Реферат
з астрономії
на тему:
«Наша З Сонячні система»
Зміст
1. Введення
2. Що таке і з чого складається Сонячна система?
2.1 Планети земної групи
2.2 Планети-гіганти або планети юпитерианской групи
3. Основна інформація про Сонце
4. Дослідження Сонячної системи
5. Астрономи навели порядок в Сонячній системі
6. Головна мета польотів до тіл Сонячної системи
7. Польоти до малих тіл Сонячної системи
8. Центр Дальнього Космічного Зв'язку (ЦДКС) в Євпаторії
9. Освоєння ресурсів Сонячної системи та перспективи міжзоряних польотів
10. У космічний політ під сонячним вітрилом
10.1 Система стабілізації
10.2 Регата-плазма
10.3 Регата-астро
10.4 Польоти до астероїдів і комет
Література
1. Введення
АСТРОНОМІЯ - це наука, яка займається вивченням об'єктів і явищ, що спостерігаються за межами атмосфери землі. Недарма прабатьки сучасної цивілізації стародавні греки в числі дев'яти муз шанували і покровительку астрономії - Уран. Як наука, астрономія грунтується насамперед на спостереженнях. На відміну від фізиків астрономи були позбавлені можливості ставити експерименти. Практично всю інформацію про небесні тіла приносить нам візуальне спостереження. Тільки в останні п'ятдесят років окремі світи стали вивчати безпосередньо: зондувати атмосфери планет, вивчати місячний і марсіанський грунт. Астрономія тісно пов'язана з іншими науками, насамперед із фізикою та математикою, методи яких широко застосовуються в ній. Але й астрономія є незамінним полігоном, на якому проходять випробування багато фізичних теорії. Космос - єдине місце, де речовина існує при температурах в сотні мільйонів градусів і майже при абсолютному нулі, в порожнечі вакууму і в нейтронних зірках. Останнім часом досягнення астрономії стали використовуватися в геології і біології, географії та історії.
Масштаби спостережуваного Всесвіту величезні і звичайні одиниці вимірювання відстаней - метри та кілометри - тут малопридатні. Замість них вводяться інші.
Астрономічна одиниця використовується при вивченні Сонячної системи. Це розмір великої півосі орбіти Землі: 1 а.о. = 149 мільйонів кілометрів. Більші одиниці довжини - світловий рік і парсек, а також їх похідні (кілопарсек, мегапарсек) - потрібні в зоряній астрономії та космології. Світловий рік - відстань, яку проходить промінь світла у вакуумі за один земний рік. Він дорівнює приблизно 9,5 • 1015 м. Парсек історично пов'язаний з вимірюванням відстаней до зірок за їх паралаксом і становить 1 пк = 3,263 світлового року = 206 265 а.о. = 3,086 • 1016 м.
Зараз вже немає необхідності визначати курс корабля по зірках, пророкувати розлив Нілу або вважати час за пісочним годинах: на зміну астрономії тут прийшли технічні засоби. Але астрономія і космонавтика, як і раніше незамінні в системах зв'язку і телебаченні, у спостереженнях Землі з космосу.
Астрономія вивчає фундаментальні закони природи і еволюцію нашого світу. Тому особливо велике її філософське значення. Фактично, вона визначає світогляд людей.
Зрозуміти природу спостережуваних тіл і явищ у Всесвіті, дати пояснення їх властивостями, люди хотіли завжди. Але вони будували картину світу, відповідну з тими даними, які мали і своїм світогляду. З плином часу картина світу змінювалась, тому що з'являлися нові факти і нові думки про сутність небесних явищ, а головне - з'являлася можливість перевірити правильність тих чи інших ідей через спостереження і вимірювання, використовуючи досягнення суміжних з астрономією наук. Не завжди зміна поглядів на світ мало характер простого уточнення - іноді це була справжня революційна ломка старих уявлень, як, скажімо, підтвердження геліоцентричної системи Коперника або теорії відносності Ейнштейна. Але і в ці переломні моменти астрономи зберігали глибоку повагу до праць своїх попередників, розглядаючи їх внесок як серйозний і важливий етап у загальному русі до істини.
Що йде корінням у сиву давнину, історія астрономії малює нам творців цієї науки як людей, кожен з яких представляв свій час. Їм були притаманні звичайні людські емоції і слабкості, їхні міркування містили і геніальні прозріння, і прикрі помилки. Але всі ці люди були підкорені величчю світобудови і спрямовували свої сили до пізнання істини про нього.
Професійних астрономів небагато - близько 10 тис. чоловік на всій земній кулі. Але завдяки зростаючому науково-технічному потенціалу цивілізації цієї кількості виявляється достатньо для того, щоб астрономічні дослідження швидко просувалися вперед.
Останні роки все більшої популярності набуває аматорська астрономія. Ціла армія шанувальників цієї науки купує або самостійно конструює телескопи, веде спостереження, фотографує небесні об'єкти. Їхній внесок у розвиток астрономії важко переоцінити.
Астрономія - це таке поле докладання людських сил та інтересів, яке може захопити будь-якого: і мрійника, і фізика, і лірика. Ось воно над вами - вічне зоряне небо, сповнене невимовною краси і високої таємниці. Воно відкрите всім і винагороджує вірних, наповнюючи їх життя світлом і сенсом. [1]
2. Що таке і з чого складається Сонячна система?
Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Ці дев'ять планет, що обертаються по величезних еліпсах навколо Сонця і утворюють нашу Сонячну систему. Сонячна систем разом з мільйонами інших зоряних систем утворюють нашу галактику - Чумацький Шлях. Оскільки Сонце перебувати на околиці Чумацького Шляху, то в ясну ніч його можна спостерігати у вигляді широкого слабо мерехтливого пояса.
За останній час ми багато дізналися про планети і зірки. Нам відомі їх розміри, вага і склад, відстань від них до Сонця і швидкості їх обертання. А сучасні астрономічні прилади, такі, як радіотелескопи і космічні зонди, дозволили нам з'ясувати, як же виник Всесвіт і зірки. Наше Сонце і планети народилися приблизно 5 мільярдів років тому з частинок пилу і газу, яких і сьогодні ще багато у Всесвіті. Ці частинки взаємно притягуються і з часом збираються в різних місцях Всесвіту в щільні хмари. Коли в хмарі набирається достатньо речовини, через збільшення сили тяжіння воно починає стискатися. У ньому підвищується тиск і температура, і врешті-решт воно починає палати - так виникло наше Сонце. Коли частинки пилу і газу збираються разом і ущільнюються, вони починають все швидше обертатися навколо центру нового небесного тіла. Зі збільшенням швидкості обертання збільшується і відцентрова сила, що діє на обертові тіла у протилежний від центру бік. Саме вона не дозволяє речовині впасти на формується Сонце, змушуючи певну його частину збиратися навколо центрального світила.
У Сонячній системі живуть самі різноманітні мешканці. Планети з їх місяцями, комети, астероїди, метеорні рої і міжпланетна середа, утримувані гравітаційним притяганням Сонця. Якщо не говорити про Сонце, в світлі якого меркне все, то головними членами Сонячної системи є планети. Планети є другими за значимістю, бо вони - самі масивні тіла, що знаходяться на орбітах навколо Сонця. Планети і астероїди рухаються навколо Сонця по орбітах, що лежить близько до площини земної орбіти і сонячного екватора і в тому ж напрямку, що і Земля. Орбіти великих планет лежать в межах 40 а. е. від Сонця, хоча область гравітаційного впливу Сонця набагато більше. Комети, спостережувані всередині Сонячної системи, можливо, походять з хмари Оорта, що знаходиться на відстані багатьох тисяч астрономічних одиниць.
Планети в Сонячній системі зібралися у дві компанії. Ближчою до Сонця є четвірка планет земної групи. Вони отримали свою назву за схожість з нашою планетою Земля. На вже поважних відстанях від центрального світила розташувалися планети-гіганти. Їх теж чотири. Давайте подивимося, чому ж ці дві групи один від одного відрізняються. [1]
2.1 Планети земної групи
До планет земної групи належать Меркурій, Венера, Земля і Марс (у порядку далекості від Сонця). При дослідженні цих планет з'ясувалося, що всі вони володіють малими розмірами і, головне, масами. Сама масивна з планет земної групи - Земля - до 330000 разів легше Сонця. Однак щільність планет земної групи досить велика: у середньому, вона в п'ять разів більше щільності води. [1]
2.2 Планети-гіганти або планети юпитерианской групи
Планети-гіганти розташувалися за орбітою Марса. Це Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Вже давно астрономи знають, що планети-гіганти набагато більше і масивніше планет земної групи. Найлегший гігант - Уран - у 14,5 рази масивніше Землі. Але навіть сама масивна планета Сонячної системи - Юпітер - в 1,000 разів поступається в цьому показнику Сонця. Втім, треба сказати, що за астрономічними мірками цю різницю можна назвати значною, але не величезною. У той же час, щільність планет гігантів 3-7 разів поступається щільності планет земної групи.
У планет-гігантів немає твердої поверхні. Гази їх великих атмосфер, ущільнюючись з наближенням до центру, поступово переходять у рідкий стан. Ці планети швидко здійснюють один оборот навколо своєї осі (10-18 годин). Причому, вони обертаються як би шарами: шар планети, розташований поблизу екватора, обертається швидше за все, а навколополярні області є найбільш неквапливими. Як ми побачили раніше, планети-гіганти - рідкі планети, цією обставиною і викликано їх незвичайне обертання. З тієї ж причини гіганти стиснуті у полюсів, що можна помітити в простій телескоп. Сонце, будучи газовим кулею, теж обертається шарами з періодом 25-35 діб. [1]
3. Основна інформація про Сонце
Для того, щоб зрозуміти будову такого гігантського об'єкта, як Сонце, потрібно уявити собі величезну масу розпеченого газу, яка сконцентрувалася в певному місці Всесвіту. Сонце на 72% складається з водню, а іншу частину в основному складає гелій. Ці два гази дуже легкі, але якщо згадати, що Сонце важить стільки ж, скільки важили б 333000 наших планет, то можна собі уявити, яка їхня концентрація. Температура зовнішньої оболонки Сонця становить 5900 °. Всередині ж вона складає 15 мільйонів градусів.
Випромінююча поверхню Сонця називається фотосферою. Фотосфера має зернисту структуру, яка називається грануляцією. Кожне таке «зерно» розміром майже з Німеччини і представляє собою піднявся на поверхню потік розпеченого речовини. На фотосфері часто можна побачити відносно невеликі темні області - сонячні плями. Вони на 1500 ° холодніше навколишнього їх фотосфери, температура якої досягає 5800 °. Через різницю температур з фотосферою ці плями і здаються при спостереженні в телескоп абсолютно чорними. Над фотосферою розташований наступний, більш розріджене шар, званий хромосферою, тобто «пофарбованої сферою». Таку назву хромосфера отримала завдяки своєму червоному кольору. І нарешті, над нею знаходиться дуже гаряча, але і надзвичайно розріджена частина сонячної атмосфери - корона. [1]
4. Дослідження Сонячної системи
Розширення спектрального діапазону спостережень сприяло вивченню планет та інших об'єктів Сонячної системи. ІЧ-спектроскопія дозволила визначити молекулярний склад планетних атмосфер і дещо дізнатися про мінеральному складі їх поверхні. Останнє особливо важливо для вивчення сімейств астероїдів і формування уявлень про природу породили їх тел. УФ-спектроскопія та інші методи спостережень виявилися корисними для вивчення верхніх шарів планетних атмосфер і гігантських водневих корон, що оточують комети.
Уявлення докосмічну епохи. До початку 1960-х років астрономи представляли внутрішні планети Сонячної системи як кам'янисті тіла з атмосферою. Про Меркурії було відомо мало. Було встановлено, що щільна атмосфера Венери в основному складається з вуглекислого газу. Радіоспостереження вказували на дуже високу температуру, але неясно було, чи належить вона до поверхні планети або до верхніх шарів її атмосфери. Передбачалося, що у поверхні Венери температура помірна і, можливо, навіть існує океан води. Марс не давав спокою астрономам своїми сезонними змінами полярних шапок, хмарами, яке так важко деталями поверхні. Після палких дебатів на початку 20 ст. між П. Ловелом (1855-1916) і більшістю інших астрономів про те, чи є на Марсі сліди життя, він залишався загадкової планетою.
Місяць, найбільш досліджений після Землі об'єкт Сонячної системи, була добре картографував ще до початку 20 ст. Однак природа численних кратерів на її поверхні (вулканічна активність або метеоритні удари?) Довгий час залишалася темою гострих дискусій, поки більшість учених не схилилися до гіпотези про ударну природі більшості місячних кратерів. Походження Місяця і її зв'язок із Землею також залишалися предметом суперечок. Якщо Місяць, як вважали деякі відомі вчені, є первинним тілом, не змінилися з епохи формування Сонячної системи, то саме на ній зберігається ключова інформація, практично втрачена на Землі в результаті ерозії та інших процесів.
На початку 20 ст. вже було ясно, що зовнішні планети Сонячної системи істотно відрізняються від внутрішніх планет своїми величезними розмірами, малою щільністю і низькою температурою. Спектроскопічне виявлення метану як головної складової їх атмосфер стимулювало роботу астрономів над моделями внутрішньої будови гігантських газових планет. Розвинена після війни ІЧ-спектроскопія принесла нові дані і дозволила Дж.Койперу (1905-1973) вперше виявити атмосферу у супутника планети (це був Титан, супутник Сатурна). У 1955 було відкрито потужне радіовипромінювання Юпітера, походження якого залишилося неясним.
Дослідження за допомогою космічних апаратів. У другій половині 20 ст. вивчення Сонячної системи цілком змінили космічні зонди, підлетів до всіх планет (окрім Плутона), до Місяця і багатьом іншим супутникам, до кількох астероїдів і комет, а також безпосередньо вивчали Місяць, Венеру, Марс і Юпітер за допомогою автоматичних орбітальних і посадкових апаратів і навіть експедицій космонавтів (на Місяць)
Міжпланетний апарат «Марінер-2» поклав край надіям на помірний клімат Венери, вимірявши дуже високу температуру її поверхні. Десятки космічних апаратів, включаючи орбітальні, посадочні та атмосферні зонди, за минулі 40 років досить докладно вивчили Венеру. При температурі поверхні вище точки плавлення свинцю, що підтримує кору планети в пластичному стані, і з надзвичайно щільною атмосферою з вуглекислого газу, в якій плавають хмари з сірчаної кислоти, Венера виглядає малопривабливим місцем. «Марінер-10», пролетівши повз Венери, потім тричі пройшов повз Меркурія, сфотографувавши більше половини його поверхні, покритої кратерами, як місячна.
Марс після кожного візиту до нього космічних зондів представляється по-новому. «Марінер-4» вразив вчених зображеннями місяцеподібні поверхні Марса, густо покритої кратерами. «Марінер-6 і -7» виявили порожні русла, як ніби освічені протікала по ним у далекому минулому водою. «Марінер-9» передав з орбіти зображення всієї планети і відкрив на ній гігантські стародавні вулкани. Орбітальні апарати двох «Вікінгів» склали докладну карту планети, а їх посадочні апарати вивчали атмосферу і зразки в двох точках на її поверхні. Хоча ознак життя там не було виявлено, Марс показав себе динамічною планетою з багатою історією. Зіставлення різних еволюційних шляхів Венери, Землі та Марса стало першим серйозним досягненням космічної планетології, що об'єднала зусилля астрономів, геологів, фізиків, хіміків і метеорологів для розгадки природи планет.
Хоча Місяць привертала до себе увагу в основному з політичних та іншим ненауковим міркувань, її наукові дослідження дуже продуктивні. У 1960-х роках Місяць була оглянута і вивчена автоматичними станціями: спочатку - пролітають поблизу чи падали на її поверхню, а потім - орбітальними та посадочними. Дванадцять космонавтів на шести кораблях «Аполлон» (1969-1972) побували на поверхні Місяця, доставили туди прилади і привезли назад сотні кілограмів зразків породи. Вік Місяця виявився близьким до земного, а сама вона постала перед вченими хоча і не зовсім реліктової, як вони сподівалися, він все ж виконайте зовсім самостійний еволюційний шлях, відмінний від земного. Зразки місячного грунту та інші дані дозволили відтворити історію Місяця і, спираючись на це, зрозуміти багато аспектів ранньої історії Сонячної системи. Зокрема, статистичний аналіз місячних кратерів був використаний при вивченні поверхні інших планет. Експедиції до зовнішніх планет вимагають подальшого розвитку космічної техніки, споруди потужних носіїв і великих вкладень для реалізації грандіозних проектів, результати яких можна очікувати лише через багато років.
У 1970-1980-х роках кілька зондів були послані з розвідувальної метою до Юпітера, Сатурну, Урану і Нептуна. Навіть самі прозорливі планетологи були здивовані переданими на Землю зображень і даними. В атмосфері Юпітера темні смуги і світлі зони між ними, а також плями, які астрономи напружено вивчали із Землі, «розсипалися» на численні кольорові, закручені циклонами хмари. Кільця Сатурну, в яких при спостереженні в телескоп було помітно лише кілька щілин, з близької відстані стали схожі на грамофонній платівку з сотнями борозенок, можливо, завитого в спіраль. Системи кілець Урана і Нептуна, незадовго до цього виявлені з Землі, виявилися досить складними. У Юпітера також було відкрито тонке кільце. Крижані супутники усіх великих планет, які при спостереженні в телескоп виглядають світлими крапками або, в кращому випадку, крихітними дисками з кольоровими цятками, виявилися самобутніми об'єктами, кожен зі своєю складною історією. Космічні зонди виявили активні геологічні процеси, такі, як діючі вулкани, які викидають сірку, на супутнику Юпітера Іо, а також гейзери, фонтануючі азотом, на супутнику Нептуна Тритоні. з астрономії
на тему:
«Наша З Сонячні система»
Зміст
1. Введення
2. Що таке і з чого складається Сонячна система?
2.1 Планети земної групи
2.2 Планети-гіганти або планети юпитерианской групи
3. Основна інформація про Сонце
4. Дослідження Сонячної системи
5. Астрономи навели порядок в Сонячній системі
6. Головна мета польотів до тіл Сонячної системи
7. Польоти до малих тіл Сонячної системи
8. Центр Дальнього Космічного Зв'язку (ЦДКС) в Євпаторії
9. Освоєння ресурсів Сонячної системи та перспективи міжзоряних польотів
10. У космічний політ під сонячним вітрилом
10.1 Система стабілізації
10.2 Регата-плазма
10.3 Регата-астро
10.4 Польоти до астероїдів і комет
Література
1. Введення
АСТРОНОМІЯ - це наука, яка займається вивченням об'єктів і явищ, що спостерігаються за межами атмосфери землі. Недарма прабатьки сучасної цивілізації стародавні греки в числі дев'яти муз шанували і покровительку астрономії - Уран. Як наука, астрономія грунтується насамперед на спостереженнях. На відміну від фізиків астрономи були позбавлені можливості ставити експерименти. Практично всю інформацію про небесні тіла приносить нам візуальне спостереження. Тільки в останні п'ятдесят років окремі світи стали вивчати безпосередньо: зондувати атмосфери планет, вивчати місячний і марсіанський грунт. Астрономія тісно пов'язана з іншими науками, насамперед із фізикою та математикою, методи яких широко застосовуються в ній. Але й астрономія є незамінним полігоном, на якому проходять випробування багато фізичних теорії. Космос - єдине місце, де речовина існує при температурах в сотні мільйонів градусів і майже при абсолютному нулі, в порожнечі вакууму і в нейтронних зірках. Останнім часом досягнення астрономії стали використовуватися в геології і біології, географії та історії.
Масштаби спостережуваного Всесвіту величезні і звичайні одиниці вимірювання відстаней - метри та кілометри - тут малопридатні. Замість них вводяться інші.
Астрономічна одиниця використовується при вивченні Сонячної системи. Це розмір великої півосі орбіти Землі: 1 а.о. = 149 мільйонів кілометрів. Більші одиниці довжини - світловий рік і парсек, а також їх похідні (кілопарсек, мегапарсек) - потрібні в зоряній астрономії та космології. Світловий рік - відстань, яку проходить промінь світла у вакуумі за один земний рік. Він дорівнює приблизно 9,5 • 1015 м. Парсек історично пов'язаний з вимірюванням відстаней до зірок за їх паралаксом і становить 1 пк = 3,263 світлового року = 206 265 а.о. = 3,086 • 1016 м.
Зараз вже немає необхідності визначати курс корабля по зірках, пророкувати розлив Нілу або вважати час за пісочним годинах: на зміну астрономії тут прийшли технічні засоби. Але астрономія і космонавтика, як і раніше незамінні в системах зв'язку і телебаченні, у спостереженнях Землі з космосу.
Астрономія вивчає фундаментальні закони природи і еволюцію нашого світу. Тому особливо велике її філософське значення. Фактично, вона визначає світогляд людей.
Зрозуміти природу спостережуваних тіл і явищ у Всесвіті, дати пояснення їх властивостями, люди хотіли завжди. Але вони будували картину світу, відповідну з тими даними, які мали і своїм світогляду. З плином часу картина світу змінювалась, тому що з'являлися нові факти і нові думки про сутність небесних явищ, а головне - з'являлася можливість перевірити правильність тих чи інших ідей через спостереження і вимірювання, використовуючи досягнення суміжних з астрономією наук. Не завжди зміна поглядів на світ мало характер простого уточнення - іноді це була справжня революційна ломка старих уявлень, як, скажімо, підтвердження геліоцентричної системи Коперника або теорії відносності Ейнштейна. Але і в ці переломні моменти астрономи зберігали глибоку повагу до праць своїх попередників, розглядаючи їх внесок як серйозний і важливий етап у загальному русі до істини.
Що йде корінням у сиву давнину, історія астрономії малює нам творців цієї науки як людей, кожен з яких представляв свій час. Їм були притаманні звичайні людські емоції і слабкості, їхні міркування містили і геніальні прозріння, і прикрі помилки. Але всі ці люди були підкорені величчю світобудови і спрямовували свої сили до пізнання істини про нього.
Професійних астрономів небагато - близько 10 тис. чоловік на всій земній кулі. Але завдяки зростаючому науково-технічному потенціалу цивілізації цієї кількості виявляється достатньо для того, щоб астрономічні дослідження швидко просувалися вперед.
Останні роки все більшої популярності набуває аматорська астрономія. Ціла армія шанувальників цієї науки купує або самостійно конструює телескопи, веде спостереження, фотографує небесні об'єкти. Їхній внесок у розвиток астрономії важко переоцінити.
Астрономія - це таке поле докладання людських сил та інтересів, яке може захопити будь-якого: і мрійника, і фізика, і лірика. Ось воно над вами - вічне зоряне небо, сповнене невимовною краси і високої таємниці. Воно відкрите всім і винагороджує вірних, наповнюючи їх життя світлом і сенсом. [1]
2. Що таке і з чого складається Сонячна система?
Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Ці дев'ять планет, що обертаються по величезних еліпсах навколо Сонця і утворюють нашу Сонячну систему. Сонячна систем разом з мільйонами інших зоряних систем утворюють нашу галактику - Чумацький Шлях. Оскільки Сонце перебувати на околиці Чумацького Шляху, то в ясну ніч його можна спостерігати у вигляді широкого слабо мерехтливого пояса.
За останній час ми багато дізналися про планети і зірки. Нам відомі їх розміри, вага і склад, відстань від них до Сонця і швидкості їх обертання. А сучасні астрономічні прилади, такі, як радіотелескопи і космічні зонди, дозволили нам з'ясувати, як же виник Всесвіт і зірки. Наше Сонце і планети народилися приблизно 5 мільярдів років тому з частинок пилу і газу, яких і сьогодні ще багато у Всесвіті. Ці частинки взаємно притягуються і з часом збираються в різних місцях Всесвіту в щільні хмари. Коли в хмарі набирається достатньо речовини, через збільшення сили тяжіння воно починає стискатися. У ньому підвищується тиск і температура, і врешті-решт воно починає палати - так виникло наше Сонце. Коли частинки пилу і газу збираються разом і ущільнюються, вони починають все швидше обертатися навколо центру нового небесного тіла. Зі збільшенням швидкості обертання збільшується і відцентрова сила, що діє на обертові тіла у протилежний від центру бік. Саме вона не дозволяє речовині впасти на формується Сонце, змушуючи певну його частину збиратися навколо центрального світила.
У Сонячній системі живуть самі різноманітні мешканці. Планети з їх місяцями, комети, астероїди, метеорні рої і міжпланетна середа, утримувані гравітаційним притяганням Сонця. Якщо не говорити про Сонце, в світлі якого меркне все, то головними членами Сонячної системи є планети. Планети є другими за значимістю, бо вони - самі масивні тіла, що знаходяться на орбітах навколо Сонця. Планети і астероїди рухаються навколо Сонця по орбітах, що лежить близько до площини земної орбіти і сонячного екватора і в тому ж напрямку, що і Земля. Орбіти великих планет лежать в межах 40 а. е. від Сонця, хоча область гравітаційного впливу Сонця набагато більше. Комети, спостережувані всередині Сонячної системи, можливо, походять з хмари Оорта, що знаходиться на відстані багатьох тисяч астрономічних одиниць.
Планети в Сонячній системі зібралися у дві компанії. Ближчою до Сонця є четвірка планет земної групи. Вони отримали свою назву за схожість з нашою планетою Земля. На вже поважних відстанях від центрального світила розташувалися планети-гіганти. Їх теж чотири. Давайте подивимося, чому ж ці дві групи один від одного відрізняються. [1]
2.1 Планети земної групи
До планет земної групи належать Меркурій, Венера, Земля і Марс (у порядку далекості від Сонця). При дослідженні цих планет з'ясувалося, що всі вони володіють малими розмірами і, головне, масами. Сама масивна з планет земної групи - Земля - до 330000 разів легше Сонця. Однак щільність планет земної групи досить велика: у середньому, вона в п'ять разів більше щільності води. [1]
2.2 Планети-гіганти або планети юпитерианской групи
Планети-гіганти розташувалися за орбітою Марса. Це Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Вже давно астрономи знають, що планети-гіганти набагато більше і масивніше планет земної групи. Найлегший гігант - Уран - у 14,5 рази масивніше Землі. Але навіть сама масивна планета Сонячної системи - Юпітер - в 1,000 разів поступається в цьому показнику Сонця. Втім, треба сказати, що за астрономічними мірками цю різницю можна назвати значною, але не величезною. У той же час, щільність планет гігантів 3-7 разів поступається щільності планет земної групи.
У планет-гігантів немає твердої поверхні. Гази їх великих атмосфер, ущільнюючись з наближенням до центру, поступово переходять у рідкий стан. Ці планети швидко здійснюють один оборот навколо своєї осі (10-18 годин). Причому, вони обертаються як би шарами: шар планети, розташований поблизу екватора, обертається швидше за все, а навколополярні області є найбільш неквапливими. Як ми побачили раніше, планети-гіганти - рідкі планети, цією обставиною і викликано їх незвичайне обертання. З тієї ж причини гіганти стиснуті у полюсів, що можна помітити в простій телескоп. Сонце, будучи газовим кулею, теж обертається шарами з періодом 25-35 діб. [1]
3. Основна інформація про Сонце
Для того, щоб зрозуміти будову такого гігантського об'єкта, як Сонце, потрібно уявити собі величезну масу розпеченого газу, яка сконцентрувалася в певному місці Всесвіту. Сонце на 72% складається з водню, а іншу частину в основному складає гелій. Ці два гази дуже легкі, але якщо згадати, що Сонце важить стільки ж, скільки важили б 333000 наших планет, то можна собі уявити, яка їхня концентрація. Температура зовнішньої оболонки Сонця становить 5900 °. Всередині ж вона складає 15 мільйонів градусів.
Випромінююча поверхню Сонця називається фотосферою. Фотосфера має зернисту структуру, яка називається грануляцією. Кожне таке «зерно» розміром майже з Німеччини і представляє собою піднявся на поверхню потік розпеченого речовини. На фотосфері часто можна побачити відносно невеликі темні області - сонячні плями. Вони на 1500 ° холодніше навколишнього їх фотосфери, температура якої досягає 5800 °. Через різницю температур з фотосферою ці плями і здаються при спостереженні в телескоп абсолютно чорними. Над фотосферою розташований наступний, більш розріджене шар, званий хромосферою, тобто «пофарбованої сферою». Таку назву хромосфера отримала завдяки своєму червоному кольору. І нарешті, над нею знаходиться дуже гаряча, але і надзвичайно розріджена частина сонячної атмосфери - корона. [1]
4. Дослідження Сонячної системи
Розширення спектрального діапазону спостережень сприяло вивченню планет та інших об'єктів Сонячної системи. ІЧ-спектроскопія дозволила визначити молекулярний склад планетних атмосфер і дещо дізнатися про мінеральному складі їх поверхні. Останнє особливо важливо для вивчення сімейств астероїдів і формування уявлень про природу породили їх тел. УФ-спектроскопія та інші методи спостережень виявилися корисними для вивчення верхніх шарів планетних атмосфер і гігантських водневих корон, що оточують комети.
Уявлення докосмічну епохи. До початку 1960-х років астрономи представляли внутрішні планети Сонячної системи як кам'янисті тіла з атмосферою. Про Меркурії було відомо мало. Було встановлено, що щільна атмосфера Венери в основному складається з вуглекислого газу. Радіоспостереження вказували на дуже високу температуру, але неясно було, чи належить вона до поверхні планети або до верхніх шарів її атмосфери. Передбачалося, що у поверхні Венери температура помірна і, можливо, навіть існує океан води. Марс не давав спокою астрономам своїми сезонними змінами полярних шапок, хмарами, яке так важко деталями поверхні. Після палких дебатів на початку 20 ст. між П. Ловелом (1855-1916) і більшістю інших астрономів про те, чи є на Марсі сліди життя, він залишався загадкової планетою.
Місяць, найбільш досліджений після Землі об'єкт Сонячної системи, була добре картографував ще до початку 20 ст. Однак природа численних кратерів на її поверхні (вулканічна активність або метеоритні удари?) Довгий час залишалася темою гострих дискусій, поки більшість учених не схилилися до гіпотези про ударну природі більшості місячних кратерів. Походження Місяця і її зв'язок із Землею також залишалися предметом суперечок. Якщо Місяць, як вважали деякі відомі вчені, є первинним тілом, не змінилися з епохи формування Сонячної системи, то саме на ній зберігається ключова інформація, практично втрачена на Землі в результаті ерозії та інших процесів.
На початку 20 ст. вже було ясно, що зовнішні планети Сонячної системи істотно відрізняються від внутрішніх планет своїми величезними розмірами, малою щільністю і низькою температурою. Спектроскопічне виявлення метану як головної складової їх атмосфер стимулювало роботу астрономів над моделями внутрішньої будови гігантських газових планет. Розвинена після війни ІЧ-спектроскопія принесла нові дані і дозволила Дж.Койперу (1905-1973) вперше виявити атмосферу у супутника планети (це був Титан, супутник Сатурна). У 1955 було відкрито потужне радіовипромінювання Юпітера, походження якого залишилося неясним.
Дослідження за допомогою космічних апаратів. У другій половині 20 ст. вивчення Сонячної системи цілком змінили космічні зонди, підлетів до всіх планет (окрім Плутона), до Місяця і багатьом іншим супутникам, до кількох астероїдів і комет, а також безпосередньо вивчали Місяць, Венеру, Марс і Юпітер за допомогою автоматичних орбітальних і посадкових апаратів і навіть експедицій космонавтів (на Місяць)
Міжпланетний апарат «Марінер-2» поклав край надіям на помірний клімат Венери, вимірявши дуже високу температуру її поверхні. Десятки космічних апаратів, включаючи орбітальні, посадочні та атмосферні зонди, за минулі 40 років досить докладно вивчили Венеру. При температурі поверхні вище точки плавлення свинцю, що підтримує кору планети в пластичному стані, і з надзвичайно щільною атмосферою з вуглекислого газу, в якій плавають хмари з сірчаної кислоти, Венера виглядає малопривабливим місцем. «Марінер-10», пролетівши повз Венери, потім тричі пройшов повз Меркурія, сфотографувавши більше половини його поверхні, покритої кратерами, як місячна.
Марс після кожного візиту до нього космічних зондів представляється по-новому. «Марінер-4» вразив вчених зображеннями місяцеподібні поверхні Марса, густо покритої кратерами. «Марінер-6 і -7» виявили порожні русла, як ніби освічені протікала по ним у далекому минулому водою. «Марінер-9» передав з орбіти зображення всієї планети і відкрив на ній гігантські стародавні вулкани. Орбітальні апарати двох «Вікінгів» склали докладну карту планети, а їх посадочні апарати вивчали атмосферу і зразки в двох точках на її поверхні. Хоча ознак життя там не було виявлено, Марс показав себе динамічною планетою з багатою історією. Зіставлення різних еволюційних шляхів Венери, Землі та Марса стало першим серйозним досягненням космічної планетології, що об'єднала зусилля астрономів, геологів, фізиків, хіміків і метеорологів для розгадки природи планет.
Хоча Місяць привертала до себе увагу в основному з політичних та іншим ненауковим міркувань, її наукові дослідження дуже продуктивні. У 1960-х роках Місяць була оглянута і вивчена автоматичними станціями: спочатку - пролітають поблизу чи падали на її поверхню, а потім - орбітальними та посадочними. Дванадцять космонавтів на шести кораблях «Аполлон» (1969-1972) побували на поверхні Місяця, доставили туди прилади і привезли назад сотні кілограмів зразків породи. Вік Місяця виявився близьким до земного, а сама вона постала перед вченими хоча і не зовсім реліктової, як вони сподівалися, він все ж виконайте зовсім самостійний еволюційний шлях, відмінний від земного. Зразки місячного грунту та інші дані дозволили відтворити історію Місяця і, спираючись на це, зрозуміти багато аспектів ранньої історії Сонячної системи. Зокрема, статистичний аналіз місячних кратерів був використаний при вивченні поверхні інших планет. Експедиції до зовнішніх планет вимагають подальшого розвитку космічної техніки, споруди потужних носіїв і великих вкладень для реалізації грандіозних проектів, результати яких можна очікувати лише через багато років.
У 1986 армада космічних зондів різних країн зустрілася з кометою Галлея і передала зображення її ядра. На початку 1990-х років апарат «Галілео» оглянув два астероїда під час свого 2-річного подорожі в систему Юпітера, де він скинув зонд в атмосферу цієї планети. Зображення декількох астероїдів були складені за даними наземних радарів. [2]
5. Астрономи навели порядок в Сонячній системі
У Сонячній системі залишилося 8 планет. Таке рішення ухвалено 24 серпня 2006 року в Празі на 26-й Асамблеї Міжнародного астрономічного союзу. Після переділу Сонячна система стала виглядати дивно гармонійно: планети земної групи - пояс астероїдів - планети-гіганти - пояс Койпера. Серед планет запанував порядок, який і повинен бути в системі, населеної розумними представниками Всесвіту.
А почалося все в далекому 1930 році, коли Клайд Томбо після довгих безсонних ночей біля блинк-компаратор (приладу, що дозволяє виявляти рухомі небесні об'єкти на тлі нерухомих зірок) виявив слабеньку зірочку 14-ї зоряної величини. Зірочка повільно переміщалася на тлі зірок, а подальші розрахунки показали, що вона знаходиться за орбітою Нептуна. Це був Плутон. Подальші спостереження виявили першу «дивність» планети: її орбіта виявилася занадто витягнутої, що заходить навіть всередину орбіти Нептуна. Більш того, нахил орбіти нової планети до площини екліптики виявився рівним 17 градусам, що теж вирізняло її з стрункого ряду інших планет.
Але оскільки діаметр Плутона, виміряний найсучаснішими на той момент астрономічними приладами, досягав розмірів Меркурія (близько 5000 км), ученим нічого не залишалося, як визнати його дев'ятою планетою Сонячної системи. Багато років у всіх підручниках з астрономії навпроти даних про Плутоні стояли прочерки або питання і ніхто не думав про те, щоб змінити статус цього небесного об'єкта. А відкриття 30 років тому у Плутона супутника і зовсім поставило його а один ряд з такою системою, як Земля-Місяць.
Та ось настав століття нових технологій, космічних телескопів і наземних оптичних обсерваторій з адаптивною оптикою, але спочатку це не віщувало для Плутона нічого поганого. Астрономи направляли об'єктиви нових телескопів в першу чергу в глиб Всесвіту. «Грім серед ясного неба» пролунав в 1998 році, коли був відкритий транснептуновий об'єкт Хаос. Але він виявився навіть менше самих великих астероїдів з поясу між Марсом і Юпітером.
Вчені заспокоїлися, але ненадовго. Починаючи з 2000 року відкриття транснептунових об'єктів або об'єктів пояса Койпера посипалися одне за іншим. У 2002 році наробив багато шуму Кваоар, лише в два рази поступається Плутона в діаметрі. На наступний рік суперником дев'ятої планети стала Седна, впритул наблизившись до неї за розмірами. Останньою краплею, «переповнила чашу терпіння», стала Ксена, розміри якої, за попередніми оцінками, були в півтора рази більше, ніж у Плутона. Хоча надалі з'ясувалося, що Ксена більше лише на пару сотень кілометрів, хід історії вже змінити не можна було.
Назрівала нестабільна ситуація, що вимагає негайного вирішення. Що робити? Додавати нові відкриті тіла до складу планет? Вважати їх об'єктами іншого типу? На всі ці питання повинен був відповісти Міжнародний астрономічний союз, 26-та Асамблея якого проходив у чеській столиці в серпні нинішнього року.
Розглядаючи переділ Сонячної системи, вчені спочатку вирішили збільшити кількість планет до 12, додавши до наявних Цереру, Ксеня і Харон (супутник Плутона). Але все ж таки остаточне рішення вийшло не на користь Плутона, що проіснувало в якості великої планети 76 років.
Гарячі дебати закінчилися резолюцією по планетах, що складається з кількох пунктів, досить точно визначають основні характеристики, якими має володіти велика планета (за визначенням - класична планета). Тепер класичної планетою вважається небесне тіло, яке обертається навколо Сонця, має достатню масу для того, щоб самогравітація перевершувала твердотільні сили і тіло могло прийняти гідростатичним рівноважну (близьку до сферичної) форму, і, крім цього, очищає околиці своєї орбіти (тобто поряд з планетою немає інших порівнянних з нею тіл). Під це визначення потрапляють Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.
Наступний тип небесних тіл, що входять до складу Сонячної системи, - це карликова планета чи небесне тіло, яке обертається навколо Сонця, має достатню масу для того, щоб тіло могло прийняти близьку до сферичної форму, але яка вже не очищає околиці своєї орбіти і не є супутником іншої планети. Відтепер Плутон, а також Церера і 2003 UB313 (Ксена) будуть ставитися саме до цього типу небесних тіл, хоча астрономи все ж таки хочуть віднести їх до особливого класу об'єктів, які будуть мати загальну назву плутону. Тому, Плутона, схоже, не доведеться сильно «турбуватися», тому що він буде очолювати новий клас небесних об'єктів.
Цікаво відзначити ще одну деталь. Виходить, що NASA досліджувало космічними апаратами всі вісім планет Сонячної системи вже 17 років тому («Вояджер-2» пролетів близько Нептуна в 1989 році). Призначений ж для дослідження Плутона космічний корабель «Нові горизонти», що вирушив до 9-ї планети Сонячної системи в січні 2006 року, в 2015 році буде вивчати вже карликову планету класу плутонію. До речі, в 2007 році NASA планує запустити космічний корабель Dawn, метою якого стане вивчення Церери. Тому саме вона виявиться першою в історії освоєння космічного простору карликовою планетою, якої досягне рукотворний апарат.
Інші небесні тіла, що обертаються навколо Сонця, будуть прописані в усіх підручниках як малі тіла Сонячної системи. До даного типу віднесуть більшість астероїдів між Марсом і Юпітером, які не відповідають критерію карликової планети, а також Транснептунові об'єкти, комети і всі інші, що обертаються навколо Сонця, великі кам'яні брили.
Слово «космос» в перекладі означає «порядок», і порядок, наведений в Сонячній системі астрономами, є закономірним підсумком багаторічних сумнівів щодо Плутона та інших «зайвих» небесних тіл. Тепер нас оточує космос у повному сенсі цього слова. Крім усього іншого, додаткові можливості у спостереженнях отримала аматорська астрономія. Тепер будь-хто, озброївшись біноклем, може легко знайти всі 8 класичних планет Сонячної системи! [3]
6. Головна мета польотів до тіл Сонячної системи
В арсеналі космічної техніки до теперішнього часу з'явилися досить відпрацьовані (у тому числі в льотних випробуваннях) кошти, які дозволяють підняти на якісно новий рівень експерименти з вивчення Сонячної системи. У даному випадку маються на увазі як технічні і схемні рішення при проектуванні КА, так і нові розробки їх агрегатів і систем, зокрема, розроблені в останнє десятиліття електроракетні двигуни (ЕРД) і легкі сонячні енергетичні установки (СЕУ). Швидкості витікання робочого тіла, забезпечувані ЕРД, в 5-10 разів вище аналогічних швидкостей, що розвиваються ракетними двигунами, що працюють на хімічному паливі. ЕРД дозволяють різко підвищити частку корисного навантаження у ваговому балансі космічних апаратів. З'являється можливість по-новому підійти до реалізації космічних польотів до тіл Сонячної системи і, перш за все, до її малих тіл - супутникам планет, астероїдів, комет. Відповідь на запитання про головну мету польотів до зазначених малих тіл, мабуть, ідентична відповіді на більш загальне питання - про головну мету польотів до всіх тіл Сонячної системи.
Відповідь ця досить чітко і ясно було сформульовано ще при плануванні перших безпілотних космічних експедицій до Місяця, Марса і Венери - ці польоти потрібні для поповнення наших емпіричних (в першу чергу космохіміческіх) знань для вирішення однієї з фундаментальних проблем природознавства - проблеми походження й еволюції Сонячної системи . Вирішення цієї проблеми вкрай необхідно для подальшого успішного розвитку наук про Землю. Саме її невирішеність сильно ускладнює побудову надійної геохімічної моделі Землі і, відповідно, надійних моделей глобальних геологічних (в тому числі тектонічних) процесів. Надійна геохімічна модель Землі, крім того, дуже потрібна для розробки ефективної стратегії пошуків і освоєння нових ресурсів життєзабезпечення людства. Інша важлива мета на перших етапах дослідження Сонячної системи за допомогою космічних апаратів - пошук позаземного життя в її межах. В даний час до неї знову проявляється інтерес.
У далекій перспективі можлива постановка і інших цілей таких польотів, наприклад, освоєння для творчих завдань людства практично невичерпних ресурсів околосолнечного космічного простору.
Польоти космічних апаратів до різних тіл Сонячної системи вже дали цінний емпіричний матеріал, який обробляється і по теперішній час. Однак цього матеріалу явно недостатньо для вирішення зазначеної вище проблеми. Причин тут декілька. Одна з них полягає в тому, що зондування досліджуваних тіл, як правило, було дистанційним. Лише з Місяця був доставлений космохіміческій матеріал, який був підданий тонкому хімічному аналізу в земних лабораторіях. Дистанційне ж визначення хімічного складу тіл при усьому досконало сучасних методів має обмежені можливості.
Інша причина полягає в характері більшості тіл, що піддавалися дистанційного космохіміческому зондування. Ці тіла, як правило, дуже великі (за винятком комети Галлея і деяких супутників планет) і за час існування Сонячної системи їх поверхню і самі тіла в цілому зазнали значної трансформації в результаті магматичної диференціації з подальшим метаморфізмом їх речовини і потужних ерозійних процесів на їх поверхні . Таким чином, виявити на них первинне реліктове речовина, що збереглася з часу утворення Сонячної системи, виявилося поки неможливим. Між тим таке реліктове речовина, зібране з різних областей Сонячної системи, може дати ключ до розуміння механізму найважливіших процесів, що відбувалися в період формування Сонячної системи. Тому його пошук повинен бути одним з найважливіших орієнтирів при формуванні сучасної програми дослідження космічного простору. Інформація про реліктовому речовині в початковий період утворення Сонячної системи сприятиме поглибленню наших знань про великі планетах, які сформувалися з найдрібніших небесних тіл, що містили дана речовина. Таким чином, хімічний та фізичний аналізи проб грунту забезпечили б нас важливою інформацією для осмислення процесів формування планет.
Як вже було сказано вище, всі планети і більшість їхніх супутників за час своєї еволюції зазнали значних змін під дією зовнішніх факторів, і, що найбільш суттєво, в результаті ендогенних процесів, таких як вулканізм. Ці процеси докорінно перетворили речовина планет і практично стерли пам'ять про первородний речовині. Принципово інша ситуація з малими тілами в Сонячній системі - кометами, астероїдами і малими супутниками. Як на інших малих тілах Сонячної системи, на Фобос і Деймос зважаючи на їх малості при звичайному утриманні в їх речовині радіоактивних елементів виключається внутрішнє нагрівання і ендогенна тектонічна активність. Тому вони можуть зберегти той вихідний, первинний матеріал протопланетного хмари, з якого утворилися планети Сонячної системи. Вплив зовнішніх факторів (сонячний вітер, космічні промені, метеорити), якому піддаються малі тіла, лише в незначній мірі модифікують зовнішній шар реголіту. Детальні дослідження таких тіл дозволять отримати дані про ранні етапи освіти тіл Сонячної системи, походження і еволюцію планет, у тому числі і Землі. У зв'язку з цим дослідження малих тіл, таких як супутники Марса Фобос і Деймос, представляють особливий інтерес і є в даний час пріоритетними.
Як вже зазначалося, останнім часом однією з найбільш актуальних проблем планетної науки є проблема пошуку позаземного життя, що існує зараз або палеожізні. Інтерес до неї виник у зв'язку з виявленням в середині 1996 р. слідів палеожізні в SNC-метеоритах, які, можливо, мають марсіанське походження. Згідно з однією з моделей, Фобос і Деймос також мають марсіанське походження. Тому, детальні дослідження зразків речовини, доставлених з цих супутників, може пролити додаткове світло на можливість існування палеожізні на Марсі.
Супутники Марса були відкриті американським астрономом А. Холом в 1877 р. Перші спостереження цих супутників з космосу і перші зображення поверхні були виконані за допомогою КА "Марінер-9" (1971-1972 рр..) І потім КА "Вікінг-Орбитер" (1976 -1977 рр..). Значний прогрес в дослідженнях Фобоса був досягнутий при реалізації проекту "Фобос-2" (1988-1989 рр.).. Незважаючи на те, що КА "Фобос" не повністю виконав програму досліджень, вперше була отримана цінна інформація про особливості складу поверхні, її поляриметричних і радіометричних характеристиках. Отримані дані є хорошою основою для створення інженерної моделі Фобоса, необхідної для подальших експедицій до цього супутника Марса. [4]
7. Польоти до малих тіл Сонячної системи
Вірогідність знайти реліктове речовина істотно підвищуються, якщо звернутися до малих тіл Сонячної системи - кометам, астероїдів і малим супутникам планет.
Деяка інформація про хімічний склад речовини ядер комет є завдяки спектроскопическим дослідженням їх газових оболонок (так званої коми). Безсумнівно, що не всі речовину, що складає ядро комети, нам відомо. Щось схоже, хоч і з інших причин, має місце і у випадку з астероїдами. Про частини речовини, певного (і дуже специфічного) класу астероїдів, ми маємо гарне уявлення, завдяки метеоритів - передбачуваним аналогам цих астероїдів. Маються на увазі астероїди груп Амура, Аполлона і Атона. Перигелії орбіт цих астероїдів знаходяться всередині орбіт Марса (група Амура) і Землі (групи Аполлона і Атона). До теперішнього часу склалася досить добре обгрунтована точка зору, згідно з якою основна маса метеоритів і ці астероїди представляють собою фрагменти однієї і тієї ж популяції небесних тіл. Це, мабуть, уламки порівняно нечисленної групи вихідних "батьківських" тіл, що зруйнувалися в результаті зіткнень.
Разом з цим, розподіл таксономічних класів астероїдів систематично змінюється з геліоцентричних відстанню в межах Головного поясу астероїдів. Таке систематичне зміна має бути результатом відмінностей у теплових і хімічних умовах у протопланетному хмарі на відстані 2-5 а.о., або це може бути відображенням динамічних процесів, при яких астероїди вибірково пересувалися з найбільш віддалених областей Сонячної системи в певні частини Головного поясу астероїдів . У зв'язку з цим інтерес для дослідників можуть представляти комети й астероїди земної групи.
Ізотопний аналіз зразків грунту з малих тіл міг би ввести обмеження на діапазон зміщення різних зон Сонячної системи, що і стало б вирішальним фактором при створенні хімічної та динамічної моделей Сонячної системи.
Разом з тим, найбільш великі астероїди, в яких зосереджена їхня основна маса, не належать до жодної із зазначених груп і переважна більшість з них по ряду найважливіших фізичних характеристик (головним чином, фотометричних) не схоже ні на один з об'єктів цих груп. Астероїди ці рухаються між орбітами Марса і Юпітера - орбіти їх розташовані в основному в кільці, в межах приблизно від 2 до 3,5 а.о. Зазначені астероїди складають Головний пояс астероїдів.
При виборі астероїдів в якості цілей польотів доцільно віддати перевагу тим, у яких орбіти пролягають всередині поясу. Остання умова суттєво, тому що афелії багатьох астероїдів груп Амура і Аполлона знаходяться всередині поясу, а деяких навіть виходять за його межі в бік Юпітера. Астероїди ж цих груп, хоча й більш досяжні, ніж астероїди, орбіти яких цілком лежать всередині поясу, з причини викладеної раніше природи метеоритів, представляються менш цікавими об'єктами. Метеорити, завдяки своїй генетичній зв'язку з астероїдами групи Аполлона, дають, мабуть, якщо й не повну, то досить велику інформацію про хімічний і мінералогічний склад тел зазначених груп.
Особливу увагу слід приділити малим супутникам планет. Під малими супутниками в даному випадку розуміються супутники, діаметри яких не перевищують декількох сотень кілометрів. Відповідно до сучасних космогонічних поглядам на тілах таких розмірів не повинна була відбутися значна диференціація речовини за час, що минув з епохи утворення Сонячної системи. Таких супутників досить багато серед планет групи Юпітера. Однак при їх виборі в якості цілей польотів повинна бути проявлена відома обережність, якщо ми захочемо ідентифікувати речовину цих супутників з реліктовим речовиною акумуляційної зони формування відповідної великої планети. Сказане відноситься в основному до Юпітера, частина зовнішніх супутників якого (тобто супутників, розташованих за галілєєвих супутниками) була, можливо, захоплена його гравітаційним полем і не пов'язана з ним генетично. Представляється, що підходящим кандидатом для зондування серед малих супутників Юпітера є найближчий до нього супутник Амальтея (орбіта Амальтеї розташована всередині орбіт галілеєвих супутників). [4]
8. Центр Дальнього Космічного Зв'язку (ЦДКС) в Євпаторії
У 1960р. був створений комплекс капітальних будівель і споруд у приморському рівнинному районі Криму неподалік від Євпаторії. Первісну технічну основу Центру складав космічний радіотехнічний комплекс "Плутон", оснащений трьома унікальними величезними антенами (дві прийомні і одна передавальна), розташованими в декількох кілометрах одна від одної. Антени є по вісім параболічних "чашок" кожна, встановлених на гарматні платформи, зняті зі списаного лінкора. Антенні системи мають ефективну поверхню близько 1000 кв.м. Випромінювана передавачем потужність радіосигналу досягала 120 кВт, що дозволило здійснювати радіозв'язок на дальності до 300 млн.км. Таких радіотелескопів не було ніде в світі.
12 лютого 1961р. ЦДКС приступив до управління польотом першої в світі автоматичної міжпланетної станції "Венера-1". У 1965р. були здійснені запуски апаратів "Венера-2" і "Венера-3" · Згодом було запущено цілий ряд космічних апаратів серій "Луна", "Венера", "Марс", за допомогою яких відпрацьовувались питання динаміки польотів та посадки на планети Сонячної системи, вивчення атмосфери планет, передачі інформації. У подальшому стояла посадка апарату, що спускається на Місяць і доставка на Землю місячного грунту і з цим завданням успішно впоралася автоматична станція "Луна-4" · Стартувавши до Місяця 9 серпня 1976р., Вона 18 серпня здійснила м'яку посадку на Місяць. Грунтозабірний пристрій справило буріння на глибину близько 2-х метрів. 22 серпня повертається апарат автоматичної станції "Луна-4" доставив зразки грунту на Землю.
Дуже багато часу приділялося фахівцями Центру питань дослідження Венери, було отримано дуже багато наукових результатів. Так, 22 липня 1972р. вперше була здійснена м'яка посадка автоматичної міжпланетної станції "Венера-8" на освітлений бік планети, де були проведені прямі вимірювання характеристик атмосфери, вперше було виконано пряме визначення хімічного складу грунту. За допомогою наступних апаратів: "Венера-9" і "Венера-10" вперше було отримано чітке зображення поверхні Венери.
Вчених та фахівців Центру не менше цікавила і четверта планета Сонячної системи - Марс. У жовтні 1962р. була запущена автоматична станція "Марс-1", яка вперше в історії вийшла на орбіту штучного супутника Марса 19 березня 1963р. Це стало початком вивчення Марса автоматами. У травні 1971р. були запущені до Марсу автоматичні міжпланетні станції "Марс-2" і "Марс-3". Політ їх до Марса тривав понад півроку. Комплексні дослідження в міжпланетному просторі тривали на всьому шляху довжиною в 470 млн.км. Станції вийшли на навколомарсіанську орбіти і тривалий час проводили наукові дослідження. Фахівці ЦДКС постійно "тримали руку на пульсі Всесвіту", керуючи роботою цих апаратів, приймаючи службову та наукову інформацію.
Для дослідження характеристик місячної поверхні на досить великих площах були потрібні пересувні автоматичні засоби · Для цього в НВО ім.С.А.Лавочкіна були створені унікальні самохідні дослідні лабораторії - "Луноход-1" і "Місяцехід-2". Приємно відзначити, що саме на нашій Кримській землі, недалеко від Євпаторії, був створений "місячний полігон", на якому проводилися земні випробування "місяцехід" фахівцями ЦДКС. Роботи з управління "місяцехід" проводили досвідчені фахівці. У загальній складності обидві машини пропрацювали на місячній поверхні більше року, подолавши близько 48-ми кілометрів по Місяцю, ЦДКС прийняв від них близько 300 фототелевізіонних репортажів, кілька десятків тисяч окремих знімків і результати буріння місячного грунту в сотнях точок, що знаходилися один від одного на відстані від декількох метрів до десятків кілометрів.
Багаторічний досвід керування автоматичними міжпланетними станціями, експлуатація наземних станцій дальнього космічного зв'язку, досягнення в області електроніки, інформатики, радіотехніки, машинобудуванні, обчислювальної математики та інших галузей науки і виробництва дозволили створити безпрецедентний науково-дослідний комплекс - радіоастрономічний телескоп РТ-70. Його будівництво проводилося протягом 5-ти років з 1973 по 1978 роки. У великомасштабній роботі зі створення РТ-70 брали участь багато науково-дослідні інститути, конструкторські бюро, заводи, будівельно-монтажні й інші організації. · По комплексу параметрів, за поєднанням величезних розмірів зі всепогодний, гостротою "зору", здатністю працювати в різних діапазонах радіохвиль антена РТ-70 не має рівних у світі. Разючі технічні дані та можливості РТ-70:
Розмір дзеркала антени - 70 м. Площа дзеркала - 2500 кв.м.
Висота всієї антени - 83 м.
Загальна вага всієї конструкції - 5200 тонн.
Робоча дальність дії комплексу - 10 млрд.км.
Радіосигнал це відстань долає за 18 годин. Якщо уявити собі радиолинию з двох таких антен, то можна було б обмінюватися інформацією на відстані 20 світлових років. У межах цієї відстані знаходиться близько 70 зоряних систем. РТ-70 здатний здійснювати зв'язок і обмін інформацією з автоматичними міжпланетними станціям у межах всієї Сонячної системи · Його можна використовувати і як радіотелескоп для дослідження дуже віддалених об'єктів Всесвіту. Можна сміливо сказати, що антена РТ-70 - спорудження унікальне, з на рідкість вдалим поєднанням конструктивних та радіотехнічних рішень.
Вчені Росії, Америки, Україна влітку 2003р. зробили чергову спробу зв'язатися з позаземними цивілізаціями. Космічне лист, що розповідає про життя на Землі, було відправлено з Євпаторії. "Радіопосланія" інопланетянам людство відправляло вже кілька разів. Вперше це сталося в Євпаторійському ЦДКС ще в 1962р. Тоді в космос пішло всього три слова: "Світ, Ленін, СРСР". Однак і цей короткий лист, і наступні, більш інформативні послання, залишилися без відповіді. Але з тих пір столицею міжпланетних контактів вважається саме Євпаторія. Радіотелескоп РТ-70, найбільш пристосований для "радіопосланій" позаземним цивілізаціям. Адже його технічні характеристики - велика площа антени, висока потужність радіосигналу - дозволяють досягти будь-яких куточків Всесвіту. І якщо брати по розуму там є, то вони обов'язково нам дадуть відповідь.
Тривалість нового "Космічного заклику" склала 15 годин. Крім наукової частини, яка розповідала про принципи існування життя на нашій планеті, в посланні зашифровано понад 100 тис. листів від землян. Люди закликають інопланетян "дружити, обмінюватися досвідом і допомагати один одному". Однак автори цих повідомлень навряд чи зможуть прочитати відповіді своїх респондентів (якщо вони, звичайно, взагалі прийдуть). За словами директора освітніх програм американського інституту "Тім Інкаунтер" Річарда Браастада, сигнал "Космічний заклик" буде йти до найближчої зірки цілих 32 роки. І стільки ж часу буде потрібно, щоб дочекатися відповіді. Тому пан Браастад вважає, що все це робиться не для сучасників, а для майбутніх поколінь - дітей і онуків. До речі, перш ніж відправити сигнал позаземним цивілізаціям, американські вчені провели опитування, який показав, що переважна більшість землян вважають необхідними пошуки космічних братів по розуму. Сигнал вирушав по 5 адресами: у сузір'я Рака, Кассіопеї, Андромеди, Великої Ведмедиці і Оріона. Ці сузір'я обрані вченими тому, що в них є зірки, нагадують наше Сонце. Передбачається, що знайти життя у таких сузір'ях більш імовірно. А значить, поклик землян може бути почутий.
Саме в Євпаторії працював Центр управління польотами (ЦУП), відомий жителям Радянського Союзу по численних телерепортажів. Космічні апарати запускалися з Плесецка і Байконура, але до кінця 70-х років всі вони керувалися з Євпаторії. Цей вибір пояснюється тим, що саме тут, на заході Криму, чистий, вільний від виступів рельєфу горизонт, велика кількість сонячних днів у році, рідкісні серйозні перепади температури, плюс інші сприятливі умови.
Спочатку функціонування в місті ЦУПа було строгою державною таємницею. Репортажі з нього починалися словами: "Говорить і показує Москва ..." Лише на початку 70-х було визнано існування "Центру далекого космічного зв'язку".
З грудня 1978р. РТ-70 ЦДКС в Євпаторії є постійним учасником щодо реалізації космічних програм дальнього космосу. Перше "хрещення" антена отримала саме у грудні 1978р., Коли на неї вівся прийом інформації, переданої спускаються апаратами міжпланетних станцій "Венера-11" і "Венера-12" при їх русі в атмосфері планети і з її поверхні. У 1980-1982 роках за допомогою РТ-70 здійснювалася радіолокація таких планет, як Венера, Марс, Меркурій. У 1981-1982 роках вперше були отримані кольорові фотографії поверхні Венери зі спущені апаратів "Венера-14", "Венера-13". З 1983 по 1991 роки проводилася велика програма космічних досліджень Всесвіту за допомогою космічного апарату "Астрон".
Дуже великий інтерес світової громадськості викликав проект з дослідження комети Галлея (проект "Вега" - Венера-комета Галлея) · Здійснення цього проекту стало першим важливим початком в реалізації програми досліджень малих тіл Сонячної системи засобами космічної техніки. Для цього 15 і 23 грудня 1984г. по черзі були запущені два космічні апарати "Вега-1" і "Вега-2".
З 1992р. з Центру протягом 8-ми років проводилося управління міжнародної космічної обсерваторією "Гранат". Значне місце в роботі ЦДКС займав міжнародний багатосупутникових проект з вивчення Сонячно-Земних зв'язків і фізичних процесів у космосі - "Інтербол" ·
З обов'язку служби "в Євпаторії нерідко бували" культові "фігури" великого космосу ". Мова йде в першу чергу про генерального конструктора космічної техніки С. Королеві, його наступника В. Мішин, фахівці з балістики літальних апаратів П. Агаджанова та інших відомих людей . Розташована на березі моря, Євпаторія надавала оптимальні можливості не тільки для якісної роботи "людей космосу", але і для їх відпочинку. І в цьому сенсі Євпаторія радянського періоду в прямому і переносному сенсах представляла собою "зоряний місто".
Першим з космонавтів П. Попович зважився на публічний виступ перед євпаторійцями з балкона театру ім.О.Пушкіна на Театральній площі. Другим, хто погодився офіційно зустрітися з городянами, був "космонавт № 2" Г. Тітов. Він виступав зі сцени танцмайданчики "Веселка" у парку ім.Фрунзе. Повідомлення про майбутню зустріч викликало фурор в євпаторійському суспільстві. Третім за рахунком з виступали в місті став перший космонавт Землі Ю. Гагарін. Його зв'язок з Євпаторією не переривалася до кінця його днів. Саме тут перший космонавт планети відзначив свій останній день народження ...
Таким чином, ЦДКС в Євпаторії виконував і може надалі виконувати свої складні завдання з управління космічними апаратами в рамках міжнародного співробітництва, розвиваючись і вдосконалюючись, приносячи своєю працею вагомий внесок у справу вивчення космічного простору.
Крім міжнародних програм, Центр проводить велику роботу з реалізації Національної космічної програми України. Пам'ятним днем для Національного космічного центру в Євпаторії став день 31 серпня 1995р. У цей день о 10 годині 50 хвилин був даний старт ракети-носія "Циклон", яка вивела на орбіту перший український національний супутник "Січ-1", призначений для оперативного отримання інформації з метою вирішення задач дослідження Землі з космосу (рослинного покриву, стану атмосфери, метеопрогнозу, стану води Чорного моря, розвідки корисних копалин і т.п.) в рамках національних і міжнародних космічних програм. Цьому запуску передувала напружена і копітка робота фахівців Євпаторійського космічного центру. У дуже короткі терміни був створений Центр Управління Польотами КА "Січ-1" з використанням новітньої сучасної обчислювальної техніки і технології. Високопрофесійний колектив Євпаторійського Центру Космічного Зв'язку в ході керування космічним апаратом "Січ-1" провів ряд наукових експериментів, що дозволили зробити багато відкриттів і відпрацювати нові технології, дати народному господарству дуже багато інформації, яка використовується в інтересах економіки.
У 1996р., Відповідно до Указу президента України в Євпаторії на базі ЦДКС створено Національний Центр Управління та випробувань космічних засобів (НЦУВКЗ). Цей Центр призначено для керування космічними апаратами в рамках національних і міжнародних космічних програм.
Світове співтовариство визнало, що вже зараз, неможливо обійтися без космічної діяльності. Тому на початку нового тисячоліття передбачається розробка та впровадження різноманітних космічних програм, спрямованих на використання космічних технологій для поліпшення життя на Землі. [5]
9. Освоєння ресурсів Сонячної системи та перспективи міжзоряних польотів
Відомий девіз полярних дослідників і першопрохідників: "Боротися і шукати, знайти і не здаватися" цілком і повністю відноситься і до сучасної космонавтики. Незважаючи на вже досягнуті чудові перемоги космонавтики за допомогою РРД і поступове освоєння навколоземного космічного простору, міжпланетні польоти людей з використанням цього типу двигунів досить скрутні, оскільки вимагають занадто грандіозних витрат палива. Частка корисної навантаження під злітній масі міжпланетних ракет з РРД незначна і з їх допомогою не можна отримати необхідні космонавтиці високі значення питомої імпульсу тяги, що дозволило б значно збільшити корисну навантаження при тій же злітній масі.
Крім цього головним стимулюючим чинником для подальшого удосконалення та створення нових ракет-носіїв є необхідність зниження вартості виведення на орбіту одиниці маси корисного вантажу. Аналіз показує, що в майбутньому для транспортних космічних систем одноразового використання немає перспектив для значного зниження даної величини. Радикальне вирішення цієї проблеми можливе тільки при переході на новий клас транспортних систем багаторазового використання. Обмежені можливості РРД для міжпланетних польотів проявляються в таких негативних факторах як тривалі терміни і великі витрати матеріальних ресурсів (для забезпечення життя екіпажу).
Таким чином стає очевидним, що головним завданням космонавтики є подолання бар'єру питомої імпульсу тяги рідинних реактивних двигунів (5-6 км / сек) для практичного освоєння космічного простору. Для вирішення всіх цих проблем необхідні нові, радикальні винаходи, нові джерела енергії, нові рухові системи.
Тому очевидна назріла необхідність використання необмеженої ядерної енергії для здійснення заповітної мрії людства про освоєнні нескінченних ресурсів Космосу. Для забезпечення безпеки при зльоті та посадці найбільш доцільне використання енергії керованого термоядерного синтезу при відсутності радіоактивних відходів. З цією метою автором спроектований багаторазовий космоліт "Сокіл" з термоядерним реактивним двигуном (ТЯРД), який дозволяє розвивати значні швидкості в необхідних межах: 1000 км / сек - 150 000 км / сек і більше у вільному космічному просторі.
Освоєння ресурсів Сонячної системи за допомогою ТЯРД назавжди вирішить проблему захисту від забруднення навколишнього середовища, безмежного життєвого простору, рясного енергозабезпечення, сировини та їх практичного використання. За рахунок значного збільшення питомої імпульсу тяги (більше 2000км/сек) витрата палива значно зменшиться, а це призведе до збільшення маси корисного навантаження і значного зниження вартості виведення на орбіту одиниці маси корисного вантажу.
ТЯРД вирішує головну проблему значного скорочення часу міжпланетних перельотів багаторазових космольотів і збільшує їх вантажопідйомність. Витрати на розробку і створення експериментального багаторазового космічного корабля з ТЯРД складуть 5 млрд.долл.с подальшим зниженням витрат до 2млрд.долл.прі серійному виробництві. Для порівняння вартість МТКК "Спейс Шаттл" понад 2млрд.долл.Ожідаемая надприбуток за рахунок використання достатку дешевої енергії керованого термоядерного синтезу на реакторі "Прометей" значно перекриває всі витрати і забезпечує енергетичну незалежність України (і інших держав використовують цю ефективну технологію), замінюючи енергоресурси нафти і газу. Це перспективний шлях розвитку світової енергетики, який забезпечує достаток дешевої енергії. За рахунок багаторазового використання виведення на орбіту 1 кг корисного навантаження обійдеться приблизно 1 долл.с подальшим зниженням в процесі експлуатації.
Завдяки використанню потужного багаторазового космічного корабля спеціальної конструкції з ТЯРД можливо буде здійснювати регулярні пілотовані польоти на Місяць і транспортування вантажів по трасі Земля-Місяць-Земля. Ці польоти будуть подібні сучасним трансконтинентальних авіаційним перельотів з Європи до США і стануть економічно вигідними завдяки дешевизні таких перельотів. Місяць стане міжпланетної промисловою базою та експериментальним полігоном вчених.
Транспортування комет і астероїдів з поясу між орбітами Марса і Юпітера з допомогою ТЯРД дозволить створювати з їх речовини міжпланетні бази і космічні автономні системи виробництва (АСП) на основі роботів і комп'ютерів. Неминучий винос АСП в Космос за допомогою ТЯРД диктується необхідністю зберегти Землю від згубного забруднення промисловими відходами як унікальний космічний заповідник, а також вигодою використання космічних технологій у виробництві. Космоліт з ТЯРД дозволять здійснювати регулярні польоти людей на Марс спочатку за кілька місяців і створення на ньому постійних поселень разом з АСП.
Використовуючи безмежну енергію ТЯРД людство зможе розвинути широку астроінженерную діяльність, що дає можливість здійснити зміну клімату Марса штучним шляхом і перетворити його на подобу Землі. Це дозволить відновити атмосферу і гідросферу, а також відродити життя на Марсі і заселити його земними рослинами і тваринами, щоб надалі перетворити Марс у нове житло для всього людства. Зміна хімічного складу атмосфери Венери (перетворення вуглекислого газу в кисень) за допомогою мікроорганізмів і рослин дозволить створити планету за природними умовами схожу на Землю і де зможуть жити люди у майбутньому.
Створення гігантських космічних поселень у навколосонячному просторі зробить людство практично безсмертним і безмежно могутнім при достатку енергії Сонця і продуктів харчування (які будуть вирощуватися у великих оранжереях або синтезуватися на біохімічних фабриках в Космосі). Таким чином у майбутньому люди будуть жити на Марсі і Венері як на Землі, поступово заселяючи всю Сонячну систему - супутники Юпітера, Сатурна і інших великих планет, а також астероїди. Супутники і кільця планет-гігантів стануть легко доступні для освоєння та використання. Очевидно, що Юпітер, Сатурн і інші великі планети будуть використовуватися як паливні бази космольотів і джерела сировини за рахунок хімічного складу їх великих атмосфер. Планети Сонячної системи та їх супутники стануть надійним плацдармом людства перед стрибком до зірок і розселенням спершу по нашій Галактиці, а в майбутньому і по всій Метагалактиці.
Для цього на навколоземній орбіті можна буде збирати великі міжзоряні зорельоти, які за допомогою ТЯРД зможуть розвивати релятивістську швидкість, порівнянну зі швидкістю світла у вакуумі. Гігантські багатства космічних світів стануть надбанням усього людства. Таким чином ключ до Всесвіту полягає у використанні енергії зірок.
Для прикладу наведу ряд розрахунків міжзоряних перельотів виходячи з постійного прискорення ракети 20м/сек2 та Спеціальної теорії відносності (СТО) А. Ейнштейна. Майбутні космонавти зможуть подорожувати не тільки в просторі, але і в часі згідно СТО. Розглянемо космічний політ до найближчої до нашого Сонця потрійний системі зірок альфа Центавра (Толіман), що знаходиться на відстані 4,3 світлових років. Причому половину шляху ракета прискорюється, а іншу половину сповільнюється. До моменту досягнення головної жовтої зірки Альфи Центавра А для космонавтів у ракеті пройде час 2,26 років, а на Землі 5,16 років. Ця зірка за своїми параметрами (світність, маса, розмір) дуже схожа на Сонце, а її яскравий помаранчевий супутник альфа Центавра В має меншу світність - 0,28, тоді як третій супутник - зірка Проксима (Найближча) Центавра є холодною червоним карликом. Згідно з розрахунками американського астронома С. Доула ймовірно, що біля головних зірок альфи Центавра А та В існують землеподібні планети, на яких можливе життя та проживання розумних істот. А після зворотного повернення на Землю у космонавтів пройде 4,52 року, але вони переконаються в тому, що на самій Землі минуло вже 10,32 року. Політ до центру нашої Галактики у сузір'ї Стрільця на відстані 10 кпк (1пк = 3,263 Хаббл-тип) займе у космонавтів час 5,61 року, а на Землі пройде 32 630 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 11,22 року, тоді як для Землі пройде 65 260 років.
Політ до супутників нашої Галактики: Великому Магелланова хмарі в сузір'ї Тукана на відстані 52 кпк займе у космонавтів час 6,2 року, а на Землі пройде час 170 000 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 12,4 року, тоді як для Землі пройде 340 000 років.
Політ до Малого Магелланової Хмари в сузір'ї Золотої Рибки на відстані 71 кпк займе у космонавтів час 6,4 року, а на Землі пройде час 232 000 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 12,8 року, тоді як для Землі пройде 464 000 років.
Політ до знаменитої галактиці-туманності Андромеди, що знаходиться на відстані 690 кпк займе за часом космонавтів 7,5 років, а на Землі пройде 2260 тисяч років. Повернувшись на Землю, космонавти за своїми годинах відзначать 15 років польоту, а на Землі пройде 4520 тисяч років з моменту старту.
Співвідношення двох факторів - тривалість життя і здатності переносити прискорення у людини таке, що він в принципі міг би здійснити подорож до будь-яких, навіть самих віддалених з галактик, що спостерігаються Всесвіту! Так для досягнення далеких скупчень галактик, розташованих на відстані 1000 Мпк, буде потрібно тільки 11,1 років часу космонавтів, тоді як на Землі пройде 3,263 мільярда років. Використання гідроамортизаторів і анабіозу дозволить значно збільшити прискорення, для досягнення швидкості світла, отже скоротить для космонавтів час міжзоряних перельотів. Космічні Колумба і Магеллана на зорельотах підкорять Всесвіт і зустрінуться з братами по розуму. Вони знайдуть придатні для проживання нащадків нові прекрасні світи, коли наше Сонце вичерпає запаси ядерного палива і неминуче почне згасати, а Сонячна система перетвориться на гибнущую пустиню.Такім чином вирішення проблеми міжзоряних польотів забезпечує безсмертя і нескінченний розвиток людської цивілізації. [6]
10. У космічний політ під сонячним вітрилом
Незважаючи на швидкий розвиток космічної техніки і поява все нових типів космічних апаратів, повсюдно виникають завдання, що виходять за рамки можливостей наявних коштів. Особливо це стосується таких специфічних галузей науки, як дослідження сонячно-планетних зв'язків, космічна астрометрія та інші. Дослідження космічної плазми можливо, наприклад, лише за достатньої власної «чистоті» КА, яка не забезпечується на багатопрофільних космічних об'єктах. У космічній астрометрії головний чинник, що визначає точність вимірювань, - детермінованість власного кутового руху КА. Вона досягається лише при мінімізації механічних збурень апарату. У подібних випадках потрібні малі і дешеві апарати для вирішення завдання «одного експерименту». Важливі передумови створення таких космічних апаратів - загальне зростання рівня техніки, доступність сучасних конструкційних матеріалів, накопичення досвіду конструювання приладів, що функціонують у відкритому космосі, розвиток мікроелектроніки та техніки зв'язку.
Вчені Інституту космічних досліджень АН СРСР розробляють проект «Регата», що передбачає створення Малої космічної лабораторії, для орієнтації та стабілізації якої в просторі буде використовуватися сила світлового тиску.
Приклад КА «одного експерименту» - розробляється в ІКД АН СРСР Мала космічна лабораторія (МКЛ). У ній для орієнтації та стабілізації положення в просторі КА використовується сила тиску сонячного світла. Це дозволило спростити службові системи, зменшити їх масу по відношенню до корисного навантаження, підвищити надійність та знизити вартість. Корисне навантаження МКЛ може досягати 50% його маси. [7]
10.1 Система стабілізації
Система пасивної орієнтації, що використовує сили світлового тиску, в значній мірі визначає вигляд КА і сферу його можливих застосувань. Взаємодія зі світловим потоком здійснює сонячне вітрило, що включає дві частини - нерухому (стабілізатор) і рухому (керма).
Крім вітрила, до складу системи орієнтації входить рідинний демпфер нутаціонних коливань. Поздовжня вісь МКЛ орієнтується на Сонці. Інші дві осі можуть залишатися нерухомими в орбітальній геліоцентричної системи координат (постійна сонячно-зоряна орієнтація) або повільно (до декількох оборотів на добу) обертатися навколо направлення на Сонце (постійна сонячна орієнтація). Обидва режими в однаковій мірі сприятливі для підтримки постійного теплового режиму на борту і для роботи системи електроживлення. Зі зберігання сонячної орієнтації забезпечується одним стабілізатором (без допомоги рулів). Змінюючи геометрію вітрила (при відхиленні рулів), можна закручувати МКЛ з необхідною кутовий швидкістю. Рулі використовуються також на ділянці початкового заспокоєння, коли потрібно погасити кутові швидкості, отримані апаратом при відділенні від розгінного блоку (РБ). Зауважимо, що вивчення динаміки космічного апарату, стабилизируемого тиском сонячного світла, являє собою самостійний науковий інтерес.
Специфіка орієнтації та стабілізації МКЛ дозволяє використовувати цей КА найбільш ефективно в областях космічного простору, де гравітаційні впливу на орієнтацію МКЛ з боку Землі та інших небесних тіл істотно нижче впливу тиску сонячного світла. У навколоземному космічному просторі такі умови надійно виконуються на відстанях від Землі більше п'яти її радіусів.
Деякі із запланованих на МКЛ експериментів вимагають швидкого обертання датчиків. Тому окремі модифікації МКЛ містять масивну обертову платформу з встановленою на ній наукової та службової апаратурою. Вісь обертання платформи спрямована на Сонці і збігається з поздовжньою віссю космічного апарату. Маса корисного навантаження на платформі складає 35-45 кг. Швидкість обертання до 15 об / хв. Чинний на КА з боку платформи гіроскопічний момент компенсується маховиком, що обертається назустріч платформі. [7]
10.2 «Регата-плазма»
На першому етапі використання МКЛ (1994-1997 рр..) Найбільш важливим буде проект «Регата-Плазма» (РП), Мета проекту - дослідження сонячно-планетних зв'язків (сонячної активності, механізмів передачі сонячних впливів через міжпланетну середу і реакцій навколопланетного простору на сонячні обурення).
Сонячна активність вже давно вивчається наземними засобами, а в останні двадцять років і за допомогою космічної апаратури, яка дозволяє досліджувати ультрафіолетову і рентгенівську частини спектру, безпосередньо реєструвати корпускулярне випромінювання. Проте до цих пір неясний механізм циклічності активності Сонця, механізм сонячних спалахів і прискорення в них частинок до дуже великих енергій, не відпрацьовані способи прогнозування сонячних спалахів, тільки починається експериментальне вивчення внутрішньої будови Сонця. Чимало завдань належить вирішити експериментаторам і в дослідженні сонячної корони. Незважаючи на великі успіхи у вивченні сонячного вітру, його просторова структура і ряд характеристик відомі явно недостатньо.
Особливий інтерес представляють плазмофізіческіе експерименти для забезпечення програми дослідження Марса. Необхідно, по-перше, накопичити матеріал і створити заділ для вирішення наукових питань марсіанської програми. По-друге, потрібно забезпечити радіаційну безпеку польотів на Марс для майбутніх космонавтів.
(Рис. 2) Загальний вигляд МКЛ у проекті «Регата-Плазма» (РП). Основна особливість цього типу МКЛ - наявність обертової платформи (1) і вітрила (2) з відображає «дзеркального» матеріалу. Поздовжня вісь МКЛ спрямована на Сонці сонячною панеллю (3), що є основним джерелом харчування. Обертова платформа (15 об / хв) має свої сонячні панелі (4). Наукова та службова апаратура розташовується на термостатированной рамі (5), на якій укріплено рідинне демпфірує пристрій (6), що гасить поперечні коливання МКЛ. Для компенсації помилок наведення, а також для програмних розворотів і обертання навколо поздовжньої осі МКЛ використовуються керовані сонячні вітрила (7), що мають двостороннє покриття: «дзеркальне» і «чорне» (поглинаюча).
Марс і Земля знаходяться дуже близько один від одного. Ясно, що закономірності, які керують сонячно-земних зв'язків, визначають і зв'язку Марса з Сонцем. Тому багато питань, пов'язаних із забезпеченням марсіанської програми, можуть бути вирішені в ході експериментів на навколоземних орбітах. Потрібно тільки, щоб космічні апарати велику частину часу проводили поза магнітосфери Землі.
Концепція проекту «Регата-Плазма» передбачає створення в 1994-1997 рр.. експериментальної супутникової мережі. Вона буде включати 4-5 МКЛ, збудованих уздовж лінії «Земля-Сонце» (передня точка либрации, екваторіальна орбіта, близький хвіст (20 R), середній хвіст (60-70 R), задня точка либрации). Ця мережа представить собою витягнуту ланцюжок супутників, яка забезпечить многозондовое дослідження магнітосфери спільно зі штучними супутниками Землі Європейського космічного агентства «КЛАСТЕР» і «Сохо», а також, можливо, і з супутниками НАСА «Полярний» та «ВІНД» і японським ШСЗ «ГЕОТАЙЛ ». Корекції вимірювань, які будуть отримані на цих космічних апаратах, а також їх спільний аналіз, що використовує одночасно наземні дані і дані нізковисотних супутників, дозволять істотно просунутися в розумінні природи сонячно-земних зв'язків, фізики магнітосфери і розв'язання фізичних проблем, з якими дослідники зустрічаються в астрофізиці, фізики плазми, термоядерних дослідженнях. [7]
10.3 «Регата-астро»
У той же період (1994 - 1997 рр..) МКЛ передбачається використовувати для реалізації першого етапу проекту «Регата-Астро» (РА). Мета цього проекту - проведення астрометричних та радіометричних космічних досліджень зірок та інших небесних тіл.
Рішення астрометричних задач з космічних платформ має ряд істотних переваг:
- Виключається вплив земної атмосфери, що викликає рефракцію, дисперсію і поглинання світла;
- Виключається вплив гравітаційного поля Землі, що викликає деформації як в конструкції КА, так і оптичному інструменті;
- З'являється можливість отримати всі дані в єдиній системі координат;
- Відпадає необхідність врахування параметрів обертання Землі, неточне знання яких погіршує з плином часу точність опорної системи координат;
- Спостереження з КА можна вести практично безперервно протягом багатьох діб, місяців і навіть років.
Завдяки цьому істотно підвищиться точність створюваних зоряних каталогів. Проведення прецизійних астрометричних вимірювань з КА дозволить створити координатну основу для вивчення розвитку кінематики і динаміки Сонячної системи. Сукупність отриманих даних про власні рухах, паралакса, радіометричних характеристики різних типів зірок розширить наші знання в області зоряної астрономії та астрофізики (уточнення шкали відстаней у Всесвіті, визначення світимості і маси зірок, дослідження структури, динаміки, віку та еволюції Галактики). Проведення астрометричних вимірювань з точністю до тисячних часток кутової секунди (що недосяжно для наземних інструментів!) Дасть можливість вивчити і деякі релятивістські ефекти (зокрема, релятивістське зсув перигелієм Венери і Марса).
Прикладне значення даних космічної астрометрії і радіометрії складається, в першу чергу, в істотному підвищенні точності астрооріентаціі і астронавігації космічних апаратів, а також у забезпеченні прецизійного визначення координат штучних і природних небесних об'єктів. Зокрема, при польотах до Марсу підвищення точності наведення дозволить ефективно використовувати аеродинамічний гальмування КА і збільшити вагу корисного навантаження за рахунок скорочення запасу пального.
Ідея використання МКЛ для розміщення астрометричних інструментів базується на наступних основних положеннях:
- Рух МКЛ щодо центру мас забезпечує повний огляд зоряного неба і оптимальні умови для визначення річних паралаксів і власних рухів зірок. Важливо, що постійна орієнтація КА по відношенню до Сонця гарантує сталість теплового режиму на борту і, отже, відсутність теплових деформацій вимірювальних інструментів.
- Конструктивна схема МКЛ передбачає модифікації базової конструкції. Завдяки вибору орбіт і режиму роботи бортових систем кутовий рух МКЛ набуває високої детермінованість. Це, у свою чергу, відкриває можливість використовувати статистичну обробку великих масивів вимірювань, які об'єднують далеко віддалені за часом спостереження одних і тих самих зірок.
(Рис.3) Загальний вигляд МКЛ у проекті «Регата-Астро» У цьому проекті для МКЛ необхідно забезпечити мінімальні возмущающие чинники. Для цього вибираються орбіти, віддалені на декілька млн км від Землі, і вводяться деякі конструктивні зміни. Основні вітрила (1) робляться з поглинаючих «чорних» матеріалів, а в керованих вітрилах (2) - матеріал з двостороннім покриттям («чорним» і «дзеркальним»).
На малюнку показані: сонячна панель (3), блок телевізійних зоряних камер (4), приладова рама (5), демпфірує пристрій (6). Повільне обертання МКЛ (1 об / добу) навколо поздовжньої осі (у напрямку на Сонце) і використання чотирьох зоряних камер (4) (встановлених в площині, перпендикулярної напрямку на Сонце) дозволить отримати карти зоряного неба за півроку орбітального польоту
При виконанні астрометричних вимірів потрібно точно знати положення інструмента в момент вимірювання або визначити його в процесі обробки вимірів. Традиційно в астрометрії використовується перший підхід. Високий ступінь детермінованості кутового руху МКЛ дозволяє використовувати другий підхід, в якому положення зірок, параметри інструменту і орієнтація КА визначаються спільно, в єдиному процесі статистичної обробки вимірювань.
Вибір орбіти МКЛ у проекті «Регата-Астро», в першу чергу, підпорядкований вимогу мінімізації збурень у кутовому русі. Враховуються, звичайно, і умови організації зв'язку із Землею. Тому потрібно, щоб під час свого активного існування (5 років) КА не зближувався із Землею до відстаней, менших 1 млн. км, і віддалявся б від неї більш ніж на 10 млн км. Виведення на робочу орбіту з проміжною має здійснюватися одноразовим включенням розгінного блоку, а подальший політ повинен відбуватися без орбітальних корекцій. Цим та іншим умовам задовольняють квазіспутніковие орбіти (КСВ) в системі «Сонце-Земля». Вони набагато ближче до Землі, ніж до Сонця, але розташовуються далеко за межами сфери дії Землі (рух по них визначається в основному тяжінням не до Землі, а до Сонця). КСВ в проекті «Регата-Астро» має малу піввісь 5 млн км і нахил до площини екліптики 10 °. Видалення КА від Землі змінюється в межах 2 - 10 млн км.
Основні характеристики астрометричної МКЛ, її орбіта і орієнтація дозволяють ефективно використовувати цей тип КА для вирішення ряду інших завдань, зокрема, для картографування небесної сфери в тепловому ІЧ та міліметровому діапазонах електромагнітних хвиль. Картографування небесної сфери в тепловій ІК-області доцільно провести в трьох спектральних зонах (2-7, 10-12 і 15-20 мкм) з просторовим дозволом 6 'з охопленням зірочок до 15-ої зоряної величини. Складання радіояркостних карт небесної сфери може бути здійснено на основі вимірювань в областях трьох довжин хвиль (1,0-1,5-3,0 мм) з просторовим дозволом не гірше 0,5. '
Картографування небесної сфери в тепловому ІЧ та міліметровому діапазонах дозволить виявити і досліджувати не реєструються у видимій ближньої ІК-області джерела випромінювання, вивчити процеси зореутворення, а також вирішувати інші завдання астрофізики, зоряної астрономії, космології.
Для вирішення зазначених астрофізичних завдань необхідні дві МКЛ - одна з радіометричної і друга з ІК апаратурою. Вони можуть функціонувати на однакових орбітах і мати тотожні режими орієнтації, прийняті для МКЛ проекту «Регата-Астро». [7]
10.4 Польоти до астероїдів і комет
На наступних етапах реалізації проекту «Регата» (після 1997 р.) передбачається не тільки продовжити плазмофізіческіе і астрометричні космічні дослідження, але також використовувати МКЛ в якості платформи для здійснення зближення і обльоту малих тіл Сонячної системи та проведення їх астрофізичного дослідження.
Для супроводу малих тіл (астероїдів, ядер комет) і, тим більше, посадки на них буде потрібно забезпечити МКЛ реактивним двигуном, здатним створювати імпульс великої тяги. Власне кажучи, зблизити МКЛ з малим тілом можна в принципі і за допомогою сонячного вітрила, але тоді практично виключається можливість оперативної корекції орбіти. Тому здійснювати тісні зближення доведеться за допомогою коригувальних реактивних двигунів.
Траєкторію КА можна вибрати так, щоб забезпечити в одному пуску обліт кількох малих тіл. Для КА з вітрильним рушієм їх число, як правило, дорівнює двом (старт - обліт перші астероїда - гравітаційний маневр у полі Землі - обліт другого астероїда). Тривалість польоту за такими траєкторіях становить один-два роки.
Цікаво направити до малого тілу космічний апарат, раніше виведений на орбіту у межі сфери дії Землі, наприклад, на гало-орбіти. Така можливість вперше була продемонстрована апаратом ISEE-3, який з гало-орбіти був після декількох гравітаційних маневрів у поле Місяця переведений на траєкторію польоту до комети Джакобіні-Циннера. Планується в кінці 1990-х років здійснити подібні експедиції до тієї ж комети або до комети Хонда-Мркос-Пайдушаковой. Політ до останньої з названих комет особливо привабливий, тому що точка зустрічі розташовується на відстані всього 0,18 а. е. від Землі, а на гало-орбітах в цей час по програмі реалізації проекту РП повинні перебувати дві МКЛ («Регата-В» і «Регата-C»). Можна буде запустити і спеціальну МКЛ для польоту до комети. Зауважимо, що практично сумісні вимоги до ділянки виведення МКЛ на орбіту перехоплення комети і на орбіти МКЛ «Регата-В» і «Регата-С». [7]
Література
1. http://cloudland.ru
2. http://krugosvet.ru
3. http:// sunsystem.nm.ru
4. http:// kiam1.rssi.ru
5. http://evpagrad.org
6. http:// astrolab.ru
7. http://epizodsspace.testpilot.ru
Тому очевидна назріла необхідність використання необмеженої ядерної енергії для здійснення заповітної мрії людства про освоєнні нескінченних ресурсів Космосу. Для забезпечення безпеки при зльоті та посадці найбільш доцільне використання енергії керованого термоядерного синтезу при відсутності радіоактивних відходів. З цією метою автором спроектований багаторазовий космоліт "Сокіл" з термоядерним реактивним двигуном (ТЯРД), який дозволяє розвивати значні швидкості в необхідних межах: 1000 км / сек - 150 000 км / сек і більше у вільному космічному просторі.
Освоєння ресурсів Сонячної системи за допомогою ТЯРД назавжди вирішить проблему захисту від забруднення навколишнього середовища, безмежного життєвого простору, рясного енергозабезпечення, сировини та їх практичного використання. За рахунок значного збільшення питомої імпульсу тяги (більше 2000км/сек) витрата палива значно зменшиться, а це призведе до збільшення маси корисного навантаження і значного зниження вартості виведення на орбіту одиниці маси корисного вантажу.
ТЯРД вирішує головну проблему значного скорочення часу міжпланетних перельотів багаторазових космольотів і збільшує їх вантажопідйомність. Витрати на розробку і створення експериментального багаторазового космічного корабля з ТЯРД складуть 5 млрд.долл.с подальшим зниженням витрат до 2млрд.долл.прі серійному виробництві. Для порівняння вартість МТКК "Спейс Шаттл" понад 2млрд.долл.Ожідаемая надприбуток за рахунок використання достатку дешевої енергії керованого термоядерного синтезу на реакторі "Прометей" значно перекриває всі витрати і забезпечує енергетичну незалежність України (і інших держав використовують цю ефективну технологію), замінюючи енергоресурси нафти і газу. Це перспективний шлях розвитку світової енергетики, який забезпечує достаток дешевої енергії. За рахунок багаторазового використання виведення на орбіту 1 кг корисного навантаження обійдеться приблизно 1 долл.с подальшим зниженням в процесі експлуатації.
Завдяки використанню потужного багаторазового космічного корабля спеціальної конструкції з ТЯРД можливо буде здійснювати регулярні пілотовані польоти на Місяць і транспортування вантажів по трасі Земля-Місяць-Земля. Ці польоти будуть подібні сучасним трансконтинентальних авіаційним перельотів з Європи до США і стануть економічно вигідними завдяки дешевизні таких перельотів. Місяць стане міжпланетної промисловою базою та експериментальним полігоном вчених.
Транспортування комет і астероїдів з поясу між орбітами Марса і Юпітера з допомогою ТЯРД дозволить створювати з їх речовини міжпланетні бази і космічні автономні системи виробництва (АСП) на основі роботів і комп'ютерів. Неминучий винос АСП в Космос за допомогою ТЯРД диктується необхідністю зберегти Землю від згубного забруднення промисловими відходами як унікальний космічний заповідник, а також вигодою використання космічних технологій у виробництві. Космоліт з ТЯРД дозволять здійснювати регулярні польоти людей на Марс спочатку за кілька місяців і створення на ньому постійних поселень разом з АСП.
Використовуючи безмежну енергію ТЯРД людство зможе розвинути широку астроінженерную діяльність, що дає можливість здійснити зміну клімату Марса штучним шляхом і перетворити його на подобу Землі. Це дозволить відновити атмосферу і гідросферу, а також відродити життя на Марсі і заселити його земними рослинами і тваринами, щоб надалі перетворити Марс у нове житло для всього людства. Зміна хімічного складу атмосфери Венери (перетворення вуглекислого газу в кисень) за допомогою мікроорганізмів і рослин дозволить створити планету за природними умовами схожу на Землю і де зможуть жити люди у майбутньому.
Створення гігантських космічних поселень у навколосонячному просторі зробить людство практично безсмертним і безмежно могутнім при достатку енергії Сонця і продуктів харчування (які будуть вирощуватися у великих оранжереях або синтезуватися на біохімічних фабриках в Космосі). Таким чином у майбутньому люди будуть жити на Марсі і Венері як на Землі, поступово заселяючи всю Сонячну систему - супутники Юпітера, Сатурна і інших великих планет, а також астероїди. Супутники і кільця планет-гігантів стануть легко доступні для освоєння та використання. Очевидно, що Юпітер, Сатурн і інші великі планети будуть використовуватися як паливні бази космольотів і джерела сировини за рахунок хімічного складу їх великих атмосфер. Планети Сонячної системи та їх супутники стануть надійним плацдармом людства перед стрибком до зірок і розселенням спершу по нашій Галактиці, а в майбутньому і по всій Метагалактиці.
Для цього на навколоземній орбіті можна буде збирати великі міжзоряні зорельоти, які за допомогою ТЯРД зможуть розвивати релятивістську швидкість, порівнянну зі швидкістю світла у вакуумі. Гігантські багатства космічних світів стануть надбанням усього людства. Таким чином ключ до Всесвіту полягає у використанні енергії зірок.
Для прикладу наведу ряд розрахунків міжзоряних перельотів виходячи з постійного прискорення ракети 20м/сек2 та Спеціальної теорії відносності (СТО) А. Ейнштейна. Майбутні космонавти зможуть подорожувати не тільки в просторі, але і в часі згідно СТО. Розглянемо космічний політ до найближчої до нашого Сонця потрійний системі зірок альфа Центавра (Толіман), що знаходиться на відстані 4,3 світлових років. Причому половину шляху ракета прискорюється, а іншу половину сповільнюється. До моменту досягнення головної жовтої зірки Альфи Центавра А для космонавтів у ракеті пройде час 2,26 років, а на Землі 5,16 років. Ця зірка за своїми параметрами (світність, маса, розмір) дуже схожа на Сонце, а її яскравий помаранчевий супутник альфа Центавра В має меншу світність - 0,28, тоді як третій супутник - зірка Проксима (Найближча) Центавра є холодною червоним карликом. Згідно з розрахунками американського астронома С. Доула ймовірно, що біля головних зірок альфи Центавра А та В існують землеподібні планети, на яких можливе життя та проживання розумних істот. А після зворотного повернення на Землю у космонавтів пройде 4,52 року, але вони переконаються в тому, що на самій Землі минуло вже 10,32 року. Політ до центру нашої Галактики у сузір'ї Стрільця на відстані 10 кпк (1пк = 3,263 Хаббл-тип) займе у космонавтів час 5,61 року, а на Землі пройде 32 630 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 11,22 року, тоді як для Землі пройде 65 260 років.
Політ до супутників нашої Галактики: Великому Магелланова хмарі в сузір'ї Тукана на відстані 52 кпк займе у космонавтів час 6,2 року, а на Землі пройде час 170 000 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 12,4 року, тоді як для Землі пройде 340 000 років.
Політ до Малого Магелланової Хмари в сузір'ї Золотої Рибки на відстані 71 кпк займе у космонавтів час 6,4 року, а на Землі пройде час 232 000 років. На повернення піде теж час, а на весь політ для космонавтів 12,8 року, тоді як для Землі пройде 464 000 років.
Політ до знаменитої галактиці-туманності Андромеди, що знаходиться на відстані 690 кпк займе за часом космонавтів 7,5 років, а на Землі пройде 2260 тисяч років. Повернувшись на Землю, космонавти за своїми годинах відзначать 15 років польоту, а на Землі пройде 4520 тисяч років з моменту старту.
Співвідношення двох факторів - тривалість життя і здатності переносити прискорення у людини таке, що він в принципі міг би здійснити подорож до будь-яких, навіть самих віддалених з галактик, що спостерігаються Всесвіту! Так для досягнення далеких скупчень галактик, розташованих на відстані 1000 Мпк, буде потрібно тільки 11,1 років часу космонавтів, тоді як на Землі пройде 3,263 мільярда років. Використання гідроамортизаторів і анабіозу дозволить значно збільшити прискорення, для досягнення швидкості світла, отже скоротить для космонавтів час міжзоряних перельотів. Космічні Колумба і Магеллана на зорельотах підкорять Всесвіт і зустрінуться з братами по розуму. Вони знайдуть придатні для проживання нащадків нові прекрасні світи, коли наше Сонце вичерпає запаси ядерного палива і неминуче почне згасати, а Сонячна система перетвориться на гибнущую пустиню.Такім чином вирішення проблеми міжзоряних польотів забезпечує безсмертя і нескінченний розвиток людської цивілізації. [6]
10. У космічний політ під сонячним вітрилом
Незважаючи на швидкий розвиток космічної техніки і поява все нових типів космічних апаратів, повсюдно виникають завдання, що виходять за рамки можливостей наявних коштів. Особливо це стосується таких специфічних галузей науки, як дослідження сонячно-планетних зв'язків, космічна астрометрія та інші. Дослідження космічної плазми можливо, наприклад, лише за достатньої власної «чистоті» КА, яка не забезпечується на багатопрофільних космічних об'єктах. У космічній астрометрії головний чинник, що визначає точність вимірювань, - детермінованість власного кутового руху КА. Вона досягається лише при мінімізації механічних збурень апарату. У подібних випадках потрібні малі і дешеві апарати для вирішення завдання «одного експерименту». Важливі передумови створення таких космічних апаратів - загальне зростання рівня техніки, доступність сучасних конструкційних матеріалів, накопичення досвіду конструювання приладів, що функціонують у відкритому космосі, розвиток мікроелектроніки та техніки зв'язку.
Вчені Інституту космічних досліджень АН СРСР розробляють проект «Регата», що передбачає створення Малої космічної лабораторії, для орієнтації та стабілізації якої в просторі буде використовуватися сила світлового тиску.
Приклад КА «одного експерименту» - розробляється в ІКД АН СРСР Мала космічна лабораторія (МКЛ). У ній для орієнтації та стабілізації положення в просторі КА використовується сила тиску сонячного світла. Це дозволило спростити службові системи, зменшити їх масу по відношенню до корисного навантаження, підвищити надійність та знизити вартість. Корисне навантаження МКЛ може досягати 50% його маси. [7]
10.1 Система стабілізації
Система пасивної орієнтації, що використовує сили світлового тиску, в значній мірі визначає вигляд КА і сферу його можливих застосувань. Взаємодія зі світловим потоком здійснює сонячне вітрило, що включає дві частини - нерухому (стабілізатор) і рухому (керма).
Крім вітрила, до складу системи орієнтації входить рідинний демпфер нутаціонних коливань. Поздовжня вісь МКЛ орієнтується на Сонці. Інші дві осі можуть залишатися нерухомими в орбітальній геліоцентричної системи координат (постійна сонячно-зоряна орієнтація) або повільно (до декількох оборотів на добу) обертатися навколо направлення на Сонце (постійна сонячна орієнтація). Обидва режими в однаковій мірі сприятливі для підтримки постійного теплового режиму на борту і для роботи системи електроживлення. Зі зберігання сонячної орієнтації забезпечується одним стабілізатором (без допомоги рулів). Змінюючи геометрію вітрила (при відхиленні рулів), можна закручувати МКЛ з необхідною кутовий швидкістю. Рулі використовуються також на ділянці початкового заспокоєння, коли потрібно погасити кутові швидкості, отримані апаратом при відділенні від розгінного блоку (РБ). Зауважимо, що вивчення динаміки космічного апарату, стабилизируемого тиском сонячного світла, являє собою самостійний науковий інтерес.
Специфіка орієнтації та стабілізації МКЛ дозволяє використовувати цей КА найбільш ефективно в областях космічного простору, де гравітаційні впливу на орієнтацію МКЛ з боку Землі та інших небесних тіл істотно нижче впливу тиску сонячного світла. У навколоземному космічному просторі такі умови надійно виконуються на відстанях від Землі більше п'яти її радіусів.
Деякі із запланованих на МКЛ експериментів вимагають швидкого обертання датчиків. Тому окремі модифікації МКЛ містять масивну обертову платформу з встановленою на ній наукової та службової апаратурою. Вісь обертання платформи спрямована на Сонці і збігається з поздовжньою віссю космічного апарату. Маса корисного навантаження на платформі складає 35-45 кг. Швидкість обертання до 15 об / хв. Чинний на КА з боку платформи гіроскопічний момент компенсується маховиком, що обертається назустріч платформі. [7]
10.2 «Регата-плазма»
На першому етапі використання МКЛ (1994-1997 рр..) Найбільш важливим буде проект «Регата-Плазма» (РП), Мета проекту - дослідження сонячно-планетних зв'язків (сонячної активності, механізмів передачі сонячних впливів через міжпланетну середу і реакцій навколопланетного простору на сонячні обурення).
Сонячна активність вже давно вивчається наземними засобами, а в останні двадцять років і за допомогою космічної апаратури, яка дозволяє досліджувати ультрафіолетову і рентгенівську частини спектру, безпосередньо реєструвати корпускулярне випромінювання. Проте до цих пір неясний механізм циклічності активності Сонця, механізм сонячних спалахів і прискорення в них частинок до дуже великих енергій, не відпрацьовані способи прогнозування сонячних спалахів, тільки починається експериментальне вивчення внутрішньої будови Сонця. Чимало завдань належить вирішити експериментаторам і в дослідженні сонячної корони. Незважаючи на великі успіхи у вивченні сонячного вітру, його просторова структура і ряд характеристик відомі явно недостатньо.
Особливий інтерес представляють плазмофізіческіе експерименти для забезпечення програми дослідження Марса. Необхідно, по-перше, накопичити матеріал і створити заділ для вирішення наукових питань марсіанської програми. По-друге, потрібно забезпечити радіаційну безпеку польотів на Марс для майбутніх космонавтів.
(Рис. 2) Загальний вигляд МКЛ у проекті «Регата-Плазма» (РП). Основна особливість цього типу МКЛ - наявність обертової платформи (1) і вітрила (2) з відображає «дзеркального» матеріалу. Поздовжня вісь МКЛ спрямована на Сонці сонячною панеллю (3), що є основним джерелом харчування. Обертова платформа (15 об / хв) має свої сонячні панелі (4). Наукова та службова апаратура розташовується на термостатированной рамі (5), на якій укріплено рідинне демпфірує пристрій (6), що гасить поперечні коливання МКЛ. Для компенсації помилок наведення, а також для програмних розворотів і обертання навколо поздовжньої осі МКЛ використовуються керовані сонячні вітрила (7), що мають двостороннє покриття: «дзеркальне» і «чорне» (поглинаюча).
Марс і Земля знаходяться дуже близько один від одного. Ясно, що закономірності, які керують сонячно-земних зв'язків, визначають і зв'язку Марса з Сонцем. Тому багато питань, пов'язаних із забезпеченням марсіанської програми, можуть бути вирішені в ході експериментів на навколоземних орбітах. Потрібно тільки, щоб космічні апарати велику частину часу проводили поза магнітосфери Землі.
Концепція проекту «Регата-Плазма» передбачає створення в 1994-1997 рр.. експериментальної супутникової мережі. Вона буде включати 4-5 МКЛ, збудованих уздовж лінії «Земля-Сонце» (передня точка либрации, екваторіальна орбіта, близький хвіст (20 R), середній хвіст (60-70 R), задня точка либрации). Ця мережа представить собою витягнуту ланцюжок супутників, яка забезпечить многозондовое дослідження магнітосфери спільно зі штучними супутниками Землі Європейського космічного агентства «КЛАСТЕР» і «Сохо», а також, можливо, і з супутниками НАСА «Полярний» та «ВІНД» і японським ШСЗ «ГЕОТАЙЛ ». Корекції вимірювань, які будуть отримані на цих космічних апаратах, а також їх спільний аналіз, що використовує одночасно наземні дані і дані нізковисотних супутників, дозволять істотно просунутися в розумінні природи сонячно-земних зв'язків, фізики магнітосфери і розв'язання фізичних проблем, з якими дослідники зустрічаються в астрофізиці, фізики плазми, термоядерних дослідженнях. [7]
10.3 «Регата-астро»
У той же період (1994 - 1997 рр..) МКЛ передбачається використовувати для реалізації першого етапу проекту «Регата-Астро» (РА). Мета цього проекту - проведення астрометричних та радіометричних космічних досліджень зірок та інших небесних тіл.
Рішення астрометричних задач з космічних платформ має ряд істотних переваг:
- Виключається вплив земної атмосфери, що викликає рефракцію, дисперсію і поглинання світла;
- Виключається вплив гравітаційного поля Землі, що викликає деформації як в конструкції КА, так і оптичному інструменті;
- З'являється можливість отримати всі дані в єдиній системі координат;
- Відпадає необхідність врахування параметрів обертання Землі, неточне знання яких погіршує з плином часу точність опорної системи координат;
- Спостереження з КА можна вести практично безперервно протягом багатьох діб, місяців і навіть років.
Завдяки цьому істотно підвищиться точність створюваних зоряних каталогів. Проведення прецизійних астрометричних вимірювань з КА дозволить створити координатну основу для вивчення розвитку кінематики і динаміки Сонячної системи. Сукупність отриманих даних про власні рухах, паралакса, радіометричних характеристики різних типів зірок розширить наші знання в області зоряної астрономії та астрофізики (уточнення шкали відстаней у Всесвіті, визначення світимості і маси зірок, дослідження структури, динаміки, віку та еволюції Галактики). Проведення астрометричних вимірювань з точністю до тисячних часток кутової секунди (що недосяжно для наземних інструментів!) Дасть можливість вивчити і деякі релятивістські ефекти (зокрема, релятивістське зсув перигелієм Венери і Марса).
Прикладне значення даних космічної астрометрії і радіометрії складається, в першу чергу, в істотному підвищенні точності астрооріентаціі і астронавігації космічних апаратів, а також у забезпеченні прецизійного визначення координат штучних і природних небесних об'єктів. Зокрема, при польотах до Марсу підвищення точності наведення дозволить ефективно використовувати аеродинамічний гальмування КА і збільшити вагу корисного навантаження за рахунок скорочення запасу пального.
Ідея використання МКЛ для розміщення астрометричних інструментів базується на наступних основних положеннях:
- Рух МКЛ щодо центру мас забезпечує повний огляд зоряного неба і оптимальні умови для визначення річних паралаксів і власних рухів зірок. Важливо, що постійна орієнтація КА по відношенню до Сонця гарантує сталість теплового режиму на борту і, отже, відсутність теплових деформацій вимірювальних інструментів.
- Конструктивна схема МКЛ передбачає модифікації базової конструкції. Завдяки вибору орбіт і режиму роботи бортових систем кутовий рух МКЛ набуває високої детермінованість. Це, у свою чергу, відкриває можливість використовувати статистичну обробку великих масивів вимірювань, які об'єднують далеко віддалені за часом спостереження одних і тих самих зірок.
(Рис.3) Загальний вигляд МКЛ у проекті «Регата-Астро» У цьому проекті для МКЛ необхідно забезпечити мінімальні возмущающие чинники. Для цього вибираються орбіти, віддалені на декілька млн км від Землі, і вводяться деякі конструктивні зміни. Основні вітрила (1) робляться з поглинаючих «чорних» матеріалів, а в керованих вітрилах (2) - матеріал з двостороннім покриттям («чорним» і «дзеркальним»).
На малюнку показані: сонячна панель (3), блок телевізійних зоряних камер (4), приладова рама (5), демпфірує пристрій (6). Повільне обертання МКЛ (1 об / добу) навколо поздовжньої осі (у напрямку на Сонце) і використання чотирьох зоряних камер (4) (встановлених в площині, перпендикулярної напрямку на Сонце) дозволить отримати карти зоряного неба за півроку орбітального польоту
При виконанні астрометричних вимірів потрібно точно знати положення інструмента в момент вимірювання або визначити його в процесі обробки вимірів. Традиційно в астрометрії використовується перший підхід. Високий ступінь детермінованості кутового руху МКЛ дозволяє використовувати другий підхід, в якому положення зірок, параметри інструменту і орієнтація КА визначаються спільно, в єдиному процесі статистичної обробки вимірювань.
Вибір орбіти МКЛ у проекті «Регата-Астро», в першу чергу, підпорядкований вимогу мінімізації збурень у кутовому русі. Враховуються, звичайно, і умови організації зв'язку із Землею. Тому потрібно, щоб під час свого активного існування (5 років) КА не зближувався із Землею до відстаней, менших 1 млн. км, і віддалявся б від неї більш ніж на 10 млн км. Виведення на робочу орбіту з проміжною має здійснюватися одноразовим включенням розгінного блоку, а подальший політ повинен відбуватися без орбітальних корекцій. Цим та іншим умовам задовольняють квазіспутніковие орбіти (КСВ) в системі «Сонце-Земля». Вони набагато ближче до Землі, ніж до Сонця, але розташовуються далеко за межами сфери дії Землі (рух по них визначається в основному тяжінням не до Землі, а до Сонця). КСВ в проекті «Регата-Астро» має малу піввісь 5 млн км і нахил до площини екліптики 10 °. Видалення КА від Землі змінюється в межах 2 - 10 млн км.
Основні характеристики астрометричної МКЛ, її орбіта і орієнтація дозволяють ефективно використовувати цей тип КА для вирішення ряду інших завдань, зокрема, для картографування небесної сфери в тепловому ІЧ та міліметровому діапазонах електромагнітних хвиль. Картографування небесної сфери в тепловій ІК-області доцільно провести в трьох спектральних зонах (2-7, 10-12 і 15-20 мкм) з просторовим дозволом 6 'з охопленням зірочок до 15-ої зоряної величини. Складання радіояркостних карт небесної сфери може бути здійснено на основі вимірювань в областях трьох довжин хвиль (1,0-1,5-3,0 мм) з просторовим дозволом не гірше 0,5. '
Картографування небесної сфери в тепловому ІЧ та міліметровому діапазонах дозволить виявити і досліджувати не реєструються у видимій ближньої ІК-області джерела випромінювання, вивчити процеси зореутворення, а також вирішувати інші завдання астрофізики, зоряної астрономії, космології.
Для вирішення зазначених астрофізичних завдань необхідні дві МКЛ - одна з радіометричної і друга з ІК апаратурою. Вони можуть функціонувати на однакових орбітах і мати тотожні режими орієнтації, прийняті для МКЛ проекту «Регата-Астро». [7]
10.4 Польоти до астероїдів і комет
На наступних етапах реалізації проекту «Регата» (після 1997 р.) передбачається не тільки продовжити плазмофізіческіе і астрометричні космічні дослідження, але також використовувати МКЛ в якості платформи для здійснення зближення і обльоту малих тіл Сонячної системи та проведення їх астрофізичного дослідження.
Для супроводу малих тіл (астероїдів, ядер комет) і, тим більше, посадки на них буде потрібно забезпечити МКЛ реактивним двигуном, здатним створювати імпульс великої тяги. Власне кажучи, зблизити МКЛ з малим тілом можна в принципі і за допомогою сонячного вітрила, але тоді практично виключається можливість оперативної корекції орбіти. Тому здійснювати тісні зближення доведеться за допомогою коригувальних реактивних двигунів.
Траєкторію КА можна вибрати так, щоб забезпечити в одному пуску обліт кількох малих тіл. Для КА з вітрильним рушієм їх число, як правило, дорівнює двом (старт - обліт перші астероїда - гравітаційний маневр у полі Землі - обліт другого астероїда). Тривалість польоту за такими траєкторіях становить один-два роки.
Цікаво направити до малого тілу космічний апарат, раніше виведений на орбіту у межі сфери дії Землі, наприклад, на гало-орбіти. Така можливість вперше була продемонстрована апаратом ISEE-3, який з гало-орбіти був після декількох гравітаційних маневрів у поле Місяця переведений на траєкторію польоту до комети Джакобіні-Циннера. Планується в кінці 1990-х років здійснити подібні експедиції до тієї ж комети або до комети Хонда-Мркос-Пайдушаковой. Політ до останньої з названих комет особливо привабливий, тому що точка зустрічі розташовується на відстані всього 0,18 а. е. від Землі, а на гало-орбітах в цей час по програмі реалізації проекту РП повинні перебувати дві МКЛ («Регата-В» і «Регата-C»). Можна буде запустити і спеціальну МКЛ для польоту до комети. Зауважимо, що практично сумісні вимоги до ділянки виведення МКЛ на орбіту перехоплення комети і на орбіти МКЛ «Регата-В» і «Регата-С». [7]
Література
1. http://cloudland.ru
2. http://krugosvet.ru
3. http:// sunsystem.nm.ru
4. http:// kiam1.rssi.ru
5. http://evpagrad.org
6. http:// astrolab.ru
7. http://epizodsspace.testpilot.ru