Конспект урока «Пилигримы космоса» по физике

Пилигримы космоса

Содержание

1.Введение

2.О первых спутниках

3. Пилигримы космоса

4.Проблемы ИСЗ

5.Заключение

1.Введение

Преодолев земное притяженье,

Ракета от Земли оторвалась…

И не было счастливее мгновенья –

Здесь новая эпоха началась.

Ступень… вторая… Третья отделилась,

Сгорая в атмосфере без следа…

А над Землей внезапно появилась

Стремительно летящая звезда.

И Человечество застыло в изумленье:

Летящий в небе серебристый шар -

Рук человеческих великое творенье -

Был послан от Земли Вселенной в дар.

12 апреля вся наша страна отмечает праздник – День авиации и

космонавтики.

В этом году также мы будем отмечать много юбилеев: исполняется 55 лет

со дня запуска первого искусственного спутника Земли. Это произошло 4

октября 1957 года. Исполняется 105 лет со дня рождения С.П. Королева, 155

лет со дня рождения К.Э. Циолковского, 165 лет со дня рождения Н.Е.

Жуковского.

Все люди живут под одним и тем же небом. Его красота

пробуждает в нас высокие и светлые чувства, дарит радость творческого

вдохновения. Его тайны призывают человеческий разум к

размышлению, к исследованию физического мира. Понять природу

наблюдаемых тел и явлений во Вселенной, дать объяснение их

свойствам,узнать, как они возникают и развиваются, люди

хотели всегда.Все мы помним легенду о мальчике Икаре ,который хотел

взлететь высоко к Солнцу и преодолеть притяжение Земли.

Долгим и трудным путем шло человечество к осуществлению мечты о

покорении Вселенной. У ее истоков стояли мужественные люди, гениальные

ученые, смелые мечтатели: Н. Коперник, Д. Бруно, И. Кеплер, Г. Галилей, И.

Ньютон, М. Ломоносов, К. Циолковский,С.П.Королёв

И я с гордостью могу сказать ,что самая большая заслуга принадлежит

ученым моей необъятной России:К.Э.Циолковскому и С.П.Королеву.

Сегодня к спутникам — нарушителям спокойной картины ночного неба —

все давно привыкли.

Созданные на заводах и запущенные на орбиту, они продолжают «кружить»

во благо человечества.

2.О первых спутниках

Что же представляют собой искусственные спутники и какую пользу из них

извлекает человек?

Рис.1 Из пушки на Луну

Рис.2

Рис.3Первый искусственный спутник Земли

4 октября 1957 г. в СССР с космодрома Байконур был осуществлен запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это всемирно-историческое событие стало началом новой эры в истории человечества — эры изучения и освоения космического пространства.

Рис.4 Спутник-1 — первый искусственный спутник Земли, был запущен на орбиту в СССР
4 октября 1957 г.

Кодовое обозначение спутника — ПС-1 (Простейший Спутник-1). Запуск осуществлялся с 5-го научно-исследовательского полигона министерства обороны СССР «Тюра-Там» (получившего впоследствии открытое наименование космодром Байконур) на ракете-носителе «Спутник» (Р

Рис.5 3 ноября 1957 года запущен 2-й ИСЗ с собакой Лайкой на борту

Рис.6 15 мая 1958 года запущен 3-й ИСЗ с научной аппаратурой

2 января 1959 года запуск космической станции «Луна». Достигнута вторая космическая скорость

Рис.7 Автоматическая станция "Луна-1"
АМС «Луна-1» стала первым в мире космическим аппаратом, достигшим второй космической скорости, преодолевшим притяжение Земли и ставшим искусственным спутником Солнца

12 февраля 1961 года вышла за пределы земного притяжения автоматическая межпланетная станция «Венера-1»

Рис.8 Автоматическая межпланетная станция "Венера - 1"

Рис.9 Круговая

орбита искусственного спутника

При сообщении телу начальной скорости в горизонтальном направлении дальность полета зависит от величины скорости. При этом Земля вследствие вращения «убегает» от падающего тела. Существует скорость, при которой тело не упадет на поверхность Земли.

Рис.10 Космические скорости Земли

Космическая скорость

ИСЗ выводятся на орбиты с помощью многоступенчатых ракет-носителей, которые поднимают их на определенную высоту над поверхностью Земли и разгоняют до скорости, равной или превышающей (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость. Запуски ИСЗ с помощью собственных ракет-носителей производят Россия, США, Франция, Япония, КНР и Великобритания. Некоторые ИСЗ, изготовленные в Канаде, Италии, ФРГ, Индии, Нидерландах, Франции и других странах, запускаются с помощью советских и американских ракет-носителей. Ряд ИСЗ выводятся на орбиты в рамках международного сотрудничества. Таковы, например, спутники «Интеркосмос». Исследования на этих спутниках осуществляются совместно учеными многих стран.

Рис.11 ИСЗ и Земля

3. Пилигримы космоса

Уже к ноябрю 1979 г. было запущено около 2400 ИСЗ различных типов, в том числе примерно 1400 в СССР и около 1000 в США и других странах.

Рис .12 Диаграмма запусков ИСЗ с 1957 по 2010 годы

Рис.13 Предназначение спутников

Искусственными спутниками, по существу, являются все летательные космические аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли, включая космические корабли и орбитальные станции с экипажами. Однако к ИСЗ принято относить главным образом автоматические спутники, не предназначенные для работы на них человека-космонавта. Это вызвано тем, что пилотируемые космические корабли существенно отличаются по своим конструктивным особенностям от автоматических спутников. Так, космические корабли должны иметь системы жизнеобеспечения, специальные отсеки — спускаемые аппараты, в которых космонавты возвращаются на Землю. Для автоматических ИСЗ такого рода оборудование не обязательно или вовсе излишне.

Классифицировать ИСЗ можно по различным признакам. Основной же принцип классификации — по целям запуска и задачам, решаемым с помощью ИСЗ. Кроме того, ИСЗ различаются по орбитам, на которые они выводятся, типам некоторого бортового оборудования и т. д.

По целям и задачам ИСЗ подразделяются на две большие группы — научно-исследовательские и прикладные. Научно-исследовательские спутники предназначены для получения новой научной информации о Земле и околоземном космическом пространстве, для проведения астрономических исследований, исследований в области биологии и медицины и других областях науки. Прикладные спутники предназначены для разрешения практических нужд человека, получения информации в интересах народного хозяйства, проведения технических экспериментов, а также для испытания и отработки нового оборудования.

По орбитам, на которые ИСЗ выводятся, спутники Земли делятся на круговые, эллиптические, экваториальные (плоскость орбиты ИСЗ лежит в плоскости экватора), полярные (плоскость орбиты ИСЗ составляет с плоскостью экватора 90°), стационарные. Последние особенно интересны. Если ИСЗ вывести на круговую экваториальную орбиту высотой над поверхностью Земли 35 860 км и направить его движение в сторону направления вращения Земли, то такой ИСЗ будет находиться на стационарной орбите и казаться «висящим» неподвижно над одной точкой земного экватора. Стационарные орбиты особенно удобны для спутников связи.

Размеры, масса, оборудование ИСЗ зависят от задач, которые спутники решают. Первый в мире советский ИСЗ имел массу 83,6 кг, корпус в виде шара диаметром 0,58 м. Масса наименьшего ИСЗ составляла всего 700 г. Масса советского ИСЗ «Протон-4» около 17 т.

Размеры корпуса ИСЗ ограничиваются размерами головного обтекателя ракеты-носителя, защищающего спутник от неблагоприятного воздействия атмосферы на участке выведения ИСЗ на орбиту. Поэтому диаметр, например, цилиндрического корпуса ИСЗ не превышает 3—4 м. На орбите размеры ИСЗ могут значительно увеличиться за с*чет развертываемых элементов спутника — панелей солнечных батарей, штанг с приборами, антенн.

Рис.14 ИСЗ

Оборудование ИСЗ очень разнообразно. Это, во-первых, аппаратура, с помощью которой обеспечивается выполнение поставленных перед спутником задач, — научно-исследовательская, навигационная, метеорологическая и т. п. Во-вторых, так называемое служебное оборудование, призванное обеспечить необходимые условия для работы основной аппаратуры и связь между ИСЗ и наземным пунктом. К служебному оборудованию относятся системы энергопитания (солнечные батареи. электрохимические источники тока, радиоизотопные электрогенераторы), радиотелеметрическая система для передачи на Землю информации и приема на спутнике командных сигналов, система терморегулирования для создания и поддержания необходимого теплового режима работы аппаратуры. Служебные системы обязательны для подавляющего большинства ИСЗ. Кроме того, как правило, ИСЗ снабжается системой ориентации в пространстве, тип которой зависит от назначения спутника (ориентация по небесным телам, по магнитному полю Земли и т. п.), и бортовой электронной вычислительной машиной для управления работой приборов и служебных систем. Иногда на ИСЗ устанавливается спускаемый аппарат для возвращения на Землю приборов, материалов эксперимента, подопытных животных

Известно, одним из главных условий выхода спутника на орбиту является его скорость — 7,9 км/с для низкоорбитальных спутников. Именно при такой скорости наступает динамическое равновесие и центробежная сила уравновешивает силу тяжести. Иными словами, спутник летит настолько быстро, что не успевает упасть на земную поверхность, поскольку Земля в прямом смысле слова уходит у него «из-под ног» из-за того, что она круглая. Чем больше начальная скорость, сообщенная спутнику, тем выше будет его орбита. Однако по мере удаления от Земли скорость на круговой орбите падает и геостационарные спутники движутся по своим орбитам со скоростью всего 2,5 км/с. При решении задачи длительного и даже вечного существования космического аппарата (КА) на околоземной орбите необходимо поднимать его на все большую высоту. Стоит заметить, что на движение КА существенным образом влияет и атмосфера Земли: даже будучи сверхразреженной на высотах свыше 100 км от уровня моря (условной границы атмосферы), она заметно тормозит их. Так что со временем все КА теряют высоту полета и срок их пребывания на орбите напрямую зависит от этой высоты.

С Земли спутники видны только ночью и в те моменты времени, когда они освещены Солнцем, то есть не попадают в область земной тени. Необходимость совпадения всех перечисленных факторов приводит к тому, что продолжительность наблюдения большинства низкоорбитальных спутников составляет в среднем по 10 минут перед входом и столько же — после выхода из тени Земли. При желании земные наблюдатели могут систематизировать спутники по яркости (на первом месте здесь находится Международная космическая станция (МКС) — ее яркость приближается к первой звездной величине), по периодичности мерцания (определяемой вынужденным или специально заданным вращением), по направлению движения (через полюс или в ином направлении). На условия наблюдения спутников существенным образом влияют цвет его покрытия, наличие и размах солнечных батарей, а также высота полета — чем она больше, тем медленнее движется спутник и тем существенно менее ярким и заметным он становится.

Большая высота полета (минимальное расстояние до Земли 180— 200 км)

скрадывает размер даже таких относительно больших КА, как орбитальные

комплексы «Мир» (сведенный с орбиты в 2001 году) или МКС, — все они

видны, как светящиеся точки, большей или меньшей яркости. Простым

глазом, за редким исключением, опознать спутник невозможно. Для целей

точной идентификации КА используют различные оптические средства — от

биноклей до телескопов, что простому наблюдателю не всегда доступно, а

также расчеты их траекторий движения. Опознать отдельные КА астроному-

любителю помогает Интернет, где публикуется информация о

местонахождении спутников на околоземной орбите. В частности, любой

желающий может войти на сайт NASA, где в режиме реального времени

отображается текущее местонахождение МКС.

Различают следующие типы спутников:

• Астрономические спутники— это спутники, предназначенные для исследования планет, галактик и других космических объектов.

• Биоспутники— это спутники, предназначенные для проведения научных экспериментов над живыми организмами в условиях космоса.

• Дистанционного зондирования Земли

• Космические корабли— пилотируемые космические аппараты

• Космические станции— долговременные космические корабли

• Метеорологические спутники— это спутники, предназначенные для передачи данных в целях предсказания погоды, а также для наблюдения климата Земли

• Малые спутники— спутники малого веса (менее 1 или 0.5 тонн) и размера. Включают в себя мини-спутники (более 100 кг), микроспутники (более 10 кг) и наноспутники (легче 10 кг)

• Разведывательные спутники

• Навигационные спутники

• Спутники связи

• Экспериментальные

Рис.15.ИСЗ на орбите

4.Проблемы ИСЗ

В настоящее время остро стоит проблема утилизации ИСЗ.

На представленной диаграмме видно,сколько бездействующих ИСЗ обращается вокруг Земли. На сегодняшний день в околоземном пространстве вращается свыше пятнадцати тысяч объектов земного происхождения и только около трех тысяч из них – это искусственные спутники Земли в полном смысле этого слова, то есть космические аппараты, исполняющие на орбите свое функциональное назначение. Остальные 12000 – это ступени ракет-носителей и различные обломки. Такая плотность космического мусора уже таит в себе определенную угрозу, как для действующих на орбите и будущих аппаратов, так и для объектов на Земле. А в декабре 2011 года земляне с трепетом ожидали падение 6-тонного спутника .К,счастью, он упал в Тихий океан.

В 2009 году произошло первое орбитальное столкновение, в результате чего разбились два спутника связи – действующий американский и выведенный из эксплуатации российский. Как результат, пространство пополнилось сразу сотнями новых обломков, получивших собственные орбиты. В 2011 году из-за незапланированного столкновения с другим небесным телом вошел в атмосферу шеститонный спутник NASA, обломки которого, по всей вероятности не сгорели в атмосфере полностью, а достигли поверхности Земли.

Искусственных спутников Земли уже настолько много, что подняв глаза в ночное небо, вы непременно увидите медленно движущуюся звездочку (в отличие от самолетов, на них не мигают навигационные огни

Для предотвращения засорения космического пространства необходима программа, предусматривающая разработку правовых основ регулирования количества объектов искусственного происхождения в околоземном пространстве

На околоземных орбитах находится около 2500 пассивных объектов больших размеров и массы, являющихся потенциальными источниками образования по меньшей мере десятков и сотен тысяч новых осколков. В связи с этим вполне обоснованным представляется желание удалить их из космоса. в качестве средств поиска и захвата пассивных космических объектов могут рассматриваться многоразовые орбитальные корабли типа «Буран» и «Шаттл» и межорбитальные буксиры, оснащённые роботами-манипуляторами. Возвращение объектов на Землю возможно в грузовом отсеке орбитального корабля или путём автономного спуска в заданный район после торможения с помощью буксира.

5.Заключение

Звездная эра человечества началась 4 октября 1957 г., когда в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Это событие явилось поворотным этапом в истории земной цивилизации: впервые аппарат, созданный руками человека, совершил полет в космос, стал искусственным небесным телом.

Прошли десятки лет, пройдут столетия, но всегда с волнением люди будут помнить о первых спутниках Земли, запуски которых были осуществлены благодаря самоотверженному труду ученых, инженеров, рабочих нашей необъятной России.

Современные пилигримы космоса будут по-прежнему служить на благо человечеству.А мы ,как и все россияне,будем гордиться успехами своей Отчизны в освоении космического пространства.