Изучение ближнего космоса. Определение - Дальний космос.
План конспекта.
1. Дайте развернутое определение понятию «околоземное космическое пространство».
2. Дайте определение«ближний» и «дальний» космос.
3. Объекты, входящие в состав ближнего и дальнего космоса.
4. Достижения советской космонавтики в освоении околоземного пространства.
Задания для самостоятельной работы
1. Какие тела Солнечной системы исследовали автоматические межпланетные станции?
2. Какое значение имеет освоение космического пространства для развития человеческой цивилизации и экономического развития России?
Околоземное космическое пространство. Околоземное космическое пространство является ближайшей и наиболее доступной исследованию областью космического пространства. Та часть атмосферы, которая расположена над конкретным государством, находится под юрисдикцией этого государства, и проникновение в него любых иностранных объектов (самолетов, планеров, аэростатов и т.д.) без разрешения или согласования с органами государственной власти рассматривается как нарушение государственной границы со всеми вытекающими из этого последствиями.
Околоземное космическое пространство — верхний слой атмосферы, внешняя газовая оболочка планеты, вращающаяся вместе с Землей.
Ближний космос. Ближним называют космос, исследуемый космическими летательными аппаратами и межпланетными станциями, а дальним считают космос за пределами Солнечной системы.
Ближний космос — область вокруг Земли, которая начинается над околоземным пространством и заканчивается на границе нашей Солнечной системы.
Решением ООН граница между околоземным пространством и ближним космосом определена на высоте около 100 км над уровнем моря. Ближний космос доступен всем странам без ограничений. Это — зона полетов различных космических аппаратов. Атмосфера здесь практически отсутствует, но физические характеристики ближнего космоса находятся под влиянием Земли, прежде всего ее гравитационного поля. Это влияние уменьшается по мере удаления от нашей планеты и окончательно исчезает только на расстоянии более 900 тыс. км от Земли.
Первый аппарат, достигший Луны, принадлежал СССР («Луна-2»). Из научного оборудования на нем были установлены сцинтилляционные счетчики, счетчики Гейгера, магнитометры, детекторы микрометеоритов. Одним из основных научных достижений миссии было прямое измерение солнечного ветра. На поверхность Луны был доставлен вымпел с изображением герба СССР. Другой космический аппарат — «Луна-3» — сделал первые снимки обратной стороны Луны.
В ближнем космосе расположены планеты Солнечной системы, астероиды, кометы. По космическим масштабам расстояние между ними и Землей считается небольшим. Объекты дальнего космоса — звезды, галактики, туманности, черные дыры располагаются за пределами Солнечной системы.
Практическое освоение ближнего космоса началось с запуска первого искусственного спутника Земли — 4 октября 1957 г. (рис. 1.34).
Рис. 1.34.Первый спутник Земли
В настоящее время искусственные спутники позволяют осуществлять непрерывный мониторинг погоды, трансляцию телевидения, работу навигационных систем (ГЛОНАСС и GPS), с высокой точностью определять местоположение любого объекта на поверхности Земли. При помощи космических аппаратов можно эффективно выявить вредные последствия воздействия человека на природу: обнаружить степень, площадь и характер загрязнения воды и воздуха, изменения в растительном мире, темпы наступления пустынь. Информация, получаемая со спутников, помогает разумно размещать промышленные объекты, находить оптимальные условия для градостроительства. На орбите находятся космические телескопы проекта «Радиоастрон», телескопы «Хаббл», «Свифт», WFIST, «Кеплер», «Спитцер» и др.
Секретные слова. Во время первых полетов космонавты общались с Землей с помощью секретных слов, которыми служили названия цветов, фруктов и деревьев. Например, космонавт Владимир Комаров в случае повышения радиации должен был сигналить: «Банан!». Для Валентины Терешковой (первой женщины-космонавта) пароль «Дуб» означал, что тормозной двигатель работает хорошо, а «Вяз» — двигатель не работает.
Этапы освоения ближнего космоса. Среди успехов космической программы СССР следует отметить:
1) запуск первого искусственного спутника Земли — 4 октября 1957 г.;
2) запуск второго спутника с живым существом на борту — 3 ноября 1957 г.;
3) первый полет человека в космос — 12 апреля 1961 г.;
4) первый выход человека в открытый космос — 19 марта 1965 г.;
5) первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5» — 16 января 1969 г.;
6) создание на орбите Земли многомодульной орбитальной станции «Мир» — 20 февраля 1986 г.
Следующей задачей после полета Юрия Гагарина стал выход в открытый космос. Первым это сделал Алексей Леонов во время полета на космическом корабле «Восход-2». Тогда никто не знал, как правильно вести себя в невесомости. Выйдя в космос, Леонов оттолкнулся от шлюза, и его сильно закрутило, но страховочный трос удержал астронавта. Его ждала еще одна проблема: скафандр неожиданно сильно раздулся, и Леонов не мог вернуться на корабль. Он просто не помещался в люк, пока не снизил давление воздуха в скафандре. Из-за этого выход в космос длился не 12 мин, как планировалось, а в два раза дольше.
Именно нашей Родине принадлежит наибольшее количество достижений в исследовании Солнечной системы (табл. 1.2).
Таблица 1.2. Этапы исследования Солнечной системы | |
Дата | Этап исследования |
4 января 1959 г. | Станция «Луна-1» прошла на расстоянии 60 тыс. км от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Она стала первым в мире искусственным спутником Солнца |
14 сентября 1959 г. | Станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны в районе Моря Ясности вблизи кратеров Аристилл, Архимед и Автолик, доставив вымпел с гербом СССР |
4 октября 1959 г. | Запущена автоматическая межпланетная станция «Луна-3», которая впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны. Также во время полета впервые в мире был на практике осуществлен гравитационный маневр, состоявший в изменении скорости и орбиты движущегося аппарата только под действием гравитации Луны, без использования топлива. Траектория полета была рассчитана заранее |
3 февраля 1966 г. | Автоматическая межпланетная станция «Луна-9» совершила первую в мире мягкую посадку на поверхность Луны и передала панорамные снимки Луны |
1 марта 1966 г. | Станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР. Это был первый в мире перелет космического аппарата с Земли на другую планету |
3 апреля 1966 г. | Станция «Луна-10» стала первым искусственным спутником Луны |
21 июля 1969 г. | Первая высадка человека на Луну (Н.Армстронг) в рамках лунной экспедиции «Аполлон-11», доставившей на Землю в том числе и первые пробы лунного грунта |
24 сентября 1970 г. | Станция «Луна-16» произвела забор и последующую доставку на Землю образцов лунного грунта. Она же стала первым беспилотным космическим аппаратом, доставившим на Землю пробы породы с другого космического тела |
17 ноября 1970 г. | Мягкая посадка и начало работы первого в мире полуавтоматического дистанционно управляемого самоходного аппарата «Луноход-1», управляемого с Земли (рис. 1.35) |
15 декабря 1970 г. | Первая в мире мягкая посадка на поверхность Венеры космического аппарата «Венера-7» |
13 ноября 1971 г. | Станция «Маринер-9» стала первым искусственным спутником Марса |
27 ноября 1971 г. | Станция «Марс-2» впервые достигла поверхности Марса |
2 декабря 1971 г. | Первая мягкая посадка автоматической межпланетной станции «Марс-3» на поверхность Марса |
3 марта 1972 г. | Запуск первого космического аппарата «Пионер-10», покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы |
20 октября 1975 г. | Станция «Венера-9» стала первым искусственным спутником Венеры |
Октябрь 1975 г. | Мягкая посадка двух космических аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» и первые в мире фотоснимки поверхности Венеры |
7 декабря 1995 г. | Станция «Галилео» стала первым искусственным спутником Юпитера |
24 июня 2000 г. | Станция NEAR Shoemaker стала первым искусственным спутником астероида ((433) Эрос) |
30 июня 2004 г. | Станция «Кассини» стала первым искусственным спутником Сатурна |
15 января 2006 г. | Станция «Стардаст» доставила на Землю образцы кометы Вильда-2 |
17 марта 2011 г. | Станция «Мессенджер» стала первым искусственным спутником Меркурия |
Рис. 1.35.«Луноход-1» (СССР), который успешно работал на поверхности Луны с 17 ноября 1970 г. по 14 сентября 1971 г.
Начиная с 1971 г. на орбите Земли находились орбитальные станции «Салют» (СССР), «Скайлэб» (США), «Мир» (СССР), «Тяньгун-1» (КНР). В настоящее время Международная космическая станция (МКС) (рис. 1.36) успешно выполняет задачи исследования ближнего космоса, все более превращаясь в фабрику по производству материалов с неземными свойствами.
Рис. 1.36.Международная космическая станция (МКС)
«Мир» — советско-российская пилотируемая научно-исследовательская долговременная орбитальная станция, функционировавшая на орбите Земли с 20 февраля 1986 г. по 23 марта 2001 г. За время работы на станции побывали 104 космонавта из 12 стран в составе 28 экспедиций. В открытый космос вышли 29 космонавтов и 6 астронавтов. Проведено более 23 тыс. экспериментов. Рекорды по длительности космического полета принадлежат: среди мужчин — Валерию Полякову (437 сут 17 ч 59 мин), среди женщин — Шеннон Лусид (188 сут 4 ч 1 мин).
Сейчас отечественная космонавтика успешно развивается в рамках российской космической программы.
Исследование планет и их спутников с помощью космических аппаратов. Луна является первым и пока единственным небесным телом, на котором побывали люди. В 1969 г. Нил ОлдренАрмстронг впервые ступил на ее поверхность в ходе реализации американской программы «Аполлон». Всего на Луне побывало 12 астронавтов.
К другим телам Солнечной системы экспедиции осуществлялись без прямого участия человека, с помощью автоматических межпланетных станций в рамках следующих программ:
1) «Пионер» — программа исследования Луны, межпланетного пространства, Юпитера и Сатурна (США);
2) «Вояджер» — программа исследования планет-гигантов (США);
3) «Маринер» — исследования Венеры, Марса и Меркурия (США);
4) «Марс» — исследования Марса, первая мягкая посадка на его поверхность (СССР);
5) «Венера» — программа исследования атмосферы Венеры и ее поверхности (СССР);
6) «Викинг» — программа исследования поверхности Марса (США);
7) «Вега» — встреча с кометой Галлея, высадка аэрозонда на Венеру (СССР);
8) «Фобос» — программа исследований спутников Марса (СССР);
9) «Марс-Экспресс» — искусственный спутник Марса, высадка марсохода «Бигль-2» (Европейское космическое агентство — ЕКА);
10) «Галилео» — исследование Юпитера и его спутников (НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (США));
11) «Кассини» — исследование Сатурна, его колец и спутников (НАСА (США), ЕКА);
12) «Гюйгенс» — зонд для исследования атмосферы Титана (ЕКА);
13) «Розетта» — исследование ядра кометы Чурюмова—Герасименко (ЕКА);
14) «Мессенджер» — исследование Меркурия (НАСА (США));
15) «Магеллан» — исследование Венеры (НАСА (США));
16) «Новые горизонты» — исследование Плутона и его спутников (НАСА (США));
17) «Венера-экспресс» — исследование Венеры (ЕКА);
18) «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе» — исследование атмосферы Марса (НАСА (США));
19) «Солнечный зонд» — исследование Солнца, его короны и магнитных полей (НАСА (США));
20) «Обсерватория солнечной динамики» — исследование Солнца и его влияния на Землю и околоземное пространство путем изучения солнечной атмосферы (НАСА (США));
21) SOHO — изучение состояния солнечной атмосферы, активности солнечных корон и ветра (ЕКА, НАСА (США));
22) «ИНСАЙТ» — изучение внутреннего строения и состава Марса (США);
23) «Марс Скаут» — космическая программа по изучению Марса (НАСА (США)):
- Phoenix — исследование почвы в полярном регионе планеты;
- «Марс Патфайндер» — фотографирование, изучение метеоусловий (НАСА (США)).
Большое количество информации о Марсе передали марсоходы в рамках программы «Исследовательские марсоходы» (MarsExplorationRover): «Спирит», «Оппортьюнити», «Кьюриосити».
Информация с марсоходов (рис. 1.37) ретранслировалась с марсианских орбитальных станций «Марс ГлобалСервейор» и «Марс Одиссей» (НАСА (США)).
Рис. 1.37.Марсоход (программа Mars Exploration Rover)
Космические аппараты, предназначенные для работы в далеких от Земли областях Солнечной системы, отправляются туда безвозвратно. Их полет может продолжаться годами, и в течение всего это времени они передают на Землю информацию, полученную их аппаратурой во время полета.
Международную космическую станцию начали строить в 1998 г., а первые космонавты поселились на ней 31 октября 2000 г. МКС собирали 10 лет как огромный (ее длина — 110 м), сложный и очень дорогой конструктор. Одновременно на МКС живут и работают шесть человек. Международная космическая станция в полном смысле этого слова — международная станция, в этом проекте принимают участие 23 страны. За сутки МКС облетает вокруг Земли 16 раз, поэтому космонавты видят 16 восходов и закатов.
Резюме. За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни; она оказывает неоценимую помощь в экономике страны и познании окружающего мира. Уже сейчас огромное количество информации о Земле мы получаем из космоса. Человечество чуть более шести десятилетий назад вышло за пределы своей планеты, но уже никого не удивишь охватившими всю Землю спутниковыми системами связи, наблюдения за погодой, навигации и оказания помощи терпящим бедствие на суше и на море. Не удивляют нас и сообщения о многомесячной работе людей на орбите, следы на Луне, фотографии далеких планет и их спутников. Возможно, именно в космосе мы найдем решение трех основных проблем современности: восстановление экологии, демографический рост и исчерпаемость природных ресурсов. Поэтому не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не может обойтись без освоения всего ближнего космоса.
Контрольные вопросы
5. Дайте развернутое определение понятию «околоземное космическое пространство».
6. Что понимается под ближним и дальним космосом?
7. Какие достижения советской космонавтики вы знаете?
8. Какие тела Солнечной системы исследовали автоматические межпланетные станции?
9. Какое значение имеет освоение космического пространства для развития человеческой цивилизации и экономического развития России?
Задания для самостоятельной работы
3. Опишите модель ближнего космоса и изобразите ее схематически.
4. Составьте план освоения ближнего космоса на 5 ближайших лет.