I . История реактивного движения

ВВЕДЕНИЕ
Данную тему я выбрал не столько по причине интереса к науке, сколько потому, что я имел
довольно поверхностные знания в области космоса. Я знал о Ю.Р.Гагарине, первом полете
человека на Луну, о дне Космонавтики и собаках Белке и Стрелке, другими словами лишь то, что
известно каждому жителю нашей страны.
И я никогда не задумывался с чего все началось, кто принимал участие в освоении космоса и
построении космических кораблей, мне было интересно, но не было повода узнать больше.
Благодаря реферату у меня появилась такая возможность и я для начала решил выяснить: какова
же роль советских ученых в развитии космонавтики?
Развитие ракетно-космической техники, космические исследования и освоение космического
пространства являются одним из характерных проявлений современного научно-технического
прогресса. Сама же космонавтика сегодня выступает как своеобразное отражение того, что
достигнуто сейчас мировой наукой и техникой.
Эта тема актуальна, потому как космические исследования все глубже входят в жизнь всего
человечества, начинают играть все большую роль в экономике, оказывают большое влияние на
повышение благосостояния народов всех стран.
Цели:
а) Выяснить, как начались систематические исследования в области ракетной техники в нашей
стране.
б) Выяснить, какие учёные внесли существенный вклад в создание ракет.
Задачи:
1. Узнать, какие организации были созданы для работы над созданием надёжных и совершенных
ракет.
2. Зачем это было нужно?
3. Почему впервые работы начались в Ленинграде?
Основная часть
I . История реактивного движения
Говоря об идее реактивного движения и первую ракету, можно сказать, что первооткрывателями
в этой области стали китайцы. Идея эта и ее воплощение родились в Китае примерно во 2 веке
н.э. Движущей силой ракеты был порох.
Сначала китайцы использовали свое изобретение для развлечений (они до сих пор являются
лидерами в производстве фейерверков). Но спустя некоторое время, Китай поставил эту идею на
вооружение: такой "фейерверк", привязанный к стреле, увеличивал дальность ее полета
примерно на 100 метров (а это одна треть от всей длины полета), к тому же при попадании цель
зажигалась. В документах же европейских стран сведения о ракетных двигателях появились в
середине XIII в., но, по мнению некоторых историков, "греческий огонь", применявшийся в Х в.
при осаде русскими войсками Константинополя, представлял собой простейший снаряд с
твердотопливным ракетным двигателем.
«В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается
постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой», - этот
фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса. Он является
следствием из второго и третьего законов Ньютона.Примером закона сохранения импульса может
служить стрельба из орудия, когда возникает отдача и снаряд движется вперед, а орудие
откатывается назад.
На принципе отдачи основано реактивное движение. В ракете, при сгорании топлива, газы,
нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно
ракеты.
Основоположником научной космонавтики считается великий русский ученый Константин
Эдуардович Циолковский.
В 1880—1881 годах Циолковский, не зная об уже сделанных открытиях, написал работу «Теория
газов», в которой изложил основы кинетической теории газов. Благодаря своей второй
работе («Механика животного организма») был принят в Русское физико-химическое общество.
Также 23 марта1881 года известный русский народоволец Н. И. Кибальчич выдвинул идею
ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания для управления вектором тяги.
За несколько дней до казни Кибальчич разработал оригинальный проект летательного аппарата,
способного совершать космические перелёты.
С 1896 года Циолковский систематически
занимался теорией движения реактивных
аппаратов. Мысли об использовании ракетного
принципа в космосе высказывались
Циолковским ещё в 1883, однако строгая
теория реактивного движения была изложена
им лишь в 1896.
Циолковский вывел формулу (она получила
название «формула Циолковского»), установившую
зависимость между:



скоростью ракеты в любой момент
удельным импульсом топлива
массой ракеты в начальный и конечный момент времени;
В 1903 году он опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными
приборами», где впервые доказал, что аппаратом, способным совершить космический полет,
является ракета. В этой статье и последовавших её продолжениях он разработал некоторые идеи
теории ракет и использования жидкостного ракетного двигателя. Но ни соотечественники, ни
зарубежные учёные не оценили исследования, которыми сегодня гордится наука. Оно просто на
эпоху обогнала свое время.
Также Циолковский выдвинул ряд идей, которые нашли применение в ракетостроении. В области
ракетных топлив Циолковский исследовал большое число различных окислителей и горючих;
рекомендовал топливные пары: жидкие кислород с водородом, кислород с углеводородами.
Первые проекты ракетных аппаратов:
1. Проект космического аппарата, предложенный К. Э.
Циолковским в 1903 г. Компонентами топлива являются
жидкий кислород и жидкий волород.
2. Проект космического аппарата, предложенный К. Э.
Циолковским в 1914 г. Аппарат снабжен герметической
кабиной для экипажа.
3. Проект космического аппарата, предложенный К. Э.
Циолковским в 1915 г.
Что нужно для полета в космос?
1] Каково устройство космической ракеты?
Устройство ракеты-носителя «Восток»
Ракета-носитель построена по пакетной схеме и состоит из трёх ступеней.
Боковые блоки могут отделяться от центрального в полёте перед окончанием
работы двигателей. Каждый из блоков имеет собственный двигатель.
Топливом являются жидкий кислород и керосин.Жидкостный ракетный
двигатель центрального блока — многокамерный, имеет тягу в пустоте 941 кН
Схема выведения искусственного
спутника земли на орбиту.
1- пуск
2- отделение
345678-
боковых блоков
(первой ступени)
сброс
створок
головного
обтекателя
отделение центрального блока
(второй ступени)
сброс
створок
хвостового
отсека
отделение третьей ступени
запуск двигательной установки
четвертой ступени
выключение
двигательной
установки четвертой ступени,
отделение КА
2] Каким должно быть космическое топливо?
В основном используется жидкое реактивное топливо (используется вместе с окислителем) - как
правило, это высокооктановый керосин, гептил, спирт, водород и т.д. Также в качестве рабочего
тела используют азот под высоким давлением, он не сжигается, его просто выпускают в сопла и
создают тягу...
Твердотопливные ракеты есть, но космическим твердое топливо называть не совсем правильно,
его используют только в разгонных блоках и только в атмосфере, в космосе эти движки не
работают, - воздуха нет. Даже если это топливо смешано с каким-нибудь твердым окислителем, в
космосе его использовать сложно – тяга нерегулируема.
Перспективным космическим топливом можно назвать и антиматерию, радиоактивные элементы,
но это только в планах и разработках.
3] Какова должна быть скорость, чтобы преодолеть земное притяжение?
Первая космическая скорость (круговая скорость) — минимальная скорость,которую
необходимо придать объекту, чтобы вывести его на геоцентрическую орбиту.
Иначе говоря, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело,
движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не
упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.
7,9 км/с
(рис.) Снаряды A и B падают на Землю. Снаряд C выходит
на круговую орбиту, D — на эллиптическую. Снаряд E
улетает в открытый космос.
II. Зарождение науки Космонавтики
Газодинамическая лаборатория (ГДЛ) — первая научно-исследовательская и опытноконструкторская лаборатория СССР. Создана в 1921 в Москве по инициативе Н. И. Тихомирова. Её
деятельность была посвящена разработке ракетных снарядов на бездымном порохе, ставших
прообразами советских космических аппаратов. Сегодня в одном из зданий Петропавловской
крепости Санкт-Петербурга, где ранее располагались испытательные стенды ГДЛ, с 1973 г.
открыт Музей космонавтики и ракетной техники.
Основы ракетной техники на уровне идей были заложены трудами Циолковского, а основы
теории реактивного движения были созданы профессором Н.Е. Жуковским. Также многие идеи
создания и развития ракетных двигателей были высказаны Н.И.Кибальчичем, Ю.В.Кондратюком,
Ф.А.Цандером, последний из которых довел идеи до их инженерного воплощения в чертежах и
опытных образцах.
В 1930 году в ГДЛ были впервые предложены в качестве окислителей азотный тетроксид,
азотная кислота и их растворы, перекись водорода и др., в качестве горючего: бериллий,
трехкомпонентное топливо: кислород, водород и бериллий, порох с диспергированным в нем
металлом и др.
Зарождение науки, которую позднее стали называть космонавтикой, произошло в недрах
массовой организацииОсоавиахим.Осовиахим(Общество содействия обороне, авиационному и
химическому строительству) — общественно-политическая оборонная организация, 1927-1948.
В начале 1931 года при Центральном совете Осоавиахима была организована Секция реактивных
двигателей. Руководителем ее был Ф.А. Цандер. Еще в 1930 году Цандер, работая в ЦАГИ,
построил и успешно испытал реактивный двигатель ОР-1, который работал на бензине и сжатом
воздухе.
В сентябре 1931 года С. П. Королёв и талантливый энтузиаст в области ракетных
двигателей Ф. А. Цандер добиваются создания в Москве и Ленинграде, с
помощью Осоавиахима, общественной организации — группы изучения реактивного
движения (ГИРД).В апреле 1932 года она становится по существу государственной научноконструкторской лабораторией по разработке ракетных летательных аппаратов, в которой
создаются и запускаются первые отечественные жидкостно-баллистические ракеты (БР) ГИРД09 и ГИРД-10.
МосГИРДсоздана 15 сентября 1931 из секции реактивных двигателей при Бюро воздушной
техники Центр. Совета Осоавиахима, а Технический Совет ГИРД состоял из 4 бригад,
занимающихся различными задачами:
1 бригадаво главе с Ф.А.Цандером(двигатели) –построила и испытала реактивный
двигатель ОР-1 на сжатом воздухе с бензином (1929-1932), а также реактивный двигатель ОР2 на жидком кислороде с бензином (1933).
2 бригадаво главе с М.К.Тихонравовым(изделия на основе двигателей) - разработала первый
советский двухступенчатый ракетный двигатель (1932), создала первую советскую ракету с
двигателем на гибридном топливе (1933), занималась исследованием жидкостных ракетных
двигателей, разработкой ракет для изучения верхних слоев атмосферы (1938-1940).
3 бригадаво главе с Ю.А.Победоносцевым(воздушные реактивные двигатели) - Победоносцев
внёс большой вклад в теорию горения порохов в камере ракетного двигателя, установив
критерий устойчивости горения, известный как «критерий Победоносцева», под его
руководством впервые проводились экспериментальные работы по созданию воздушнореактивных двигателей, эта бригада впервые в нашей стране осуществила создание
сверхзвуковой аэродинамической трубы.
4 бригадаво главе с С.П.Королевым(конструкции летательных аппаратов) - Королеву удалось
довести до испытаний крылатые ракеты: зенитную с пороховым ракетным двигателем и
дальнобойную с жидкостным ракетным двигателем (1936), в его отделе были разработаны
проекты жидкостных крылатой и баллистической ракет дальнего действия (1938).
17 августа 1933 года был осуществлён первый удачный пуск ракеты ГИРД.
В течение одного лишь 1933 года было создано целое семейство ЖРД, работавших на керосине и
азотной кислоте (от ОРМ-23 до ОРМ-52). Одновременно велись успешные работы и по созданию
ЖРД, работающих на спирте и жидком кислороде.
В СССР были созданы ракетные двигатели гибридного топлива - первой отечественной ракеты
ГИРД-09 (1933г.) на жидком кислороде и сгущенном растворением канифоли бензине, ЖРД на
различных высококипящих и низкокипящих топливах, в том числе для крылатой ракеты
конструкции С.П.Королева.
III. Выход человека в космос
12 апреля 1961 г. С. П. Королёв снова поражает мировую
общественность: создав первый пилотируемый
космический корабль «Восток-1», он реализует первый в
мире полёт человека — гражданина СССР Юрия
Алексеевича Гагарина по околоземной орбите. Сергей
Павлович в решении проблемы освоения человеком
космического пространства не спешит. Первый
космический корабль сделал только один виток: никто не
знал, как человек будет себя чувствовать при столь
продолжительной невесомости, какие психологические
нагрузки будут действовать на него во время необычного и неизученного космического
путешествия.
Ракета-носитель Восток с кораблём «Восток-1», на борту которого находился Гагарин, была
запущена с космодрома Байконур. После 108 минут пребывания в космосе, Гагарин успешно
приземлился в Саратовской области, неподалёку от городаЭнгельса. Начиная с 12 апреля 1962
года, день полёта Гагарина в космос был объявлен праздником — Днём космонавтики.
Вслед за первым полётом Ю. А. Гагарина 6 августа 1961 года Г.С. Титовым на корабле «Восток-2»
был совершён второй космический полёт, который длился одни сутки.
IV. Лента времени


1957 - год начала космической эры, запуска Первого искусственного спутника Земли.
1961 - год первого в истории полёта человека в Космос, начало пилотируемой
космонавтики.
 1960 - первые в мире живые существа - собаки Белка и Стрелка, побывав в Космосе,
возвратились на Землю.
 1961 - первый снимок Земли из Космоса вторым космонавтом планеты - Германом
Титовым.
 1963 - первый полет женщины-космонавта.
 1965 - первый выход человека в открытый Космос и его свободный полет в космическом
пространстве.
 1966 - первый перелет космического аппарата с земли на другую планету: АМС "Венера-3"
достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР
 1970 - год полета на Луну АМС "Луна-16" и "Луна-17", с доставкой на Землю образцов
Лунного грунта и исследованиями, выполненными самоходным аппаратом "Луноход-1".
 1978 - полет первого в истории космонавтики транспортного корабля "Прогресс" с
доставкой груза.
V. Современная космонавтика
Сегодняшний день характеризуется новыми проектами и планами освоения космического
пространства. Активно развивается космический туризм, пилотируемая космонавтика вновь
собирается вернуться на Луну и обратила свой взор к другим планетам Солнечной системы (в
первую очередь к Марсу).
В 2009 году в мире на космические программы было потрачено $68 млрд, а именно в США —
$48,8 млрд, ЕС — $7,9 млрд, Японии — $3 млрд, России — $2,8 млрд, Китае — $2 млрд.
Сейчас космонавтика стала настолько обыденной, что в повседневной жизни мы даже не отдаем
себе отчета, что смотрим телевизионные программы благодаря спутниковым антеннам, ведем
через спутники телефонные переговоры, слушаем составленные на основе данных из космоса
прогнозы погоды, получаем со спутников фотографии о стихийных бедствиях.
К началу XXI века сотни людей побывали в космосе. В изучении космоса уже активно
используются современные роботы, а также искусственный интеллект. В последние годы были
найдены десятки планет,сверхмощные телескопы заглянули в глубины космоса более чем на 10
млрд световых лет.
Без космоса наша жизнь уже немыслима. Поэтому сегодня многие страны начинают собственные
космические программы, а в начале 21 века началось и частное освоение космоса. К примеру, в
2001 году на орбиту отправился первый космический турист Деннис Тито.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работая над проектом, я выяснил, что наш город явился плацдармом для разработки ракетнокосмических систем. Труды конструкторов ГИРДа (Н.М.Вевера, С.С.Смирнова, В.А.Андреева,
И.А.Меркулова, В.В.Горбунова и других) заложили основу для дальнейших разработок в этой
области.
Я узнал, что кроме довольно известных имен в области космических исследований, таких как
Циолковский и Королев, были и другие не менее талантливые российские инженеры,
проложившие путь к дальнейшим разработкам в данной области.
Следующими же моими исследованиями и интересами является цель разобраться в аналогичных
проблемахиих решении у зарубежных ученых, когда и кем были проведены похожие работы в
других странах, чего добились наши зарубежные коллеги, где мы были первыми, а где они
опередили умы Ленинграда.
Список использованной литературы:
1) «Космос. Полная энциклопедия», Валентин Цветков,Эксмо, 2005г
2) «Космонавтика. Энциклопедия», гл. ред. В.П.Глушко, Советская энциклопедия, 1985г
3) «Большая советская энциклопедия», гл. ред. А.М.Прохоров, Советская энциклопедия, 1973г
(том 13)
4) http://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph17/theory.html
5) http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/fc5c224e-3916-de44-89882e5d493f1a5b/00144676402321672.htm
6) http://ru.wikipedia.org/wiki/Циолковский
7) http://ru.wikipedia.org/wiki/Кибальчич
8) http://ru.wikipedia.org/wiki/Восток_(ракета-носитель)
9) Google-картинки (устройство космической ракеты, Кибальчич, Циолковский, Гагарин)
10) http://mikhail.vavaev.ru/chapter5.htm
11) http://galspace.spb.ru/start-1.htm
12) http://otvet.mail.ru/question/42135570
13) http://ru.wikipedia.org/wiki/Первая_космическая_скорость
14) https://ru.wikipedia.org/wiki/Осоавиахим
15) http://ru.wikipedia.org/wiki/Цандер,_Фридрих_Артурович
16) http://ru.wikipedia.org/wiki/Газодинамическая_Лаборатория
17) http://www.engineer.bmstu.ru/res/dorofeev/lec/gl_13/l13.htm
18) http://ru.wikipedia.org/wiki/Группа_изучения_реактивного_движения
19) http://ru.wikipedia.org/wiki/Тихонравов,_Михаил_Клавдиевич
20) http://ru.wikipedia.org/wiki/Победоносцев,_Юрий_Александрович
21) http://www.walkinspace.ru/index/0-1004
22) http://ru.wikipedia.org/wiki/Королев,_Сергей_Павлович
23) http://ru.wikipedia.org/wiki/Гагарин,_Юрий_Алексеевич
24) http://www.kocmoc.info/dss.htm
25) http://ru.wikipedia.org/wiki/Космонавтика
26) несколько неизвестных источников