Наука о космосе и космическая техника

Практически все значительные успехи современной тяжелой авиации связаны с использованием реактивного двигателя, функционирование которого основано на принципе движения ракеты, т. е. на противодействии силе термической реакции. Примитивные пороховые ракеты впервые появились в Китае еще в XI в., их перспективность в военном деле признавали многие ученые и изобретатели разного времени. Однако идея применения ракет в качестве двигателей космических кораблей родилась в России на рубеже XIX –XX вв., ее автором был К. Э. Циолковский (1857 – 1935). Циолковский появился на свет в многодетной семье лесничего, жившего в селе Ижевском под Рязанью. В десятилетнем возрасте будущий конструктор почти полностью оглох от перенесенной скарлатины. В такой ситуации ему пришлось оставить школу и заниматься самообразованием. Циолковский рано увлекся математикой, естественными науками, стал изобретать. Уже тогда им были изготовлены воздушный шар из папиросной бумаги, миниатюрный токарный станок, коляска, передвигающаяся при помощи ветра. В 1879 г. Циолковский сдал экзамен на звание народного учителя и был направлен преподавать математику в г. Боровск. В 1892 г. он переехал в Калугу, где до самой смерти занимался педагогической и научной деятельностью. Результатом последней стала одна из его главных работ «Исследование мировых пространств реактивными приборами», вышедшая в 1903 г. В ней ученому удалось обосновать основные принципы баллистики ракет и доказать преимущества жидкого топлива при их эксплуатации. Однако еще долгое время научный мир был не готов воспринять идеи основоположника космонавтики.

В годы гражданской войны в Советской России К. Э. Циолковский мог оказаться в концентрационном лагере по нелепому обвинению в содействии белому движению. К счастью, среди руководства страны нашлись люди, понимающие прогрессивное значение трудов ученого. В 1920-е гг. он получил возможность продолжить свою работу. Это время стало самым плодотворным в жизни Циолковского. Он рассчитал параметры трех космических скоростей, равных соответственно 8, 11 и 16,5 км / с. Однако для достижения хотя бы первой из них вес топлива должен был составить 95 % массы запускаемого аппарата. В такой ситуации конструктор пришел к мысли о создании многоступенчатых ракет, своеобразных космических поездов. Эта идея стала поистине гениальной, ее воплощение в жизнь дало возможность покорить космос будущим поколениям. Предвидя это, Циолковский проектирует скафандры, космические корабли и станции, разрабатывает теорию поэтапного освоения Солнечной системы. Еще при его жизни была создана Группа изучения ракетного движения, переименованная в 1933 г. в Реактивный научно-исследовательский институт, который возглавил выдающийся отечественный конструктор С. П. Королев.

Открытие космической эры в истории человечества состоялось 4 октября 1957 г., когда в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли весом 84 кг со скоростью 28565 км / ч. Вторым глобальным событием на пути покорения космоса стал полет советского гражданина Ю. А. Гагарина вокруг нашей планеты. Это произошло 12 апреля 1961 г. на корабле «Восток». Продолжительность его полета составила 1 час 48 мин., а максимальная высота равнялась 327 км. Затем на околоземной орбите оказываются Г. С. Титов,        А. Г. Николаев, П. Р. Попович, В. Ф. Быковский, а 16 июня 1963 г. – первая в мире женщина-космонавт В. В. Терешкова. 18 марта 1965 г. состоялся первый в мире выход человека в открытый космос, его совершил А. А. Леонов, который удалился от корабля на 5 м и провел за его бортом 12 мин. 9 с. К этим достижениям причастны г. Омск и его жители. Именно сюда в период Великой Отечественной войны был отправлен на хранение архив К. Э. Циолковского, благодаря чему его научное наследие не пострадало и в мирное время было издано Академией наук СССР. Небезынтересно знать, что момент пуска космического корабля с Юрием Гагариным на борту определялся по стрелке специального прибора, произведенного в Омске. Кроме того, в оснащении этого корабля присутствовала измерительно-преобразовательная головка, выпущенная местным «Электроточприбором». В свою очередь в медицинском обеспечении первых космических полетов принимал участие омич                     И. Т. Акулиничев. Именно он проводил обследование состояния здоровья Гагарина после приземления. И. Т. Акулиничев прошел путь от выпускника Омского медицинского института до члена Международной академии астронавтики. За успехи в изучении физиологии человека в космическом пространстве он был награжден Золотой медалью имени Христофора Колумба. Из всех наших соотечественников такой чести удостаивались только академик М. В. Келдыш и сам Ю. А. Гагарин.

Следует отметить, что покорение космического пространства Советским Союзом осуществлялось в условиях острой конкуренции со стороны США В 1958 г. они запускают свой первый спутник, но весил он всего 14 кг. В ответ на успешный запуск в 1960 г. советского корабля с двумя подопытными собаками Белкой и Стрелкой американцы направляют в космическое пространство шимпанзе. Однако из-за технических неполадок их аппарат с приматом был досрочно возвращен на Землю. Вслед за Ю. Гагариным США запускают корабль с астронавтом А. Шепартом на борту, но на высоту, не превышающую 250 км. В целом к лету 1963 г. советские космонавты совершили 259 витков вокруг Земли, а их американские коллеги – всего 34. Однако к концу десятилетия произошло выравнивание технологий в освоении космоса двух конкурирующих держав. Это в частности выразилось в высадке 21 июня 1969 г. американских астронавтов Нила Армстронга и Эдвина Олдрина на поверхность Луны, где они провели 21 час 32 мин., собрав 22 кг грунтовых пород. В лунной экспедиции участвовал также Майкл Коллинз, но он во время этого исторического события оставался на орбите в модуле «Колумбия». На Луне были установлены флаги США и ООН, которые на кино и фотоснимках изображены развевающимися, чего в безвоздушном пространстве быть не может. Это впоследствии вызвало некоторые подозрения в подлинности экспедиции. Между тем специалисты не сомневаются в ее реальности, допуская фальсификацию самих снимков для большего эффекта. В 1970 г. изучение лунной поверхности продолжил советский самоходный аппарат, управляемый с Земли. «Луноход», преодолевая подъемы до 30°, обследовал территорию площадью 80 тыс. кв. м. Поработав 301 сутки, он передал на Землю более        20 тыс. снимков и 200 телепанорам.

Попытки  исследования  лунной  поверхности  продолжились  в  XXI  в.  В декабре 2013 г. китайский космический корабль «Чанъэ-3» с луноходом под названием «Нефритовый заяц» на борту совершил успешную посадку на спутнике Земли. Таким образом, Китай стал третьей державой после США и СССР, запустившей космический аппарат непосредственно на Луну.

Данные факты прямо свидетельствуют о необходимости международного сотрудничества в области космоса. Такие попытки начали осуществляться еще в прошлом столетии, когда созрели объективные предпосылки для советско- американских исследований космического пространства. Так, с 15 по 21 июля 1975 г. прошел эксперимент по программе «Союз – Аполлон», в ходе которого произошла стыковка двух кораблей СССР и США. Однако новый виток «холодной войны» приостановил эти начинания. Новое сотрудничество началось только в XXI в. К его началу отечественная космонавтика подошла с ощутимыми потерями из-за кризиса экономики и недостатка финансирования. Правда, даже в этих условиях она не потеряла конкурентоспособности по целому ряду позиций. Между тем отставание российской космонавтики по созданию кораблей многоразового использования по-прежнему не преодолено. Созданный в советское время космический челнок «Буран» с автоматическим управлением совершил всего один полет, а далее программа его развития была заморожена.  

Недавно в США был сконструирован космический челнок «Венчурстар», способный стартовать с Земли без дополнительных ускорителей и запасных топливных баков. В случае успешных испытаний это даст возможность удешевить стоимость доставки грузов на орбиту в 10 раз. В настоящее время США заметно опережают Россию в области исследования глубокого космоса,   т. е. различных планет. Об этом в первую очередь свидетельствуют полеты к Марсу и высадка на его поверхность самоходных аппаратов. В 1998 г. марсоход «Соджернер» за 83 дня работы выдал более 500 изображений отдельных фрагментов поверхности планеты. Затем связь с этим марсоходом была утеряна. В 2004 г. его работу продолжили марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити». В результате этих экспедиций был сделан химический анализ 10 образцов камней и грунта, проведены многочисленные замеры различных параметров атмосферы. Ученые пришли к выводу о том, что в прошлом поверхность Марса была схожа с земной, на нем имелось много воды и было теплей. Возможно на Красной планете когда-то существовала органическая жизнь, перенесенная на Землю с падающими метеоритами. В 2012 г. данные выводы подтвердил новый американский марсоход «Кьюриосити», приборы которого обнаружили следы пересохшего водяного потока в кратере Гейл. Важно отметить, что марсоход снабжен нейтронным генератором типа «ДАН» российского производства, способным зафиксировать  наличие воды на глубине грунта до одного метра. В качестве топлива марсохода использовался плутоний, также полученный в России.

На международной авиационно-космической конференции в Москве, состоявшейся в 2009 г., было заявлено, что пилотируемая экспедиция на Марс должна быть организована США и РФ с привлечением космических агентств других стран. С этой целью был проведен эксперимент по моделированию полета на Красную планету в специальном наземном комплексе. Его участники провели в изоляции 520 суток, выполняя роль членов интернационального экипажа космического корабля. Эксперимент завершился в декабре 2011 г.  

Американские исследователи начали проявлять интерес к планете Сатурн. В октябре 2005 г. автоматическая станция «Кассини» совершила пролет вблизи его спутников Гиперион и Тефия, передав изображение их поверхностей. В настоящее время космический аппарат «Пионер-10», запущенный с мыса Канаверал штата Флорида еще в 1986 г., движется к Плутону, орбита которого удалена от Земли на 5,9 млрд км. «Пионер» несет специально изготовленную табличку, предназначенную для установления возможных контактов с гуманоидами. На ней изображены мужчина и женщина, а также схема, показывающая, из какой части Солнечной системы этот  аппарат направлен.

В наши дни зарождается новое направление космонавтики, связанное с коммерческими путешествиями в пределах земной орбиты. Первые туристы уже посетили международную космическую станцию. Между тем в планах германо-американского концерна «Даймлер – Крайслер» и японской компании «Кавасаки» значится сооружение космического отеля к 2020 г. В свою очередь российская корпорация «Энергия» предоставила в Федеральное космическое агентство сенсационный проект туристических полетов к Луне. К 2025 г. ученые собираются разместить там поселения людей, тем более что состав искусственной атмосферы уже открыт в научных лабораториях России. Он представляет собой кислородно-аргонную смесь, позволяющую создать внутри замкнутого помещения благоприятную среду для жизни человека. К середине XXI в. подобные поселения должны появиться на Марсе. Технически осуществить данные планы скорее всего будет возможно, но пока неясно, будет ли в этом практическая необходимость.