Принципы космических полетов сообщение

Обновлено: 02.07.2024

Здравствуйте авиаторы и не только! Сегодня вы узнаете, какие принципы полета используются для передвижения аэрокосмической техники в современном мире.

1) Баллистический

Искусственный спутник Земли - самый высокотехнологичный пример использования баллистического принципа полета

Одним из самых простых и известных нам принципов полета является баллистический. Также он является и самым древним, например Луна, вращаясь вокруг нашей планеты, движется за счет притяжения Земли.
Люди решили позаимствовать эту идею и в XX веке начали запускать уже свои, искусственные спутники, благодаря которым в нашем мире есть интернет, GPS и шпионаж за другими странами. Также развитием этого принципа стало оружие. Еще с древних времен, когда у людей не было смартфонов, они отбивались копьями и камнями, которые кидали в своих врагов и добычу. Полет этих предметов также можно назвать баллистическим. Позже человечество изобрело оружие, способное с большой скоростью выпускать снаряды, двигающиеся по какой-либо траектории без посторонних движителей, только за счет сообщенной им энергии.

2) Ракетодинамический

3) Аэростатический

Все мы знаем интересную историю про Архимеда и его ванну, однако она дала развитие для целого направления воздухоплавания. Это аэростаты, воздушные шары и дирижабли. Дирижабли или Цеппелины представляют собой оболочку, накаченную газом легче воздуха. Тем самым, аппарат как бы выталкивается из более плотной среды. Но по началу с газом были проблемы. Например, поклонники группы Led Zeppelin хорошо знают трагедию Гинденбурга по обложке одноименного альбома. Дело в том, что он был заправлен водородом, а водород очень хорошо горит. В данный момент конструкторы ищут альтернативы горючим веществам.

4) Аэродинамический

Наконец мы подошли напрямую к тематике канала. Люди с начала времен хотели летать словно птицы, но прежде надо было понять, как это происходит. Дело в том, что для поддержки себя в воздухе птицы и самолеты используют крыло, которое создает подъемную силу при взаимодействии с набегающим потоком. То есть для реализации этого принцип нужна скорость относительно воздуха. Разница лишь в том, как создавать тягу для движения в горизонтальной плоскости. Самолет использует двигатель, а птицы машут своими крыльями.

Более подробно как создается подъемная сила, мы вам расскажем в следующей статье.

Участник: Матыенко Дарья Николаевна
Руководитель:Панова Людмила Валентиновна

Россия всегда была космической державой. Запуск первого искусственного спутника Земли (4 октября 1957 года), полет первого космонавта (12 апреля 1961 года, Ю.А.Гагарин), полет первой женщины- космонавта (16 июня 1963 года, В. Терешкова), первый выход человека в открытый космос (18 марта 1965 года, А. Леонов), запуск первых космических аппаратов для исследования космических объектов, первые орбитальные станции.

Космические полеты сопровождаются следующими физическими явлениями: реактивное движение, невесомость и явление тяготения.

Реактивное движение возникает за счет того, что от тела отделяется и движется какая- то его часть, в результате чего тело приобретает противоположно направленный импульс (из учебника).

Объяснить реактивное движение можно на основе закона сохранения импульса. Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс замкнутой системы тел до взаимодействия равен суммарному импульсу тел после взаимодействия. Самый простой пример реактивного движения – полёт воздушного шарика, из которого выходит воздух. Если мы надуем шарик и отпустим его, он начнёт лететь в сторону, противоположную движению выходящего из него воздуха.

На законе сохранения импульса основана реактивная тяга. При движении ракеты с реактивным двигателем в результате сгорания топлива из сопла выбрасывается, струя жидкости или газа (реактивная струя). В результате взаимодействия двигателя с вытекающим веществом появляется реактивная сила. Так как ракета вместе с выбрасываемым веществом является замкнутой системой, то импульс такой системы не меняется со временем.

Реактивная сила возникает в результате взаимодействия только частей системы. Внешние силы не оказывают никакого влияния на её появление.
До того, как ракета начала двигаться, сумма импульсов ракеты и горючего была равна нулю. Следовательно, по закону сохранения импульса после включения двигателей сумма этих импульсов тоже равна нулю.

История открытия реактивного движения:

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону
Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении… Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.
Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статья преподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

К. Циолковский создал проект поезда на воздушной подушке, в основе которого принцип реактивного движения. Сейчас много таких машин используется для движения над водой и над землей в условиях бездорожья: над болотами, переувлажненными полями, пашнями.

Данное явление сопровождает космонавтов в космосе.

Невесомость - это состояние, при котором вес тела Р=0. Весом называют силу, с которой тело действует на опору вследствие притяжения его к Земле. Следовательно, невесомость - это такое состояние, при котором тело не действует на опору.

Это явление объясняется тем, что тело движется только под действием силы тяжести- свободно падает. В момент движения падающее тело не действует на падающую вместе с ним опору.

В невесомости можно легко перемещать тяжёлые предметы и перемещаться самому, приложив лишь небольшое усилие. Правда, по этой же причине любые предметы нужно специально закреплять, чтобы они не летали по орбитальной станции, а на время сна космонавты забираются в специальные мешки, прикреплённые к стене.
Жидкости в невесомости принимают шарообразную форму. Воду не получится, как мы привыкли на Земле, хранить в открытой посуде, вылить из чайника и налить в чашку, даже вымыть руки не получится привычным для нас способом.
Пламя в условиях невесомости очень слабое и со временем затухает.
В невесомости можно получать уникальные материалы, которые трудно или вообще невозможно получить в земных условиях. Например, сверхчистые вещества, новые композиционные материалы, большие правильные кристаллы и даже лекарства.
Невесомость оказывает существенное влияние на человека и живые организмы.
На Земле во время прыжка человек находится в состоянии невесомости.

Взаимодействие между телами во Вселенной осуществляется особым полем, которое стали называть гравитационным. У этого поля есть некоторые особенности. Самая главная и самая интересная особенность – поле является всепроникающим.

История открытия закона всемирного тяготения:

Закон тяготения гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Этот закон нашел свое применение для тел, которые имеют форму шара, его можно использовать для материальных точек, а также он приемлем для шара, имеющего большой радиус, где этот шар может взаимодействовать с телами, гораздо меньшими, чем его размеры.

Для характеристики того, что является приоритетом Секции, следует вспомнить слова С.А. Подолинского:

Предлагаем вашему вниманию очередной прорывной доклад руководителя Секции Авангардных исследований при Совете труда и творчества, инженера-исследователя, Анищенко Александра Михайловича.

В докладе предлагается физическая модель загадочного природного явления под названием гравитация; раскрывается суть данного явления на основе взаимодействия в других средах: воздушной и водной. На основе данной физической модели предлагается создание космических аппаратов нового типа.

[source]

В этой статье я постарался составить обзор способов доставки бренных человеческих тел от одной звездной системы к другой, которым пользуются наиболее популярные НФ произведения, плюс один мой личный фаворит.

Звёздные Войны

Гипердрайв

Звездные Войны не были произведением, изобретшим гипердрайв. Однако они стали классическим и самым известным примером данной технологии, настолько распространенной, что она, фактически, является способом добраться от звезды А до звезды Б, подразумеваемым по умолчанию.

Принцип действия сводится к тому, что космический корабль с помощью определенного генератора или двигателя вываливается в параллельную реальность, имеющую другие законы физики и позволяющую кораблю либо двигаться там гораздо быстрее скорости света, либо пролетев небольшое расстояние покрывать световые года в обычном пространстве.

Стар Трек

Варп двигатель

Из всех способов путешествий, описаных в этой статье, Варп, пожалуй, единственная технология FTL, которая на данный момент имеет реальные шансы быть воплощенной в жизнь. Варп можно смело называть наиболее реалистичным способом передвижения выше скорости света из всех известных. Пускай он пока и остается лишь в виде формул на бумаге. Речь идет о двигателе Алькубьерре.

Во вселенной Стар Трека такие двигатели развивают довольно скромные по стандартам научной фантастики скорости — странствия Энтерпрайзов были ограничены одним сектором галактики вблизи Солнечной Системы (~1500 световых лет), занимали годы и оставили кучу белых пятен и неисследованных областей.

Вавилон-5

Прыжковые врата

Вавилон-5 использует для связи между звёздами сеть прыжковых ворот, ведущих в гиперпространство. В принципе, это вариация стандартной идеи с гипердрайвом, однако присутствует несколько отличий, делающих этот вариант интереснее.

Во-первых, большинство кораблей не способны входить в гиперпространство самостоятельно, за исключением наиболее больших. Поэтому сеть прыжковых ворот крайне высоко ценится в галактике, считается нейтральной зоной и прямые атаки на сами врата считаются нарушением правил ведения войны и вообще крайним проявлением хамства, поскольку они необходимы всем межзвездным цивилизациям.

Во-вторых, само гиперпространство в Вавилоне-5 крайне активно и самостоятельная навигация в нем считается невозможной. Обычные сигналы не доходят до кораблей, а постоянные изменение в гравитации внутри гиперпространства сносит с курса и сами суда. Для ориентации корабли используют луч из тахионов, пробрасываемый между маяками, установленными возле точек входа-выхода прыжковых ворот в гиперпространстве, а в случае утери сигнала такого луча корабль можно считать безвозвратно потерянным.

Что интересно, ни одна из ныне существующих цивилизаций сами технологию врат не изобретали, а всего лишь находили или покупали у кого-то ещё, что роднит их со следующим сеттингом в списке.

Масс Эффект

Элемент ноль

Все космические корабли вселенной Масс Эффекта так или иначе используют Элемент Ноль, который генерирует обозначенный Эффект Массы, либо понижая массу объектов вокруг него, либо повышая её. Таким образом, удается повертеть Теорией Относительности и превысить скорость света.

Обычные путешествия между планетами и близко расположенными звёздами производятся с помощью FTL двигателей, способных лишь уменьшить массу корабля. Для межзвездных перелётов на дальние расстояния используются Масс Реле — громадные станции, построенные вокруг плотных ядер состоящих из элемента ноль. Реле обычно завязаны на один или несколько других реле и способны создавать коридор, в котором масса фактически исчезает, практически мгновенно перенося корабль на тысячи световых лет.

Многие из этих реле изначально по какой-то причине находились в выключенном состоянии и галактическое содружество вначале активно исследовало, куда могут вести такие реле. Это в конце концов привело к тому, что они натолкнулись на агрессивный вид арахнидов, который развязал с ними безжалостную войну. Впоследствии выключенные реле включать запретили из-за страха откопать в безднах вселенной чего похуже. Из-за этого люди, найдя возле Плутона одно из таких реле, впоследствии изначально заработали себе неодобрительную оценку в Галактике, поскольку начали исследовать сеть Реле и включать их направо и налево, что вылилось в войну с одним из видов, турианцами, которые попыталась остановить это безобразие.

Звёздные Врата

В сеттинге Звездных Врат межзвездные путешествия несколько нетипичны. Для того чтобы оказаться на другой планете, космический корабль… не нужен. Перемещения между звёздами осуществляется с помощью Звёздных Врат, колец нескольких метров в диаметре, сделанных из экзотического материала, построенных древней вымершей цивилизацией, а сами космические корабли используются не так часто.

Звездные врата при активации создают стабильную одностороннюю червоточину между вызывающим кольцом и вызываемым кольцом, позволяя мгновенно перемещать любые объекты, подходящие по размерам чтобы пролезть в червоточину.

Односторонность врат проистекает из их способа действия: материя не переживает перехода по червоточине, поэтому отправляющие врата занимаются разбором проходящих через них объектов на субатомные частицы, а принимающие врата реконструируют полученный материал обратно в материю.

В дополнение к этому, врата могут хранить в себе информацию о последнем переданном объекте в течении некоего времени, и в одной из серий сериала это использовали чтобы возвратить к жизни умершего во время перемещения члена команды… Что, в свою очередь, приводит меня к выводу что каждое перемещение с помощью Звездных Врат это по сути уничтожение оригинала, и создание идентичной его копии на выходе. В общем, я бы не рекомендовал такой способ перемещения между планетами.

Каждые Врата имеют свой собственный семизначный номер, шесть символов определяют координаты принимающих Врат, и седьмой символ определяет передающие Врата. Восьмой символ используется, чтобы связываться с Вратами, находящимися вне обычной сети действия, обычно — в другой галактике.

Помимо Звездных Врат используются так же и обычные классические корабли, в силу различных причин, например, при массированных атаках, или если на целевой планете просто нет Звездных врат. В этом случае корабли используют вполне классический способ в виде гиперпространства, только порой с просто-таки неприлично высокой эффективностью (в одном из случаев космический крейсер цивилизации Асгард смог преодолеть расстояние между двумя галактиками за несколько минут). Впрочем, несмотря на это, транспортировка с помощью Врат остается предпочтительным вариантом.

Вархаммер 40к

Варп

[source]

Да, согласен, Вархаммер 40к не то чтобы фантастика, и абсолютно точно не научная, однако космические корабли там есть, и они используют необычный вариант FTL перемещений, так что он вполне может быть включен в список.

Варп ответственен так же и за наличие у многих видов пси-способностей, которые используются в частности и для навигации в варпе во время перелётов. Для этой цели в качестве ориентира на Земле установили Астрономикон — маяк, передающий в варпе устойчивый и сильный сигнал, способный быть замеченным на расстоянии до 80 тысяч световых лет от Земли. Специфика работы устройства такова, что для поддержания функциональности устройства тысячи людей с пси-способностями должны буквально зарабатывать себя до смерти, подпитывая Астрономикон своей пси-энергией.

Помимо наличия враждебных туземцев, варп может порождать шторма, иногда прорывающиеся в реальность. Эти явления крайне непредсказуемы не только во времени и месте образования, но так же и в последствиях — одни корабли просто уничтожаются, в то время как другие могут быть закинуты в будущее. Один из мощнейших варп-штормов послужил причиной первоначального коллапса человеческой межзвездной цивилизации, отрезав на многие века многочисленные колонии от метрополии.

Дюна

Гильдия Навигаторов

Отношения вселенной Дюны с космическими путешествиями сложные. В результате Батлерианского джихада вся компьютерная техника была уничтожена и запрещена . Поэтому, полёты в космосе стали полностью зависеть от Гильдии Навигаторов и их огромных грузовых кораблей — хайлайнеров.

Постоянная передозировка спайсом вместе с тем подвергает их тела сильнейшим мутациям, так что в конечном счете Навигатор становится не способен жить где-то кроме атомсферы, пересыщенной парами спайса, которая была бы смертельна для любого другого существа. Деформации так же подвергается и их психология, что по сути позволяет классифицировать Навигаторов скорее даже как отдельный вид.

Автостопом по Галактике

Двигатель бесконечной невероятности

Аватар

Криозаморозка и двигатель на антиматерии.

В качестве принципа движения корабль использует производное от аннигиляции материи с антиматерией (используются атомы водорода) излучение, формирующееся в плазму с добавлением некоторого количества обычных атомов водорода. Это формирует ярчайший выхлоп длиной более тридцати километров. Эти двигатели корабль использует, когда отчаливает и тормозит возле Пандоры. Ближе к Земле корабль тормозится или разгоняется ещё и дополнительным фотонным парусом, на который направляется луч мощного лазера с орбиты Земли.

Что интересно, если верить дополнительным материалам, то в случае поломки системы анабиоза, команде предписывается убить всех пассажиров, осуществив эвтаназию.

Рыцари Сидонии

Корабль поколений

Герб Вселенной

Плоское Пространство

Особняком хотелось бы отметить аниме-сериал и серию новелл за авторством Хироюки Мориока.
Это, опять-таки, вариация на тему гиперпространства… Но наиболее интересная вещь в том, что этот вариант предоставляет правдоподобное обоснование такому штампу космооперы как "плоский космос".

Сорд могут существовать в нашей вселенной в двух состояниях — открытом и закрытом (юанон). Сорд в открытом состоянии поддерживает стабильный проход в плоское пространство, выглядящее как источающая фотоны сферическая сингулярность примерно тысячу километров в диаметре. Без подпитки энергией сорд может находится в таком состоянии примерно двенадцать лет, после чего переходит в свое низкоэнергетическое состояние — небольшую частицу массой меньше протона, которая, тем не менее постоянно излучает пятьсот мегаватт энергии. Когда люди впервые нашли эти частицы, изначально они считались чрезвычайно редкими и ценными элементарными частицами гипотетических "белых дыр" и использовались в качестве источника энергии для кораблей, отправлявшихся в глубокий космос для исследований и колонизации. Только столетия спустя люди обнаружили их истинную сущность и смогли открывать их обратно в состояние сорд.

Это так же одна из немногих вселенных, где битва в основном ведется посредством автономных дронов-мин (так же оснащенных пузырями), запускаемых с кораблей на манер ракет, но это отдельная история.

Читайте также: