Levantovsky V.I. Temel bir sunumda uzay uçuşunun mekaniği

Ders 4 için metodoloji
"Uzay Biliminin Temelleri"

Dersin amacı: Astronotiğin teorik ve pratik temelleri hakkında bilgi geliştirmek.

Öğrenme Hedefleri:

Genel eğitim: kavramların oluşumu:

Uzay araştırmalarının teorik ve pratik önkoşulları, görevleri ve yöntemleri hakkında;
- Astronotik ile astronomi, fizik ve diğer doğa ve matematik bilimleri ve teknoloji arasındaki bağlantı hakkında;
- astronotik hakkında - uzay aracı;
- jet roket motorlarının ana türleri hakkında (katı yakıtlı roket motorları, sıvı yakıtlı motorlar, elektrikli tahrik motorları, nükleer tahrik motorları);
- uzay aracı hareketinin yörüngeleri, hızları ve özellikleri, gezegenler arası ve yıldızlararası navigasyonun özellikleri hakkında.

Eğitim: Öğrencilerin insanlık bilgisinin tarihi ile tanışmaları sırasında bilimsel dünya görüşünün oluşumu. Uzay biliminin gelişiminde Rus bilim ve teknolojisinin olağanüstü rolüne aşina olurken yurtsever eğitim. Astronotik biliminin pratik uygulamaları hakkında bilgi sunan Politeknik Eğitimi ve İşgücü Eğitimi.

Gelişimsel: Uzay aracının hareketini tanımlamak için kozmik cisimlerin hareket yasalarını, Tsiolkovsky formüllerini ve kozmik hızları kullanarak sorunları çözme becerilerinin geliştirilmesi.

Öğrenciler Bilmek:

Astronotik hakkında (astronotik araştırmaların konusu, görevi ve yöntemleri, diğer bilimlerle bağlantısı);
- astronotik hakkında: ana uzay aracı türleri, tasarımları ve özellikleri;
- ana roket motor tipleri, yapıları ve özellikleri hakkında
- Tsiolkovsky formülü, I, II, III kozmik hızlarının formülleri ve değerleri (Dünya için);
- uzay aracının uçuş yörüngeleri ve yörüngelerinin şekli ile hareket hızı arasındaki ilişki hakkında.

Öğrenciler yapabilmek: Uzay aracı hareketinin özelliklerini hesaplamak için Tsiolkovsky formülünün ve kozmik cisimlerin hareket yasalarının uygulanmasına ilişkin problemleri çözmek.

Görsel yardımlar ve gösteriler:

Film şeritleri: "Uzay uçuşu mekaniğinin unsurları."
Filmler: "Yapay Dünya uyduları"; "Uzay uçuşları".
Tablolar: "Uzay uçuşları"; "Uzay Araştırması".
Cihazlar ve araçlar: Uyduların hareketini göstermeye yarayan cihaz.

Ev ödevi:

1) Ders kitabı materyalini inceleyin:
- B.A. Vorontsov-Velyaminova: §§ 14 (4), 16 (4).
- E.P. Levitan: §§ 7-11 (tekrar).
- AV. Zasova, E.V. Kononoviç: § 11; alıştırmalar 11 (3, 4)

2) Vorontsov-Velyaminov B.A.'nın problem koleksiyonundaki görevleri tamamlayın. : 174; 179; 180; 186.

3) “Kozmonotik Tarihi” dersi için rapor ve mesajlar hazırlar.

Ders Planı

Materyal sunma metodolojisi

Bu ders en iyi şekilde, öğrencilerin doğa tarihi, doğa tarihi ve fizik derslerinde incelenen "bilim öncesi" astronotik bilgilerinin ve astronotik ve jet itişine ilişkin bilgilerin sistemleştirilmesi, genelleştirilmesi ve geliştirilmesinin anlatıldığı bir ders şeklinde öğretilir. tüm eğitim süresi boyunca gerçekleştirilir. Kılavuzun yazarları, yapay uyduların yörüngeleri ve hızları, Ay'a uzay aracı uçuşları ve gezegenler arası uçuşların en basit yörüngeleri hakkındaki soruların analiziyle kendimizi sınırlamayı öneriyorlar. Eğitim sonucunda öğrencinin astronotik biliminin teorik ve pratik temelleri hakkında bütünsel bir anlayış kazanması için bu materyali tamamlamanın ve genişletmenin, teorik hale getirmenin gerekli olduğunu düşünüyoruz. Materyalin sunumu fizik (klasik mekaniğin temelleri: Newton kanunları, yerçekimi kanunu, momentumun korunumu kanunu, jet itişi) ve astronomi (astrometri ve gök mekaniği: Kepler kanunları, kozmik uzay hakkında bilgiler) alanlarında daha önce çalışılmış materyallere dayanmalıdır. hızlar, kozmik cisimlerin yörüngeleri ve rahatsızlıklar). Eğitimin vatansever yönü, öğrencilerin dikkatini yerli bilim ve teknolojinin başarılarına, Rus bilim adamlarının roket bilimi ve astronotik biliminin ortaya çıkışına, oluşumuna ve gelişimine katkısına odaklayarak gerçekleştirilir. Tarihsel ayrıntılardan kaçınılmalı ve daha sonraki bir derse saklanmalıdır.

Kozmonotik - uzayda uçuşlar; çeşitli uzay araçları (SCAV): roketler, yapay Dünya uyduları (AES), otomatik gezegenler arası istasyonlar (AIS), uzay aracı (SC) kullanılarak uzayın ve uzay nesnelerinin ve bunların sistemlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini sağlayan bir dizi bilim ve teknoloji dalı , insanlı veya Dünya'dan kontrol edilen.

Uzay biliminin teorik temeli şunlardan oluşur:

1. Astronomi (astrometri, gök mekaniği ve astrofizik).

2. Uzay uçuşları teorisi - kozdinamik - gök mekaniğinin uygulamalı kısmı, uçuş yörüngelerinin incelenmesi, uzay aracı yörünge parametreleri vb.

3. Uzay roketleri, motorlar, kontrol sistemleri, iletişim ve bilgi iletimi, bilimsel ekipman vb. oluşturmanın bilimsel ve teknik sorunlarına çözümler sunan roketçilik.

4. Uzay biyolojisi ve tıbbı.

Uzayda ana ve şimdiye kadar tek ulaşım aracı rokettir. Roket hareketinin yasaları, klasik mekaniğin yasalarına dayanarak türetilmiştir: kinematik ve dinamik (Newton'un II yasası, momentumun korunumu yasası, vb.).

K. E. Tsiolkovsky'nin formülü, bir roketin dış koşulların etkisini hesaba katmadan uzaydaki hareketini açıklar ve roketin enerji kaynaklarını karakterize eder:

, - Tsiolkovsky sayısı, Nerede M 0 - başlangıç, M k roketin nihai kütlesidir, w fırlatılan kütlenin rokete göre hızıdır (jet akışı hızı), G- serbest düşüş ivmesi.

Pirinç. 73

Fırlatma aracı (LV), bir yükü uzaya (AES, AMS, uzay aracı vb.) fırlatmak için kullanılan çok aşamalı bir balistik rokettir. Fırlatma araçları genellikle faydalı yük I - II'ye kaçış hızı kazandıran 2-4 aşamalı roketlerdir (Şekil 73).

Roket motoru (RM), roketler için tasarlanmış bir jet motorudur ve operasyon için çevreyi kullanmaz. RD'de, yalnızca motora sağlanan enerji (kimyasal, güneş enerjisi, nükleer vb.) motorun çalışma sıvısının kinetik hareket enerjisine dönüştürülmez, aynı zamanda çekişin itici gücü de doğrudan motorda oluşturulur. motordan dışarı akan çalışma sıvısının jetinin reaksiyonu şeklindedir. Dolayısıyla RD, motorun kendisi ile tahrik cihazının bir kombinasyonu gibidir.

Taksi yolunun spesifik itme kuvveti aşağıdaki formülle belirlenir: .

Şu anda yalnızca kimyasal XRD'ler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Katı yakıtlı roket motoru (katı yakıtlı roket motoru) yaklaşık 2000 yıldır, yaygın olarak roket topçuluğunda ve sınırlı olarak da astronotikte kullanılmaktadır. Katı yakıtlı roket motorlarının itme kuvveti aralığı gramdan yüzlerce tona (güçlü roket motorları için) kadar değişir. Yük şeklindeki yakıt (başlangıçta - 19. yüzyılın sonlarından itibaren kara barut - 20. yüzyılın ortalarından itibaren dumansız barut - özel bileşimler) tamamen yanma odasına yerleştirilir. Başladıktan sonra yanma genellikle yakıt tamamen yanana kadar devam eder; itme gücündeki değişiklik düzenlenmez. Tasarım ve kullanım açısından en basit olanıdır, ancak bir takım dezavantajları vardır: düşük spesifik itme kuvveti, tek fırlatma vb. ABD (Scout, Thor, Titan), Fransa ve Japonya'daki bazı fırlatma araçlarına kurulur. Ayrıca frenleme, kurtarma, düzeltme vb. sistemler olarak da kullanılır (Şekil 74).

Sıvı roket motoru (LPRE), sıvı roket yakıtıyla çalışan bir roket motorudur. 1903'te K. E. Tsiolkovsky tarafından önerildi. Modern uzay teknolojisinin ana motoru. Bir gramdan yüzlerce tona kadar itme. Sıvı yakıtlı motorlar amaçlarına göre ana (tahrik), frenleme, düzeltici vb. olarak ayrılır. Yakıt olarak aşağıdakiler kullanılır: oksitleyiciler - sıvı oksijen, nitrojen tetroksit, hidrojen peroksit; yanıcı maddeler - gazyağı, hidrazin, sıvı amonyak, sıvı hidrojen. Sıvı hidrojen ve oksijenin en umut verici kombinasyonu (LV Energia) (Şekil 75).

Spesifik itişi arttırmak için nükleer enerjinin kullanılması ümit vericidir. Nükleer roket motorlarının deneysel örnekleri ( BAHÇE) 60'ların ortalarından beri SSCB ve ABD'de geliştirildi. Şu anda Rusya, sürdürülebilir nükleer güçle çalışan roketatarlara sahip olan tek devlettir (Şekil 76).

Geliştirme devam ediyor elektrikli taksi yolları(EP) - elektrotermal, elektromanyetik, iyonik. Elektrikli tahrikin ilk deneysel örnekleri 1929-30'da SSCB'de oluşturuldu; Şu anda, Rusya ve Amerika Birleşik Devletleri'nde uzay araçları için yönlendirme motorları olarak elektrikli tahrik motorları kullanılmaktadır. İtiş iyon motoru, 90'ların sonlarında piyasaya sürülen AMS'ye kuruludur. ABD'de (Şekil 77).

Uzay uçuşu mekaniği açısından taksi yolları ikiye ayrılır:

1. Jet akımının en yüksek sıcaklığına (kimyasal, nükleer vb.) göre belirlenen, w » 3 - 30 km/s arasında sınırlı egzoz hızına sahip tahrik sistemleri. Atmosferde kısa bir süre (dakikalar, saniyeler) çalışırlar ve uçuş yörüngesinin küçük aktif bölümlerinde (yüzlerce km) vakum oluştururlar.

2. Verimlerinin bağlı olduğu ayrı bir enerji kaynağına sahip sınırlı güç sistemleri (elektrik vb.).

3. Sınırlı itiş gücüne sahip sistemler (yelken ve radyoizotop).

Aktif uçuş aşamalarında uzay aracının hareketi motorlarının çalışmasına bağlıdır; Yörüngelerin pasif bölümlerinde, uzay aracının hareketi kozmik cisimlerin çekim kuvvetlerinden, hafif basınçtan ve güneş rüzgarından ve atmosferin üst katmanlarında aerodinamik sürtünme kuvvetlerinden etkilenir.

Bir uzay aracının pasif hareketinin temel özellikleri, 2 cisim probleminin çözülmesiyle belirlenebilir.

Devasa kozmik cisimlerin merkezi çekim alanında, uzay aracı Keplerian yörüngelerde hareket eder ve:

1. Uzay aracının yörüngesi, başlangıç ​​hızının u 0 = 0 olması ve uzay aracının ağırlık merkezine doğru düzgün bir ivmeyle düşmesi durumunda doğrusaldır.

2. Uzay aracı, ilk hız, ağırlık merkezine belirli bir açıyla yönlendirildiğinde eliptik yörüngeler boyunca hareket eder. Dünya etrafındaki eliptik yörüngelerde, uyduları, modern uzay araçları ve yörünge istasyonları ile inceledikleri gezegenlerin yörüngesinde dönen uzay araçları hareket eder.

3. u 0 = u II noktasındaki parabolik yörüngeler boyunca, uzay aracının uzayda sonsuz uzak bir noktadaki son hızı sıfır olduğunda.

4. Hiperbolik yörüngeler boyunca (u 0 > u II), ağırlık merkezinden çok uzaktaki doğrusal olanlardan neredeyse ayırt edilemez.

Gezegenlerarası uçuşların yörüngeleri, uzay uçuşunun amacına ve özelliklerine bağlı olarak şekil, uçuş süresi, enerji maliyetleri ve diğer faktörler açısından farklılık gösterir. Uzay aracının neredeyse hiçbir zaman düz bir çizgide hareket etmediğini belirtmek ilginçtir: Hareketlerinin yörüngeleri (bazı idealleştirilmiş durumlar hariç), kozmik cisimlerin yörüngelerini birbirine bağlayan ikinci dereceden eğrilerin (daireler, elipsler, paraboller ve hiperboller) bölümleridir. ya da bedenlerin kendileri.

Gezegenler arası uçuş yörüngelerinin 3 pasif bölümü vardır: 1) uzay aracının hareketinin yalnızca yerçekimi kuvveti tarafından belirlendiği Dünya'nın "hareket alanı" içinde; 2) Dünya'nın etki alanının sınırından kozmik bedenin etki alanının sınırına kadar - uzay aracının hareketinin çekim tarafından belirlendiği en uzun ve en sürekli uçuşun hedefi Güneş'in; 3) kozmik bedenin etki alanı dahilinde - uçuşun amacı.

Yukarıda, Dünya'nın etki alanından çıkmak için uzay aracının u > u II hızına sahip olması gerektiği belirtilmişti; . Yapay bir uydunun yörüngesinde bulunan bir uzay aracının Dünya'nın etki alanından çıkmak için kazanması gereken ek hıza çıkış hızı u denir. V. , Nerede R- kozmik bedene olan mesafe, R dÅ - Dünyanın etki alanının yarıçapı ( R dÅ = 925000 km).

Dünya yüzeyinden bir uzay aracı fırlatırken şunları dikkate almak gerekir:

1) Dünyanın kendi ekseni etrafında dönme hızı ve yönü;
2) Dünyanın Güneş etrafında dönme hızı ve yönü (u Å = 29,785 km/s).

Dünyanın kendi ekseni etrafında dönüş yönünün tersi yönde dönen uyduları fırlatmak çok zordur, bu da büyük enerji maliyetleri gerektirir; Ekliptik düzlemde yer almayan bir yörünge boyunca bir uzay aracını fırlatmak daha zordur.

Çıkış hızı Dünya'nın hareket hızıyla aynı yönde ise v Å Uzay aracının yörüngesi, günberi hariç, Dünya'nın yörüngesinin dışındadır (Şekil 79c).
Hızın ters yönü u ile V Uzay aracının yörüngesi, günötesi hariç, Dünya'nın yörüngesinin içinde yer alır (Şekil 79a).
Aynı yön ve hızların eşitliği ile u V= u Å uzay aracının yörüngesi düz hale gelir ve bu doğrultuda uzay aracı yaklaşık 64 gün boyunca Güneş'in üzerine düşecektir (Şekil 79d).
ne zaman V= 0, uzay aracının yörüngesi Dünya'nın yörüngesine denk gelir (Şekil 79b).

Hızınız ne kadar yüksek olursa V Uzay aracının eliptik yörüngesinin eksantrikliği o kadar büyük olur. Nispeten basit hesaplamalar yoluyla değer belirlenir v içinde Uzay aracının yörüngelerinin günberi veya afel noktasının dış veya iç gezegenlerin yörüngesinde yer alması için gerekli olan, .

Gezegenler arası uçuşun hedefleri olan Dünya'nın yörüngelerine ve kozmik cisimlere aynı anda dokunan uzay aracı uçuş yörüngelerine denir. Hohmann yörüngeleri(bunları hesaplayan Alman bilim adamı W. Homann'ın onuruna).

Dış gezegenler için: . İç gezegenler için: , Nerede R- gezegensel bir cismin Güneş'ten ortalama uzaklığı.

Homan yörüngesi boyunca uçuş süresi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: ortalama güneşli gün.

Hohmann yörüngelerini kullanarak gezegenler arası bir uçuşun yörüngesini hesaplarken, Dünya'nın, Güneş'in ve hedef gezegenin göreceli konumunu (başlangıç ​​​​konfigürasyonu), gezegenlerin yörüngelerindeki hareketinin özelliklerini ve özelliklerini dikkate almak gerekir. Örneğin, en kısa Hohmann yörüngesi boyunca Mars'a uçuş yalnızca 69,9 gün, Jüpiter'e - 1,11 yıl, Plüton'a - 19,33 yıl sürecektir. Bununla birlikte, Dünya, Güneş ve bu gezegenlerin gerçek optimal karşılıklı konumu son derece nadir olarak ortaya çıkar ve uçuş süresini azaltmak için uçuş süresini artırmak gerekir. V Bu da ek enerji tüketimi gerektirir. Bu nedenle, diğer nedenlerin yanı sıra, Güneş Sistemindeki gezegenlere insanlı uçuşlar, bu gezegenleri, hedeflerine yıllarca en ekonomik yörüngelerde uçabilen uzay araçlarıyla keşfetmekten çok daha pahalı ve daha zordur. Gezegenlerden ve Güneş'ten kaynaklanan rahatsızlıkların etkisi dikkate alındığında, AWS'lerin ve uzay araçlarının hareketin yörüngesini ayarlayacak motorlara sahip olması gerekir.

Hedef gezegenin hareket alanına ulaşıldığında, onun etrafında eliptik veya dairesel bir yörüngeye girebilmek için, uzay aracının hızını söz konusu gezegen için II kozmik değerinden daha düşük bir değere düşürmesi gerekir.

Gezegenlerarası navigasyonda, uzay aracının Güneş Sistemi gezegenlerinin çekim alanındaki manevrası yaygın olarak kullanılmaktadır.

Devasa bir kozmik cismin merkezi çekim alanında hareket ederken, uzay aracı bu cisimden gelen çekici bir kuvvete maruz kalır ve uzay aracının hareketinin hızını ve yönünü değiştirir. Uzay aracının ivmesinin yönü ve büyüklüğü, uzay aracının kozmik gövdeden ne kadar yakın uçtuğuna ve uzay aracının bu gövdenin hareket alanına giriş ve çıkış yönleri arasındaki j açısına bağlıdır.

Uzay aracının hızı şu şekilde değişir:

Uzay aracının hareket alanına giriş hızı bu bedenin yüzeyindeki kozmik hız u I'ye eşitse, uzay aracı kozmik gövdeden minimum mesafeden geçen bir yörünge boyunca hareket ederken en büyük ivmeyi elde eder; .

Uzay aracı, Ay'ın etrafında uçarken hızını 1,68 km/s, Venüs'ün etrafında uçarken 7,328 km/s, Jüpiter'in etrafında uçarken ise 42,73 km/s artırabiliyor. Uzay aracının gezegenin etki alanından ayrılma hızı, periapsisten geçerken motorlar çalıştırılarak önemli ölçüde artırılabilir.

Şek. Şekil 80-81, gezegenler arası uçuşların hesaplanmış bazı yörüngelerini göstermektedir.

Yıldızlararası uçuş için uzay aracının Güneş'in 9 × 10 12 km'ye eşit etki alanının ötesine geçmesi gerekir. Yıldızlararası mesafeler çok büyüktür: en yakın yıldız 270.000 AU'dur; Güneş'in etrafında tanımlanan 10 pc yarıçaplı bir kürenin içinde yalnızca 50'ye yakın yıldız bulunmaktadır.

Şu anda Pioneer 10 ve 11 ile Voyager 1 ve 2 uzay araçları, güneş sisteminin ötesine geçerek binlerce yılda 1 ışık yılı uzaklığa gidecek bir uçuşa çıktı.

Mevcut ve hatta gelecek vaat eden roket motoru türleri, uzay aracını ışık hızının 0,1'ini aşan hızlara çıkaramadığı için yıldızlararası uçuşlar için uygun değildir veya çok az kullanışlıdır. İle .

En yakın yıldızlara, otomatik yıldızlararası sondaların (AIS) yalnızca tek yönlü uçuşları veya insanlı uçuşlar, uygun gezegenleri “geri dönüşümlü ölüm” (hazırda bekletme) durumundaki bir mürettebatla veya nesil değişimiyle kolonileştirmek amacıyla teorik olarak mümkündür. Sadece teknik birçok problemin çözülmesini gerektiren geminin içinde, aynı zamanda etik, psikolojik, biyolojik problemler de var (mürettebat asla Dünya'ya dönmeyecek; nesillerin değişimi sırasında hayatlarının çoğu, hatta tüm hayatları geminin içinde geçmek zorunda kalacak) gemi; uzay aracı vb. için tamamen kapalı bir ekosistem oluşturmak gereklidir); Fırlatmadan önce bile, karasal astronomik gözlemler, uçuşun hedefi olan yıldızın yakınında yaşam için uygun koşullara sahip karasal gezegenlerin varlığını garanti etmelidir (aksi takdirde uçuş anlamını kaybeder).

Modern astronotiklerin “mavi rüyası” teorik olarak ideal bir kuantum (foton) roketatardır ve w = C - Galaksi içindeki yıldızlararası uçuşlara uygun tek kişi (Şekil 78).

Fiziksel cisimlerin ışık hızına yakın hızlardaki hareketi, herhangi bir fiziksel sürecin uzay-zaman modellerini inceleyen genel görelilik teorisinde (GTR) dikkate alınır.

Genel görelilik çerçevesinde Tsiolkovsky formülü genelleştirilir ve şu şekli alır: ,

Nerede z- Tsiolkovsky numarası, M 0 - başlangıç, M 1, uzay aracının nihai kütlesidir, u 1, uzay aracının dünyanın referans çerçevesindeki son hızıdır, w, jet akımının gemiye göre hızıdır.

Bir foton yıldız gemisi bile w = noktasında ışık hızına ulaşamaz. C Çünkü: .

Modern bilime göre hiçbir maddi cismin ışık hızından daha yüksek hızlarda uçması imkansızdır. Ancak (teorik olarak) bir yıldız gemisi ışık hızına yakın hızlarda hareket edebilir.

Yıldızlararası uçuş için olası seçenekler:

1. 3 aşamada uçuş: uzay aracının maksimum hıza hızlandırılması; motorlar kapalıyken yanaşma uçuşu; sıfır hıza kadar frenleme.
2. Sabit ivmeyle 2 aşamalı uçuş: Uçuşun ilk yarısında uzay aracı ivmeyle birlikte hızı artırır g~ gÅ= 10 m/s 2 ve ardından aynı ivmeyle frenlemeye başlar.

Genel Göreliliğin temel ilkelerine göre, uzay aracında bulunan bir gözlemci için, ışık hızına yaklaşıldığında tüm fiziksel süreçler bir kat yavaşlayacak ve uzay aracının hareket yönündeki mesafeler, ışık hızına yaklaşıldığında azalacaktır. aynı miktar: uzay ve zaman adeta “sıkıştırılmıştır”. Geminin referans çerçevesinde sabit olacak, ancak Dünya'ya ve uçuş hedefine göre u £ hızında hareket edecektir. C.

Kendi (gemi) uçuş süresi ve Dünya'da fırlatma anından itibaren geçen bağımsız süre, farklı formüller kullanılarak hesaplanır: , Nerede Ve - hiperbolik kosinüs ve hiperbolik sinüs fonksiyonları, R- uçuş hedefine olan mesafe.

Sürekli hızlanma ile G= 10 m/s 2 Bir Centauri'nin yıldıza uçuşu gemi saatine göre 3,6 yıl, dünya saatine göre 4,5 yıl sürecektir; Galaksinin merkezine uçuş geminin saatine göre sürecek T k= Dünya'ya göre 19,72 yıl TÅ= 27000 yıl; sarmal gökadaların en yakını olan M31 gökadasına (“Andromeda Bulutsusu”) uçuş da buna göre sürecektir T k= 28 yıl ve TÅ= 3,5 milyon yıl!

Bu, "ikiz paradoksuna" göre yıldızlararası uçuşların fiyatıdır: Galaksinin yaklaşık yarısında uçmuş ve onlarca yıl yaşlanmış astronotlar, fırlatıldıktan binlerce ve milyonlarca yıl sonra Dünya'ya geri döneceklerdir. Uzak geçmişten geleceğin dünyasına esasen “tek yönlü bir uçuştan” dönen uzaylıların tamamen etik sorunlarına ek olarak, astronotlar tarafından verilen bilgilerin değeri konusunda önemli bir sorun ortaya çıkıyor: uçuş sırasında bilim, Dünya'da hareketsiz durmuyor!

Yıldızlararası uçuşların enerji sorunları çok önemlidir: Gezegenler arası insanlı Dünya - Mars uçuşunun ikinci kozmik hızına ulaşmak için, yaklaşık 8,4 × 10 9 kW × saat enerji harcanacaktır (100 kapasiteli bir enerji santrali tarafından üretilir). 8,5 saatte MW), ardından uzay aracını 0,2'ye hızlandırmak için İle gereken enerji 10 15 kW × sa'dır; bu, Dünya'daki enerji santrallerinin 10 yılda ürettiği enerjinin tamamıdır. Hızın 0,4 saniyeye çıkarılması, %100 motor verimliliğiyle enerji tüketiminde 16 kat artış anlamına gelir! Termonükleer roket motorunun yakıt rezervleri, uzay aracının kütlesinin %99'undan fazlasını oluşturacak. Bir foton yıldız gemisinin tek bir uçuşu için antimaddenin sentezi o kadar büyük bir enerji gerektirir ki, modern bilim bunun Güneş Sistemindeki kaynağını gösteremez.

Bu nedenle, fizik yasalarına göre, dünyevi uygarlığın mevcut gelişme düzeyinde, yıldızlararası insanlı uzay aracı uçuşları neredeyse imkansızdır. Yıldızlararası insansız AMS ile yakındaki yıldızların incelenmesi oldukça mümkündür (şu anda ABD ve Rusya'da, AMS'yi 21. yüzyılın ortalarında Proxima Centauri'ye, Barnard Yıldızı'na ve diğer bazı nesnelere fırlatmak için projeler geliştirilmektedir). Onlarca tonluk taşıma yükü kütlesine sahip AMZ'ler 0,1-0,2 hıza çıkacak İle güneş enerjisi, radyoizotop veya termonükleer roket motorlarının uçuş süresi onlarca, hatta yüzlerce yıl olacaktır.

Çalışılan materyal problem çözme sürecinde birleştirilir:

Egzersiz 10:

1. Plüton'a uzay aracı göndermek neden Güneş'e göndermekten daha kolaydır?

2. 60'lı yılların bilim kurgu edebiyatında en sevilen durum olan, motoru arızalı bir uzay aracının çekilip Güneş'e düşmesi mümkün mü?

3. Kozmodromları nereye ve neden yerleştirmek daha karlı: kutuplara mı yoksa Dünya'nın ekvatoruna mı?

4. Uzay aracının Güneş Sisteminden ayrılma hızını belirleyin. En yakın yıldıza uçmak ne kadar sürer?

5. Uzay aracının içinde, uçuş yörüngesinin pasif kısmında neden ağırlıksızlık meydana geliyor?

6. Jüpiter etrafında dairesel bir yörüngede dönen AMS'nin hızı nedir? a) 2000 km; b) Gezegenden 10.000 km uzakta mı?

7. 21 Kasım'da Mars'a ulaşan Sovyet uzay aracı “Mars-2” ve “Mars-3”ün uçuşu sırasında Dünya, Güneş ve Mars'ın yörüngeleri dairesel dikkate alınarak yapılanmasını çizim üzerinde çiziniz. 192 ve 188 günlük uçuşun ardından 1971 ve 2 Aralık 1971, gezegenlerin karşıtlığı ise 10 Ağustos 1971'de meydana geldi.

V.V.'ye göre. Radzievski öğretmenlerin ve öğrencilerin dikkatini “uzayın aktif keşfiyle bağlantılı olarak astronominin muazzam pratik önemine, astronotiklerin çevre kirliliğinin çevresel sorunlarını çözmedeki rolüne (havayı kirleten işletmelerin uzaya aktarılması, uzaya hava kirliliğinin salınması) çekmelidir. tehlikeli endüstriyel atıkların uzaya atılması, demografik beklentiler) ... Programın kendisinde astronotik unsurlarını güçlendirmek, soruları tanıtmak gerekiyor: 2 cisim probleminde enerjinin korunumu yasası (temel sonuç)...

60-80'li yıllarda Sovyetler Birliği'ndeki okullarda A.D.'nin seçmeli dersi veriliyordu. Marlensky "Kozmonotiğin Temelleri" (IX sınıfı, 70 saatlik eğitim, haftada 2 saat). Yapısı, içeriği ve ders planlaması hakkındaki bilgiler, modern bir fizik ve astronomi öğretmeni için ilgili materyali fizik ve astronomi derslerinde (özellikle fizik ve matematik derslerinde) ve ders dışı etkinliklerde kullanmak için yararlı olabilir:

1) Astronotik tarihi(2 saat) (İlk fantastik uzay uçuşu projeleri. K.E. Tsiolkovsky - bilimsel astronotik kurucusu. Roket teknolojisinin gelişiminin ana aşamaları. İlk Sovyet uydusunun fırlatılması ve uzay çağının başlangıcı. İnsanın uzaya uçuşu ).

2) Roketlerin hareketi ve tasarımı(4 saat) (Roket prensibi. Değişken kütleli cisimlerin mekaniği kavramı. Tsiolkovsky formülü. Tek aşamalı bir roketin ana parçaları ve sayısal özellikleri. Çok aşamalı roketler. Roket motorları ve yakıtlar). Momentumun korunumu yasasını tekrarlayarak başlayın; buna dayanarak, bir roketten tek darbeli kütle fırlatmasını analiz edin. Bir dizi ardışık fırlatma düşünün ve bir roketin tek yönlü fırlatma sırasında ortaya çıkan hızının, her kütle fırlatmada aldığı hızların toplamına eşit olduğunu gösterin. Tsiolkovsky'nin formülünü bildirin (ayrıntılı bir sonuç olmadan, ancak ilgili sorunların fiziksel anlamının ve çözümünün ayrıntılı bir analiziyle). Reaktif kuvvete bağlı olarak bir roketin hareketini dinamik yasaları açısından düşünün. Akan su jeti örneklerini kullanarak reaktif kuvvetin oluşumunu deneysel olarak gösterin ve itme kuvvetinin nasıl değiştirilebileceğini gösterin (tesisatın şeması verilmiştir). Öğrencilere tek aşamalı ve çok aşamalı fırlatma araçlarının sayısal özelliklerini tanıtmak. Farklı özelliklere sahip roket projeleri geliştirmeyi (evde) teklif edin, bir sonraki derste bunları parçalara ayırın. RD'nin çalışmaları genel hatlarıyla incelenmektedir. Tasarım şemaları, yakıt beslemesi ve özelliklerdeki değişim grafikleri (taksi yolu ekseni boyunca yanma ürünlerinin hızı, sıcaklığı ve basıncı) dikkate alınır. Termik motorlar ve kara taşımacılığı yakıtıyla karşılaştırıldığında roket motorları ve roket yakıtının temel verilerine dikkat edin. Çalışan model roketlerin gösterilmesinde fayda var.

3) Yerçekimi alanında bir roketin serbest hareketi(8 saat) (Merkezi yerçekimi alanı. 2 cisim problemi. Yerçekimi alanında hareket ederken mekanik enerjinin korunumu yasası. Yerçekimi parametresi. Eliptik bir yörüngede hareket eden bir cismin hızının formülü. Yerçekimi alanındaki hareketin yörüngeleri (Kepler yörüngeleri). Dairesel hız, salınım hızı, hiperbolik hareket alanı kavramı. Evrensel çekim yasasını 2 maddi noktaya göre tekrarlayın ve formülünü ayrıntılı olarak inceleyin; devasa kozmik cisimleri maddi noktalar biçiminde temsil etme olasılığına işaret ediyor. Merkezi kuvvetlerin alanı olarak yerçekimi alanı ve özellikleri hakkında bir fikir oluşturulur: yerçekiminin ivmesi (merkezi alanın, alanın farklı noktalarına uygulanan cisimler üzerindeki kuvvet etkilerini belirlemeye olanak tanır) ve potansiyeller (enerji maliyetlerini belirlemek için) Bu alandaki çeşitli vücut hareketleri için). Sonsuzdaki noktalar için yerçekimi potansiyelinin sıfır değerinin seçimini gerekçelendirin; bu durumda, tüm kozmik cisimlerin yerçekimi potansiyelleri sıfır seviyesinden ölçülür ve karşılaştırılması kolaydır. Gezegenlerin yüzeyindeki noktaların çekim potansiyelleri karşılaştırılarak, bir cismi belirli bir noktadan sonsuza kadar uzaklaştırmak için gereken iş miktarı değerlendirilebilir (kozmik hız II kavramının tanıtılmasıyla). 2 cisim probleminin çözümü, enerjinin ve açısal momentumun korunumu yasalarına dayanmaktadır (açısal momentumun korunumu yasası kavramı, açısal kavramının tanımı olan Zhukovsky tezgahının gösterilmesine dayanarak oluşturulmalıdır) momentum ve bir dizi deney)

4) İtme etkisi altında bir roketin hareketi(6 saat) (Bir uzay aracının yörüngeye yerleştirilmesi. Hız kayıpları. Başlangıç ​​ve toplam karakteristik hızlar. Uzay aracı kontrolü. Yörünge düzeltmeleri. Uçuşta aşırı yükler. Uzay navigasyonu kavramı. Atalet, astro ve radyo navigasyonu. Oryantasyon ve stabilizasyon uzay aracı). 5) Yapay Dünya uyduları(8 saat) (Uydu yörüngeleri. Dünyanın küresel olmaması, atmosferik direnç, Ay ve Güneş'in yerçekimi nedeniyle yörüngelerin bozulması. Uydunun Dünya yüzeyine göre hareketi. Uydunun yörüngeye yerleştirilmesi. Çoklu darbe manevraları. Yörüngede buluşma. Homan transferleri. Yörüngeden iniş. Atmosfere giriş sırasındaki temel fiziksel olaylar. 6) Ay ve gezegenlere uçuşlar(8 saat) (Ay'a uçuş yörüngeleri. Yapay ay uyduları. Ay'a iniş. Gezegenlere uçuş yörüngeleri. Optimal yörüngeler. Fırlatma pencereleri. Yörünge düzeltmeleri. Çoklu darbe yörüngeleri. Gezegenlerin yerçekimi alanını değiştirmek için gezegenlerin çekim alanını kullanma Uzay aracının yörüngeleri. Gezegenlerin etrafında uçmak. İniş sırasında atmosferin kullanılması. 7) Uzay uçuş koşulları(2 saat) (Radyasyon tehlikesi. Göktaşı tehlikesi. Korunma yöntemleri. Uzay aracında yaşam desteği. Uzay psikolojisi. Uzay aracında yaşamın ritmi. Ağırlıksızlık ve aşırı yükün vücut üzerindeki etkisi). 8) Uzay biliminin bilimsel ve pratik kullanımı(6 saat) (SSCB'nin uzay kullanımındaki başarıları. Uyduların, uzay araçlarının ve AWS'nin bilimsel donanımı. Astronotik yoluyla Dünya, Dünya'ya yakın uzay, Ay, gezegenler, gezegenler arası uzayın araştırılması. Astronotik biliminin pratik kullanımı : jeodezi, meteoroloji, navigasyon, iletişim, dünya kaynaklarının araştırılması için). 9) Uzay bilimi için beklentiler(2 saat) (Güneş Sisteminde daha ileri uzay uçuşlarına yönelik projeler. Ay ve gezegenlerin keşfedilmesine yönelik projeler. Yıldızlararası uçuş olasılığı). 10 saatlik pratik çalışma (astronomik gözlemler dahil).

Çalışma, 7B sınıfı Lyudmila Vlasova öğrencisi tarafından tamamlandı.

Uzay uçuşu teorisi, bu konuyla ilgili, çoğunlukla yabancı yazarlar ve bazı Ruslar tarafından yapılan klasik eserlerin çevirileri ve açıklamalarından oluşan bir koleksiyon içerir. Gezegenler arası iletişim sorununa yönelik çalışmalar üzerinde yapılan bir araştırma, farklı ülkelerde farklı insanların bağımsız olarak gezegenler arası iletişimin mümkün olduğu konusunda aynı sonuca vardıklarını, ancak bunların pratik uygulamasının hala bir takım teknik ve mali zorluklarla karşı karşıya olduğunu gösteriyor. Ancak gelecekte bu zorlukların üstesinden gelinmesi gerekecek ve insan, sonunda atmosferin zırhını ve uçuşunu engelleyen yer çekimini kıracak ve birçok yeni izlenim ve keşif vaat eden gizemli gezegenler arası uzaya sürüklenecek!

Karşılaştığımız ilk zorluk, yıldızlar arasında atmosfer olmaması ve bu nedenle destek olarak gerekli olan uzayda uçuş için uçağın kullanılmasının imkansız olmasıdır. Fizyolojik zorluklar daha sonra tartışılacaktır. Şimdi düşüncelerimizi, mekanik bilgimizin, herhangi bir dış destek hariç, aparatı hareket ettirebilecek bir motorun var olma olasılığını kabul etmemize izin verip vermediği sorusuyla sınırlayalım. Bu konuyu incelememiş birine bu garip gelse de, bilim adamlarının mevcut bilgileri böyle bir motorun uzun süredir var olduğunu gösteriyor - bu bir roket. Çoğu zaman bir roketin "havaya" verdiği tepki nedeniyle hareket ettiği söylenir. Bu ifadenin ilk kısmı doğrudur, ancak ikinci "havada" kısmı yanlıştır. Roket boşlukta da aynı şekilde, hatta havadakinden daha iyi hareket ediyor.

Yakıt tükendikten sonra roket, roketin kendi hızı v1 ve roketin dünyanın dönüşü nedeniyle aldığı teğetsel hız w'den oluşan belirli bir v1 hızıyla uzayda serbestçe uçmaya başlar ve Rüzgar. Roket Dünya atmosferinin içinden geçerken hava direncinin roketin serbest uçuş hızını azalttığını, ancak yüksek irtifalarda bu azalmanın önemsiz olduğunu ve bilim adamı Herbert Oberth'in hesaplamasına göre bir hızda olduğunu belirtmek gerekir. v1 = 1000 m/sn. yalnızca 69 m/s'ye eşittir ve v1 = 10.000 m/s - yalnızca 2,2 m/s* ile, bu ihmal edilebilir. Eliptik bir yörünge durumunda, bu denklemin iki kökü vardır, biri bizim için hayalidir (dünyanın içinde). veya onun altında), diğeri gerçektir ve en yüksek yükseliş noktasını tanımlar. Roket kalkış noktasına geri düşmeyecek. Bunun nedeni 1) rüzgarın etkisi, 2) dünyanın dönüşü ve 3) roketin uçuş koşullarıdır.

Cihazın amacı: Dünya atmosferinin yüksekliğinin, bileşiminin ve sıcaklığının incelenmesi, farklı yükseklik ve hızlarda hava direnci yasasının belirlenmesi ve ayrıca roketin kendisinin çalışmasının incelenmesi. Cihaz iki roketten oluşur: üst, iç - hidrojen (H.R.) ve alt, aynı zamanda harici - alkol (A.R.) Cihazın uzunluğu 5 metre, genişlik 55,6 cm, ağırlık 544 kg, bunun 6,9'u kg H . R. Ayrıca bir yardımcı roket de sağlanmaktadır. Roket malzemesi sorunu nihayet çözülmedi. İç süper basınç sayesinde malzemesi gerilim altında çalışır

1. Oberth'in ön deneyleri nozülün ve atomizörün çalışmasının test edilmesinden oluşmalıdır; küçük deliklerden sıvı akışının test edilmesinde vb.). 2. Yardımcı roketin, yukarıda açıklanan kompozit roketi 5550 m yükseklikten 7750 m'ye kaldırması ve yakıtını tükettikten sonra ana (A.R.) rokete 500 m/s'lik bir başlangıç ​​hızı vermesi amaçlanmaktadır. Yakıtla birlikte ağırlığı 220 kg, çalışma süresi 8 sn; A.R.'ye 100 m/s2'lik bir ivme kazandıracaktır. Yuvaları (b) ile A.R. stabilizatörlerine takılır ve oksijen silindiri (a) A.R. nozülüne yerleştirilir. Dayanıklılık için A.R.'nin düşmesiyle eş zamanlı olarak düşen halkalarla dış kısmı güçlendirilmiştir. yardımcı roket Şek. Şekil 54, üç roketin hepsinin göreceli konumunu şematik olarak göstermektedir: hidrojen (noktalı çizgi), alkol (düz çizgiler) ve yardımcı (gölgeli). 3. Roketin tamamı ne kadar büyük olursa, P 1.2 pompa değeri de o kadar büyük olur.

Genel olarak bir kişi, baştan ayağa doğru yönlendirilen ivme etkisine, ters yöne göre daha fazla dayanabilir. Sırtüstü pozisyonda veya teğetsel olarak daha da büyük bir etkiye dayanabilir. Bir daire içinde hareket ederken hızlanmanın etkisi rahatsız edici olabilir ve hafif iniş ve çıkışlarda daha da rahatsız edici olabilir. Aksine hızlı frenlemenin etkisi daha zayıftır. Bunlara ve diğer değerlendirmelere dayanarak Obert, bir kişinin 200-400 saniye boyunca yaklaşık 51,2 m/s2'lik bir ivmenin etkilerine dayanabileceğini düşünüyor. Zayıflamış ivmenin herhangi bir fiziksel zararı yoktur. Ve yolcularla birlikte bir roket uçururken Oberth, roketin dikey olarak, yani dünyanın yarıçapı boyunca değil, "sinerji" adını verdiği bir eğri boyunca eğik olarak gönderilmesini öneriyor. Bu durumda, Dünya yüzeyine neredeyse paralel uçuş sayesinde dünyevi ivmenin etkisi neredeyse felç olduğundan, kalkış sırasındaki ivmeyi artırmak mümkündür.

§ 1. Kozmodinamik - uzay uçuşları teorisi

"Kozmonotik" kelimesinin (iki Yunanca kelimenin birleşiminden oluşan) gerçek anlamı "Evrende yüzmek"tir. Yaygın kullanımda bu kelime, uzay aracı - yapay uydular, çeşitli amaçlara yönelik otomatik istasyonlar, insanlı uzay aracı - yardımıyla uzay ve gök cisimlerinin araştırma ve geliştirmesini sağlayan çeşitli bilim ve teknoloji dalları kümesi anlamına gelir.

İnsanlığın uzun süredir hayali olan uzay uçuşu teorisi, büyük Rus bilim adamı Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky'nin ufuk açıcı çalışmaları sonucunda bir bilim haline geldi. Meraklıların ve bilim adamlarının fikirlerinin, formüllerinin ve çizimlerinin tasarım bürolarında ve fabrika atölyelerinde "metalden" üretilmiş nesnelere dönüşmeye başladığı ana kadar uzun bir süre, astronotikin teorik temeli üç sütuna dayanıyordu: 1) uzay teorisi uzay aracı hareketi; 2) roket teknolojisi; 3) Evren hakkındaki astronomik bilginin bütünlüğü.

Daha sonra, astronotik biliminin derinliklerinde, uzay nesneleri için kontrol sistemleri teorisi, uzay navigasyonu, uzay iletişimi ve bilgi iletim sistemleri teorisi, uzay biyolojisi ve tıp vb. gibi çok çeşitli yeni bilimsel ve teknik disiplinler ortaya çıktı. Bu disiplinler olmadan astronotu hayal etmenin bizim için zor olduğunu, astronotiklerin teorik temellerinin radyo dalgalarının kullanımına ilişkin yalnızca ilk deneylerin yapıldığı ve radyonun yapılamadığı bir zamanda K. E. Tsiolkovsky tarafından atıldığını hatırlamakta fayda var. dikkate alınmak

Uzayda iletişim aracı. Uzun yıllar boyunca, gezegenler arası bir uzay aracındaki aynalardan Dünya'ya yansıtılan güneş ışığı ışınlarını kullanarak sinyal vermek ciddi bir şekilde bir iletişim aracı olarak değerlendirildi. Artık ne Ay'ın yüzeyinden canlı televizyon yayınlarına, ne de Jüpiter'in yakınında veya Venüs'ün yüzeyinde çekilen radyo fotoğraflarına şaşırmamaya alıştığımıza göre buna inanmak zor. Dolayısıyla uzay iletişimi teorisinin tüm önemine rağmen hala uzay disiplinleri zincirinin ana halkası olmadığı ileri sürülebilir.

Bu ana bağlantı uzay nesnelerinin hareketi teorisidir. Uzay uçuşunun teorisi olarak kabul edilebilecek şey budur. Bu bilimle ilgilenen uzmanların kendileri buna farklı bir ad veriyor: uygulamalı gök mekaniği, gök balistiği, uzay balistiği, kozdinamik, uzay uçuş mekaniği, yapay gök cisimlerinin hareket teorisi.

Bütün bu isimler, son terimle tam olarak ifade edilen aynı anlama sahiptir. Dolayısıyla kozmodinamik, hem doğal (yıldızlar, Güneş, gezegenler, uyduları, kuyruklu yıldızlar, meteoroidler, kozmik toz) hem de yapay (otomatik uzay aracı ve insanlı uzay aracı) gök cisimlerinin hareketini inceleyen bir bilim olan gök mekaniğinin bir parçasıdır. . Ancak kozdinamiği gök mekaniğinden ayıran bir şey var. Gök mekaniğinin bağrından doğan kozmodinamik, yöntemlerini kullanıyor ancak geleneksel çerçevesine uymuyor.

Uygulamalı gök mekaniği ile klasik mekanik arasındaki önemli bir fark, ikincisinin gök cisimlerinin yörünge seçimiyle ilgilenmemesi ve ilgilenememesi, birincisinin ise belirli bir gök cismine ulaşmak için çok sayıda olası yörünge arasından seçim yapmasıdır. Çok sayıda ve çoğu zaman birbiriyle çelişen talepleri hesaba katan belirli bir yörünge. Temel gereklilik, uçuşun ilk aktif aşamasında uzay aracının hızlandığı minimum hız ve buna bağlı olarak fırlatma aracının veya yörünge üst aşamasının (alçak Dünya yörüngesinden fırlatıldığında) minimum kütlesidir. Bu, maksimum taşıma yükünü ve dolayısıyla uçuşun en yüksek bilimsel verimliliğini sağlar. Kontrol kolaylığı gereksinimleri, radyo iletişim koşulları (örneğin, istasyonun etrafında uçarken gezegene girdiği anda) da dikkate alınır.

bilimsel araştırma koşulları (gezegenin gündüz veya gece tarafına iniş) vb.

Kozmodinamik, uzay operasyonu tasarımcılarına bir yörüngeden diğerine en uygun geçiş için yöntemler ve yörüngeyi düzeltme yöntemleri sağlar. Görüş alanında klasik gök mekaniğinin bilmediği yörüngesel manevralar var.

Kozmodinamik, genel uzay uçuşu teorisinin temelidir (tıpkı aerodinamiğin uçakların, helikopterlerin, hava gemilerinin ve diğer uçakların atmosferindeki uçuş teorisinin temeli olması gibi). Kozmodinamik, bu rolü roket hareketi bilimi olan roket dinamiği ile paylaşır. Her iki bilim de yakından iç içe geçmiş olup, uzay teknolojisinin temelini oluşturmaktadır. Her ikisi de, kendisi de fiziğin ayrı bir bölümü olan teorik mekaniğin bölümleridir.

Kesin bir bilim olan kozdinamik, matematiksel araştırma yöntemlerini kullanır ve mantıksal olarak tutarlı bir sunum sistemi gerektirir. Gök mekaniğinin temellerinin, Kopernik, Galileo ve Kepler'in büyük keşiflerinden sonra, matematik ve mekaniğin gelişimine en büyük katkıyı yapan bilim adamları tarafından geliştirilmesi boşuna değildir. Bunlar Newton, Euler, Clairaut, d'Alembert, Lagrange, Laplace'dı. Ve şu anda matematik, göksel balistik problemlerinin çözülmesine yardımcı oluyor ve buna karşılık kozdinamiğin kendisine sunduğu görevler sayesinde gelişiminde bir ivme kazanıyor.

Klasik gök mekaniği tamamen teorik bir bilimdi. Vardığı sonuçlar astronomik gözlem verileriyle tutarlı bir şekilde doğrulandı. Kozmodinamik, gök mekaniğine deneyi getirdi ve gök mekaniği ilk kez deneysel bir bilime dönüştü, bu bakımdan, örneğin aerodinamik gibi bir mekaniğin dalına benzer. Klasik gök mekaniğinin istem dışı pasif doğasının yerini gök balistiğinin aktif, saldırgan ruhu aldı. Astronot bilimindeki her yeni başarı, aynı zamanda kozdinamik yöntemlerin etkinliğinin ve doğruluğunun da kanıtıdır.

Kozmodinamik iki bölüme ayrılmıştır: bir uzay aracının kütle merkezinin hareket teorisi (kozmik yörüngeler teorisi) ve bir uzay aracının kütle merkezine göre hareket teorisi ("dönme hareketi" teorisi). Önsözde de belirtildiği gibi kitap esas olarak yörüngeleri ele alacak ve uzay aracı çoğu durumda maddi bir nokta olarak değerlendirilecektir.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, 5 Eylül (17) 1857'de Ryazan eyaletinin Izhevskoye köyünde bir ormancı ailesinde doğdu. Hastalığı nedeniyle okulda ders çalışamadı ve kendi başına okumak zorunda kaldı. Moskova'daki tek ücretsiz kütüphanede dersin çoğuna kendi başına hakim olduktan sonra, devlet okulları öğretmeni unvanı sınavını geçti ve Borovsky bölge okulunda öğretmen olarak göreve başladı. Daha sonra öğretmenlik yapmak üzere gelecekteki yaşamının tamamını geçirdiği Kaluga'ya transfer edildi. Boş zamanlarında Tsiolkovsky bilim okudu. “Hayvan Organizmasının Mekaniği” adlı çalışmasıyla Rusya Fiziko-Kimya Derneği'nin tam üyesi seçildi. Devrimden sonra eserleri talep görmeye başladı, yenilikçi olarak kabul edildi ve çağdaşlarının zihinlerini heyecanlandırdı. 1926–1929'da Tsiolkovsky, uzay uçuşunun pratik konularıyla ilgilendi. Şu anda, gelecekte gerçekleşmesi kesin olan en cesur ve hatta fantastik fikirler doğuyor. Tsiolkovsky, Dünya çevresinde uçuş için en uygun yüksekliği hesapladı, Evrendeki yaşam formlarının çeşitliliği fikrini savundu, ilk tekerlekli iniş takımını icat etti, uçan taşıtın ilkelerini geliştirdi, lazerin gelecekteki keşfi hakkında yazdı, ve matematiğin bilimin tüm alanlarına nüfuz etmesini öngördü. Tsiolkovsky 19 Eylül 1935'te öldü.

Sayısız ve bilimsel açıdan şüpheli felsefi çalışmaları nedeniyle, Tsiolkovsky'ye büyük bir hayalperest ve derin uzaydan eksantrik denilebilir, tek bir "ama" olmasa da: Konstantin Eduardovich, insanın uzay araştırmalarının ilk ideologu ve teorisyenidir. Tsiolkovsky her zaman uzayın hayalini kurdu ve hayallerini teorik ve hatta pratik olarak doğrulamaya çalıştı. Uzaya uçmak için roket kullanma konusundaki ilk düşünceler bilim adamları tarafından 1883'te ifade edildi, ancak jet itişine ilişkin tutarlı bir matematiksel teorinin yalnızca on üç yıl sonra ortaya çıkması bekleniyordu.

1903 yılında Scientific Review dergisinin beşinci sayısında "Jet aletlerini kullanarak dünya uzaylarının keşfi" makalesinin bir bölümünü yayınladı, ancak Tsiolkovsky'nin birçok keşfi ve eseri gibi bu da modern yaşamın gerçeklerinden çok uzaktı. Ancak bu makalede bilim adamı, gezegenler arası seyahat için roket kullanmanın gerçek olasılığının matematiksel hesaplamalarını ve gerekçelerini sundu. Tsiolkovsky, insanın uzaya girme araçlarını - roketi - belirtmekle sınırlı kalmadı; aynı zamanda motorun ayrıntılı bir tanımını da verdi. Konstantin Eduardovich'in teorilerinin çoğu, örneğin sıvı iki bileşenli yakıt seçimi ve diğer yakıt türlerini, özellikle de atomik bozunma enerjisini kullanma olasılığı hakkında kehanet olarak adlandırılabilir. Tsiolkovsky, o zamanlar devrim niteliğinde olan elektrikli jet motorları yaratma fikrini ortaya attı ve kendine özgü üslubuyla şöyle yazdı: "Belki elektriğin yardımıyla zamanla parçacıklara muazzam hız kazandırmak mümkün olabilir." jet cihazından çıkarıldı.

Yanma odasının ve motor nozulunun yakıt bileşenleriyle rejeneratif soğutulması, yapısal elemanların seramik yalıtımı, yakıtın ayrı depolanması ve yanma odasına pompalanması, bir uzay aracının uzaydan dönerken optimal iniş yörüngeleri hakkındaki fikirleri bugün başarıyla kullanılmaktadır.

Bilim adamı, aklındaki her şeyi gerçekten uygulamanın olası yollarını bulmaya çalışarak teori ve pratiği aktif olarak birleştirdi. Tsiolkovsky, roket uzay uçuşuyla ilgili sorunları bilimsel olarak doğruladı. Örneğin roketle ilgili her şeyi ayrıntılı olarak inceledi: hareket yasaları, tasarımı, kontrol sorunları, testler, tüm sistemlerin güvenilir çalışmasının sağlanması, kabul edilebilir uçuş koşullarının oluşturulması ve hatta psikolojik olarak uyumlu bir mürettebatın seçilmesi.

Neredeyse hiçbir enstrümana sahip olmayan Tsiolkovsky'nin, Dünya çevresinde bir uçuş için en uygun yüksekliği - gezegenin üç yüz ila sekiz yüz kilometre yukarısında bir aralık - hesaplaması ilginçtir. Modern uzay uçuşları işte bu irtifalarda gerçekleştiriliyor. Tsiolkovsky, daha sonra kendi adıyla anılacak olan ve bir roket motorunun itme kuvvetinin etkisi altındaki bir uçağın hızının belirlenmesine olanak tanıyan bir formül türetti. Bilim adamı aynı zamanda önemli bir pratik sorunun cevabını da almayı başardı: Dünyadan gerekli kalkış hızını elde etmek ve gezegeni güvenli bir şekilde terk etmek için rokete ne kadar yakıt alınmalıdır? Hesaplamanın sonucu şuydu: Mürettebatlı bir roketin kalkış hızını geliştirmesi ve gezegenler arası uçuşa başlaması için roket gövdesinin ağırlığından yüz kat daha fazla yakıt almak gerekiyor, motor , mekanizmalar, aletler ve yolcular bir arada. Peki bir gemiye bu kadar yakıtı nasıl sığdırabilirsiniz? Bilim adamı orijinal bir çözüm buldu - birbirine bağlı birkaç roketten oluşan bir roket treni. Ön rokette belirli miktarda yakıt, yolcu ve ekipman bulunmaktadır. Daha sonra roketler dönüşümlü olarak çalışarak gezegenler arası trenin tamamını hızlandırır. Bir roketteki yakıt tamamen biter bitmez fırlatılır; bunun sonucunda boş tanklar çıkarılır ve gemi daha hafif hale gelir. Sonra ikinci roket çalışmaya başlar, sonra üçüncü vb. Tsiolkovsky'nin formülüne dayanarak, roketin yeteneklerinin öncelikle motorun özellikleri ve roket tasarımının mükemmelliği tarafından belirlendiği konusunda önemli bir sonuca varıldı.

Tsiolkovsky zengin bir bilimsel miras bıraktı. Fikirlerinin tümü bilim açısından büyük değere sahip değil, ancak yine de bilim adamı birçok konuyu ele alan ilk kişi oldu. Görüşleri şu anda bile biraz fantastik görünüyor. Bilim adamının geleceği ne kadar doğru tahmin ettiği şaşırtıcı. Böylece yapay Dünya uydusu meselesinin ve bunun ulusal ekonomideki rolünün incelenmesine öncülük etti. Güneş'in enerjisini kullanacak ve gezegenler arası iletişim için ara üs görevi görecek yapay yerleşim yerleri olarak gelecek nesiller tarafından Dünya'ya yakın istasyonlar oluşturulması fikrini dile getirdi. Bu gezegenler arası istasyon fikri, sevilen rüyayı gerçekleştirmenin ana yoluydu - insanların güneş etrafındaki alanı keşfetmesi ve gelecekte "ruhani yerleşimlerin" yaratılması.

İlk uydunun yaratıcılarından biri, 1957'de ne kadar büyük bir işin başarıldığını hemen fark edemediğini itiraf etmişti. Ve gerekçe olarak şair V. Bryusov'a atıfta bulundu: “Görkemli olaylar, doğrudan olaya dahil olanlar için neredeyse algılanamaz: herkes gözlerinin önünde yalnızca bir ayrıntıyı görür, bütünün hacmi muhtemelen gözlemden kaçar. İnsanlığın “mucizeler çağına” girdiğini insanlar bir şekilde fark edemiyorlar.

Uzay çağının henüz dördüncü on yılına giriyoruz, ancak iletişim ve hava gözlemi için uydu sistemleri, navigasyon ve karada ve denizde tehlikede olanlara yardım için tüm Dünya'yı kaplayan uydu sistemleri gibi mucizelere zaten oldukça alışkınız. Tamamen sıradan bir şeymiş gibi, yörüngedeki insanların aylarca süren çalışmaları hakkındaki raporları dinliyoruz, Ay'daki ayak izleri, uzak gezegenlerin yakın çekim fotoğrafları veya uzay aracı tarafından ilk kez gösterilen kuyruklu yıldız çekirdeği bizi şaşırtmıyor. .

Çok kısa bir tarihsel dönemde astronotik, hayatımızın ayrılmaz bir parçası, ekonomik ilişkilerde ve çevremizdeki dünyaya ilişkin bilgide sadık bir yardımcı haline geldi. Ve hiç şüphe yok ki, dünya uygarlığının daha da gelişmesi, Dünya'ya yakın alanın tamamının gelişmesi olmadan yapılamaz.

Örneğin, pek çok bilim insanı yaklaşan çevre krizinden bir çıkış yolu olarak yakındaki uzayın kaynaklarını kullanıyor. Astronotik alanında önde gelen bir uzman olan K. Erike şöyle yazıyor: "Uzay potansiyelinin her derde deva olmadığı açık." "Önerilen yol, bugün elimizde bulunan cephanelikteki en etkili fırsatlardan sadece biri. Bu, çevremizde birçok ışık yılı boyunca uzanan alanda benzersiz olan dünyanın doğasını korurken, aynı zamanda toplumumuzun sürekli evrimi amacıyla da insanlığın modern bir toplum olarak hayatta kalmasını garanti altına almak için gereklidir."

Uzayın keşfi - bu "tüm insanlığın ili" - artan bir hızla devam ediyor. Halihazırda elde edilenlere baktığımızda, yeni yaşam alanımızı kullanmanın sonraki aşamaları için yaklaşık tarihleri ​​belirlemeye çalışabiliriz. Uzun vadeli tahminlerde bulunmak çok daha risklidir. Ancak bu tür girişimler de bilinmektedir. Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru JI. Örneğin Leskov, bütün bir milenyuma bakıyor.

Bilim adamına göre önümüzdeki yüzyıla kalan yıllarda uzayda önce pilot-endüstriyel, ardından iyileştirilmiş malzemelerin seri üretimi düzenlenecek. Derin vakum ve ağırlıksızlığın yanı sıra neredeyse sınırsız enerji olanakları, sanayicileri uzaya çeken başlıca unsurlardır. Bununla birlikte, bazı işletmelerin ve belki de kimya, metalurji, nükleer gibi tüm endüstrilerin önerilen yer değiştirmesinin tek nedeni benzersiz teknolojik koşullar değildir.

Gezegenimiz zaten endüstriyel atıklarla o kadar tıkanmış durumda ki, bunun daha da genişlemesi tüm biyosfer için felaketle sonuçlanacak sonuçlarla tehdit ediyor. Ve Dünya'nın hammadde rezervleri, gelecek kaygısı olmadan barış içinde yaşamamızı sağlayacak kadar büyük değil. Bu nedenle giderek daha fazla uzman, Dünya'ya yakın alanın yaygın sanayileşmesinin kaçınılmaz olduğu sonucuna varıyor. Uzay bilimi ve teknolojisi, yörüngede çeşitli teknolojik süreçlerin nasıl gerçekleştiğini incelemeye devam ederek ve aynı zamanda bunların enerji tedarikine yönelik projeler oluşturarak buna hazırlanıyor.

Aynı dönemde astronotiğin gelişimini öngören diğer uzmanlar, bu süreçte çeşitli yönlere dikkat ediyor. Örneğin Uluslararası Uzay Bilimleri Akademisi Başkanı J. Muller, dünya çapında insanlara kapsamlı bilgi hizmetleri sağlamak amacıyla uydu iletişiminin yakında yaygın olarak kullanılacağına dikkat çekiyor. Sovyet akademisyen V. Avduevsky ona katılıyor. "Uzay teknolojisinin mikroelektronik ile bağlantısı", "çok yakın gelecekte küresel bir iletişim sisteminin organizasyonu hakkında, herhangi bir yer düğümüne "bağlı" olmayan abonelerle, yani yaratım hakkında konuşmamıza olanak tanıyor. Herkesin istediği zaman ve dünyanın herhangi bir yerinde katılabileceği tek bir bilgi alanı olması, milyonlarca insanın yaşam biçiminin kökten değişmesi anlamına geliyor. Dünya üzerinde yaşayan herkes, dünya kültürünün zenginliklerine erişebilecek. - dünyanın en büyük kitap depolarının koleksiyonlarından, her an "ziyaret edebilecekleri" Hermitage ve Louvre salonlarından, herhangi bir halka açık veya özel toplantının film ve müzik kütüphanelerine kadar slogan. gerçeğe dönüşecek: isteyen herkese yüksek öğrenim, referans verisi alma, operasyonel toplantı yapma fırsatından bahsetmiyorum bile..."

L. Leskov, uzay araştırmalarının bir sonraki aşamasına geçmek için yeni, daha verimli araçlar yaratmanın gerekli olacağına inanıyor: havacılık uçakları, insanlı ve otomatik uzay araçları, yeniden kullanılabilir fırlatma araçları, ağır kaldırma kapasitesine sahip yörüngeler arası römorkörler...

21. yüzyılın 20-50'li yıllarında yörüngede dev güneş ışığı reflektörleri ve güneş enerjisi santralleri ortaya çıkacak ve bundan sonra Ay'ın endüstriyel gelişiminin zamanı gelecek. O zaman bilim adamı onlarca yıl değil, yüzyıllar boyunca faaliyet gösterir. Uzayda büyük ölçekli yapıların oluşturulması, dünya dışı maddenin Dünya'ya ulaştırılmasıyla kullanılması, Mars ve Venüs'ün doğasının gelişimi ve dönüşümü gibi aşamalar sıralanıyor.

Sırada ne var? Ve en önemlisi, gezegenlerinden sonsuza kadar ayrılan insanlara ne olacak? Uzay tıbbı ve biyolojisi alanında önde gelen uzmanlardan biri olan Akademisyen O. Gazenko, uzay yerleşimine ilişkin iki senaryoyu ele alıyor: Güneş sistemi içinde ve sınırlarının ötesinde.

Bilim adamı, uzayda Dünya'dakine mümkün olduğu kadar yakın bir yaşam alanı yaratmanın mümkün olduğuna inanıyorsa, "ruhani yerleşimlerin" daimi sakinlerinin evrimi, görünüşe göre Dünya'dakiyle aynı şekilde ilerleyecektir. Doğru, kozmik ışınların etkisi altında insanlarda rastgele kalıtsal değişikliklerin meydana gelmesi ve evrimin ilerleyişinin öngörülemez hale gelmesi ihtimali vardır. Doğal olarak, bu ancak o zamana kadar güvenilir bir koruma aracı bulunamazsa gerçekleşebilir.

Bilim adamı, insanın uzun vadeli evrimini belirleyen ana faktörün radyasyon değil ağırlıksızlık olacağı durumlarda böyle bir seçeneği de kabul ediyor. Daha sonra yerçekiminin kendilerine "empoze ettiği" bazı fizyolojik özellikleri yavaş yavaş kaybeden insanlar farklı hale gelecek - belki de İspanyol sanatçı El Greco'nun resimlerindeki "maddi" karakterlere benzer şekilde.

Peki insan bu kadar olağandışı yaşam koşullarına uyum sağlayacak mı?

K. Tsiolkovsky şunları söyledi: “...Şu anda insanlığın ileri katmanları, hayatlarını giderek daha fazla yapay sınırlar içine yerleştirmeye çalışıyor ve ilerleme, kötü hava koşullarıyla mücadele etmekten ibaret değil mi? sıcaklıklar, yerçekimi, hayvanlarla, zararlı böceklerle ve bakterilerle birlikte, şimdi bile bir kişinin etrafında tamamen yapay bir ortam yaratmıyor mu? Eterik alanda bu yapaylık yalnızca en uç sınırına ulaşacak, ancak kişi aynı zamanda en uygun koşullarda olacak. kendisi için.”

Ancak o kadar uzağa bakmayalım. Çok da uzak olmayan bir gelecek için tahminlere dönelim. Tabii ki, yazarları önerdikleri kronolojik şemaların oldukça yaklaşık olduğunun bilincindedirler. Bu nedenle, belirli projelerin uygulanması için belirli son tarihler belirlemeye çalışmıyorlar ve teknik tanımlarına büyük önem veriyorlar. Medeniyetimizin dünya dışı faaliyetlerine ilişkin beklentilerle ilgili hikayemizde de aynı prensibe bağlı kalacağız.