calculó).

Para planetas exteriores: . Para planetas interiores: , Dónde r- la distancia media de un cuerpo planetario al Sol.

La duración del vuelo a lo largo de la trayectoria de Homan se calcula mediante la fórmula: día soleado promedio.

Al calcular la trayectoria de un vuelo interplanetario utilizando trayectorias de Hohmann, es necesario tener en cuenta la posición relativa (configuración inicial) de la Tierra, el Sol y el planeta objetivo, las características y características del movimiento de los planetas en sus órbitas. . Por ejemplo, un vuelo a Marte a lo largo de la trayectoria más corta de Hohmann tardará solo 69,9 días, a Júpiter, 1,11 años, a Plutón, 19,33 años. Sin embargo, la posición mutua óptima real de la Tierra, el Sol y estos planetas ocurre muy raramente, y para reducir el tiempo de vuelo es necesario aumentar u V, lo que requiere un consumo de energía adicional. Por eso, entre otras razones, los vuelos tripulados a los planetas del Sistema Solar son mucho más caros y difíciles que explorar estos planetas con naves espaciales, que pueden volar a sus objetivos durante años siguiendo las trayectorias más económicas. Teniendo en cuenta la influencia de las perturbaciones de los planetas y del Sol, las EMA y las naves espaciales deben tener motores para ajustar la trayectoria del movimiento.

Al alcanzar la esfera de acción del planeta objetivo, para entrar en una órbita elíptica o circular a su alrededor, la nave espacial debe reducir su velocidad a un valor inferior a II cósmico para el planeta en cuestión.

En la navegación interplanetaria se utiliza mucho la maniobra de las naves espaciales en el campo gravitacional de los planetas del Sistema Solar.

Cuando se mueve en el campo gravitacional central de un cuerpo cósmico masivo, la nave espacial está expuesta a una fuerza de atracción de este cuerpo, que cambia la velocidad y la dirección del movimiento de la nave espacial. La dirección y magnitud de la aceleración de la nave espacial dependen de qué tan cerca vuele la nave espacial del cuerpo cósmico y del ángulo j entre las direcciones de entrada y salida de la nave espacial en la esfera de acción de este cuerpo.

La velocidad de la nave espacial cambia por:

La nave espacial adquiere la mayor aceleración cuando se mueve a lo largo de una trayectoria que pasa a una distancia mínima del cuerpo cósmico, si la velocidad de entrada de la nave espacial en la esfera de acción es igual a I velocidad cósmica u I en la superficie de este cuerpo, mientras que .

Cuando vuela alrededor de la Luna, la nave espacial puede aumentar su velocidad en 1,68 km/s, cuando vuela alrededor de Venus en 7,328 km/s y cuando vuela alrededor de Júpiter en 42,73 km/s. La velocidad a la que la nave sale de la esfera de influencia del planeta se puede aumentar significativamente encendiendo los motores en el momento de pasar el periapsis.

En la Fig. 80-81 muestran algunas trayectorias calculadas de vuelos interplanetarios.

Para un vuelo interestelar, la nave espacial debe ir más allá de la esfera de influencia del Sol, igual a 9 × 10 12 km. Las distancias interestelares son enormes: la estrella más cercana está a 270.000 UA; Sólo hay unas 50 estrellas dentro de una esfera de radio 10 pc descrita alrededor del Sol.

Actualmente, las naves espaciales Pioneer 10 y 11 y Voyager 1 y 2 han emprendido un vuelo más allá del sistema solar, que se alejará a una distancia de 1 año luz en miles de años.

Los tipos de motores de cohetes existentes e incluso prometedores no son adecuados o son de poca utilidad para vuelos interestelares, ya que no pueden acelerar la nave espacial a velocidades superiores a 0,1 la velocidad de la luz. Con .

A las estrellas más cercanas sólo son teóricamente posibles vuelos de ida con sondas interestelares automáticas (AIS) o vuelos tripulados para colonizar planetas adecuados con una tripulación en estado de “muerte reversible” (hibernación) o con cambio de generaciones. dentro de la nave, lo que requiere resolver muchos problemas sólo técnicos, pero también éticos, psicológicos y biológicos (la tripulación nunca regresará a la Tierra; tendrán que pasar la mayor parte de sus vidas o incluso toda su vida durante el cambio de generaciones dentro de la nave; es necesario crear un ecosistema de nave espacial completamente cerrado, etc.); Incluso antes del lanzamiento, las observaciones astronómicas terrestres deben garantizar la existencia de planetas terrestres con condiciones adecuadas para la vida cerca de la estrella, el objetivo del vuelo (de lo contrario, el vuelo pierde su significado).

El “sueño azul” de la astronáutica moderna es un lanzacohetes cuántico (de fotones) teóricamente ideal con w = C - el único apto para vuelos interestelares dentro de la Galaxia (Fig. 78).

El movimiento de los cuerpos físicos a velocidades cercanas a la velocidad de la luz se considera en la teoría general de la relatividad (GTR), que estudia los patrones espacio-temporales de cualquier proceso físico.

En el marco de la relatividad general, la fórmula de Tsiolkovsky está generalizada y toma la forma: ,

Dónde z- Número de Tsiolkovsky, metro 0 - inicial, metro 1 es la masa final de la nave espacial, u 1 es la velocidad final de la nave espacial en el sistema de referencia de la Tierra, w es la velocidad de la corriente en chorro en relación con la nave.

Incluso una nave espacial de fotones no puede alcanzar la velocidad de la luz en w = C , porque el: .

Según la ciencia moderna, volar a velocidades superiores a la de la luz es imposible para cualquier objeto material. Sin embargo (teóricamente) una nave espacial puede viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

Posibles opciones para el vuelo interestelar:

1. Vuelo en 3 etapas: aceleración de la nave espacial a la velocidad máxima; vuelo de inercia con los motores apagados; frenado a velocidad cero.
2. Vuelo en 2 etapas con aceleración constante: la primera mitad del vuelo la nave aumenta la velocidad con la aceleración g~gÅ= 10 m/s 2 y luego comienza a frenar con la misma aceleración.

Según los principios básicos de la Relatividad General, para un observador a bordo de una nave espacial, al acercarse a la velocidad de la luz, todos los procesos físicos se ralentizarán en un factor y las distancias a lo largo de la dirección del movimiento de la nave espacial se reducirán en la misma proporción. la misma cantidad: el espacio y el tiempo están, por así decirlo, “comprimidos”. En el marco de referencia de la nave estará estacionaria, pero en relación con la Tierra y el objetivo de vuelo se moverá a una velocidad u £. C.

El tiempo de vuelo propio (del barco) y el tiempo independiente transcurrido desde el momento del lanzamiento a la Tierra se calculan mediante diferentes fórmulas: , Dónde Y - funciones coseno hiperbólicas y seno hiperbólicas, r- distancia al objetivo de vuelo.

Con aceleración continua gramo= 10 m/s 2 un vuelo hasta la estrella Centauri durará 3,6 años según el reloj de barco, 4,5 años según el reloj de la Tierra; el vuelo al centro de la galaxia se realizará según el reloj del barco t k= 19,72 años, según la Tierra T Å= 27000 años; En consecuencia, se necesitará un vuelo a la galaxia M31 (“nebulosa de Andrómeda”), la más cercana de las galaxias espirales. t k= 28 años y T Å= 3,5 millones de años!

Éste es el precio a pagar por los vuelos interestelares según la “paradoja de los gemelos”: los astronautas que han volado alrededor de la mitad de la galaxia y han envejecido decenas de años regresarán a la Tierra miles y millones de años después del lanzamiento. Además de los problemas puramente éticos de los extraterrestres que regresan de un “vuelo esencialmente de ida” desde un pasado lejano al mundo del futuro, surge un problema importante relacionado con el valor de la información proporcionada por los astronautas: durante el vuelo, la ciencia ¡En la Tierra no se detiene!

Los problemas energéticos de los vuelos interestelares son muy importantes: si para alcanzar la segunda velocidad cósmica de un vuelo interplanetario tripulado Tierra-Marte, se gastaría energía de aproximadamente 8,4 × 10 9 kW × h (generada por una central eléctrica con una capacidad de 100 MW en 8,5 horas), luego acelerar la nave espacial a 0,2 Con la energía requerida es 10 15 kW × h: toda la energía generada por las centrales eléctricas de la Tierra en 10 años. ¡Un aumento de velocidad a 0,4 s implica un aumento del consumo de energía 16 veces con una eficiencia del motor del 100%! Las reservas de combustible para el motor termonuclear del cohete ascenderán a más del 99% de la masa de la nave espacial. La síntesis de antimateria para un solo vuelo de una nave de fotones requiere tal cantidad de energía que la ciencia moderna no puede indicar su origen dentro del Sistema Solar.

Así, según las leyes de la física, en el nivel actual de desarrollo de la civilización terrestre, los vuelos interestelares de naves espaciales tripuladas son prácticamente imposibles. Los estudios de estrellas cercanas mediante AMS interestelares no tripulados son bastante posibles (actualmente en EE. UU. y Rusia se están desarrollando proyectos para lanzar AMS a Próxima Centauri, la estrella de Barnard y algunos otros objetos a mediados del siglo XXI). Los AMZ con varias decenas de toneladas de masa de carga útil acelerarán a una velocidad de 0,1-0,2 Con Con motores de cohetes solares, radioisótopos o termonucleares, el tiempo de vuelo será de decenas o incluso cientos de años.

El material estudiado se consolida durante la resolución de problemas:

Ejercicio 10:

1. ¿Por qué es más fácil lanzar una nave espacial a Plutón que al Sol?

2. ¿Es posible, una situación favorita en la ciencia ficción de los años 60, cuando una nave espacial con un motor averiado es atraída y cae hacia el Sol?

3. ¿Dónde y por qué es más rentable ubicar cosmódromos: en los polos o en el ecuador de la Tierra?

4. Determina la velocidad a la que la nave espacial abandona el Sistema Solar. ¿Cuánto tiempo tardará en volar hasta la estrella más cercana?

5. ¿Por qué ocurre la ingravidez dentro de la nave espacial en la parte pasiva de la trayectoria de vuelo?

6. ¿Cuál es la velocidad del AMS que gira en una órbita circular alrededor de Júpiter a una distancia de: a) 2000 km; b) ¿a 10.000 km del planeta?

7. Dibujar en el dibujo la configuración de la Tierra, el Sol y Marte, considerando sus órbitas circulares, durante el vuelo de las naves espaciales soviéticas “Mars-2” y “Mars-3”, que llegaron a Marte el 21 de noviembre de 1971 y 2 de diciembre de 1971 después de 192 y 188 días de vuelo, si la oposición de los planetas se produjo el 10 de agosto de 1971.

Según V.V. Radzievsky debería llamar la atención de profesores y estudiantes “sobre la enorme importancia práctica de la astronomía en relación con la exploración activa del espacio, sobre el papel de la astronáutica en la solución de los problemas ambientales de la contaminación ambiental (traslado de empresas contaminantes al espacio, liberación de residuos industriales peligrosos en el espacio, perspectivas demográficas)… Es necesario fortalecer los elementos de la astronáutica en el propio programa, introducir preguntas: la ley de conservación de la energía en el problema de los 2 cuerpos (conclusión elemental)...

En los años 60 y 80, en las escuelas de la Unión Soviética se impartía un curso optativo de A.D. Marlensky "Fundamentos de la Cosmonáutica" (grado IX, 70 horas de formación, 2 horas semanales). La información sobre su estructura, contenido y planificación de lecciones puede ser útil para un profesor moderno de física y astronomía para utilizar el material relevante en las lecciones de física y astronomía (especialmente en las clases de física y matemáticas) y actividades extracurriculares:

1) Historia de la astronáutica(2 horas) (Los primeros proyectos fantásticos de vuelos espaciales. K.E. Tsiolkovsky, el fundador de la astronáutica científica. Las principales etapas del desarrollo de la tecnología de cohetes. El lanzamiento del primer satélite soviético y el comienzo de la era espacial. Vuelo humano al espacio ).

2) Movimiento y diseño de cohetes.(4 horas) (El principio de un cohete. El concepto de mecánica de cuerpos de masa variable. La fórmula de Tsiolkovsky. Las partes principales y características numéricas de un cohete de una sola etapa. Cohetes de múltiples etapas. Motores de cohetes y combustibles). Empiece por repetir la ley de conservación del impulso; En base a él, analice una eyección de masa de un solo pulso desde un cohete. Considere una serie de eyecciones sucesivas y demuestre que la velocidad resultante de un cohete durante las eyecciones unidireccionales es igual a la suma de las velocidades que recibe con cada eyección de masa. Informe la fórmula de Tsiolkovsky (sin una derivación detallada, pero con un análisis detallado del significado físico y la solución de los problemas correspondientes). Considere el movimiento de un cohete desde el punto de vista de las leyes de la dinámica, en función de la fuerza reactiva. Demuestre experimentalmente la aparición de fuerza reactiva utilizando ejemplos de chorros de agua que fluyen y muestre cómo se puede cambiar la fuerza de empuje (se proporciona un diagrama de la instalación). Familiarizar a los estudiantes con las características numéricas de los vehículos de lanzamiento monoetapa y multietapa. Ofrezca (en casa) desarrollar proyectos de cohetes con diferentes características, desmóntelos en la siguiente lección. Se estudia el trabajo del RD en términos generales. Se consideran esquemas de su diseño, suministro de combustible y gráficos de cambios en las características (velocidad, temperatura y presión de los productos de combustión a lo largo del eje de la calle de rodaje). Preste atención a los datos básicos de los motores de cohetes y del combustible para cohetes en comparación con los motores térmicos y el combustible para el transporte terrestre. Es útil para demostrar modelos de cohetes en funcionamiento.

3) Libre movimiento de un cohete en un campo gravitacional.(8 horas) (Campo gravitacional central. Problema de 2 cuerpos. Ley de conservación de la energía mecánica al moverse en un campo gravitacional. Parámetro gravitacional. Fórmula para la velocidad de un cuerpo que se mueve en una órbita elíptica. Trayectorias de movimiento en un campo gravitacional (Órbitas de Kepler). Leyes de Kepler. Velocidad circular, velocidad de liberación, exceso de velocidad hiperbólico. Repetir la ley de la gravitación universal en relación a 2 puntos materiales y analizar en detalle su fórmula; Señalar la posibilidad de representar cuerpos cósmicos masivos en forma de puntos materiales. Se forma una idea del campo gravitacional como un campo de fuerzas centrales y sus características: aceleración de la gravedad (que permite determinar los efectos de las fuerzas del campo central sobre los cuerpos introducidos en diferentes puntos del campo) y potenciales (para determinar los costos de energía). para diversos movimientos de cuerpos en este campo). Justifique la elección del valor cero del potencial gravitacional para puntos en el infinito; en este caso, los potenciales gravitacionales de todos los cuerpos cósmicos se miden desde el nivel cero y son fáciles de comparar. Comparando los potenciales gravitacionales de puntos en la superficie de los planetas, se puede juzgar la cantidad de trabajo necesario para trasladar un cuerpo desde un punto determinado hasta el infinito (introduciendo el concepto de velocidad cósmica II). La solución al problema de los 2 cuerpos se basa en las leyes de conservación de la energía y del momento angular (el concepto de la ley de conservación del momento angular debe formarse a partir de la demostración del banco de Zhukovsky, la definición del concepto de angular impulso y una serie de experimentos)

4) Movimiento de un cohete bajo la influencia del empuje.(6 horas) (Inserción de una nave espacial en órbita. Pérdidas de velocidad. Velocidades características iniciales y totales. Control de la nave espacial. Correcciones de trayectoria. Sobrecargas en vuelo. El concepto de navegación espacial. Navegación inercial, astro y radio. Orientación y estabilización de la nave espacial. ). 5) Satélites terrestres artificiales(8 horas) (Órbitas de los satélites. Perturbación de las órbitas provocada por la no esfericidad de la Tierra, resistencia atmosférica, gravedad de la Luna y el Sol. Movimiento del satélite con respecto a la superficie de la Tierra. Inyección del satélite en órbita. Multipulso Maniobras de encuentro en órbita. Espera de transferencias. Atraque de estaciones orbitales. Fenómenos físicos básicos durante la entrada a la atmósfera. 6) Vuelos a la Luna y los planetas.(8 horas) (Trayectorias de vuelo a la Luna. Satélites lunares artificiales. Aterrizaje en la Luna. Trayectorias de vuelo a los planetas. Trayectorias óptimas. Ventanas de lanzamiento. Correcciones de trayectoria. Trayectorias multipulso. Utilización del campo gravitacional de los planetas para cambiar la trayectorias de naves espaciales. Vuelo alrededor de planetas. Aterrizaje en planetas. Uso de la atmósfera durante el aterrizaje. 7) Condiciones de vuelo espacial(2 horas) (Peligro de radiación. Peligro de meteoritos. Métodos de protección. Soporte vital en la nave espacial. Psicología espacial. El ritmo de la vida en la nave espacial. La influencia de la ingravidez y la sobrecarga en el cuerpo). 8) Uso científico y práctico de la astronáutica.(6 horas) (Logros de la URSS en el uso del espacio. Equipo científico de satélites, naves espaciales y AWS. Investigación de la Tierra, el espacio cercano a la Tierra, la Luna, los planetas, el espacio interplanetario mediante la astronáutica. Uso práctico de la astronáutica. : en geodesia, meteorología, navegación, comunicaciones, exploración de recursos terrestres). 9) Perspectivas de la astronáutica.(2 horas) (Proyectos para futuros vuelos espaciales en el Sistema Solar. Proyectos para la exploración de la Luna y los planetas. Posibilidad de vuelos interestelares). 10 horas de trabajo práctico (incluidas observaciones astronómicas).

El trabajo fue realizado por una alumna del grado 7B Lyudmila Vlasova.

La teoría de los vuelos espaciales contiene una colección de traducciones y presentaciones de obras clásicas sobre este tema, principalmente de autores extranjeros y algunos rusos. Un estudio de los trabajos dedicados al problema de las comunicaciones interplanetarias muestra que en diferentes países diferentes personas llegaron independientemente a la misma conclusión de que las comunicaciones interplanetarias son posibles, pero su implementación práctica aún enfrenta una serie de dificultades técnicas y financieras. Sin embargo, estas dificultades deberán superarse en el futuro, y el hombre finalmente romperá la armadura de la atmósfera y la gravedad terrestre que impide su vuelo, y será arrastrado al misterioso espacio interplanetario que promete muchas nuevas impresiones y descubrimientos.

La primera dificultad que encontramos es que no existe atmósfera entre las estrellas, por lo que es imposible utilizar un avión para volar en el espacio, para lo cual es necesario como apoyo. Las dificultades fisiológicas se discutirán más adelante. Limitemos ahora nuestras consideraciones a la cuestión de si nuestros conocimientos de mecánica nos permiten admitir la posibilidad de la existencia de un motor que, excluyendo cualquier soporte externo, pueda mover el aparato. Aunque esto pueda parecer extraño para alguien que no haya estudiado este tema, el conocimiento actual de los científicos indica que tal motor existe desde hace mucho tiempo: es un cohete. Se suele decir que un cohete se mueve debido a la reacción “al aire”. La primera parte de esta afirmación es cierta, pero la segunda “de la nada” es falsa. El cohete se mueve igual de bien en el vacío e incluso mejor que en el aire.

Una vez agotado el combustible, el cohete comienza a volar libremente en el espacio con una cierta velocidad v 1, que se compone de la propia velocidad del cohete v 1 y la velocidad tangencial w, que recibió el cohete debido a la rotación de la tierra y el viento. Cabe señalar que mientras el cohete pasa dentro de la atmósfera terrestre, la resistencia del aire reduce la velocidad de vuelo libre del cohete, sin embargo, esta disminución es insignificante en altitudes elevadas y, según el cálculo del científico Herbert Oberth, a una velocidad v1 = 1000 m/s. es igual a sólo 69 m/s, y con v1 = 10.000 m/s - sólo 2,2 m/s*, que puede despreciarse En el caso de una órbita elíptica, esta ecuación tiene dos raíces, una imaginaria para nosotros (dentro de la Tierra). o debajo de él), el otro es real y define el punto más alto de ascenso. El cohete no volverá a caer hasta el punto de despegue. Esto se debe a 1) la influencia del viento, 2) la rotación de la tierra y 3) las condiciones de vuelo del cohete.

Objeto del aparato: Estudio de la altura, composición y temperatura de la atmósfera terrestre, determinación de la ley de resistencia del aire a diferentes alturas y velocidades, así como estudio del funcionamiento del propio cohete. El aparato consta de dos cohetes: el superior, interno - hidrógeno (H.R.) y el inferior, al mismo tiempo externo - alcohol (A.R.). La longitud del aparato es de 5 metros, ancho 55,6 cm, peso 544 kg, de los cuales 6,9 kg son H . R. Además, también se proporciona un cohete auxiliar. La cuestión del material del cohete no se ha resuelto finalmente. Su material trabaja, gracias a la superpresión interna, en tensión.

1. Los experimentos preliminares de Obert deberían consistir en probar el funcionamiento de la boquilla y el atomizador; en pruebas del flujo de líquidos desde pequeños agujeros, etc.). 2. El cohete auxiliar está destinado a elevar el cohete compuesto arriba descrito desde una altitud de 5550 m a 7750 m y, después de agotar su combustible, dar al cohete principal (A.R.) una velocidad inicial de 500 m/s. Su peso con combustible es de 220 kg, su tiempo de funcionamiento es de 8 s; le dará a A.R. una aceleración de 100 m/s2. Con sus ranuras (b) se inserta en los estabilizadores A.R., y su cilindro de oxígeno (a) se coloca en la boquilla A.R. Para mayor resistencia, el A.R. cohete auxiliar. En la Fig. 54 muestra esquemáticamente la posición relativa de los tres cohetes: hidrógeno (línea de puntos), alcohol (líneas continuas) y auxiliar (sombreado). 3. Cuanto más grande sea el cohete, mayor será el valor de bombeo P 1,2.

En general, una persona puede soportar un efecto de aceleración mayor dirigido desde la cabeza a los pies que en la dirección opuesta. Puede soportar un efecto aún mayor en posición supina o tangencial. El efecto de la aceleración al moverse en círculos puede ser desagradable, y aún más desagradable durante ligeros altibajos. Por el contrario, una frenada rápida tiene un efecto más débil. Basándose en estas y otras consideraciones, Oberth considera probable que una persona pueda soportar los efectos de una aceleración de unos 51,2 m/s2 durante 200-400 segundos. La aceleración debilitada no tiene ningún daño físico. Y al volar un cohete con pasajeros, Oberth sugiere enviar el cohete no verticalmente, es decir, a lo largo del radio de la Tierra, sino oblicuamente, a lo largo de una curva que llamó "sinergia". En este caso, es posible aumentar la aceleración durante el despegue, ya que la influencia de la aceleración terrestre queda casi paralizada, gracias al vuelo casi paralelo a la superficie de la Tierra.

§ 1. Cosmodinámica: la teoría de los vuelos espaciales.

El significado literal de la palabra "cosmonáutica" (que es una combinación de dos palabras griegas) es "nadar en el Universo". En el uso común, esta palabra significa un conjunto de diversas ramas de la ciencia y la tecnología que garantizan la investigación y el desarrollo del espacio exterior y los cuerpos celestes con la ayuda de naves espaciales: satélites artificiales, estaciones automáticas para diversos fines, naves espaciales tripuladas.

La teoría de los vuelos espaciales, un viejo sueño de la humanidad, se convirtió en ciencia como resultado de los trabajos fundamentales del gran científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Durante mucho tiempo, hasta el momento en que las ideas, fórmulas y dibujos de entusiastas y científicos comenzaron a convertirse en objetos fabricados "en metal" en oficinas de diseño y talleres de fábrica, la base teórica de la astronáutica se basó en tres pilares: 1) la teoría de movimiento de naves espaciales; 2) tecnología de cohetes; 3) la totalidad del conocimiento astronómico sobre el Universo.

Posteriormente, en las profundidades de la astronáutica surgió una amplia gama de nuevas disciplinas científicas y técnicas, como la teoría de los sistemas de control de objetos espaciales, la navegación espacial, la teoría de los sistemas de comunicación espacial y la transmisión de información, la biología y medicina espaciales, etc. que nos resulta difícil imaginar la astronáutica sin estas disciplinas, conviene recordar que las bases teóricas de la astronáutica las sentó K. E. Tsiolkovsky en un momento en el que sólo se llevaban a cabo los primeros experimentos sobre el uso de ondas de radio y la radio no podía ser considerado

Medios de comunicación en el espacio. Durante muchos años, la señalización mediante rayos de luz solar reflejados hacia la Tierra por espejos a bordo de una nave espacial interplanetaria se ha considerado seriamente como un medio de comunicación. Ahora que estamos acostumbrados a no sorprendernos ni con la cobertura televisiva en vivo desde la superficie de la Luna ni con las fotografías de radio tomadas cerca de Júpiter o en la superficie de Venus, esto es difícil de creer. Por tanto, se puede argumentar que la teoría de las comunicaciones espaciales, a pesar de toda su importancia, todavía no es el eslabón principal en la cadena de las disciplinas espaciales.

Este vínculo principal es la teoría del movimiento de los objetos espaciales. Esto es lo que puede considerarse la teoría de los vuelos espaciales. Los propios especialistas que se dedican a esta ciencia la llaman de otra manera: mecánica celeste aplicada, balística celeste, balística espacial, cosmodinámica, mecánica de vuelos espaciales, teoría del movimiento de los cuerpos celestes artificiales.

Todos estos nombres tienen el mismo significado, expresado precisamente por el último término. La cosmodinámica, por tanto, forma parte de la mecánica celeste, una ciencia que estudia el movimiento de cualquier cuerpo celeste, tanto natural (estrellas, sol, planetas, sus satélites, cometas, meteoroides, polvo cósmico) como artificial (naves espaciales automáticas y naves espaciales tripuladas). . Pero hay algo que distingue a la cosmodinámica de la mecánica celeste. La cosmodinámica, nacida en el seno de la mecánica celeste, utiliza sus métodos, pero no se ajusta a su marco tradicional.

Una diferencia significativa entre la mecánica celeste aplicada y la mecánica clásica es que la segunda no se ocupa ni puede ocuparse de la elección de las órbitas de los cuerpos celestes, mientras que la primera se ocupa de la selección entre un gran número de trayectorias posibles para llegar a un cuerpo celeste particular de un una trayectoria determinada, que tiene en cuenta numerosas exigencias, a menudo contradictorias. El requisito principal es la velocidad mínima a la que acelera la nave espacial durante la fase activa inicial del vuelo y, en consecuencia, la masa mínima del vehículo de lanzamiento o de la etapa orbital superior (cuando se lanza desde una órbita terrestre baja). Esto garantiza la máxima carga útil y, por tanto, la mayor eficiencia científica del vuelo. También se tienen en cuenta los requisitos de facilidad de control, las condiciones de comunicación por radio (por ejemplo, en el momento en que la estación ingresa al planeta mientras vuela alrededor de él).

condiciones de la investigación científica (aterrizaje en el lado diurno o nocturno del planeta), etc.

La cosmodinámica proporciona a los diseñadores de operaciones espaciales métodos para una transición óptima de una órbita a otra y métodos para corregir la trayectoria. En su campo de visión se encuentran maniobras orbitales, desconocidas para la mecánica celeste clásica.

La cosmodinámica es la base de la teoría general de los vuelos espaciales (así como la aerodinámica es la base de la teoría del vuelo en la atmósfera de aviones, helicópteros, dirigibles y otras aeronaves). La cosmodinámica comparte este papel con la dinámica de cohetes, la ciencia del movimiento de los cohetes. Ambas ciencias, estrechamente entrelazadas, forman la base de la tecnología espacial. Ambas son secciones de la mecánica teórica, que a su vez es una sección separada de la física.

Al ser una ciencia exacta, la cosmodinámica utiliza métodos de investigación matemáticos y requiere un sistema de presentación lógicamente coherente. No en vano, los fundamentos de la mecánica celeste fueron desarrollados después de los grandes descubrimientos de Copérnico, Galileo y Kepler precisamente por aquellos científicos que hicieron la mayor contribución al desarrollo de las matemáticas y la mecánica. Estos fueron Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace. Y en la actualidad, las matemáticas ayudan a resolver problemas de balística celeste y, a su vez, reciben un impulso en su desarrollo gracias a las tareas que le plantea la cosmodinámica.

La mecánica celeste clásica era una ciencia puramente teórica. Sus conclusiones fueron confirmadas consistentemente por datos de observación astronómica. La cosmodinámica introdujo la experimentación en la mecánica celeste, y la mecánica celeste se convirtió por primera vez en una ciencia experimental, similar en este sentido a, digamos, una rama de la mecánica como la aerodinámica. La naturaleza involuntariamente pasiva de la mecánica celeste clásica fue reemplazada por el espíritu activo y ofensivo de la balística celeste. Cada nuevo logro en astronáutica es al mismo tiempo una prueba de la eficacia y precisión de los métodos cosmodinámicos.

La cosmodinámica se divide en dos partes: la teoría del movimiento del centro de masa de una nave espacial (teoría de las trayectorias espaciales) y la teoría del movimiento de una nave espacial en relación con el centro de masa (la teoría del "movimiento de rotación"). Como se menciona en el prefacio, el libro tratará principalmente de trayectorias y, en la mayoría de los casos, la nave espacial se considerará un punto material.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky nació el 5 (17) de septiembre de 1857 en el pueblo de Izhevskoye, provincia de Ryazan, en la familia de un forestal. Debido a una enfermedad, no pudo estudiar en la escuela y se vio obligado a estudiar solo. Habiendo dominado la mayor parte del curso por su cuenta en la única biblioteca gratuita de Moscú, aprobó el examen para obtener el título de maestro de escuelas públicas y obtuvo un puesto como maestro en la escuela del distrito de Borovsky. Posteriormente fue trasladado para enseñar en Kaluga, donde pasó toda su vida futura. En su tiempo libre, Tsiolkovsky estudiaba ciencias. Por su trabajo "Mecánica del organismo animal" fue elegido miembro de pleno derecho de la Sociedad Rusa de Fisicoquímica. Después de la revolución, sus obras tuvieron demanda, fueron reconocidas como innovadoras y excitaron las mentes de sus contemporáneos. En 1926-1929, Tsiolkovsky se ocupó de cuestiones prácticas de los vuelos espaciales. En este momento nacen las ideas más atrevidas e incluso fantásticas que están destinadas a hacerse realidad en el futuro. Tsiolkovsky calculó la altitud óptima para volar alrededor de la Tierra, defendió la idea de la diversidad de formas de vida en el Universo, inventó el primer tren de aterrizaje con ruedas, desarrolló los principios de la propulsión de un aerodeslizador y escribió sobre el futuro descubrimiento del láser. , y predijo la penetración de las matemáticas en todos los campos de la ciencia. Tsiolkovsky murió el 19 de septiembre de 1935.

Por sus numerosas y científicamente dudosas obras filosóficas, Tsiolkovsky podría ser llamado un gran soñador y excéntrico del espacio profundo, si no fuera por un "pero": Konstantin Eduardovich es el primer ideólogo y teórico de la exploración espacial humana. Tsiolkovsky siempre soñó con el espacio y buscó fundamentar sus sueños en teoría e incluso en la práctica. Las primeras ideas sobre el uso de cohetes para volar al espacio fueron expresadas por los científicos en 1883, pero una teoría matemática coherente de la propulsión a chorro estaba destinada a aparecer sólo trece años después.

En 1903, en el quinto número de la revista Scientific Review, publicó parte del artículo "Exploración de los espacios del mundo utilizando instrumentos a reacción", pero, como muchos de los descubrimientos y obras de Tsiolkovsky, estaba demasiado lejos de las realidades de la vida moderna. Sin embargo, fue en este artículo donde el científico presentó cálculos matemáticos y justificación de la posibilidad real de utilizar cohetes para viajes interplanetarios. Tsiolkovsky no se limitó a señalar los medios de penetración humana en el espacio: el cohete también dio una descripción detallada del motor; Muchas de las teorías de Konstantin Eduardovich pueden considerarse proféticas, por ejemplo sobre la elección del combustible líquido de dos componentes y la posibilidad de utilizar otros tipos de combustible, en particular la energía de la desintegración atómica. Tsiolkovsky propuso la idea de crear motores a reacción eléctricos, que era revolucionaria en ese momento, y escribió en su forma característica que "tal vez, con la ayuda de la electricidad, con el tiempo será posible impartir una velocidad enorme a las partículas". expulsado del dispositivo de chorro”.

Sus ideas sobre el enfriamiento regenerativo de la cámara de combustión y la tobera del motor con componentes de combustible, el aislamiento cerámico de elementos estructurales, el almacenamiento separado y el bombeo de combustible a la cámara de combustión y las trayectorias óptimas de descenso de una nave espacial al regresar del espacio se utilizan con éxito hoy en día.

El científico combinó activamente teoría y práctica, tratando de encontrar posibles formas de implementar todo lo que tenía en mente. Tsiolkovsky fundamentó científicamente los problemas asociados con los vuelos espaciales con cohetes. Por ejemplo, examinó en detalle todo lo relacionado con el cohete: las leyes del movimiento, su diseño, cuestiones de control, pruebas, garantía del funcionamiento fiable de todos los sistemas, creación de condiciones de vuelo aceptables e incluso selección de una tripulación psicológicamente compatible.

Es curioso que, al no tener prácticamente instrumentos, Tsiolkovsky calculó la altitud óptima para un vuelo alrededor de la Tierra: un rango de trescientos a ochocientos kilómetros sobre el planeta. Es a estas altitudes donde se realizan los vuelos espaciales modernos. Tsiolkovsky derivó una fórmula que más tarde llevaría su nombre, que permite determinar la velocidad de un avión bajo la influencia del empuje de un motor de cohete. Al mismo tiempo, el científico logró obtener una respuesta a una importante pregunta práctica: ¿cuánto combustible se debe introducir en el cohete para obtener la velocidad de despegue requerida desde la Tierra y abandonar el planeta de manera segura? El resultado del cálculo fue el siguiente: para que un cohete con tripulación desarrolle una velocidad de despegue y emprenda un vuelo interplanetario, es necesario tomar cien veces más combustible que el peso del cuerpo del cohete, el motor. , mecanismos, instrumentos y pasajeros combinados. Pero ¿cómo se puede meter tanto combustible en un barco? El científico encontró una solución original: un tren de cohetes compuesto por varios cohetes conectados entre sí. El cohete delantero contiene una cierta cantidad de combustible, pasajeros y equipo. Luego, los cohetes funcionan alternativamente, acelerando todo el tren interplanetario. Tan pronto como el combustible de un cohete se quema por completo, se desecha: como resultado, se retiran los tanques vacíos y el barco se vuelve más liviano. Luego comienza a funcionar el segundo cohete, luego el tercero, etc. Basándose en la fórmula de Tsiolkovsky, se llegó a la importante conclusión de que las capacidades de un cohete están determinadas principalmente por las características del motor y la perfección del diseño del cohete.

Tsiolkovsky dejó una rica herencia científica. No todas sus ideas son de gran valor para la ciencia, pero aun así el científico fue el primero en abordar muchas cuestiones. Sus puntos de vista incluso ahora parecen un poco fantásticos. Es sorprendente la precisión con la que los científicos predijeron el futuro. Así, tomó la iniciativa en el estudio de la cuestión del satélite terrestre artificial y su papel para la economía nacional. Expresó la idea de que las generaciones futuras creen estaciones cercanas a la Tierra como asentamientos artificiales que utilizarían la energía del Sol y servirían como bases intermedias para las comunicaciones interplanetarias. Esta idea de las estaciones interplanetarias fue el principal medio para lograr el ansiado sueño: la exploración humana del espacio circunsolar y la creación de "asentamientos etéreos" en el futuro.

Uno de los creadores del primer satélite admitió una vez que no se dio cuenta inmediatamente del gran logro que se había logrado entonces, en 1957. Y para justificarse se refirió al poeta V. Bryusov, quien dijo que “los acontecimientos grandiosos son casi imperceptibles para quienes están directamente involucrados: todos ven solo un detalle frente a sus ojos, el volumen del conjunto escapa a la observación. la gente de alguna manera no se da cuenta de que la humanidad ha entrado en la “era de los milagros”.

Apenas estamos entrando en la cuarta década de la era espacial, pero ya estamos bastante acostumbrados a milagros como los sistemas satelitales de comunicación y observación meteorológica, la navegación y la asistencia a quienes se encuentran en peligro en tierra y mar que han cubierto toda la Tierra. Como algo completamente normal, escuchamos informes sobre los muchos meses de trabajo de las personas en órbita, no nos sorprenden las huellas en la Luna, las fotografías de planetas distantes tomadas a quemarropa, o el núcleo del cometa mostrado por primera vez por astronave.

En un período histórico muy corto, la astronáutica se ha convertido en una parte integral de nuestras vidas, un fiel asistente en los asuntos económicos y el conocimiento del mundo que nos rodea. Y no hay duda de que el mayor desarrollo de la civilización terrestre no puede prescindir del desarrollo de todo el espacio cercano a la Tierra.

Por ejemplo, muchos científicos ven una salida a la inminente crisis ambiental utilizando los recursos del espacio cercano. “Está claro que el potencial espacial no es la panacea para todos los males”, escribe un destacado experto en el campo de la astronáutica, K. Erike. “El camino propuesto es simplemente una de las oportunidades más efectivas del arsenal que tenemos a nuestro alcance hoy en día. "Garantizar la supervivencia de la humanidad como sociedad moderna. Esto es necesario también para la evolución continua de nuestra sociedad, preservando al mismo tiempo la naturaleza de la Tierra, que es única en el área que se extiende a lo largo de muchos años luz a nuestro alrededor".

La exploración del espacio, esta "provincia de toda la humanidad", continúa a un ritmo cada vez mayor. Mirando retrospectivamente lo que ya se ha logrado, podemos intentar determinar las fechas aproximadas para las próximas etapas de uso de nuestro nuevo hábitat. Es mucho más arriesgado hacer previsiones a largo plazo. Pero estos intentos también son conocidos. Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas JI. Leskov, por ejemplo, mira hacia todo un milenio.

Según el científico, en los años que quedan hasta el próximo siglo se organizará en el espacio primero la producción piloto-industrial y luego en masa de materiales mejorados. Las posibilidades energéticas prácticamente ilimitadas, junto con el vacío profundo y la ingravidez, son lo que atrae principalmente a los industriales al espacio. Sin embargo, las condiciones tecnológicas únicas no son la única razón para la propuesta de reubicación de una serie de empresas, y tal vez de industrias enteras, como, por ejemplo, la química, la metalúrgica, la nuclear...

Nuestro planeta ya está tan saturado de desechos industriales que su mayor expansión amenaza con consecuencias catastróficas para toda la biosfera. Y las reservas de materias primas de la Tierra no son tan grandes como para que podamos vivir en paz, sin preocuparnos por el futuro. Por tanto, cada vez más expertos llegan a la conclusión de que la industrialización generalizada del espacio cercano a la Tierra es inevitable. La ciencia y la tecnología espaciales se preparan para ello, continuando estudiando cómo se producen los distintos procesos tecnológicos en órbita y, al mismo tiempo, creando proyectos para su suministro de energía.

Al predecir el desarrollo de la astronáutica en el mismo período, otros expertos prestan atención a las distintas direcciones de este proceso. El presidente de la Academia Internacional de Astronáutica, J. Müller, señala, por ejemplo, la futura utilización generalizada de las comunicaciones por satélite para ofrecer amplios servicios de información a personas de todo el mundo. Se le une el académico soviético V. Avduevsky. “La conexión de la tecnología espacial con la microelectrónica”, señala, “nos permite hablar de la organización en un futuro muy próximo de un sistema de comunicación global con suscriptores que no estén “atados” a ningún nodo terrestre. de un único campo de información en el que todos puedan unirse a cualquier persona en cualquier momento y en cualquier lugar del mundo. Esto significa que la forma de vida de millones y millones de personas cambiará radicalmente. Las riquezas de la cultura mundial estarán disponibles para todos los que viven en la Tierra. - desde las colecciones de los mayores depósitos de libros del mundo, las salas del Hermitage y del Louvre, que se pueden “visitar” en cualquier momento, hasta las bibliotecas de cine y música de cualquier reunión pública o privada, el lema. será una realidad: educación superior para todos los que quieran recibirla, sin olvidar la oportunidad de obtener cualquier dato de referencia, de celebrar una reunión operativa..."

Para pasar a la siguiente etapa de la exploración espacial, cree L. Leskov, será necesario crear vehículos nuevos y más eficientes: aviones aeroespaciales, naves espaciales tripuladas y automáticas, vehículos de lanzamiento reutilizables, remolcadores interorbitales con gran capacidad de carga...

En los años 20 y 50 del siglo XXI aparecerán en órbita reflectores gigantes de la luz solar y plantas de energía solar espacial, y después llegará el momento del desarrollo industrial de la Luna. Entonces el científico opera no durante décadas, sino durante siglos. Entre las siguientes etapas se enumeran la creación de estructuras a gran escala en el espacio, el uso de materia extraterrestre con su entrega a la Tierra, el desarrollo y transformación de la naturaleza de Marte y Venus.

¿Que sigue? Y lo más importante, ¿qué pasará con las personas que se han separado para siempre de su planeta? Uno de los principales expertos en el campo de la medicina y la biología espaciales, el académico O. Gazenko, considera dos escenarios para la colonización espacial: dentro del sistema solar y más allá de sus fronteras. Si, según el científico, es posible crear un hábitat en el espacio lo más parecido posible al de la Tierra, la evolución de los habitantes permanentes de los "asentamientos etéreos" aparentemente se desarrollará de la misma manera que en la Tierra. Es cierto que existe la posibilidad de que, bajo la influencia de los rayos cósmicos, se produzcan cambios hereditarios aleatorios en las personas y el curso posterior de la evolución se vuelva impredecible. Naturalmente, esto sólo puede ocurrir si para entonces no se ha encontrado ningún medio de protección fiable.

El científico también admite esta opción cuando el factor principal que determinará la evolución a largo plazo del hombre no será la radiación, sino la ingravidez. Entonces las personas, perdiendo gradualmente algunas de las características fisiológicas que les “impone” la gravedad, se volverán diferentes, tal vez similares a los personajes “incorpóreos” de las pinturas del artista español El Greco.

Si la humanidad no se limita a conquistar el sistema solar y va más allá de sus fronteras, entonces, cree el académico, después de cientos de generaciones, las infinitas extensiones de la Galaxia se encontrarán habitadas por colonias separadas de seres inteligentes, notablemente diferentes tanto de nosotros y unos de otros.

¿Pero se adaptará una persona a condiciones de vida tan inusuales? Esto es lo que dijo K. Tsiolkovsky: “...En la actualidad, los estratos avanzados de la humanidad se esfuerzan cada vez más por situar sus vidas dentro de marcos artificiales, ¿y no es en esto en lo que consiste el progreso en luchar contra el mal tiempo, tanto en las altas como en las bajas? temperaturas, la gravedad, con los animales, con los insectos y bacterias dañinos, ¿acaso no se crea incluso ahora un ambiente puramente artificial alrededor de una persona? En el espacio etérico esta artificialidad sólo alcanzará su límite extremo, pero entonces la persona estará en las condiciones más extremas. favorable para él mismo”.

Sin embargo, no miremos tan lejos. Volvamos a las previsiones para un futuro no muy lejano. Eso sí, sus autores saben muy bien que los esquemas cronológicos que proponen son muy aproximados. Por tanto, no intentan fijar plazos concretos para la ejecución de determinados proyectos, prestando especial atención a su descripción técnica. Nos adheriremos al mismo principio en nuestra historia sobre las perspectivas de actividades extraterrestres de nuestra civilización.

Este libro está dirigido a los jóvenes, "aquellos que leerán para construir": así se dirigió Yu Kondratyuk a sus lectores. Pasarán los años y quienes ahora hojeen estas páginas empezarán a hacer realidad los sueños de hoy. Así es: ¡“leer para construir”!