Фізико-технічні ефекти і їх використання в дослідженнях та освоєнні космічного простору

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Житомирське регіональне відділення УМАКО «Сузір'я»

Бердичівське міське наукове товариство учнівської молоді

Бердичівської міської гуманітарної гімназії № 2

Міський конкурс робіт «Безмежний Всесвіт»

Напрямок: Астрономія

Секція: Космічна фізика

Фізико-технічні ефекти і їх використання в дослідженнях та освоєнні космічного простору, інших планет

Автор:

Комісар Катерина Дмитрівна,

учениця 11 класу Бердичівської міської гуманітарної гімназії № 2

Педагогічний керівник:

Маньківський Віталій Тадеушович,

вчитель фізики Бердичівської міської гуманітарної гімназії № 2

Бердичів - 2013

Мета роботи: Розкрити роль космічної фізики в дослідженні та освоєнні космічного простору, розвитку науково-технічного прогресу.

Об'єкт дослідження: Завдання космічної фізики в проведенні космічних досліджень. Державна політика у сфері космічної діяльності.

Методи дослідження: Опрацювання та вивчення наукової, науково-популярної літератури та інших джерел інформації

Висновки: Завдяки застосуванню новітніх методів фізичних досліджень з використанням космічних апаратів здійснено неймовірно велику кількість наукових відкриттів, в тому числі пов'язаних із впливом Сонця і навколишнього космічного простору на найрізноманітніші процеси, що відбуваються на Землі. космос фізичний природа

Розвиток космічного зв'язку на основі космічних систем створило передумови для поширення інформації в глобальному масштабі, відкрило перед людством нові можливості.

Нові фізичні методи дослідження дали змогу поглибити знання про найфундаментальніші закони природи та отримувати інформацію про фізичні процеси в космосі.

Забезпечення розвитку сучасних космічних технологій в Україні є важливим чинником, що визначає стратегічне місце держави у світі.

ЗМІСТ

Вступ

Розділ 1. Космічні дослідження на шляху освоєння космосу

Розділ 2. Основні напрями використання космосу

Розділ 3. Проблеми освоєння космосу

Розділ 4. Україна і космос

Розділ 5. Космос і освіта

Висновки

Список використаних джерел

Додатки

ВСТУП

Освоєння космосу -- надзвичайно важлива і на майбутнє актуальна проблема.

Зоряне небо -- невелика частина безмежного космосу. Земляни всіх поколінь завжди дивилися на нього з неабиякою цікавістю і тривогою. А що там далі? Чи десь ще є істоти, схожі на нас? Чого чекати від космосу -- добра чи зла? Лише в 60-х роках XX ст. людина вперше подолала земне тяжіння і зробила перші кроки в космосі. Що ж таке космос? Це той нескінченний простір, що оточує нашу Землю.

Космос -- глобальне середовище, що є спільним для всього людства. Тому його мирне освоєння вважається глобальною проблемою. Сьогодні вже сформувалися два напрями використання космосу для потреб людини: космічне виробництво і космічне землезнавство.

Космічне виробництво -- це створення нових видів матеріалів, джерел енергії, двигунів для космічних досліджень, космічних технологій для одержання нових сплавів, оптичного скла, напівпровідникових матеріалів, медичних препаратів, вирощування кристалів, проведення зварювальних, монтажних робіт.

Космічне землезнавство -- це вивчення з космосу планети Земля і всіх її сфер. Основна мета космічного землезнавства -- пізнання закономірностей космічної оболонки, вивчення природних ресурсів для їх оптимального використання охорона навколишнього середовища, забезпечення прогнозів погоди та дослідження інших явищ. Космічне землезнавство розвивається з початку 60-х років після запуску перших радянських та американських штучних супутників Землі, а потім і космічних кораблів. Перші космічні знімки було зроблено в 1961 р. Германом Титовим. Одночасно розпочалося візуальне спостереження земної поверхні екіпажами космічних кораблів. Особливе значення для космічного землезнавства мають специфічні особливості космічної зйомки. Зазвичай зйомка здійснюється з висоти 250 -- 500 км і смута огляду перевищує 1 тис. км. За 5 хвилин з орбітальної станції можна зняти на плівку територію площею близько 1 млн. км 2, це під силу роботі літака за дворічний період. Хіба не дивно, що космонавти в ілюмінатор бачать усю Європу: від Піренеїв до Англії, зліва -- Балтійське море, а справа -- Чорне. Видно весь Дніпро -- від витоку до гирла. «Озирнувся назад -- Європа уже зникла за горизонтом, і ось під тобою вже Камчатка, Сахалін, Курили. Пролітаю над Америкою: в один ілюмінатор видно її берег, що омивається Атлантичним океаном, а з другого -- Тихий» (з книжки Г. Берегового «Космос -- землянам»).

Мета роботи: Розкрити роль космічної фізики в дослідженні та освоєнні космічного простору, розвитку науково-технічного прогресу.

Об'єкт дослідження: Завдання космічної фізики в проведенні космічних досліджень. Державна політика у сфері космічної діяльності.

Методи дослідження: Опрацювання та вивчення наукової, науково-популярної літератури та інших джерел інформації

Розділ 1. Космічні дослідження на шляху освоєння космосу

Друга половина XX сторіччя стала епохою освоєння космосу. Це грандіозне звершення сучасного людства обумовлено не тільки тим, що з'явилися наукові, технічні й технологічні можливості створення космічних апаратів, а й потребою людського суспільства в здійсненні цілого ряду акцій, які на даному етапі розвитку науки і техніки можуть бути виконані тільки за допомогою штучних супутників Землі і космічних станцій.

Сучасне природознавство, насамперед фізика, потребує тієї інформації, яку можна дістати тільки в нескінченно різноманітній лабораторії Всесвіту. Сьогодні для цього наземних астрономічних досліджень уже недостатньо. Космічні апарати дають змогу доставляти астрономічну апаратуру за межі щільних шарів земної атмосфери і вести дослідження явищ, що відбуваються у Всесвіті, в усьому діапазоні електромагнітних хвиль. Завдяки цьому астрономія за останні роки перетворилася у всехвильову науку, що значно розширило й поглибило наші знання про Всесвіт.

Досвід розвитку науки показує, що необхідною умовою її прогресу є постійне розширення тієї сфери природних явищ, з якої черпається відповідна інформація. Так, наприклад, нові покоління потужних прискорювачів елементарних частинок дають можливість фізикам проникати в дедалі потаємніші області мікросвіту. А всехвильова астрономія значно розширила доступну дослідженням сферу космічних процесів.

Експериментальний метод дослідження в принципі ефективніший, ніж спостереження. В рамках традиційної наземної астрономії можливі тільки спостереження космічних об'єктів. З розвитком космонавтики, а також електроніки, автоматики й радіотехніки стало можливим застосовувати в процесі наукового дослідження космічних явищ проміжний метод, який є активніший, хоча формально і не вважається експериментальним. Мається на увазі доставку необхідної вимірювальної апаратури безпосередньо до об'єкта, який вивчається, в райони космосу, що цікавлять учених. Завдяки цьому було здобуто нові дуже важливі дані про навколоземний космічний простір, міжпланетне середовище, а також про Місяць, найближчі планети Сонячної системи і комету Галлея, виявлено невідомі раніше факти, уточнено багато деталей, здобуто відповіді на безліч запитань, що хвилювали астрономів.

Розвиток ракетної і космічної техніки дозволив здійснити і деякі експериментальні дослідження в космічних масштабах.

Один з таких експериментів -- штучне сонячне затемнення -- було, наприклад, проведено з ініціативи радянських учених спільно з американськими космонавтами під час польоту космічних кораблів «Союз» і «Аполлон» у липні 1975 р. У наперед визначений момент кораблі розстикувалися, розійшлися на деяку відстань і розмістилися на одній лінії з Сонцем таким чином, що «Аполлон» перекрив сліпучий диск денного світила. Це дало змогу з борту «Союзу-19» за допомогою спеціальної автоматичної фотокамери зробити серію фотознімків штучного затемнення Сонця.

За допомогою сучасної космонавтики розв'язується також цілий ряд наукових і практичних завдань, що мають велике народногосподарське й економічне значення. Це ретрансляція телевізійних передач за допомогою космічних ретрансляторів, метеорологічні спостереження, морська й авіаційна навігація із застосуванням спеціалізованих штучних супутників, супутникова система виявлення тих, хто зазнав біди, вивчення Землі з космосу. А в перспективі -- організація на навколоземних орбітах сонячних електростанцій і виробничих підприємств для проведення технологічних процесів і операцій, які неможливі в земних умовах.

Слід звернути увагу на те, що освоєння космосу стало надзвичайно важливим стимулом для розвитку цілого ряду напрямів і сфер сучасної науки й техніки, для розв'язання багатьох наукових, технічних і технологічних завдань, без яких здійснення космічних польотів і розв'язання нових, складніших завдань, пов'язаних з освоєнням космосу, було б неможливе. При цьому треба особливо підкреслити, що сфера використання науково-технічних досягнень, стимульованих потребами космонавтики, набагато ширша. Вони дістають дедалі більшого застосування як у виробництві, так і в побуті (медицина, дослідження резервних можливостей людини, радіотехніка, телебачення і т. д.).

Отже, можна говорити про два дуже важливі аспекти освоєння космосу. З одного боку,-- це процес залучення космічних явищ у сферу практичної діяльності людини, а з другого -- космізація земного виробництва, а якоюсь мірою і самого життя людей.

Розділ 2. Основні напрями використання космосу

Світова практика вже має численні приклади використання космосу. Найяскравіше це проявляється у прогнозах погоди і розширенні можливостей телебачення та зв'язку. Лише три супутники, розміщені відповідним чином, дають змогу кожному жителеві Землі в будь-який час з'єднатися з якою завгодно точкою на будь-якому континенті незалежно від часового поясу. Це свідчить, що сам процес освоєння космосу сприяє посиленню глобалізації в сучасному світі.

Отже, космічні держави мають набагато кращі умови для свого розвитку, зокрема для створення нових енергетичних систем на базі космічних сонячних електростанцій (КСЕС).

Такі станції доцільно розміщувати на екваторіальній орбіті, де кутова швидкість оберту космічного об'єкта дорівнює кутовій швидкості оберту Землі, що дає змогу зафіксувати об'єкт над певною точкою екватора і спостерігати за ним як за нерухомим. Висота розміщення КСЕС повинна становити 36 тис. км, оскільки ефективність генерації сонячної енергії на цій висоті в десять разів більша, ніж на поверхні Землі. Передавання енергії на Землю з такої станції можливе у надвисокочастотному діапазоні за допомогою лазерів. Для цього знадобляться сонячні панелі площею 50 км 2 і вагою майже 50 тис. тонн. Для доставки такої станції на відповідну орбіту потрібні ракетоносії надзвичайно великої потужності. Проте можливості космічної геліоенергетики практично невичерпні, до того ж вона абсолютно екологічно чиста.

Країни, територія яких простягається за полярне коло, стикаються з багатьма економічними і соціальними проблемами в період полярної ночі. Важко жити і працювати в умовах штучного освітлення навіть удень. Розроблено проект, реалізація якого дасть змогу спрямувати з космосу на територію, де панує ніч, сонячне освітлення. Для цього на космічному кораблі потрібно «підвісити» кілька гігантських дзеркал, які «ловитимуть» сонячне світло і спрямовуватимуть його на певну територію.

Розділ 3. Проблеми освоєння космосу

Глобальною проблемою є і освоєння космосу. Космічні польоти починають давати не лише наукову, але й економічну віддачу. Разом з тим подальше дослідження космосу стає не під силу жодній країні, зокрема, і все більше потребує об'єднаних і скоординованих зусиль .

Безумовно, існує ще коло інших, цілком земних глобальних проблем. Серед них проблема економічного відставання країн, що розвиваються. Саме на їх долю в основному припадає і згадувана вже проблема голоду, криза заборгованості тощо. Недалекоглядний підхід економічно розвинутих країн проявляється у певному прагненні закріпити відсталість: сьогоднішнім виробникам потрібні не конкуренти, а споживачі та джерела дешевих ресурсів. Але подібний підхід породжує напруженість у світі та служить каталізатором для загострення інших глобальних проблем.

Розв'язання глобальних проблем сучасності вимагає розробки і реалізації колективних програм для забезпечення майбутнього людської цивілізації.

У процесі освоєння космічного простору людина так чи інакше його забруднює. Ще в середині 80-х років на земних орбітах кружляли десятки тисяч штучних об'єктів, що, за словами французького фахівця, перетворили найближчий космос у «космічний смітник». Крім того, космос, як спільна власність, завжди повинен лишатися мирним, відкритим для його використання в інтересах усіх людей.

Ось чому слід дбати про те, щоб земні конфлікти ніколи не переносилися в космос і ніколи не було різного роду «зоряних війн», які так часто показують на екранах телевізорів.

Розділ 4. Україна і космос

Україна і космос -- нероздільні. Зв'язок цей міцно встановився на зорі космонавтики. Українське походження мали такі творці теорії польотів у світовому просторі, як Костянтин Ціолковський. Ракетна техніка взагалі пішла, до речі кажучи, із просторів "неньки": від перших у світі бойових ракет, які створив нащадок українських козаків генерал-лейтенант Олександр Засядько (він же організував у російській армії першу ракетну роту), до серії балістичних ракет, включаючи "Сатану" і "Скальпель" (творці Янгель і Уткін -- генеральні конструктори КБ "Південне" у Дніпропетровську).

В останні роки діяльність у цій галузі дещо уповільнилась, але, як вважають у Національному космічному агентстві України (НКАУ), зараз Україна виходить на новий виток в освоєнні космосу. Сьогодні НКАУ координує роботу більш ніж 40 підприємств -- у тому числі таких гігантів, як "Південмаш", де виробляються ракети-носії, КБ "Південне" ім. М. Янгеля, де вони проектуються, підприємства "Комунар", "Хартрон", "Укркосмос", "Обрій", "Київський радіозавод", мережа науково-дослідних центрів і інститутів. Всі вони зосереджені в шести географічних пунктах -- Києві, Дніпропетровську, Харкові, Львові, Чернігові і Криму. Для керування супутниками в Україні також створений єдиний наземний автоматизований комплекс керування (НАКК), що включає центри керування польотами космічних апаратів, прийому наукової інформації, її опрацювання, контролю навігаційного поля і космічного простору.

Основна продукція, якою можуть похвалитися українські виробники -- це в першу чергу ракети-носії, що доставляють супутники на орбіту. їхній спектр широкий -- від "космічного пікапа" типу "Циклон-3", що бере на борт 600 кг вантажу, до "ваговика" "3еніт-3SL", що витягає за межі планети добрих шість тонн. Зараз йдуть роботи над створенням потужної ракети-носія "Циклон-4" із високоточною системою керування і збільшеного запасу палива, із наступного року їх планується запускати по 6 одиниць у рік. Новий напрямок -- використання переустаткованих міжконтинентальних балістичних ракет РС-20 (більше відомих під натовською класифікацією як SS-18 "Сатана"). У цьому проекті, що одержав назву "Дніпро", Україна тісно співробітничає з Росією. Спочатку фігурував у цій програмі і Казахстан -- але лише на правах власника космодрому Байконур, що нині орендують усе ті ж росіяни. Перша модель -- "Дніпро-1" (маса корисного навантаження 3,5 тонн) -- вже вивела на орбіту два супутники.

Цікавий той факт, що українська космічна галузь спроможна виготовляти далеко не лише транспорт -- ракети-носії. Якщо авіаційне бортове устаткування вітчизняного виробництва не завжди відповідає міжнародним нормам, то в космосі -- інша картина, і досвід у наших виробників уже є.

Україна спроможна виготовляти устаткування для потреб космосу.

Так, покладене на нас завдання по розробці і виробництву систем керування космічними апаратами "Компарус" для МКС (міжнародна космічна станція) "Альфа" виконали на сто відсотків. Апаратура радіоуправління (вона являє собою чотирьохконтейнерний варіант, два з яких -- наші, а два контейнери --російські) зараз відмінно діє в службових модулях МКС "Зоря" і "Зірка" безпосередньо на орбіті. Українські підприємства мають потужний потенціал у розробці і виробництві найсучаснішої продукції для космосу, і готові виконувати подібні замовлення, але, усе впирається в кошти. При належному фінансуванні українці спроможні забезпечити космічну галузь високоякісними бортовими і наземними системами керування, апаратурою командних радіоліній і радіотехнічних систем для супутників. Загалом, Україна може бути супердержавою, принаймні в космосі.

Те, що космічний простір набуває для землян не тільки нав'язливий відтінок комерції, але і щосили політизується, Україна відчуває на собі як ніхто. Політ Леоніда Каденюка, першого українського космонавта, став не більш ніж рекламним трюком. Наші друзі з мису Канаверал показали: ми не тільки визнаємо Київ у космосі -- ми активно з ним співробітничаємо. На цьому хвалене співробітництво, власне, і закінчилося -- Україна не бере сьогодні участі в жодній з американських наукових космічних програм, утім, як і європейських. Запуск супутників під американським та іншими прапорами українськими ракетами -- стовідсотковий бізнес, не більш. Говорячи про міжнародне співробітництво, НКАУ згадує насамперед свої проекти "Морський старт" і "Старт із пустелі". Обидва, що зрозуміло з назви, належать до сфери так званих "пускових послуг", і до освоєння космічного простору і наукових досліджень відношення не мають, хоча і дуже цікаві з технічної точки зору. Участь у розробках американської компанії "Боїнг" і норвезької "Кварнер" надають їм незабутній присмак комерції. Хоча і від цього, зрозуміло, нікуди не дітися.

Дійсно ж серйозний шлях України в космос очевидний -- або з Росією, або... з Китаєм, або ж (що, очевидно, найбільше реально і раціонально) з обома разом. З приводу російських партнерів питань не виникає -- наші виробники відзначають, що практично всі розробки проводяться "наполовину" із росіянами. з Китаєм була налагоджена співпраця в авіаційній сфері, але вже зараз можна вести переговори і про співпрацю в космічній сфері. Передумови очевидні: Пекін прагне в космос, а Україні потрібні кошти і надійні партнери, що мають намір реальної співпраці, а не запрошувати на другорядні ролі в рекламних шоу з умовою: "Ти лети, але нічого не чіпай".

Розділ 5. Космос і освіта

Освоєння космосу не тільки стимулювало інтерес до освіти, але й дозволило використовувати чудові технічні засоби - радіомовні та телевізійні супутники для освітніх цілей. Широкі маси населення планети можуть отримати через загальну глобальну систему освіти і професійного-технічного навчання, побудованого на використанні світових космічних систем зв'язку та телебачення на основі використаних супутників Землі, самі великі знання. Всесвітня телевізійна мережа зі 100-відсотковим охопленням населення планети буде тим новим технічним засобом, який зробить всіх людей Землі рівноправними слухачами однієї аудиторії. Особливо велике значення це має для країн, що розвиваються, для населення, що живе у важкодоступних районах. Радіо- і телепередачі через супутники дозволять вирішувати проблеми ліквідації неписьменності, підвищувати освітній ценз дітей і дорослих і т. п.

Таким чином, космос і освіта виявилися елементами двоєдиного процесу: без глибоких знань неможливо підкорення космосу, останній же в свою чергу, дає ефективний засіб для всебічного вдосконалення і розвитку освіти.

Ентузіастам космонавтики завжди був притаманний дух безмежної відданості справі, безперервних і цілеспрямованих творчих шукань. Авіація та космічні польоти привертають до себе людей неспокійних, енергійних спрямованих у майбутнє. Багато хто з них були чудовими інженерами, і, творцями нової техніки, акумулювали в собі великий комплекс знань накопичений людством. Але, мабуть, найбільш характерною їх рисою є ставлення до космосу як засобу вирішення загальнолюдських проблем. Ще в 1883 p. K. Е. Ціолковський у роботі «Вільний простір» розглядав космос не просто як простір в астрономічному аспекті, але і як середовище, що людина може в майбутньому освоїти і жити в ньому. Велич Всесвіту, складність і незвичність явищ і процесів, що протікають в космосі, спонукали вченого до розробки «космічної філософії», якою він займався все своє життя.

К. Е. Ціолковський розробляв не тільки віддалені перспективи освоєння космосу. У своїх працях він охопив всю сукупність основних проблем космонавтики, почавши з того часу, в якому жив і працював. Такий конструктивний підхід до найскладніших проблем відрізняв всю діяльність Ціолковського. На початку століття Костянтин Едуардович писав: «Тепер ми поговоримо про те, як можна почати роботу космічних досліджень. Звичайно йдуть від відомого до невідомого: від швейної голки до швейної машинки, від ножа до м'ясорубки, від молотильного ціпа до молотарки, від екіпажу до автомобіля, від човна до корабля. Так і ми думаємо перейти від аероплана до реактивного приладу -- для завоювання Сонячної системи ...»

Ступені розвитку і перетворення аероплана, що дозволяє досягти намічених цілей:

Виготовляється ракетний літак з крилами і звичайними органами управління ...

Крила наступних літаків треба потроху зменшувати, а силу двигуна і швидкість збільшувати ...

Корпус подальших аеропланів слід робити непроникним для газів і

наповненим киснем, з приладами, які поглинають вуглекислий газ, аміак та інші продукти виділення людини ...

Застосовуються описані мною керма (газові керма), що діють відмінно в просторі і в дуже розрядженому повітрі, куди залітає снаряд. Пускає в хід безкрилий аероплан...

Швидкість досягає 8 кілометрів на секунду, відцентрова сила цілком знищує тягар, і ракета вперше виходить за межі атмосфери ...

Польоти за атмосферу повторюються. Реактивні прилади все більш віддаляються від повітряної оболонки Землі і перебувають в ефірі дедалі довше і довше. Все ж таки вони повертаються, тому що мають обмежений запас їжі і кисню.

Робляться спроби позбутися від вуглекислого газу та інших людських виділень за допомогою низькорослих рослин, що дають в той же час поживні речовини ...

Влаштовуються ефірні скафандри (одяг) для безпечного виходу з ракети в ефір.

Для одержання кисню, їжі і очищення ракетного повітря придумують особливі приміщення для рослин. Все це в розібраному вигляді переноситься ракетами в ефір і там з'єднується. Людина досягає більшої незалежності від Землі, тому що добуває кошти життя самостійно.

10. Навколо Землі влаштовуються великі поселення.

11. Використовують сонячну енергію не тільки для харчування і зручностей життя (комфорту), але і для переміщення по всій Сонячній системі.

Засновуються колонії в поясі астероїдів та інших місцях сонячної системи, де тільки знаходять невеликі небесні тіла.

Розвивається промисловість, і збільшується кількість колоній.

Досягається індивідуальна і громадська досконалість.

Населення Сонячної системи робиться в сто тисяч разів більше теперішнього земного. Досягається межа, після якої неминуче розселення по всьому Чумацькому Шляху.

16. Починається згасання Сонця. населення Сонячної системи віддаляється від неї до інших іншим сонць ».

Такий знаменитий «План Ціолковського». Геніальність його передбачення підтверджена всім ходом розвитку авіації і ракетно-космічної техніки. З шістнадцяти розділів плану більше половини вже реалізовано, причому жодного разу не була порушена послідовність, передбачена ученими.

Висновки

Завдяки застосуванню новітніх методів фізичних досліджень з використанням космічних апаратів здійснено неймовірно велику кількість наукових відкриттів, в тому числі пов'язаних із впливом Сонця і навколишнього космічного простору на найрізноманітніші процеси, що відбуваються на Землі.

Розвиток космічного зв'язку на основі космічних систем створило передумови для поширення інформації в глобальному масштабі, відкрило перед людством нові можливості.

Нові фізичні методи дослідження дали змогу поглибити знання про найфундаментальніші закони природи та отримувати інформацію про фізичні процеси в космосі.

Забезпечення розвитку сучасних космічних технологій в Україні є важливим чинником, що визначає стратегічне місце держави у світі.

Список використаних джерел

Арлазоров М. Циолковский. ЖЗЛ. - М., «Молодая гвардия», 1962.

Словник-довідник з астрономії. - М., 2002.

Гурштейн А. А. Извечные тайны неба. Книга для учащихся.Изд.2-е--М. ; Просвещение, 1969.

Пришляк М. П. Астрономія 11. клас: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів, - Х.;Ранок. 2011.

Ковальчук М.В. Людина і космос. - К., 1997.

Космонавтика сьогодні і вчора. - К., 1999.

Ціолковський К. Е. Мрії про землю і небо. -- К. ; Радянська школа, 1971.

ДОДАТКИ

Додаток А

Генерал-лейтенант Олександр Засядьмо

07. 11. 1779 - 27. 05. 1838

Додаток Б

К. Е. Ціолковський

Додаток В

Леонід Каденюк

Размещено на Allbest.ru