История космических исследований

Все это даст возможность морскому флоту определять очертания материков и получать точные координаты островов, рифов, маяков и других морских объектов, авиации — определять координаты аэропортов, наземных ориентиров и станций наведения. Эти данные позволят выбирать наилучшие маршруты движения и обеспечат   надежность и безопасность работы морского и воздушного транспорта.

Как известно, для прокладки курса  корабля или самолета в каждый момент времени необходимо точно  знать их местоположение. Для этих целей служат различные навигационные  системы, которые обеспечивают вождение по заданным маршрутам. С давних времен в навигации использовались естественные ориентиры или поля: небесные светила, магнитное поле Земли и др. В последнее время большое распространение получили радионавигационные системы, среди которых наиболее современными являются системы, использующие искусственные спутники Земли.

Спутники обеспечивают навигационной  системе глобальность. Всепогодность  навигации в этом случае достигается  благодаря использованию радиосредств сверхвысокочастотного диапазона.

Навигация с использованием спутников  основана на измерении параметров относительного положения и движения навигируемого  объекта и спутника. Такими параметрами  могут служить: расстояние (дальность), скорость изменения этого расстояния (радиальная скорость), угловая ориентация линии объект-спутник (линии визирования) в какой-либо системе координат, скорость изменения этих углов и др.

Координаты спутника в моменты  навигационных определений могут  сообщаться кораблям (или самолетам) при каждой навигации. Кроме того, на спутнике может устанавливаться запоминающее устройство, в которое закладываются данные о его прогнозируемом движении. Эта информация “сбрасывается” со спутника в процессе полета (периодически или по запросу с навигируемого объекта). Для упрощения процесса определения координат объекта может быть составлен каталог эфемерид (параметров орбит) навигационных спутников на несколько месяцев или лет вперед.

Большое влияние на прогнозирование  движения спутника оказывают ошибки определения элементов орбиты, которые зависят прежде всего от точности работы наземных измерительных средств. Эти средства должны быть хорошо “привязаны” к геодезической системе координат. Если этого не будет, то может произойти “сдвиг” координатной системы навигационного спутника относительно геодезической. А это приведет к сдвигу в определении положения навигируемого объекта относительно геодезической системы, а следовательно, и к сдвигу относительно земных ориентиров, что может вызвать катастрофические последствия. Геодезические спутники позволяют с высокой точностью осуществить привязку координат измерительных пунктов к геодезической системе.

Для успешной работы навигационных  спутников имеет значение правильный выбор параметров их орбит. Необходимо обеспечить достаточную частоту видимости спутника с навигируемых объектов. С этой точки зрения различные орбиты сильно отличаются друг от друга. Так, спутник, летящий по низкой полярной орбите “осматривает” всю Землю дважды в сутки, один раз на прямых, другой—на обратных витках. Точнее говоря, Земля относительно движущегося по орбите спутника перемещается так, что с любой ее точки он может быть виден 2 раза в сутки. Чтобы обеспечить непрерывный обзор поверхности Земли со спутников, запускаемых на полярные орбиты, т. е. для обеспечения видимости одного или более спутников с корабля или самолета, находящегося в любой точке нашей планеты, необходимо на орбитах высотой 200 км иметь 160 спутников, а высотой 1 тыс. км — 36 спутников.

Создание систем космической навигации  позволяет значительно улучшить безопасность движения транспорта. Подобные системы прочно входят в практику корабле и самолетовождения, так как позволяют с высокой точностью определять местоположение кораблей и самолетов в любое время суток, при любом состоянии погоды.

Влияние космических исследований на развитие науки и производства

Создание сложнейших  ракетно-космических систем, возникновение космической индустрии и решение фундаментальных   проблем науки и техники, связанных с полетами в космос, дали массу идей, технических средств и принципиально новых конструктивно-технологических решений, внедрение которых в традиционное производство и использование в различных сферах деятельности человека даст колоссальные экономические выгоды. Опосредованные выгоды, которые приносит человечеству космонавтика, весьма трудно поддаются количественным оценкам. Тем не менее попытки таких расчетов делаются. Так, например, согласно подсчетам ряда зарубежных специалистов, прибыль, обусловленная научными исследованиями и разработками в области космоса, достигает 207 млрд. долл.

Благодаря развитию космонавтики физическая наука обогатилась фундаментальными открытиями в области астрофизики, космического излучения, изучения радиационных поясов Земли, солнечно-земной физики, рентгеновской астрономии и др. Потребности космической техники стимулировали исследования в области физики электронных и ионных пучков и направленных плазменных потоков. Применение низкотемпературных (криогенных) ракетных топлив, создание бортовых электрогенераторов сверхбольшой мощности, технически совершенных, привело к необходимости глубокого изучения физики низкотемпературных жидкостей, поведения их в условиях невесомости, разработки новых методов криостатирования легких надежных магнитных систем с малым энергопотреблением, стимулировало развитие физики сверхпроводимости и гелиевой криогеники.

Развитие космической энергетики позволило значительно усовершенствовать  существующие источники тока. Так, например, топливные элементы, вырабатывающие электрический ток в результате электрохимических процессов, применяемые в космических кораблях, в будущем могут найти широчайшее использование в автомобилях, что позволит ликвидировать один из основных источников загрязнения атмосферы, каким является двигатель внутреннего сгорания. Топливные элементы, по-видимому, будут широко внедрены в промышленность и сельское хозяйство как удобный и эффективный источник электроэнергии. То же можно сказать о радиоизотопных и ядерных источниках тока. Наряду с этим усовершенствованные химические аккумуляторы (никель-кадмиевые, серебряно-кадмиевые, серебряно-цинковые) и солнечные батареи, широко использующиеся в космических системах, найдут применение в самых различных областях народного хозяйства.

Большое значение в современной  технике имеет надежность механизмов и машин. Разработка сложных космических комплексов, эксплуатация которых проходит в исключительно трудных и малоизведанных условиях, стимулировала дальнейшее развитие теории надежности, теории проектирования (внедрение системных методов), методов испытаний и экспериментальной отработки и пр. В связи с тем что на космическую технику работают практически все отрасли народного хозяйства, проблемы повышения надежности охватывают и электронику, и измерительную технику, и машиностроение. Таким образом, космонавтика стимулирует повышение надежности в самых различных областях производства.

Велико значение ракетно-космической  техники в развитии микроэлектроники и вычислительных машин. Острая потребность  в малых размерах и незначительном энергопотреблении привела к разработке сверхминиатюрных, компактных и высоконадежных радиоэлектронных приборов и устройств, инициировала развитие транзисторной техники и интегральных схем, которые в последние годы широко употребляются в производстве радиоприемников, телевизоров, электронных часов и т. д. Внедрение совершенных электронных вычислительных машин в различные отрасли народного хозяйства привело к резкому увеличению производительности труда и удешевлению продукции, позволило высвободить большое количество времени для творческой деятельности человека.

Ракетно-космическая техника связана  с разработкой и развертыванием промышленного производства самых  разнообразных конструкционных  материалов, которые находят в  настоящее время применение в  различных областях производства и строительства. Хорошо известно, как широко используется “крылатый” металл алюминий. Все больше начинает внедряться титан и его сплавы. Но, пожалуй, наибольшее значение имеет создание всевозможных неметаллических конструкционных материалов: армированных, комбинированных, слоистых, стойких и к высоким и к крайне низким температурам. Так, например, новый составной материал, состоящий из нитевидных кристаллов бора, склеенных специальной резиной, вдвое прочнее и в два с половиной раза тверже алюминия. При этом он на 25% легче его. Одна из фирм Швейцарии применила разработанную для космических целей технологию в производстве   нового “слоеного” материала (алюминий и пластиковая пена) для изготовления стенных панелей, а также чрезвычайно прочных и легких лыж. Для крупных твердотопливных ракетных двигателей в США был создан так называемый армированный пластик (из стекловолокна). Сейчас он широко используется для производства водопроводных и канализационных труб и в ирригации. Он легок, не подвержен коррозии, устойчив на сжатие, практически не бьется и пригоден для получения тонкостенных труб (особенно большого диаметра). Производство этого материала отличается простотой и не требует больших экономических затрат. Широкое распространение уже получил алюминированный пластик. Он нетеплопроводен, гибок, устойчив против ветра и воды. Хотя его толщина всего 0,012 мм, он поразительно прочен. Широкое применение в народном хозяйстве нашли также полиэтиленовые пленки, специальные искусственные кожи и многие другие материалы. Таким образом, потребности ракетно-космической техники вызвали целую революцию в области конструкционных материалов. Теперь материалы практически с любыми свойствами могут быть получены чуть ли не из любого пригодного сырья, что позволяет меньше зависеть от природных ресурсов. Это имеет огромное экономическое значение.

Большой вклад внесла космонавтика в решение проблем организации  работ и управления разработками, а также в науку о прогнозировании  развития науки и техники. Реализация крупнейших проектов, связанных с созданием ракет-носителей, межпланетных станций, пилотируемых кораблей и орбитальных баз, позволила разработать методы и средства, дающие возможность вплотную подойти к таким, например, глобальным проектам, как освоение Мирового океана; послужила хорошей школой для перевода управления различными отраслями промышленности и народного хозяйства в целом на программные методы с широчайшим использованием электронной вычислительной техники.

Большой вклад внесли космические  исследования в здравоохранение  и медицину. Полеты в космос впервые по-новому поставили вопрос изучения организма человека, его работоспособности в различных условиях, определения его места в сложной кибернетизированной системе, какой является современная космическая техника. Медики стали изучать здорового человека, потому что только с хорошим здоровьем возможны полеты в космос. Экстремальные условия, в которых оказывается космонавт (невесомость, вибрации, перегрузки, изолированность и пр.), позволяют вскрыть не только тончайшие механизмы организма человека, но и понять его потенциальные возможности по выполнению самых разнообразных работ.

Большое количество различных технических  разработок (приборов, устройств) нашло  эффективное применение в медицинской  науке и клинической практике. Это специальная датчиковая и телеметрическая аппаратура, высоконадежные и миниатюрные моторы, используемые в аппаратах “искусственное сердце” и “искусственная почка”, средства передвижения по поверхности Луны, используемые в качестве “шагающих” инвалидных колясок и др. Широко применяются при лечении различных заболеваний барокамеры и соответствующим образом приспособленные гермошлемы. В будущем все новые достижения космической медицины и техники будут использоваться в медицинской практике. Не исключено, что многие начнут носить антипаторы — миниатюрные устройства для контроля жизнедеятельности организма — так же естественно, как, например, сейчас носят зубные протезы или искусственные шевелюры. Некоторые антипаторы могут быть   специализированными. Их цель — тщательно отслеживать отдельные стороны жизнедеятельности (для больных почками—состав крови, для желудочных больных — уровень кислотности и т. д.). Могут применяться и комплексные антипаторы для отслеживания наиболее общих характеристик жизнедеятельности: дыхания, работы сердца, температуры тела и др. Подобные устройства позволят людям своевременно узнавать о надвигающихся нарушениях здоровья и о необходимости принятия соответствующих мер. Некоторые антипаторы смогут сообщать и целесообразные меры для предупреждения многих недугов. Здоровые люди будут при желании получать сигналы о приближении рубежа физической и умственной перегрузки. При соответствующей системе сигнализации ускорится оказание помощи при катастрофах, травмах и внезапных нарушениях в работе жизненно важных органов.

Меры, применяемые по стерилизации космических аппаратов, совершающих  посадку на другие небесные тела, а  также меры, исключающие занос  чужой для нас живой  материи при возвращении после космического путешествия на Землю, позволят накопить необходимый опыт и стимулируют изучение проблем стерильности и дезинфекции и создание необходимых для этих целей технических устройств.

Важное значение уже в наши дни  имеет разработка целого ряда мероприятий  и лекарств, увеличивающих стойкость  организма против радиации, что вызвано потребностями длительных космических полетов. В будущем будут созданы более эффективные средства противолучевой защиты, без которых немыслим межпланетный полет космонавтов. Эти средства будут использоваться и на Земле при работе на атомных электростанциях, в изотопном производстве и в других необходимых случаях.

В массовое производство запущен созданный  в ходе работ над космическими проектами небольшой переносный прибор для замера микросопротивлений электрических цепей, а также  портативный прибор для проверки характеристик магнитофонов и определения неисправностей

Таким образом, внедрение результатов  космических исследований и самых  разнообразных достижений космонавтики в хозяйственную деятельность имеет  большое экономическое значение. Различные отрасли народного хозяйства уже получают массу полезной информации научного и технического характера, заимствуя ее из космонавтики. Этот процесс будет неуклонно развиваться, причем темпы этого развития будут тем больше, чем в большей степени будет налажен обмен опытом стран — разработчиков ракетно-космической техники на основе широкого международного сотрудничества.

Заключение

Рассмотренные в этой работе вопросы  использования космической техники (как непосредственного, так и опосредованного) показывают тот большой вклад, который вносит космонавтика в различные сферы деятельности людей. Номенклатура задач, решаемых уже сегодня космическими системами, исключительно многообразна. Это и исследование природных ресурсов Земли, и охрана окружающей среды, и связь, и геодезия, и навигация, и метеорология, и др.

Особое значение в наши дни приобрело  исследование природных ресурсов и  окружающей среды с помощью космических  систем, снабженных разнообразной аппаратурой  дистанционных измерений из космоса. Этому направлению предстоит внести основополагающий вклад в народное хозяйство.

В решении этой важнейшей задачи большая роль принадлежит космическим  системам исследования природных ресурсов и окружающей среды, которые взяли  на вооружение достижения ракетно-космической техники, радиоэлектроники и вычислительной техники, в оптико-механической и оптико-электронной аппаратуре. Фотоаппаратура и различные виды телевизионных систем, ИК и СВЧ радиометры, поляриметры и спектрометры, скаттерометры и радиолокаторы бокового обзора, лидары (лазерные высотомеры) и радиовысотомеры, магнитометры и гравиметры и другие виды бортовой аппаратуры позволяют получить с космических орбит ценнейшую информацию о фауне и флоре нашей планеты и лучше понять закономерности геологического строения земной коры и размещения в ней полезных ископаемых.