 |
Луна – наш космический спутник
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Менее чем через два года после начала космической гонки СССР открыл новую эпоху в исследованиях Луны: 12 сентября 1959 года была запущена к спутнику Земли автоматическая межпланетная станция «Луна-2». Ей предстояло совершить первую в истории посадку на поверхность небесного тела. В дальнейшем это дало большой толчок в развитии космических комплексов и освоении космоса, Луны.
Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР.
Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.
В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники.
В освоении космоса человечеству предстоит изучит различные области космического пространства: Луну, другие планеты и межпланетное пространство.
До полётов в мировое пространство нужно было понять и использовать на практике принцип реактивного движения, научиться делать ракеты, создать теорию межпланетных сообщений и т.д.
|
|
|
Ракетная техника - далеко не новое понятие. К созданию мощных современных ракет-носителей человек шёл через тысячелетия мечтаний, фантазий, ошибок, поисков в различных областях науки и техники, накопления опыта и знаний.
Принцип действия ракеты заключается в её движении под действием силы отдачи, реакции потока частиц, отбрасываемых от ракеты. В ракете. т.е. аппарате, снабжённом ракетным двигателем, истекающие газы образуются за счёт реакции окислителя и горючего, хранящихся в самой ракете. Это обстоятельство делает работу ракетного двигателя независимой от наличия или отсутствия газовой среды. Таким образом, ракета представляет из себя удивительную конструкцию, способную перемещаться в безвоздушном пространстве, т.е. не опорном, космическом пространстве.
Предмет исследования – запуск ракеты и причины ее аварии.
Объект исследования - исторические факты первой ракеты СССР, которая достигла Луны.
Гипотеза
Мне кажется запуск первой ракеты СССР, достигшей Луны оставило большой опечаток в истории, в современной космонавтики, космоиндустрии, а также в современных лидирующих позициях России в космонавтике.
Цель исследования – изучить исторические факты первой ракеты СССР, которая достигла Луны.
Задачи исследования:
1. Изучить исторические аспекты запуска ракеты.
2. Ознакомиться с причинами аварии ракеты.
3. Изучить вклад исторического запуска ракеты в современную космонавтику.
ГЛАВА 1. ПЕРВЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ СССР, КОТОРЫЙ ДОСТИГ ЛУНЫ
Начало космической эры
И так через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г. бывший СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей.
|
|
|
6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ. После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились, и ракета упала на стол, взорвавшись от удара.
31 января 1958 г. был выведен на орбиту спутник «Эксплорер-1», американский ответ на запуск советских спутников. По размерам и
массе он не был кандидатом в рекордсмены. Будучи длинной менее 1 м и диаметром только ~15,2 см, он имел массу всего лишь 4,8 кг.
Однако его полезный груз был присоединён к четвертой, последней ступени ракеты-носителя «Юнона-1». Спутник вместе с ракетой на орбите имел длину 205 см и массу 14 кг. На нем были установлены датчики наружной и внутренней температур, датчики эрозии и ударов для определения потоков микрометеоритов и счетчик Гейгера-Мюллера для регистрации проникающих космических лучей.
Важный научный результат полета спутника состоял в открытии окружающих Земля радиационных поясов. Счетчик Гейгера-Мюллера прекратил счет, когда аппарат находился в апогее на высоте 2530 км, высота перигея составляла 360 км.
5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, как и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1» только три из них были успешными.
|
|
|
В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард
Оба спутника внесли много нового в космическую науку и технику (солнечные батареи, новые данные о плотности верхний атмосферы, точное картирование островов в Тихом океане и т.д.) 17 августа 1958 г. в США была предпринята первая попытка послать с мыса Канаверал в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. Она оказалась неудачной. Ракета поднялась и пролетела всего 16 км. Первая ступень ракеты взорвалась на 77 с полета. 11 октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда «Пионер-1», также оказалась неудачной. Последующие несколько запусков также оказались неудачными, лишь 3 марта 1959 г. «Пионер-4», массой 6,1 кг частично выполнил поставленную задачу: пролетел мимо Луны на расстоянии 60000 км (вместо планируемых 24000 км).
Рис. 1. Советская станция «Луна-2»
Также, как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый созданный руками человека объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фоне созвездия Водолея.
«Луна-2» запущенная 12 сентября 1959 г. совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного пояса.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7 октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной.
|
|
|
В первой половине XX века инженер Михаил Тихонравов математически обосновал возможность полета к Луне многоступенчатой ракеты. Его разработки послужили для создания главным советским конструктором Сергеем Королевым ракеты Р-7, с которой началась космическая эра, — «семерка» отправила на орбиту Спутник, Лайку и Гагарина. Уже в середине 1950-х годов Королев говорил, что полеты на Луну — это «не такая уж далекая перспектива». В его конструкторском бюро открывается проектный отдел по космическим аппаратам, начальником которого становится Тихонравов.
В 1959 году модифицированная Р-7 (названная в сообщении ТАСС «Первая космическая ракета») вывела в космос Луну-1 — два года спустя после триумфального полета Спутника.
Луна-1 стала первым человеческим изделием, успешно развившим вторую космическую скорость, устремившись к спутнику Земли. Предыдущие запуски, в том числе американских Пионеров, заканчивались авариями. Аппарат нес измерительные приборы, четыре радиопередатчика и источники электропитания. Для исключения попадания на Луну земных микроорганизмов корабль подвергли термической стерилизации. Закончился полет неудачно: из-за неполадок с двигателем Луна-1 промахнулась на шесть тысяч километров, выйдя на гелиоцентрическую орбиту. Тем не менее за почти удавшуюся попытку ее прозвали «Мечтой».
Луна – наш космический спутник
Первым объектом исследований стала Луна. Не только потому, что она является ближайшим к нам небесным телом, но и потому, что изучение Луны важно для понимания происхождения и эволюции Солнечной системы.
Рассматривалось несколько вариантов: облет Луны для фотографирования ее обратной стороны, доставка на Луну и подрыв на ее поверхности ядерного заряда (вспышка от взрыва, зафиксированная всеми земными обсерваториями, подтвердит факт попадания в Луну; этот вариант был отвергнут ввиду его очевидной опасности) и, наконец, мягкая посадка на Луну.
Задача попадания в Луну оказалась очень сложной научной и технической проблемой: требовалось попасть в движущуюся цель с расстояния 384 тыс. км. Недобор или перебор скорости в конце активного участка всего на 1 м/с (при том, что необходимая скорость составляет около 11 км/с) приводит к промаху от точки прицеливания на 250 км, а время старта надо выдержать с точностью до нескольких секунд. Расчет и классификацию траекторий полета к Луне (попадающие, пролетные и облетные) впервые выполнил сотрудник Института прикладной математики В.А. Егоров.
|
|
|
Штурм Луны начался в конце 1958 г., однако все попытки запуска аппаратов к Луне, как наши, так и американские, были неудачными. Первый успешный запуск советской ракеты к Луне состоялся 2 января 1959 г. Это была четвертая по счету попытка. Из-за незначительного отклонения одного из параметров станция промахнулась на 6 тыс. км, и третья ступень с контейнером, в котором находились научная аппаратура и вымпел с изображением герба Советского Союза, на Луну не попали. У нас не принято было сообщать о неудачах, и в печати появилось сообщение о новом крупном достижении Советского Союза в исследовании космоса: впервые в Солнечной системе была создана искусственная планета, которая получила имя “Мечта”. Так неудача превратилась в успех.
“Отрицательный результат тоже результат”, - говорил Королев. Отрабатывалась техника, способы управления и многое другое. Даже если аппарат не достиг поставленной цели (например, не попал в Луну), на траектории полета он передавал на Землю новую информацию о межпланетном пространстве, очень нужную для дальнейшего развития исследований.
Рис. 2. Поверхность Луны
14 сентября 1959 г. советская автоматическая станция “Луна-2” достигла поверхности Луны. Впервые аппарат, изготовленный человеком, достиг другого небесного тела. Исследования, проведенные с помощью научной аппаратуры, установленной на борту “Луны-2”, показали, что Луна не имеет собственного магнитного поля и радиационных поясов.
Аппарат “прилунился” (точнее сказать, врезался в Луну на огромной скорости) в Море Дождей, между кратерами Архимед, Аристилл и Автолик (сейчас этот район называется Залив Лунника) и доставил на поверхность Луны вымпел с гербом СССР. Вымпел имел форму шара, поверхность которого состояла из пятиугольных металлических пластин с надписью “СССР. Сентябрь 1959”. При ударе аппарат должен был разбиться, а пластины разлететься вокруг, как, без сомнения, и произошло.
Это замечательное достижение нашей науки и техники имело огромный политический резонанс. Американские газеты писали, что Н.С. Хрущев (как раз на те дни пришелся его визит в США) привез с собой Луну в чемодане.
Еще через месяц Луна-3 облетела Луну и передала первые в истории человечества фотографии ее обратной стороны. Изображения были сняты двумя фотоаппаратами с длинно- и короткофокусным объективами и отправлены на Землю фототелевизионным устройством «Енисей», разработанным Ленинградским НИИ телевидения. В том же году американский Пионер-4 с аналогичной миссии не справился, став уже пятым кораблем США, которые так и не достигли Луны. После этого вся программа Пионеров была признана неудачной и переориентирована на другие задачи. Американцы еще несколько лет буду пытаться сделать фотографии, а в СССР уже полным ходом шла подготовка уже к мягкой посадке лунного корабля.
4 октября 1959 г., ровно через два года после начала Космической эры, был совершен облет Луны. Станция “Луна-3” передала на Землю фотографии ее обратной стороны, и люди впервые увидели изображение той стороны нашего естественного спутника, которая всегда была от них скрыта.
Для того, чтобы это сделать, требовалось решить целый ряд чрезвычайно сложных научно-технических проблем, которые условно можно разделить на две группы: обеспечение условий фотографирования (расчет траектории, управление полетом, обеспечение необходимой ориентации станции для фотографирования, радиосвязи, передачи изображений на Землю и др.) и разработка средств для получения фотоизображений в необычных условиях космического полета. Обе “группы” включали в себя массу проблем, многие из которых в истории развития техники возникли впервые.
Для решения этой задачи был разработан ряд наземных комплексов и бортовых систем для управления полетом и работой фотоаппаратуры: программно-временное устройство, командная радиолиния, система ориентации. “Луна-3” - первый космический аппарат, снабженный системой управления движением и сложным радиокомплексом. Эти системы - прародители современных неизмеримо более сложных и совершенных систем, работающих теперь “на цифре”.
При расчете орбиты необходимые значения параметров траектории получили за счет воздействия поля притяжения Луны. Траектория полета должна была обеспечить получение максимального объема информации; безопасное возвращение АМС на близкое расстояние к Земле для надежной передачи полученных изображений, чтобы при подходе к Земле станция не задела атмосферу и не сгорела в ней. Задача осложнялась еще и тем, что для успешной передачи на Землю фотоснимков по радиоканалу АМС должна подходить со стороны северного полушария, так как первый в стране пункт дальней космической связи был построен в Крыму на горе Кошка. Эти расчеты проводились в Отделении прикладной математики Академии наук, в ОКБ-1 и в НИИ-4.
В 1960 году на основе снимков Луны-3 АН СССР опубликовала первый атлас обратной стороны Луны с 500 деталями ландшафта. Изготовили также первый лунный глобус с изображением двух третей поверхности обратного полушария. Названия сфотографированных элементов ландшафта официально утвердил Международный астрономический союз.
В 1961 году в своей инаугурационной речи Кеннеди предложил Советскому Союзу «вместе исследовать звезды». В ответном письме Хрущев поздравил США с первым орбитальным полетом Джона Гленна и согласился объединить усилия. Много лет спустя сын первого секретаря Сергей Хрущев вспоминал, что его отец твердо решил сотрудничать с американцами. Кеннеди поручил подготовить правительству проект советско-американской космической программы, которая включала бы совместную высадку на Луну.
Казалось бы, все было готово, чтобы ту эпоху запомнили не как космическую гонку, а как великий союз двух держав по покорению Вселенной. Но месяц спустя Кеннеди убили, а вместе с ним убили и мечты о совместной космической программе. Больше о ней речи не заходило. По словам сына Хрущева, «если бы Кеннеди выжил, мы жили бы в совершенно другом мире».
3 февраля 1966 прошла первая в мире мягкая посадка на Луну. Станция подтвердила, что лунная поверхность твердая, на ней нет многометрового слоя пыли, и передала телевизионные панорамы окружающего ландшафта. Район посадки в Океане Бурь получил название Равнина Прилунения.
Советская пилотируемая лунная программа, возможно, была обречена изначально — с самого старта в ней господствовала неразбериха. В 1964 году постановлением Совмина СССР «О работах по исследованию Луны и космического пространства» был определен срок советской экспедиции на Луну — 1967-1968 годы. Однако никакого единого плана и графика не существовало. Над ракетами-носителями и самими лунными модулями в 1960-х годах секретно трудились сразу три конструкторских бюро знаменитых советских инженеров — Королева, Челомея и Янгеля.
Королев работал над сверхтяжелой ракетой Н-1, Челомей — над тяжелой УР-500 и сверхтяжелой УР-700, Янгель — над сверхтяжелой Р-56. Независимую оценку эскизов по поручению правительства провел академик Мозжорин. От проекта Янгеля в конце концов отказались, поручив строить Н-1 и УР-500. У Челомея в те годы трудился Сергей Хрущев, в том числе над разработкой УР-500.
Королев предлагал собирать тяжелый межпланетный корабль на орбите. Для этого предназначалась сверхтяжелая Н-1 с 30 двигателями, работу которых следовало тщательно скоординировать.
«До конца 1963 года структурная схема лунной экспедиции еще не была выбрана. Первоначально наши проектанты предложили вариант с хорошим запасом по массе. Он предусматривал трехпусковую схему со сборкой на монтажной орбите у Земли космической ракеты общей стартовой массой (вместе с топливом) 200 тонн. При этом масса полезного груза для каждого из трех пусков H1 не превышала 75 тонн. Масса системы при полете к Луне в этом варианте достигала 62 тонн, что почти на 20 тонн превышало соответствующую массу «Аполлона». Масса системы, совершающей посадку на поверхность Луны, составила в наших предложениях 21 тонну, а у «Аполлона» – 15 тонн. Но зато пусков в нашей схеме было даже не три, а четыре. Выводить в космос экипаж из двух-трех человек предполагалось на проверенной ракете 11А511 – так именовалась в конце 1963 года ракета Р-7А, выпускавшаяся заводом «Прогресс» для пилотируемых запусков, — пишет Борис Черток, главный соратник Королева, в «Ракетах и людях».
Еще одна модификация Союза — 7К-ЛОК (Лунный Орбитальный Корабль). При достижении лунный орбиты от него должен был отсоединиться ЛК — Лунный Корабль, на котором один космонавт спустился бы вниз.
Из-за особенностей проектируемых кораблей к Луне хотели отправить всего двух космонавтов, из которых только один мог высадиться на сам спутник. НАСА, в свою очередь, формировало команду из пяти человек. Советские конструкторы также рассчитывали, что корабль сядет и взлетит, работая только на одном двигателе — у американцев для этих целей разрабатывались два разных.
Шансы на успех понижало и то, что СССР не организовал предварительную съемку участков Луны с близкого расстояния для выбора места посадки космонавтов. В США для этого были совершены 13 успешных полетов.
Лунный корабль состоял из герметичной кабины, в которой мог поместиться только один космонавт, отсека с двигателями ориентации с пассивным агрегатом стыковки, приборного отсека, лунного посадочного агрегата и ракетного блока. Солнечных панелей на нем установлено не было — электроснабжение осуществлялось химическими аккумуляторами.
ЛК трижды запускали пустым на околоземную орбиту, где проводили имитацию полета к Луне — последний раз в 1971-м. По результатам тестов было решено, что лунный модуль полностью готов к пребыванию на земном спутнике. Однако в начале семидесятых толку от запоздалого успеха было мало — американцы успели уже несколько раз побывать на спутнике.
|
|
|
