История технических инноваций

Таким образом, пример братьев Райт наглядно доказывает тезис, несколько парадоксальный на первый взгляд: чтобы получить прибыль от своего открытия, необходимо уметь делиться. Тот, кто прячет своё изобретение из страха, что его украдут, в итоге получит даже меньше того, кто бескорыстно раздает свои идеи направо и налево.

С изобретением двигателей внутреннего сгорания развитие самолетов получило огромный импульс. Они стали надежнее и быстрее. Уже в годы Первой Мировой войны самолеты показали свои потенциальные возможности, они легко сбивали неуклюжие дирижабли и стали незаменимым средством воздушной разведки.

В середине тридцатых годов наметилась тенденция к возрастанию размеров самолетов, окончательно исчезли фанерные аэропланы с множеством крыльев, внешним видом напоминающие этажерки. Появились сначала бипланы, имеющие две несущие плоскости (четыре крыла), затем монопланы (два крыла).

Самолеты стали грозной военной силой, иногда определяющей исход наземных сражений, и одним из основных видов современного транспорта. Признак современной мировой державы, ее технического развития - способность разрабатывать и строить собственные самолеты. И Россия пока является одной из таких держав.

В истории авиации можно найти множество захватывающих историй о развитии отдельных изобретательских решений и о жизни самих изобретателей. По развитию самолетостроения мы можем проследить закономерности технической эволюции, наблюдать естественный отбор и борьбу между различными «техническими видами». История развития самолетов - это отражение истории всего двадцатого века. Об авиации написано сотни и тысячи самых разных и интересных книг, ей посвящено огромное количество сайтов.

В нашей книге нам надо рассмотреть ещё много других важных технических инноваций, поэтому мы предлагаем читателю самостоятельно открыть для себя этот огромный и захватывающий мир авиации, в котором самолет - не просто техническое устройство, а воплощение человеческой мечты о полете, свободе, гордости и красоте.

Темы для докладов и рефератов

История дирижаблестроения.

Вертолет - с времен Леонардо да Винчи и до наших дней.

Пионеры стратосферы.

История изобретения парашютов.

История первого самолета (О жизни русского инженера А.Ф. Можайского).

И.И. Сикорский - великий русский авиаконструктор.

«Илья Муромец» - летающая крепость первой мировой войны.

Экранопланы - забытый транспорт будущего.

Полет Бахчиванжи - начало пути в Космос.

Физика сверхзвукового полета.

Дельтоплан - воплощение мечты о крыльях.

Дискуссии

Самолеты - стратолеты - космолеты?

Литература

Витковски Н. Сентиментальная история науки / Никола Витковски; пер. с фр. Д. Баюка. - М.: КоЛибри, 2007. - 448 с.

Виргинский, В.С. Очерки истории науки и техники 1870-1917 гг.: Кн. для учителя / В.С. Виргинский, В.Ф. Хотеенков. М.: Просвещение, 1988.

Надеждин Н.Я. История науки и техники / Н.Я Надеждин. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 621 с.

Запарий В.В., Нефедов С.А. История науки и техники. Екатеринбург, 2003 (http://hist1.narod.ru/Lec/Histsci.htm).

www.warbirds.ru/literatura.html - Военная авиация.

www.about-aviation.ru

Сайт журнала «Наука и жизнь» - www.nkj.ru

3.4 Космос

Земля - колыбель человечества. Но нельзя же вечно жить в колыбели!

К.Э. Циолковский

Время, место	Событие
1042 г., Китай	Использование пороховых ракет в военных целях
1903 г., Россия	Константин Эдуардович Циолковский опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полет, является ракета
1926 г., 16 марта	Первый запуск ракеты на жидком топливе Робертом Хатчинг-зом Годдардом
1942 г., Германия	Баллистическая боевая ракета А-4 впервые достигла космической высоты в наивысшей точке суборбитальной траектории полёта
1957 г., 4 октября, СССР	Запущен первый искусственный спутник Земли «Спутник-1»
1957 г., 3 ноября, СССР	Впервые в космос выведено живое существо - собака Лайка
1959 г., 4 января, СССР	Станция «Луна-1» стала первым в мире искусственным спутником Солнца
1959 г., 14 сентября, СССР	Станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны
1959 г., 4 октября, СССР	Станция «Луна-3» впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны
1960 г., 19 августа, СССР	Совершен первый в истории орбитальный полёт в космос живых существ с успешным возвращением на Землю. На корабле «Спутник-5» орбитальный полёт совершили собаки Белка и Стрелка
1961 г., 12 апреля, СССР	Совершён первый полёт человека в космос (Ю. Гагарин) на корабле Восток-1
1962 г., 12 августа, СССР	Совершен первый в мире групповой космический полет на кораблях Восток-3 и Восток-4
1963 г., 16 июня, СССР	Совершен первый в мире полет в космос женщины-космонавта (Валентина Терешкова) на космическом корабле Восток-6
1963 г., 26 июля, США	Запущен первый специализированный спутник связи на геосинхронной орбите являлся «Syncom-2»
1964 г., 20 августа, США	Запущен первый коммерческий спутник связи «Early Bird (INTELSAT I)»
1964 г., 12 октября, СССР	Совершил полет первый в мире многоместный космический корабль Восход-1
1964 г., США	Создаётся спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit»
1965 г., 18 марта, СССР	Космонавт Алексей Леонов совершил первый в истории выход в открытый космос из корабля Восход-2.
1965 г., 23 апреля, СССР	Состоялся запуск первого советского спутника связи «Молния-1»
1966 г., 3 февраля, СССР	АМС Луна-9 совершила первую в мире мягкую посадку на поверхность Луны, были переданы панорамные снимки Луны
1966 г., США	Развернута глобальная спутниковая система «Тирос» для метеонаблюдений
1966 г., 1 марта, СССР	Первый в мире перелет космического аппарата с Земли на другую планету: станция «Венера-3» достигла поверхности одноименной планеты
1967 г., СССР	Начала функционировать советская спутниковая система для метеонаблюдений «Метеор»
1967 г., СССР	На орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192»
1968 г., 15 сентября, СССР	Первое возвращение космического аппарата (Зонд-5) на Землю после облета Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии
1968 г., 24 декабря, США	Вывод на орбиту вокруг Луны первого пилотируемого космического корабля
1969 г., 16 января, СССР	Произведена первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей Союз-4 и Союз-5
1969 г., 21 июля, США	Первая высадка человека на Луну (Н. Армстронг) в рамках лунной экспедиции корабля Аполлон-11
1970 г., 17 ноября, СССР	Мягкая посадка и начало работы первого в мире полуавтоматического самоходного аппарата «Луноход-1»
1970 г., 15 декабря, СССР	Первая в мире мягкая посадка на поверхность Венеры: «Венера-7»
1971 г., 19 апреля, СССР	Запущена первая орбитальная станция «Салют-1»
1971 г., 13 ноября, США	Станция «Маринер-9» стала первым искусственным спутником Марса
1971 г., 27 ноября, СССР	Станция «Марс-2» впервые достигла поверхности Марса
1971 г., 2 декабря, СССР	Первая мягкая посадка АМС на Марс: «Марс-3»
1972 г., 3 марта, США	Запуск первого аппарата «Пионер-10», покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы
1973 г., США	Начинает работать навигационная программа «Navstar-GPS».
1975 г., 20 октября, СССР	Станция «Венера-9» стала первым искусственным спутником Венеры
1975 г., октябрь, СССР	Мягкая посадка двух космических аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» и первые в мире снимки поверхности Венеры
1981 г., 12 апреля, США	Вывод на орбиту первого многоразового транспортного космического корабля «Колумбия»
1982 г., СССР	Запуск первого спутника «Космос-1413» навигационной системы Глонасс
1983 г., 23 марта, СССР	Запущен космический ультрафиолетовый телескоп - Астрон
1989 г., СССР	Первые коммерческие туристы посетили советскую орбитальную станцию Мир
1990 г., 24 апреля, США, Европейское космическое агенство	Выведена на орбиту астрофизическая станция «Хаббл»
1995 г., 7 декабря, США	Станция «Галилео» стала первым искусственным спутником Юпитера
1998 г., 20 ноября, США - СССР	Запуск первого блока Международной космической станции
2000 г., 24 июня, США	Станция «NEAR Shoemaker» стала первым искусственным спутником астероида (433 Эрос)
2001 г., 28 апреля, Россия	Совершил космический полёт Деннис Тито, первым его полностью оплативший
2004 г., 30 июня, США	Станция «Кассини» стала первым искусственным спутником Сатурна
Октябрь, 2004 г.	Запущен частный пилотируемый суборбитальный космический корабль многоразового использования «SpaceShipOne»
2006 г., 15 января, США	Станция «Стардаст» доставила на землю образцы кометы Вильда 2

Человек всегда мечтал оторваться от земной поверхности и посмотреть на нее из Космоса. И в основе этой мечты - бескорыстное любопытство и вечная жажда человека расширить свое жизненное пространство. Мечта эта сбылась, но не для удовлетворения чистых и бескорыстных помыслов, а для победы в гонке вооружения между сверхдержавами - СССР и США.

Средства для покорения космоса - ракеты - изначально создавались с военными целями. Такие ракеты, приводимые в движение порохом, описывались Цэн Кун Ляном (Китай) еще в 1042 году.

Первое известное применение ракеты в современную эпоху было осуществлено 8 октября 1806 года. Ракета была использована английским Королевским флотом против Булони. Конструктором этой ракеты был полковник сэр Уильям Контрив, инспектор лондонской Королевской лаборатории и инспектор военной техники. Его 6-фунтовая (2,72 кг) ракета была рассчитана на радиус действия, не превышающий и двух километров. Так как дальнейшего развития это вооружение тогда не получило, можно сделать вывод, о том что его использование не было особо эффективным.

В 1903 году Константин Эдуардович Циолковский опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полет, является ракета. В этой статье и последовавших её продолжениях он разработал некоторые идеи теории ракет и использования жидкостного ракетного двигателя. Но никто - ни соотечественники, ни зарубежные учёные не оценили исследования, которым сегодня гордится наука. И это было вполне объяснимо: слишком далеко вперед заглянул Циолковский. Ведь первый запуск ракеты на жидком топливе был осуществлен д-ром Робертом Хатчингзом Годдардом из штата Массачусетс лишь 16 марта 1926 года. В ходе полета по траектории «Земля-Земля» ракета достигла высоты 12,5 м, и, пролетев 56 м, осуществила посадку. Никаких особо выдающихся возможностей по осуществлению межпланетных полетов она, естественно, не могла показать.

Мало кто знает, что первым аппаратом, достигшим космической высоты в наивысшей точке суборбитальной траектории полёта, стала немецкая баллистическая боевая ракета А-4, запущенная в 1942 году. В 1943 году Германия начала серийный выпуск этих ракет под названием «Фау-2». Ракета несла боезаряд массой в 1000 кг, а её дальность достигала 300 км. Точность попадания была крайне невелика: сначала ракета попадала в остров Великобританию, а затем смогла попадать в Лондон. Но даже в случае точного попадания эффективность ракет оказалась весьма низкой в связи с гигантскими ресурсозатратами на их производство. «Сверхоружием» Третьего Рейха ракета не стала, но положила начало разработкам американских и советских конструкторов в послевоенные годы.



Как только стало понятно, что ракета может нести на себе не только ядерный боезаряд, но и вывести человека в космос, космическая гонка приобрела еще и идеологическое значение. Тот кто первым завоевывал космическое пространство, доказывал свое преимущество. Понятно, что в споре между капиталистической и социалистической системами гигантские, ничем не окупаемые затраты никого не могли остановить. Именно этим объясняется такая поражающая быстрота первоначального освоения космоса. В 1957 году СССР запущен первый искусственный спутник Земли - «Спутник-1», а уже через 4 года, 12 апреля 1961 года совершён первый в истории Цивилизации полёт человека в космос.

Из официальных документов следует, что корабль стартовал с космодрома Байконур в 6 ч 07 мин по Гринвичу и приземлился вблизи деревни Смеловки Терновского района Саратовской области СССР через 108 мин. Максималъная высота полета корабля «Восток» протяженностью 40868,6 км составляла 327 км с максимальной скоростью 28260 км/ч. За первый в истории человечества космический полет Ю.А. Гагарину было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

Этот полет Юрия Гагарина открыл новую, космическую эру в существовании Человечества. И сделано это было в нашей стране, еще полностью не оправившейся от последствий прошедшей войны! Мы по праву можем гордиться достижениями отечественной науки и техники.

Сгладить горечь поражения американцы смогли лишь после высадки своих астронавтов на Луне, что тоже является важной вехой в мировой истории. Далее космическая гонка престижа продолжалась с переменным успехом, что можно увидеть из таблицы в начале этого параграфа.

Путь этот был непростым, при неудачных запусках гибли люди, при сбое техники космические аппараты теряли связь с Землей, разбивались. Миллиардные средства с экономической точки зрения расходовались неэффективно, пока не стало понятно, что дальнейшие исследования будут настолько наукоемкими и дорогими, что для их реализации необходима международная кооперация и сотрудничество.

После распада Советского Союза в 1991 году идеологическая мотивация понизилась, и на первое место выдвинулись вопросы коммерческого использования космической техники. Дорогостоящие, чисто научные проекты уступают место проектам, имеющим практическое применение и дающим прибыль. На первый взгляд, кажется, что темпы освоения космоса значительно понизились. На самом деле начался новый этап освоения космоса - естественный процесс «взросления», когда происходит важное качественное изменение, состоящее в последовательном включении космических систем в народнохозяйственный комплекс. Так было с покорением океанов и воздуха: люди осваивают новую для них среду только тогда, когда она становится для них повседневностью, без которой невозможно нормальное существование и развитие, а подвиги одиночных героев становятся достоянием истории.

Сегодня космонавтика - новая высокоэффективная отрасль промышленности.

Существуют три основных направления интеграции космических систем в инфраструктуру народного хозяйства:

1. Космические информационные комплексы.

К ним относятся современные системы связи, позволяющие транслировать телевизионные передачи, телефонные разговоры, данные телеметрии и т.п.

Мысли об использовании космических аппаратов для ретрансляции информации между удаленными объектами на земной поверхности возникли задолго до запуска первого спутника Земли и были высказаны писателями-фантастами. Известный писатель Артур Кларк еще в 1940-х годах предложил выводить спутники связи на геостационарную орбиту в плоскости земного экватора на высоте 35800 км. Такой спутник делает один оборот вокруг. Земли примерно за 24 часа, что совпадает с угловой скоростью вращения планеты. Получается, что спутник висит над одной и той же точкой экватора, что позволяет использовать при работе через него направленную антенну.

Сначала американцы попытались реализовать другие идеи, кажущиеся сегодня странными. В 1963 году в рамках проекта Westford ВВС США запустили миллион иголок-диполей, которые должны были распределиться по орбите и отражать радиоволны. Однако такие пассивные ретрансляторы оказались неэффективными даже на низких орбитах. Первым полноценным специализированным спутником связи на геосинхронной орбите, позволившим реализовать предложение Артура Кларка, являлся «Syncom-2», запущенный Соединёнными Штатами 26 июля 1963 года. Через год 19 августа 1964 года США вывели первый спутник связи на геостационарную орбиту - «Syncom-3». Спутник использовался для телевизионной трансляции в США летней олимпиады 1964 года, проходившей в Токио. А первым коммерческим спутником связи стал американский «Early Bird (INTELSAT I)», запущенный 20 августа 1964 года. 31 августа 1962 года президент США Джон Кенеди подписал закон о спутниковой связи, целью которого было установление коммерческой спутниковой связи в сотрудничестве с другими нациями. 19 августа 1964 года представители первых 12 стран подписали соглашение о создании Интернациональной организации спутниковой телекоммуникации (International Telecommunications Satellite Organization (Intelsat)). После успешных запусков и работы спутников связи начался бум новых средств связи, не закончившийся и по сей день. Очевидно, что американцы раньше всех стали относиться к космосу прагматически.

Успешный запуск первого советского спутника связи «Молния-1» состоялся 23 апреля 1965 года. Уже на следующий день был проведен первый в Советском Союзе сеанс связи через космос между Москвой и Владивостоком. Причем конструкторам и ученым очень долго приходилось убеждать руководство страны в целесообразности создания такого спутника. Все дело решили военные ракетчики, которые сильно нуждались в надежной связи на огромных пространствах Советского Союза. Сегодня спутники обеспечивают телетрансляции на всей территории Российской Федерации.

2. Системы навигации.

В 1957 году в СССР группа учёных под руководством В.А. Котельникова экспериментально подтвердила возможность определения параметров движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) по результатам измерений доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого этим спутником. Но, что самое главное, была установлена возможность решения обратной задачи нахождения координат приёмника по измеренному доплеровскому сдвигу сигнала, излучаемого с ИСЗ, если параметры движения и координаты этого спутника известны.

Через 10 лет эти возможности были реализованы. В 1967 году на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

Американцы сделали это на 3 года раньше, в 1964 году ими создаётся спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit». Основное её назначение - навигационное обеспечение пуска с подводных лодок баллистических ракет Поларис. Для коммерческого использования система становится доступной в 1967 году.

Характерной чертой радионавигационных спутниковых систем первого поколения является применение низкоорбитальных ИСЗ и использование для измерения навигационных параметров объекта сигнала одного, видимого в данный момент спутника.

В советской системе «Цикада», так же как в системе США «Transit», координаты источника вычисляются по доплеровскому сдвигу частоты сигнала одного из 7 видимых спутников. ИСЗ систем имеют круговые полярные орбиты с высотой над поверхностью Земли ~ 1100 км, период обращения спутников «Transit» равен 107 минутам. Точность вычисления координат источника в системах первого поколения составляет 50-500 м. Это вполне приемлемо для баллистических ракет с ядерными боеголовками, но совершенно не подходит для навигации автомобиля на улицах города.

Определение местоположения с помощью нескольких спутников значительно повышает точность. В 1973 году начинает работать программа «Navstar-GPS». К 1996 году развёртывание системы было завершено. В данный момент доступно 28 активных спутников.

В СССР лётные испытания высокоорбитальной спутниковой навигационной системы Глонасс начались в 1982 году запуском спутника «Космос-1413». Система Глонасс предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов. По своей структуре Глонасс так же, как и GPS, считается системой двойного действия, то есть может использоваться как в военных, так и в гражданских целях.

Военные системы стали гражданскими, имеющими большие коммерческие возможности. Сегодня навигационные приборы используются для определения координат не только самолетов, ракет, судов и кораблей, они стали вполне привычны для пассажирских автобусов и больших грузовиков. По закрепленному на животном прибору биологи смогли получать уникальную информацию о передвижениях орлов, тигров, акул, дельфинов и т.п. Более того, приборы спутниковой навигации становятся предметом быта, ими пользуются туристы, таксисты и простые автолюбители. Их одевают на маленьких детей, собак, кошек.

3. Системы использования и контроля природных ресурсов, охраны окружающей среды, метеорология.

Метеорологический спутник - искусственный спутник Земли, созданный для получения из космоса метеорологических данных о Земле, которые используются для прогноза погоды. Спутники этого типа несут на борту приборы, с помощью которых наблюдают за температурой поверхности Земли и облачным, снеговым и ледовым покровом.

Метеорологи почти сразу после запуска первых спутников заинтересовались возможностью наблюдать за атмосферой Земли из космоса. В США уже в апреле 1960 года был запущен аппарат «Тирос-1», доказавший пригодность спутников для наблюдения за погодой. Глобальная спутниковая система «Тирос» была развёрнута в феврале1966 года.

В СССР после серии запусков технологических спутников 25 июня 1966 года был выведен на круговую орбиту спутник «Космос-122» с комплексом приборов для телевизионных и инфракрасных измерений. После запуска в 1967 году спутников «Космос-144» и «Космос-156» начала функционировать советская спутниковая система «Метеор». В настоящее время в России эксплуатируется космическая гидрометеорологическая система «Метеор-3». Создание таких метеорологических систем позволило значительно повысить точность прогнозов погоды, что дает вполне ощутимый экономический эффект.

Кроме того, спутники позволяют обнаруживать лесные пожары, находить косяки рыб, следить за изменениями ледников и многое другое.

Хочется помечтать, а что могло бы быть, если бы США и СССР не конкурировали друг с другом, создавая одинаковые, полностью дублирующие друг друга системы, а объединили бы усилия и средства для решения новых, амбициозных задач по освоению космического пространства?

4. Космические научные системы - научно-проектные исследования и натурные эксперименты.

Уникальные условия для наблюдения за космосом и Землей, космические излучения, невесомость, возможность получения низких и высоких температур, вакуум - все это не могло остаться без внимания ученых. Именно поэтому научные исследования начинают составлять все большую долю от всей работы космонавтов и астронавтов на орбите, а научных приборов запускается все больше и больше.

На орбите сняты фильмы для школьников по физике, географии, астрономии. Мы можем увидеть невозможный на земле равномерный и прямолинейный полет авторучки, увидеть, как Амазонка выносит грунт далеко в океан и т.д.

Биологи получили возможность изучения поведения и различных живых существ на орбите - от простейших бактерий до приматов.

Медики, конечно же, всесторонне изучают влияние космоса на человека. Космонавту Валерию Полякову принадлежит рекорд пребывания в космосе - 438 суток. Самый большой суммарный налёт имеет российский космонавт Сергей Крикалёв, который в общей сложности провел в космосе 755 суток. В результате было установлено, что в человеческом организме в длительных условиях невесомости происходят значительные изменения. Для их компенсации были разработаны уникальные упражнения и медицинские тренажеры, оказавшиеся полезными и на земле.

Космические телескопы предоставили астрономам такие возможности, о которых раньше они и не могли даже мечтать. Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна; в первую очередь - в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

Огромное количество ценной информации, полученной этими телескопами, привело к множеству сенсационных открытий в астрономии.

Один из таких телескопов - Астрон. Это советская автоматическая станция для астрофизических наблюдений, имеющая космический ультрафиолетовый телескоп. Станция была запущена 23 марта 1983 года ракетой-носителем «Протон».

За 6 лет его работы были получены спектры свыше сотни звёзд, около тридцати галактик, десятков туманностей и фоновых областей нашей Галактики, а также нескольких комет, наблюдалась вспышка сверхновой в Большом Магеллановом облаке и т.п.

Но, пожалуй, самым известным телескопом является, совместный проект НАСА и Европейского космического агентства. 24 апреля 1990 года Шаттл «Дискавери» STS-31 вывел телескоп на расчётную орбиту.

Астрофизическая станция содержала следующие научные приборы: широкоугольную и планетарную камеру, спектрограф высокого разрешения Годдарда для работы в ультрафиолетовом диапазоне, камера съёмки и спектрограф тусклых объектов, высокоскоростной фотометр, датчики точного наведения.

С помощью этой обсерватории было уточнено значение постоянной Хаббла, имеющей очень важное значение для астрономов. Получены высококачественные изображения столкновения кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером в 1994 году, получены карты поверхности Плутона и Эриды, впервые наблюдались ультрафиолетовые полярные сияния на Сатурне, Юпитере и Ганимеде, найдено большое количество протопланетных дисков вокруг звёзд в Туманности Ориона, доказано, что процесс формирования планет происходит у большинства звёзд нашей Галактики, впервые были получены изображения протогалактик, первых сгустков материи, которые сформировались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. С помощью этого телескопа сделано много других, не менее захватывающих открытий.

5. Космическая индустриализация - производство фармакологических препаратов, новых материалов в интересах электронной, электротехнической, радиотехнических и других отраслей.

Создание глубокого вакуума в достаточно большом объеме и поддержание его долгое время возможно и в условиях земных лабораторий, но часто это оказывается дороже, чем работать в космосе. Создание же постоянного состояния невесомости на земле принципиально невозможно. Именно поэтому становится экономически перспективным создание космических фабрик, где можно получать сверхчистые металлы, материалы для электронной промышленности, новые лекарства.

Существуют проекты выноса за пределы атмосферы вредных производств, например атомных электростанций. Предлагается постройка огромных солнечных батарей на орбите, вырабатывающих электроэнергию для земли. Правда, при этом пока не решена проблема ее передачи земному потребителю.

Многие космические разработки уже нашли применение и в быту. Еда быстрого приготовления, технологии упаковки и пастеризации пищевых продуктов, непромокаемая одежда, незапотевающие лыжные очки и многие другие вещи имеют своим истоком технологии, разработанные для применения в космосе.

6. Космический туризм - отправка в космос частных лиц.

Первые коммерческие туристы посетили советскую орбитальную станцию «Мир» на космических кораблях Союз ТМ-11 / Союз ТМ-10 и Союз ТМ-12 / Союз ТМ-11 в 1989 и 1990 годах. Это были Тоёхиро Акияма (Япония) и Хелен Шарман (Великобритания), а Деннис Тито - первый космический турист, оплативший свой полёт в космос в 2001 году.

В настоящее время единственным космическим «отелем» является Международная космическая станция (МКС). Полёты осуществляются при помощи российских космических кораблей Союз на Российский сегмент МКС.

Всего в космосе уже побывали семь туристов (данные на конец 2009 года), причём один из них дважды. Хотя стоимость тура на орбиту составляет 20-23 млн долларов, число желающих увидеть космос неуклонно растёт. С июля 2007 года стоимость космического тура выросла с 20 до 30-40 миллионов долларов. Кроме того, была обнародована цена новой услуги - выхода космического туриста в открытый космос - 15 миллионов долларов.

Но спрос на такой, пока еще очень дорогой, отдых растет. Понятно, что такие недешевые запуски туристов, да еще и сопровождающиеся длительными и утомительными тренировками, тормозят покорение космоса «любителями».

Требуется качественный прорыв, позволяющий относительно недорого и быстро предоставлять желающим суборбитальный полет.

Фонд X Prize предложил приз в 10 млн долларов в гонке за разработку суборбитального пилотируемого летательного аппарата, способного дважды в течение двух недель выйти в космическое пространство с тремя людьми на борту.

Приз был получен в начале октября 2004 года разработчиками аппарата SpaceShipOne, частного пилотируемого суборбитального космического корабля многоразового использования. Но это только начало разработки туристических суборбитальных и орбитальных космических кораблей с планами начала регулярной эксплуатации. Пройдет не так уж много времени, и полет за пределами атмосферы станет таким же обычным делом, как полет на самолете.

В более отдаленной перспективе Человечество ждет использование полезных ископаемых на объектах Солнечной системы после того, как они закончатся на Земле.

Начался новый качественный этап освоения космического пространства, связанный с коммерциализацией космических услуг. Первой гонкой в этой области стало соревнование за предоставление разным странам и частным компаниям возможностей вывода прикладных спутников ракетоносителями разных стран и объединений. Первоначально лидерство захватило Европейское космическое агенство с носителями «Ариан», а затем сильную конкуренцию ей составили предложения России, США, Китая, Индии, а также международных консорциумов («Морской старт», «Воздушный старт», «Наземный старт» и т.д.).

Можно сказать, что ближайшее околоземное пространство уже освоено. По данным каталога Космического командования США по состоянию на 31 декабря 2003 года, спутников на околоземной орбите зарегистрировано 28 140, и число их неуклонно растет (учитываются объекты размером более 10 см).

И Россия, как страна, первой запустившая человека в космос, имеет все необходимые предпосылки для того, чтобы и дальше оставаться в мировых лидерах освоения космоса, но уже не в идеологической борьбе и гонке вооружений, а во включении космоса в экономику и народное хозяйство страны.

Темы для докладов и рефератов

Значение работ Константина Эдуардовича Циолковского в развитии космонавтики.

Сергей Павлович Королев - отец отечественной космонавтики.

Выдающиеся советские конструкторы космической техники.

Предвидение будущего космонавтики в произведениях писателей-фантастов.

Принципы создания навигационных космических систем.

История покорения Луны.

Атомные космические двигатели.

Звездные паруса.

Астрофизическая лаборатория «Хаббл».

Биологические исследования в космосе.

Исследования Солнечной системы космическими аппаратами.

Проект полета человека на Марс.

Открытие экзопланет.

Перспективы космического туризма.

Дискуссии

А нужен ли большой Космос человеку?

Литература

Романов, А.П. Королев / А.П. Романов. - М.: Мол. гвардия, 1990. - 479 с.

Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000.

Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. М.: ИПРЖР, 1998.

Липкин И.А. Спутниковые навигационные системы. М.: Вузовская книга, 2001.

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. М.: КНИЦ ВКС, 1995.

www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200110/9.html Системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS. Часть 1. Е. Поваляев, С. Хуторной.

www.kocmoc.info/lit.htm - Космос. Техника и наука.

Сайт журнала «Наука и жизнь» - www.nkj.ru

3.5 Подземелье

Небо и Земля разделены, но они делают одно дело.

Конфуций

Время, место	Событие
4 в. до н.э., город Пергам	Сооружается подземное здание храма бога-врачевателя Aсклепия
2 тыс. до н.э., Дpевний Eгипет	Постройка подземных могильников
1-2 вв. до н.э., Aнатолия	Строятся подземные города с населением до десяти тысяч человек
1857 г., Италия	Инженер Жермен Соммейе применил при строительстве тоннеля изобретенный им станковый вариант отбойного молотка
1863 г. 10 января, Лондон, Англия	Открылась первая в мире линия метрополитена
1868 г., Швеция	Нобель получил патент на динамит
1894 г. 30 января, США, Детройт	Чарльз Кинг запатентовал станковой пневматический перфоратор (отбойный молоток)
1904 г., США, Нью-Йорк	Открылась первая в мире линия подземного метрополитена
1907 г., Германия	Начала работу первая подземная гидроэлектростанция
1917 г., Германия	Построен первый подземный завод
1935 г., I5 мая, СССР	В Москве открыт метрополитен
1939 г., Швеция	Запущен первый подземный водоочистительный завод
1944 г., г. Aтчисон, США	Построен первый подземный промышленный холодильник
1948 г., СССР	Инженер Михаил Иванович Циферов получил патент на изобретение подземного реактивного снаряда, способного двигаться под землей со скоростью 1 м/с
1950 г., США	Вводится в эксплуатацию первое подземное газохранилище
1955 г. 6 ноября, СССР	Вступило в строй метро в Ленинграде
1958 г., СССР, г. Железногорск	Подземная АЭС стала вырабатывать оружейный плутоний
1991 г., 27 апреля, СССР	Открыт метрополитен в Свердловске
2010 г., 15 октября, Швейцария	Построен самый длинный в мире железнодорожный тоннель длиной 57 км

По иронии природы самым неосвоенным пространством является то, которое к нам ближе всего - оно находится под нашими ногами не в переносном, а в буквальном смысле. Это - земля, а точнее то, что существует под ее поверхностью. Не случайно самые страшные существа, рожденные воображением человека, такие как черти, тролли, змеи разных мастей (Василиски, Горынычи), на постоянное место жительства помещаются под землю. Неизвестность всегда рождает страх. Ирония заключается еще и в том, что самое неосвоенное пространство начиналось обживаться людьми одним из первых.

Пещера является одним из самых древних жилищ человека, в котором он находил убежище от холода и хищных зверей со времен эпохи палеолита.

Это были пещеры естественного происхождения, они приспосабливались первобытным человеком под жилище немногочисленными доступными ему средствами: он закладывал камнями вход, отбивал острые выступы в стенах. Постепенно техника пещерного благоустройства развивалась. Люди стали улучшать свои жилищные условия путем расширения объема пещеры, выдалбливания в ней новых камер и ходов.

Первые полностью искусственные сооружения в недрах были созданы не для жилья, а для разработки полезных ископаемых, добычи воды, для захоронений. B 4 в. до н.э. в Пергаме сооружается подземное здание храма бога-врачевателя Aсклепия. До наших дней сохранились два тоннеля длиной по 50 м и высотой 2,5 м каждый и зал c опорными колоннами высотой сводов 5 м. Самые же известные сооружения - подземные могильные комплексы Дpевнего Eгипта, построенные более 2 тыс. до н.э. В это же время строятся подводные тоннели длиной в несколько километров для водоснабжения городов.

Но из всех сохранившихся, известных на сегодня подземных сооружений Древности самым масштабным и уникальным является подземный город в Kаппадокии (Aнатолия), построенный в 1-2 вв. до н.э. Он был открыт и исследован в 1963 году. Можно только представить удивление и восторг археологов, обнаруживших 18 этажей, уходящих на глубину 80 м. Все эти этажи соединены лестничными проходами, пронизаны вертикальными вентиляционными стволами диаметром 1,5 м. На верхних этажах находятся загоны для скота, на нижних - колодцы, склады для хранения продуктов, вина. Всего в Kаппадокии обнаружено 36 таких подземных городов. Один из самых крупных - «Глубокий колодец». Этот город может соперничать размерами с выдуманными городами гномов, описанными в сказках Толкиена. Город состоит из 2000 помещений, рассчитанных на 10 000 человек! Город имел систему вентиляции, состоящую из 52 вертикальных стволов. Для циркуляции воздуха и приготовления пищи в нем предусмотрены специальные камеры для разведения костров. Высота жилых камер достигает 2 м, а площадь наиболее крупной камеры превышает 300 м².

Другой тип древних сооружений нежилого назначения связан с добычей твердых полезных ископаемых: меди, железа, золота, алмазов и т.п. Такие подземные рукотворные пространства называются шахтами.

Шахта является очень богатым и разнообразным «техноценозом», в котором «обитает» большое количество самых разнообразных технических устройств. Надо опустить человека под землю, обеспечить его орудиями труда, организовать транспортировку добытой руды на поверхность, при этом необходимо обеспечить освещение, вентиляцию, связь. Очень важно предусмотреть средства безопасности, которые спасут человека при обрушении, наводнении, выбросе газов, пожаре и т.п. Всё это делается с помощью различных технических средств.

Порой, чтобы добраться до места своей работы шахтеру приходится преодолевать до десятка километров под землей. Для этого существует специальный подземный транспорт, который и до работы довезет, и оборудование доставит, и добытую руду к поверхности поднимет. Как крот сильно отличается от всех животных, обитающих на поверхности, так и подземный транспорт выглядит необычно по сравнению со своими наземными коллегами: его конструкторы заботились о безотказности, безопасности и вовсе не гнались за скоростью и красотой.

В тесном пространстве шахты умудряется соседствовать такое количество различного транспорта, какое на земле вряд ли можно встретить: это и локомотив, передвигающийся по рельсам, конвейер, перемещающий руду, самоходный транспорт на пневмошинном механизме перемещения, гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический.

Также на шахте есть трудяги, не прерывающие работу ни на минуту, даже тогда, когда шахта не работает. Это вентиляторы, вместе составляющие сложную вентиляционную систему, и насосы, постоянно выкачивающие воду. Иногда рядом с шахтой образуется озеро из выкачанной ими воды! Прекрати они работу - шахту заполнит водой или ядовитыми газами.

Непременный атрибут шахтера - отбойный молоток. Это механический ручной инструмент ударного действия, предназначенный для разрыхления и раскалывания не очень крепких материалов, он бывает пневматическим, электрическим, бензиновым, гидравлическим. Первый вариант отбойного молотка был изобретён итальянским инженером Жерменом Соммейе в конце 1850-х годов. Использование этого инструмента позволило очень быстро прокладывать тоннели, строительством которых Соммейе руководил. Американский изобретатель Чарльз Кинг 30 января 1894 года запатентовал станковой пневматический перфоратор, получивший современное название «отбойный молоток». Естественно, что применение отбойных молотков увеличило производительность труда шахтера в десятки раз. Но и отбойный молоток уходит в прошлое. Сегодня им пользуются дорожные рабочие при разрушении старого асфальта, но в шахте его уже давно заменили огромные и более производительные комбайны.

Многие шахты работают годами и даже десятилетиями, выбранные в них миллионы тонн грунта огромными горами высятся над землей. Даже не верится, что это - дело человеческих рук. Можно себе представить, сколько подземных ходов вырыто! Часто бывает так, что площадь территории, под которой проложены тоннели шахты, во много раз больше шахтерского поселка или даже города на поверхности.

Самыми глубокими шахтами являются золотодобывающие. А самая глубокая из них находится в 50 км к юго-западу от Йоханнесбурга (Южно-африканская республика) вблизи городка Таутона. На шахте работают около 6000 шахтеров. За полвека работы на этой шахте добыто примерно 1200 т золота. 15 июля 2007 г. на шахте Таутона была зафиксирована глубина выработки 3778 м. Температура на такой глубине превышает 55 С, и лишь при мощной вентиляции воздух в забоях удается охладить до 28 С. Можно себе представить, что чувствует человек, когда находится под четырехкилометровой толщей земли и чувствует горячее дыхание раскаленных земных недр.

Самое глубокое проникновение человека внутрь Земли зафиксировано на Кольской сверхглубокой скважине (СГ-3) в Мурманской области. Её глубина составляет 12 261 метра. В отличие от шахт и сверхглубоких скважин, которые делались для добычи полезных ископаемых, нефти или геологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования Земли.

Но вернемся к освоению подземного пространства в практических целях. Подземные жилые постройки Древности обнаруживаются на территории Грузии, Kитая, Болгарии и др. стран. Но масштабы этих подземных сооружений были ограничены техническими возможностями простых механизмов и мускульной энергией людей и животных. Важным событием в освоении подземелья стало изобретение… динамита! В 1868 году Нобель получил патент на смесь нитроглицерина со способными впитывать его веществами, названную динамитом. Взрывчатые способности этого вещества позволили значительно увеличить объемы выбираемого грунта, проводить работы в твердом скальном грунте.

Появляются различные подземные сооружения промышленного назначения и соответствующего масштаба.

Одна из крупнейших областей подземного строительства - транспортное тоннелестроение. Тоннель, сколь дорогостоящим бы не был, рано или поздно окупается, так как значительно сокращает расстояние между пунктами сообщения. Особенно важен тоннель тогда, когда он позволяет соединять населенный пункт с остальным миром, ранее доступный только посредством воздушного транспорта. Именно в этом смысле и используется эпиграф к этому параграфу. Любое пространство - будь то эфемерная атмосфера или неподатливая среда литосферы, разделяют людей. И чтобы быть вместе, люди его преодолевают.

Самый длинный действующий тоннель в мире Сэйкан соединяет острова Хоккайдо и Хонсю в Японии. Его длина составляет 53 850 метров. Его строили более 40 лет, и потратили более 3,6 миллиардов долларов, но это того стоило - благодаря тоннелю Япония сильна и едина и по сей день.

Но на первом месте его скоро потеснит Готардский базовый тоннель. Этот железнодорожный тоннель длиной 57 км соединяет Швейцарию и Австрию, а в глобальном масштабе объединяет южную Европу с северной через Альпийские горы. Прокладка завершилась 15 октября 2010 года, а открытие планируется на 2017 год. Пуск тоннеля в эксплуатацию уменьшит время движения поезда из Цюриха в Милан с 3 часов 40 минут до 2 часов 50 минут. При большой интенсивности движения эти 50 минут дадут значительную экономию и окупят строительство.

Другой тоннель международного масштаба называется Евротоннелем. Он проходит под Ла-Маншем и соединяет Соединенное Королевство и Францию 50500-метровым проходом. Этот тоннель можно назвать и самым долгостроящимся. Сооружение его началось в 1802 году, а закончилось в 1994. Нельзя сказать, что все это время кто-то потихоньку копал тоннель. Все это время обе стороны колебались, а стоит ли им объединяться? Действительно, если бы тоннель был построен в начале XX века, он, наверное, был бы уничтожен в ходе последующих двух мировых войн. Строить тоннель начали только в 1988 году и прокопали достаточно быстро. Его существование символизирует окончательное объединение Британии с Европейским континентом. Правда, Евротоннель до сих пор не окупился, но современный мир без него уже немыслим.

Но самые длинные тоннели соединяют не страны, а отдельные районы больших городов, и называются они везде одинаково - известным каждому словом - Метро!

Термин «метро» получен от сокращения слова «метрополитен», который, в свою очередь, произошел от названия английской компании «Metropolitan Railways», что в переводе с английского означает «Столичные железные дороги». Эта компания 10 января 1863 года в Лондоне открыла первую в мире линию железной дороги протяженностью 3,6 км для поездов городского курсирования. Уже в первый же день новый вид транспорта показал свой огромный потенциал - его услугами воспользовалось около 30 тыс. человек, несмотря на копоть из трубы паровоза. А настоящий подземный метрополитен появился в Нью-Йорке в 1904 году.

Сегодня ни один уважающий себя мегаполис не может обойтись без метрополитена, малейший сбой работы которого приводит к транспортному хаосу всего города и парализует работу миллионов людей.

Неудивительно, что в России первое метро появилось в Москве. Из двух российских столиц Москва нуждалась в метро значительно сильнее, чем Петербург. Не только потому, что Москва имеет большие размеры, сколько вследствие исторически беспорядочной застройки центра города. Тогда как Петербург сразу строился по общему плану и поэтому в итоге получил более работоспособную систему общественного транспорта.

Проект первого метрополитена в Москве представили инженеры Балинский и Кнорре. Они предложили соорудить диаметральную линию, а затем две кольцевые линии. Протяженность всех линий предполагалось довести до 54 километров. Городские чиновники и предприниматели, занимающиеся конными и трамвайными перевозками, в случае реализации проекта лишались своих прибылей. Поэтому в сентябре 1902 года в Большом зале Московской Городской думы проект был похоронен. Повод отклонения проекта был найден самый серьезный: «церковь Трех Святителей у Красных ворот, Никиты Чудотворца на Ордынке, Св. Духа у Пречистенских ворот и другие, ввиду близости эстакады, которая в некоторых местах приближается к храмам на расстояние 3-х аршин, умаляются в своем благолепии». Так проект московского метро отправился в архив вслед за трамваями Пироцкого.

Но рано или поздно Москва должна была вернуться к транспортной проблеме, которая становилась все острее и острее. В июне 1931 года первый секретарь Московского комитета ВКП(б) Л.М. Каганович продвигает на партийном пленуме решение срочно строить метро. В конце ноябре 1931 года во дворе дома №13 по Русаковской улице около Сокольников началось строительство.

Опыта постройки метрополитена у наших специалистов не было, поэтому для его постройки привлекались донбасские шахтеры. Стройка осложнялась наличием «плывунов» - неустойчивого грунта из песка и воды. Большой проблемой стало изготовление эскалаторов, которые были по тем временам эксклюзивным товаром, производимым только двумя английскими фирмами. Пришлось покупать один из них за баснословные деньги, а затем на его основе налаживать производство своих эскалаторов.

Первый в нашей стране метрополитен был открыт в Москве 15 мая 1935 года. Первая очередь была протяженностью 11,6 километра и имела 13 станций. Но даже эта коротенькая трасса стала для перегруженной Москвы большой помощью - в сутки по ней проезжало 177 тысяч пассажиров.

Занимая сегодня пятое место в мире по развитости железнодорожной сети, московское метро прочно удерживает первенство по количеству перевозимых пассажиров. Ежедневно его услугами пользуется от 8 до 10 миллионов человек! Под землю и обратно их перемещает более 600 эскалаторов, а свежим воздухом обеспечивают около 5000 вентиляторов. Иностранцы, увидевшие мраморные дворцы наших станций метрополитена, начинают понимать, почему мы не называем наше метро «подземкой». Но еще больше их поражают полутораминутные интервалы между поездами московского метро - такого короткого интервала нет нигде в мире, даже в суперкомпьютеризированном Токийском метро.

Сегодня, кроме Москвы и Петербурга метро имеется в семи городах России: в Екатеринбурге, Новосибирске, Самаре, Нижнем Новгороде и Казани.

Основным недостатком метро, конечно же, остается огромная стоимость его строительства. Но альтернативы нет - российские города-миллионники сегодня просто задыхаются в автомобильных пробках, что снижает их привлекательность для постоянного проживания, инвестиций и бизнеса.

Современное метро - это город в городе, подземное отражение своего верхнего двойника. Там есть свои магистральные проспекты, тихие и даже заброшенные улицы. Если какой-нибудь микрорайон города начинает бурно развиваться, туда тянется и метро, и наоборот, если на пустынном месте вдруг появляется станция метро, вокруг нее сразу же начинается бурное наземное строительство. О метро слагаются легенды, мифы, снимается кино, пишутся романы и фантастические повести. Многие фантасты считают, что в случае глобальной катастрофы метро станет основным местом обитания людей.

Но кроме метрополитена существуют подземные сооружения, не уступающие ему в масштабах. В настоящее время построено множество подземных водохранилищ, что позволяет располагать их рядом с городами. Это не требует значительной площади для организации водоохраной зоны, необходимой для открытых водоемов.

В 1907 году в Германии первыми догадались строить подземные гидроэлектростанции. В 1914 году немецкие инженеры приспосабливают выработки законсервированных шахт под склады, а в 1917 году строят первый подземный приборостроительный завод. Идея постройки подземного завода оказалась для того времени весьма кстати. Подземный завод трудно обнаружить и невозможно разбомбить. Отсутствие вибрации, шума, благоприятный микроклимат благоприятствуют размещению под землёй заводов точного приборостроения, электроники, специального машиностроения и др. Неудивительно, что практика постройки подземных заводов быстро распространилась. B 1930-e гг. подземное строительство авиазаводов, ангаров, складов боеприпасов, гаражей, нефтехранилищ велось во Франции, Швеции, Германии, США. В Швеции в 1939 году начал работу подземный завод по очистке сточных вод. В городе Aтчисон (США) вступил в эксплуатацию первый крупный подземный холодильник.

Практика использования подземных промышленных предприятий показала их технико-экономическую эффективность и безопасность. B 1950 году в США появляется новый тип подземных сооружений - хранилища газа и нефти. Уже к концу 1960-x гг. в США около 98% сжиженных газов хранилось в подземных условиях. Сегодня десятки стран, в том числе, и Россия, имеют множество таких хранилищ. Некоторые из них поражают своими размерами: подземный завод может иметь объем свыше 1 млн. м³, а газохранилище вполне может иметь объем в несколько млрд. м³! K cepедине 80-x гг. XX века количество подземных ГЭС, эксплуатируемых и строящихся в мире, достигло 400, a их общая мощность - 50 млн. кBт.

Современная техника позволяет осваивать большие объёмы извлекаемых горных пород. Например, объём всех подземных выработок Pогунской ГЭС мощностью 2,7 млн. кBт - 5,6 млн. м³. Можно только представить машинный зал такой подземной ГЭС протяжённостью до 500 м. Сказочные гномы Мории, увидев такое, наверное, сильно бы позавидовали.

Этим станциям не страшны природные катаклизмы, такие как ураган, снегопад, перепад температур, затруднена возможность уничтожения в случае войны, при террористическом акте или при падении самолета, уменьшаются потери тепла и т.п. При землетрясении сейсмическая активность на глубине значительно меньше, чем на поверхности. По расчётам Горного института Кольского научного центра Российской Академии Наук, для АЭС, заглублённой на 120 м, при землетрясении такой же мощности сейсмическое воздействие уменьшается в 1,4-1,7 раз. Совершенно логично, что под землю стали помещать и атомные электростанции.

...