Методика преподавания астрономии| << Предыдущая |
Методика проведения
внеклассного занятия
"История космонавтики"
Цель: формирование знаний об истории космонавтики.
Задачи обучения:
Общеобразовательные: формирование понятий:
- о теоретических и практических предпосылках космонавтических исследований;- о связи космонавтики с естественно-математическими науками и с техникой;
- о практическом применении средств космонавтики в науке, технике, культуре, промышленности и сельском хозяйстве;
- о средствах космонавтики: космических летательных аппаратах (КЛА), ракетоносителях (РН), искусственных спутниках Земли (ИСЗ); космических кораблях (КК), орбитальных станциях (ОС), автоматических межпланетных станциях (АМС);
- об истории космических исследований в России и за рубежом.
Воспитательные: формирование научного мировоззрения учащихся в ходе знакомства с историей человеческого познания. Патриотическое воспитание при ознакомлении с выдающейся ролью российской науки и техники в развитии космонавтики. Политехническое образование и трудовое воспитание при изложении сведений о практическом применении космонавтики.
Развивающие: формирование умений готовить доклады и сообщения, решать задачи на применение законов движения космических тел, формул космических скоростей и формулы Циолковского к описанию движения КЛА.
Ученики должны знать:
- о космонавтике (предмете, задаче
и методах космонавтических исследований,
связи ее с другими науками, основных этапах
истории космонавтики и ученых, внесших
наибольший вклад в ее развитие);
- о практическом применении средств
космонавтики в науке, технике, культуре,
промышленности и сельском хозяйстве;
- о средствах космонавтики: основных типах
КЛА, их устройстве и характеристиках;
- об основных типах ракетных двигателей, их
устройстве и характеристиках
- формулу Циолковского, формулы и значения I,
II, III космических скоростей (для Земли);
- о траекториях полета КЛА и связи между
формой их орбит и скоростью движения.
Ученики должны уметь: выступать с докладами и сообщениями, решать задачи на применение формулы Циолковского и законов движения космических тел для расчета движения КЛА.
Наглядные пособия и демонстрации:
Диафильмы: "Советские
искусственные спутники Земли"; "Элементы
механики космических полетов".
Кинофильмы: "Искусственные спутники
Земли"; "Успехи СССР в освоении космоса";
"Космические полеты"; фрагменты
видеофильма "Цель – Луна" (США).
Таблицы: "Космические полеты"; "Космические
исследования".
Приборы и инструменты: прибор для
демонстрации движения ИСЗ.
Задание на дом: повторить
материал учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова: §§ 8-13;
- Е.П. Левитана: §§ 7-11;
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича: §§
7-11;
подготовиться к контрольной работе.
План урока
|
Этапы урока |
Содержание |
Время, мин |
|
1 |
Актуализация темы занятия |
3 |
|
2 |
Выступления учащихся с докладами и сообщениями по истории космонавтики |
25-30 |
|
3 |
Просмотр диа-, кино- и видеофильмов. Обсуждение увиденного |
30-40 |
|
4 |
Обобщение увиденного и услышанного, подведение итогов урока |
5-7 |
Методика изложения материала
Знакомство с теоретическими и практическими основами космонавтики лишь на одном урока и перенесение материала по истории космонавтики на внеклассное занятие обусловлено тем, что современные программы по астрономии средней школы не предусматривает изучения данного материала в объеме, превышающем отдельный раздел отдельного параграфа учебника. Сведения по космонавтике имеют огромное значение для формирования научного мировоззрения и научной картины мира в сознании учащихся и особенно для их патриотического воспитания.
Темы для докладов и сообщений сообщаются учащимся заранее, за неделю или две до проведения мероприятия. Выбор делают сами школьники. Желательно, чтобы доклады на 5-7 минут подготовило не менее 4-5 учеников, и еще столько же приготовили краткие 1-3 минутные сообщения.
Рекомендуемые темы докладов и сообщений:
1. История возникновения и
становления советской космонавтики (о
работах К.Э. Циолковского, И.В. Мещерского, Н.
И. Кибальчича, Ф.А. Цандлера, С.П. Королева, В.П.
Глушко, М.К. Тихонравова и других ученых)
– доклад.
2. История становления космонавтики за
рубежом – сообщение.
3. Первые космические победы (о запусках
первых ИСЗ, АМС и КК) Советского Союза и США -
2 доклада или 1 доклад и сообщение.
4. Искусственные спутники Земли (основные
классы ИСЗ, устройство, применение,
результаты) – доклад.
5. Космические корабли и орбитальные
станции (основные классы, назначение,
устройство, история пилотируемых полетов) -
доклад о советской программе, сообщение об
американской.
6. Практическое применение средств
космонавтики в науке, технике, культуре,
промышленности и сельском хозяйстве –
доклад, сообщения.
7. Исследования Луны беспилотными и
пилотируемыми КЛА; первые люди на Луне –
доклад.
8. Исследование Солнечной системы при
помощи АМС – несколько кратких сообщений
исторического характера и о последних
запусках.
Доклады иллюстрируются рисунками, схемами, фотографиями; можно сочетать доклад с демонстрацией фильма.
Учитель должен помочь школьникам с литературой, выбором материала, составлением плана выступления. Во время урока ему следует быть готовым помочь выступающему ученику, акцентировать внимание на отдельных моментах его доклада, исправить ошибки, дополнить. Следует разрешить классу комментировать, исправлять и дополнять сообщения и доклады товарищей.
Справочный материал по истории космонавтики приводится ниже.
Началом космической эры считают 4 октября 1957 года, дату запуска первого в мире советского искусственного спутника Земли.
Мысли и мечты о полетах в космос, о непосредственном посещении человеком других небесных тел встречаются уже в трудах древнегреческих мыслителей. В начале нашей эры в Китае были изобретены порох и созданы первые реактивные устройства - ракеты, применявшиеся для подачи сигналов, праздничных фейерверков и лишь отчасти на войне (пугать конницу противника). Известно имя первого изобретателя реактивного летательного аппарата, крупного ученого и первого летчика-испытателя Ван Гу, совершившего в начале XVI века первую, закончившуюся катастрофой попытку пилотируемого ракетного полета. Аппарат Ван Гу представлял собой два соединенных фермой коробчатых воздушных змея с пилотским креслом посередине и 47 пороховыми РДТТ. Сохранились полулегендарные сведения о "виманах" - древнеиндийских летательных аппаратах, рабочим телом которых служила ртуть.
В течение почти 2 000 лет конструкции и способы применения ракет почти не изменились. Мысль о полете человека в космос (на Луну) на многоступенчатой ракете встречается в книге Сирано де Бержерака (XVП в.); в середине XIX века о межпланетных ракетных полетах писал французский фантаст А. Эро.
Появление новых химических материалов и мощных взрывчатых веществ во второй половине XIX века благоприятствовала развитию военного ракетостроения, но великое будущее РД грезилось лишь немногим ученым. В архивах охранного отделения затерялись бумаги Н. И. Кибальчича (1853-81 гг.) - активного деятеля "Народной Воли", приговоренного к смерти за покушение на царя Александра П. Первый российский проект пилотируемого РЛА был разработан в тюрьме в ожидании казни.
В 90-х годах прошлого века безвестный тогда калужский учитель физики и математики Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935 гг.) и незаслуженно забытый ныне физик князь И. В. Мещерский (1859-1935 гг.) заложили основы современной ракетной техники и космонавтики.
Впервые К. Э. Циолковский
высказал мысль об использовании РД для
межпланетных полетов в 1883 году. В 1903 году
была опубликована его книга "Исследование
мировых пространств реактивными приборами",
в которой К.Э. Циолковский впервые вывел
законы движения ракеты с изменяющейся
массой в космическом пространстве и свою
знаменитую "формулу Циолковского": 
показывающую, что скорость ракеты прямо
пропорциональна скорости истечения
реактивной струи (удельной тяге РД),
обосновал возможность применения РД "для
межпланетных сообщений", определил К.П.Д.
ракеты, исследовал влияние силы
сопротивления воздуха на движение ракеты и
т.д. Константин Эдуардович нашел ряд важных
инженерных решений конструкций ракет,
впервые в мире дал основы теории ЖРД,
исследовал элементы их конструкции и
различные виды топлива, проблемы
организации межпланетных перелетов и
перспективы развития космонавтики.
В 1904 году профессор И.В. Мещерский опубликовал основные уравнения ракетодинамики.
В 1921 году Ф.А. Цандлер (1887-1933 гг.), крупный советский ученый и изобретатель, теоретически исследовал различные вопросы устройства РД, космических кораблей и полетов (его работы легли в основу советских и американских "лунных" проектов 60-х годов), пропагандировал и популяризировал идею космических полетов. Другим основоположником мировой теоретической космонавтики был А.И. Шаргея, живший под псевдонимом Ю.В. Кондратюк (1897-1942 гг.). Профессор Н.И. Тихомиров (1860-1930 гг.) создал в Москве первую отечественную исследовательскую и опытно-конструкторскую лабораторию ракетной техники. В 1927 году она была перебазирована в Ленинград под названием ГДЛ (Гидродинамическая лаборатория). В 1932 году в Москве организована ГИРД (Группа исследования реактивного движения) под руководством С.П. Королева. Первые пуски экспериментальных ракет с ЖРД начались в 1933 году. На базе ГДЛ и ГИРД был создан РНИИ (Реактивный НИИ).
За рубежом работы по исследованию реактивного движения были начаты: в 1907 году в США Р. Годдардом (1882-1945 гг.), построившим в 1927 году первую ракету с ЖРД; во Франции 1912 году Р. Эно-Пельтри (1881-1957 гг.); наиболее интенсивные исследования велись в 20-е годы в Германии Г. Ганевиндтом, Г. Обертом, Р. Небелем, К. Риделем, И. Винклером и В. Гоманном.
В 30-е годы под руководством ученых С.П. Королева, В.П. Глушко, М.К. Тихонравова в РНИИ были созданы образцы мирной и боевой ракетной техники; наиболее известны реактивные установки залпового огня "Катюша" (БМ-13 и др.), авиационные реактивные двигатели и ускорители, крылатые ракеты и ракетопланы, исследовательские ракеты с ЖРД и т.д. К сожалению, почти все ученые РНИИ пострадали в конце 30-х годов от сталинских репрессий, многие из них погибли. Это явилось главной причиной того, что многие из разработанных образцов советской реактивной техники (реактивный истребитель, противотанковые ракеты и т.д.) не успели появиться на фронтах Великой Отечественной войны.
Широкое применение реактивной техники во время II мировой войны побудило многие страны формировать работы по ракетной технике. Создание атомного оружия поставило перед военными и учеными задачу создания надежных средств его доставки к цели. Появилось стремление использовать ракеты в мирных целях: для исследования верхних слоев атмосферы, космических лучей и т.д. К концу 50-х годов Советский Союз располагал 3 космодромами: Байконур в Казахстане, Капустин Яр в Поволжье и Плесецк на севере России. В США космодром располагался на мысе Канаверал во Флориде (позднее часть запусков осуществлялась с базы ВВС Вандерберг).
Ведущими ракетными конструкторами в Советском Союзе стали С.П. Королев, В.П. Глушко, В.Н. Челомей. Ведущим ракетным конструктором США стал бывший штурмбаннфюрер СС, создатель баллистических ракет А-4 ("Фау-2") В. фон Браун, вывезенный американскими спецслужбами из Германии после окончания войны.
4 октября 1957 года двухступенчатая РН "Спутник" - мирный вариант первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, совершившей первый успешный полет 21 августа 1957 года (стартовая масса 267 т, тяга РД I ступени 3904000 Н, РД II ступени - 912000 Н; топливо - керосин и жидкий кислород) - впервые в истории вывела на околоземную орбиту с апогеем 947 км искусственный спутник ПС-1 ("простейший спутник") массой 83,6 кг. В его герметичном 58-см шарообразном корпусе помещался радиопередатчик и некоторые приборы. Передавая радиосигналы, ПС-1 за 92 суток 1400 раз облетел вокруг Земли, пролетев расстояние свыше 60 миллионов километров.
Запуск первого в мире ИСЗ стал эпохальным событием. Он наглядно доказывал высокий уровень развития науки и техники в Советском Союзе. Даже в наши дни российская космонавтика продолжает оставаться самой передовой в мире.
Американское правительство восприняло запуск первого в мире ИСЗ "уничтожающим ударом по престижу Соединенных Штатов": факт отставания США от СССР был очевиден всему миру. Президент США Дж. Кеннеди принял решение: "Наша страна должна взять на себя обязательство ещё до истечения нынешнего десятилетия высадить человека на Луне".
3 ноября 1957 года в Советском Союзе состоялся запуск второго ИСЗ массой 508,3 кг. На борту его находилась научная аппаратура и живое существо - собака Лайка. Третий советский ИСЗ (15.5.1958 г.) стал первой комплексной геофизической лабораторией. На борту спутника массой 1327 кг было установлено 12 приборов: для исследования состава и давления верхних слоев атмосферы, магнитного поля, космических лучей, микрометеоритов и т.д. Этот полет заложил основы новой науки - космической физики.
В последующие годы в нашей стране была создана сеть станций слежения, управления полетами и обработки полученной информации. Для решения многочисленных научных и народнохозяйственных задач были созданы спутники серий "Космос", "Протон", "Электрон", "Прогноз", "Ореол". Аналогичные программы были разработаны в США, Франции, Англии, Китае и других странах.
Первым американским спутником стал запущенный 1 февраля 1958 г. "Эксплорер" массой 4,6 кг. Третьей космической державой стала Франция, запустившая собственным РН "Диамант" ИСЗ "Астерикс" массой 42 кг (26.11.1965 г.); четвертой - Япония (10.02.1970 г.); пятой - Китай (24.04.1970 г.); шестой - Великобритания (28.10.1971 г.); седьмой – Индия (18.07.1980 г.); восьмой – Израиль (19.09.1988 г.). В скором времени в число космических держав войдут Бразилия и КНДР. С 4.10.1957 г. до 1.01.2000 г. 4480 запусками РН в космос выведено свыше 4430 космических аппаратов различного назначения 38 государств мира.
12 декабря 1959 года Генеральная Ассамблея ООН учредила комитет по использованию космического пространства в мирных целях. В 1967 году был подписан Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела. В 1969 году запуском ИСЗ "Интеркосмос-1" началась международная программа космических исследований странами СЭВ. В 1975 году было создано Европейское космическое агентство ЕКА (ЕSА), в которое к 2000 г. вошло 14 государств.
Первая в мире автоматическая межпланетная станция "Луна-1" - "Мечта", была запущена 2 января 1959 г. Она впервые развила II космическую скорость, прошла в 6000 км от Луны и стала первым искусственным планетным телом Солнечной системы. "Луна-3" (4.10.1959 г.) впервые сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны - так на карте Луны появились море Москвы, море Мечты, кратер Циолковский и другие русские названия и имена.
Почти одновременно с исследованиями Луны советские АМС начали исследования Венеры и Марса: 12.02.1961 г. была запущена АМС "Венера-1" (643 кг); 1.11.1962 г. - АМС "Марс-1" (893,5 кг). Спускаемый аппарат АМС "Венера-3" 1.03.1966 г. совершил посадку на поверхность Венеры. В 1962 году к изучению Венеры присоединились американцы (АМС "Маринер-2").
12 апреля 1961 года в 9 часов 07 минут стартовавшая с космодрома Байконур трехступенчатая ракета-носитель "Восток" вывела на орбиту космический корабль "Восток-1" массой 4725 кг с первым космонавтом Земли Юрием Алексеевичем Гагариным. Во время полета Ю.А. Гагарин проводил научные исследования, наблюдал Землю с высоты 328 км. Совершив виток вокруг Земли, "Восток-1" совершил благополучную посадку... Это был триумф России и всего человечества!
Ввиду малой мощности американских РН, первые полеты американских астронавтов - А. Шепарда (5.06.1961 г.) и В. Гриссома (21.7.1961 г.) были суборбитальными: корабли летели по баллистической траектории и находились в космосе до 15 минут. Первый орбитальный полет КК "Меркурий-Френдшип-7" массой 1,4 т совершил 20 февраля 1962 г. полковник Дж. Гленн.
Стартовавший 6 августа 1961 г. КК "Восток-2" с летчиком-космонавтом Г.С. Титовым в течение суток сделал 17 оборотов вокруг Земли. В августе 1962 года был совершен первый групповой полет П.Р. Поповича и А.Г. Николаева на КК "Восток-3" и "Восток-4". "Восток-6" (июнь 1963 г.) пилотировала первая в мире женщина-космонавт В.В. Терешкова. Программа "Восток" явилась фундаментом космических исследований России: каждый из 6 полетов кораблей "Восток" приносил открытия в науке и технике - астрономии, физике, биологии, медицине. РН "Восток" до сих пор используются для запусков ИСЗ России и других стран.
Дальнейшее развитие космических программ СССР связано с полетами КК "Восход". Модернизированный трехступенчатые РН "Восход" были мощнее и совершеннее РН "Восток". Экипаж "Восхода-1" состоял из 3 космонавтов: пилота В.Н. Комарова, ученого К.П. Федосеева и врача Б.Б. Егорова. Впервые была испытана система мягкой посадки, позволяющая советским кораблям приземляться в любых условиях, на суше и на море (до 80-х годов американские КК могли совершать посадку только на воду). 18 марта 1965 года во время полета КК "Восход-2" летчик-космонавт Алексей Архипович Леонов впервые вышел в открытый космос.
До 1962 года советская космическая программа не выделяла идею пилотируемого полета к Луне из общей программы исследований. Запуск 24 советских АМС серии "Луна" и 8 АМС "Зонд" позволил существенным образом углубить и расширить знания о природе Луны. "Луна-9" (3.02.1966 г.) впервые осуществила мягкую посадку на лунную поверхность. Первыми живыми существами на борту АМС "Зонд-5" в 1968 году облетели Луну черепахи. Образцы лунного грунта были доставлены на Землю АМС "Луна-16", "Луна-20" и "Луна-24" в 1970-76 гг. 17 ноября 1970 г. к научной работе на поверхности Луны приступил управляемый с Земли самоходный аппарат "Луноход-1", проводивший в течении 300 суток подробные научные исследования лунной поверхности на расстоянии свыше 10,5 км. 8 января 1973 г. приступил к работе "Луноход-2": на протяжение 37 км были проведены многочисленные эксперименты, получено свыше 20000 фотографий и т.д.
В США за 6 пилотируемыми полетами "Меркуриев" с 1964 года последовала серия запусков двухместных кораблей "Джемини" массой до 3,5 т. Американские астронавты осваивали полеты на околоземной орбите, совершили выход в открытый космос, отрабатывали сближение и стыковку с автоматической станцией "Аджена". В начале 60-х годов стартовали первые РН серии "Сатурн", разработанные специально для лунной программы США. Первый пилотируемый полет КК "Аполлон" состоялся в октябре 1968 года. Первый удачный запуск американской АМС "Рейнджер-7" к Луне состоялся в 1964 году. В декабре 1968 г. "Аполлон-8" облетел Луну. В ходе полетов КК "Аполлон-9" и "Аполлон-10" астронавты провели "генеральную репетицию" лунной экспедиции. РН "Сатурн-5" была самой мощной из американских: длина её составляла 110 м, стартовая масса 3000 т (из низ 2840 т топлива); она выводила на околоземную орбиту груз до 140 т или 50 т на трассу полета к Луне. Космический корабль "Аполлон" имел длину 17,7 м, массу 43,6 т и состоял из двигателя, баков с топливом, энергетических батарей и небольшого конусообразного спускаемого аппарата, в котором во время полета помещались 3 астронавта. К нему был пристыкован 2-местный лунный экспедиционный модуль (ЛЭМ) - аппарат для высадки экспедиции на Луну.
Перед экипажем "Аполлона-11" Н. Армстронгом. Э. Олдрином и М. Коллинзом стояла главная цель американской космической программы. Старт состоялся 16 июля 1969 года, через 102 часа ЛЭМ "Орел" совершил посадку на Луну в районе Моря Спокойствия. Н. Армстронг и Э. Олдрин ступили на поверхность Луны: "Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для всего человечества" и провели на ней 22 часа за различными исследованиями, установкой научных приборов, сбором образцов грунта и фото- и телесъемкой. Затем "Орел" стартовал, состыковался на орбите с КК "Аполлон", где их ожидал М. Коллинз и благополучно возвратился на Землю.
За период с 16.7.1969 г. по 7.12.1972 г. США осуществили 6 благополучных экспедиций к Луне на КК "Аполлон 12 - 17" (во время полета "Аполлона-13" на его борту произошел взрыв энергетической установки и астронавты лишь чудом вернулись живыми). Во время полетов и на Луне астронавты провели многочисленные научные эксперименты и доставили на Землю около 400 кг лунного грунта. Из-за финансовых трудностей (программа обошлась США в 26 млрд. долларов) и войны во Вьетнаме количество полетов было сокращено.
Работы над советской лунной программой начались лишь в 1964 году в 2 конструкторских бюро С.П. Королева и В.П. Глушко, одновременно разрабатывавших 3 различный проекта ракетоносителей: сверхмощную РН "Н-1", способную выводить на орбиту до 100 т полезного груза, и широко применяемые в наши дни РН "Протон", РН и КК "Союз". Лунная программа "Заря" во многом походила на американскую и предусматривала вначале беспилотный облет Луны, выполненный в 1968-70 гг. КК "Зонд", затем - пилотируемый, и посадку на Луне одноместного ЛЭМ. Была полностью реализована часть программы, предусматривающая предварительные исследования Луны с помощью АМС, созданы и испытаны все технические системы, в том числе лунный модуль, вездеход для космонавтов, лунный скафандр (на 20 кг легче американского). Приступил к тренировкам отряд космонавтов во главе с А.А. Леоновым.
Смерть генерального конструктора С.П. Королева и приход к власти в стране Л.И. Брежнева оборвали развитие многих интереснейших космических программ, первой из которых стала наша лунная программа.
Универсальный, многоцелевой транспортный КК "Союз" предназначался не только для участия в лунной программе, но и для доставки космонавтов на борт орбитальных станций. "Союз" имел массу около 6,6 т, длину до 7,95 м и состоял из орбитального отсека для проведения научных исследований и отдыха космонавтов, спускаемого аппарата с пультом управления, креслами космонавтов, системой жизнеобеспечения и другим оборудованием, и приборно-агрегатного отсека с двигательной установкой. Корабль выводился на орбиту трехступенчатой РН "Союз" длиной 39,3 м массой 310 т (в настоящее время РН "Союз" модернизирована, после чего ее грузоподъемность увеличилась на 1 т).
Первый полет "Союза" состоялся в апреле 1967 г., последний 40-й в 1981 году. В 1979 г. на базе "Союза" был создан усовершенствованный КК "Союз-Т" с усиленной конструкцией корпуса, новыми двигателями и бортовыми системами управления, и запущен первый автоматический вариант "Союза" - грузовой корабль "Прогресс", способный доставлять на орбитальные станции до 2,3 т полезного груза: научную аппаратуру, топливо, запасы воздуха, воды и пищи. К настоящему времени состоялось свыше 50 запусков КК "Прогресс" и "Прогресс-М". Корабли "Союз-Т" совершили 15 полетов. В 1987 году на смену им пришел более совершенный "Союз-ТМ". При его создании особое внимание уделяли повышению надежности корабля и совершивший к нашему времени свыше 40 полетов "Союз-ТМ" признан лучшим в мире транспортным космическим кораблем для обслуживания как российских, так и международных орбитальных станций и в качестве международного спасательного корабля. В начале XXI века их заменит новый модернизированный "Союз ТМА".
60-е годы стали временем начала активного изучения планет Солнечной системы средствами космонавтики: до середины 80-х годов в СССР было запущено 58 АМС. Подробные исследования строения, химического состава, динамики атмосферы и поверхности Венеры с картографированием, изучением химического состава и физико-механических свойств грунта были проведены серией из 16 АМС "Венера" и 4 американскими АМС "Маринер" и "Пионер-Венера". АМС "Вега-1" и "Вега-2" (1986 г.) доставили к Венере посадочные аппараты и аэростатные зонды, изучавшие её атмосферу на высоте 54 км до 46 ч., а затем вместе с АМС ЕСА "Джотто" и АМС Японии "Суйсей" исследовали с пролетной траектории газопылевую оболочку и ядро кометы Галлея.
Марс исследовался 7 советскими АМС "Марс" и 4 американскими АМС "Маринер"; первую мягкую посадку на его поверхность совершил запущенный в 1971 г. аппарат "Марс-2" (4650 кг), но не удалось провести эксперимент с управляемым с Земли марсоходом; наиболее интересные результаты дали экспедиции АМС США "Викинг-1... -2", проведенные в 1976 году. Марс - самая трудная для исследований планета (лишь 50 % запусков и экспериментов с АМС завершаются удачно, тогда как для всех других планет Солнечной системы эта величина составляет 90 %).
В 1973 году к Юпитеру и Сатурну были запущена АМС США "Пионер-11", исследовавшая эти планеты в 1974 и 1979 гг. - первый аппарат, покинувший пределы Солнечной системы.
В 1974-75 гг. АМС США "Маринер-10" исследовал Меркурий.
В 1977 году начался "Большой Тур" - программа исследований планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна АМС США "Вояджер-1" и "Вояджер-2".
История создания орбитальных станций началась в 1971 году, когда РН "Протон" вывела на орбиту станцию "Салют" (один из блоков корабля для пилотируемого облета Марса, намечавшегося С.П. Королевым на середину 70-х годов). Станция "Салют" имела массу около 18,9 т и состояла из рабочего отсека, в котором размещалась система жизнеобеспечения, пульт управления и научная аппаратура; переходного отсека, к которому пристыковывался КК "Союз", и агрегатного отсека с двигателями и запасами топлива. Энергоснабжение обеспечивали солнечные батареи площадью 42 м2 и аккумуляторы. В жилых помещениях поддерживались нормальный состав, давление, температура и влажность атмосферы (американские астронавты дышат почти чистым кислородом при пониженном давлении).
Создание обитаемых орбитальных станций (ОС) было признано одним из приоритетных направлений советской космической программы. В 1973 г. на орбиту был выведен "Салют-2" (он же ОС "Алмаз" оборонно-хозяйственного назначения), в 1974 г. - "Салют-3" и "Салют-4", в 1975 г. - "Салют-5". Самой известной станцией стала запущенная в 1977 году ОС "Салют-6", за 5 лет на ней проработало 27 космонавтов 16 экспедиций, в том числе международных (Чехословакии, Польши, ГДР, Болгарии, Венгрии, Вьетнама, Кубы, Монголии и Румынии). В 1977-78 гг. космонавты Ю.В. Романенко и Г.М. Гречко проработали на ней 96 суток; в 1980 году Л.И. Попов и В.В. Рюмин прожили на ней 185 суток. В апреле 1982 г. на орбите появилась усовершенствованная станция "Салют-7": до 1986 г. на ней проработало 10 экспедиций, 22 космонавта, включая представителей Франции и Индии.
С начала 80-х гг. на орбиту выводятся не имеющие мировых аналогов тяжелые советские ИСЗ с ядерной энергетической установкой.
Кризис американской космической программы был порожден её ограниченностью: единственной целью пилотируемых полетов была Луна, а разработанные специально для этой программы РН "Сатурн" и КК "Аполлон" были мало пригодны для исследования и освоения околоземного космического пространства. США имели лишь одну ОС "Скайлэб", выведенную в космос в 1973 году; КК "Аполлон" доставили на неё 3 экспедиции из 3 астронавтов; наибольшая продолжительность полета составила 84 сутки. В июле 1975 года состоялся совместный советско-американский полет кораблей "Союз-19" и "Аполлон" (программа ЭПАС) и в течение последующих 6 лет - до 1981 года ввода в строй многоразового транспортного космического корабля (МТКК) "Спейс Шаттл" ("Космический Челнок") в США не было ни одного пилотируемого полета.
Разработка МТКК началась почти одновременно в США и СССР в начале 60-х годов. Были разработаны различные модели ракетопланов и "орбитальных самолетов"; некоторые из них - Х-15 и "Хотол" в США; "Буря" и "Спираль" в СССР были испытаны при полетах в верхних слоях атмосферы; спуск с орбиты в автоматическом режиме совершил беспилотный аэрокосмический самолет "Бор-4" ("Космос-1374", 1982 г.). Советский МТКК "Буран" и "Спейс Шаттл" внешне очень похожи друг на друга. Они стартуют в вертикальном положении, короткие крылья служат для посадки. Американский "Челнок" использует собственный двигатель с подачей топлива из навесного бака и 2 навесных ускорителя с РДТТ. "Буран" выводится на орбиту РН "Энергия". Длина "челноков" составляет около 40 м, они способны выводить на околоземные орбиты до 30 т полезного груза и находиться в космосе до 2 недель. Состав экипажа до 7 человек. США имеют в настоящее время 4 МТКК, совершивших в космос в общей сложности свыше 90 полетов.
Угроза "звездных войн" со стороны США заставила создать в Советском Союзе не только орбитальный военный комплекс "Алмаз", но и спроектировать в 80-е годы военный вариант ОС "Мир", укомплектованный орбитальными истребителями с лазерным и ракетным вооружением.
Первый старт самой мощной в мире РН "Энергия", способной выводить на орбиту полезную нагрузку до 100 т, состоялся в 1987 году. "Буран" совершил пока единственный беспилотный полет. Созданные в эпоху "холодной войны" "челноки", несмотря на перспективное будущее МТКК, являются пока дорогостоящими, неэкономичными и ненадежными космическими аппаратами в сравнении с одноразовыми советскими ракетоносителями и не нашли пока применения в российской космонавтике, а США не имеет пока других космических кораблей. Стоимость РН "Протон" составляет около 5 000 000 $, а запуск обходится в 20 миллионов долларов.
История космонавтики знает не только победы. В неё навечно вписаны имена тех, кто не вышел на орбиту, кто не вернулся из полета. 23.3.1961 года во время наземных тренировок погиб В.В. Бондаренко; 27.1.1967 года во время наземных испытания КК "Аполлон" погибли В. Гриссом, Э. Уайт, Р. Чаффи. Смерть помешала совершить полет В. Щеглову, О. Кононенко, Л. Иванову, А. Щукину. В результате неисправности парашютной системы при возвращении на Землю погиб пилотировавший "Союз-1" В.М. Комаров. Разгерметизация спускаемого отсека КК "Союз-11" унесла жизни первого экипажа станции "Салют" Г.Т. Добровольского, В.Н. Волкова, В.И. Пацаева. 28.1.1986 года на 73 секунде полета на высоте 14 км взорвался МТКК "Челленджер": погибли 7 астронавтов, в их числе женщины: исследователь Дж. Резник и учитель К. Маколифф.
В 1986 году началось строительство орбитальной станции "Мир" - базового блока для постройки многоцелевого, действующего свыше 12 лет, пилотируемого комплекса, в состав которого входят специализированные модули "Квант", "Квант-2", "Кристалл", "Спектр" и "Природа". Размеры ОС "Мир" составляли 33´ 29 м, общая масса с двумя пристыкованными КК около 136,5 т (с МТКК "Дискавери" – 248 т). На станции "Мир" до 2000 г. на протяжении 27 длительных экспедиций работали 103 космонавта. Поставлен ряд рекордов по продолжительности полета: космонавт В.В. Поляков проработал на станции 438 суток (8.01.1994 – 22.03. 1995); С.В. Авдеев проработал на ней в течении 3 полетов в общей сложности 748 суток. Из женщин самые длительные полеты совершили Е. Кондакова (169 суток) и Ш. Люсид (188 суток). Было совершено свыше 50 выходов в открытый космос общей продолжительностью свыше 250 ч. Одновременно с основными на станции до месяца работали экипажи 17 международных экипажей: Сирии, Болгарии, Афганистана, Франции, Японии, Великобритании, Австрии, Германии, ЕСА, США, Канады и других государств.
В России близ Владивостока строится новый российский космодром Свободный. Созданы новые РД-0124, усовершенствован РД-180 (закуплены для использования РН США) и не имеющие мировых аналогов ядерный РД-0410 (предназначенный для корабля марсианской экспедиции) и ядерная энергетическая установка "Топаз-М"; РН нового поколения "Союз-2" (до 8,2 т полезной нагрузки), модульных РН серии "Ангара" с ЖРД РД-191М и РД-0120 (полезная нагрузка РН "Ангара-1/2 составляет 2-3,4 т; "Ангара-5" - 21 т; "Ангара-4" - 30-31 т); "Протон-М" (свыше 20 т полезной нагрузки), "Зенит", "Рокот"; конверсионных РН ""Рикша", "Рокот", "Волна", "Штиль", "Стрела"; серия разгонных блоков для АМС (КВРБ и др.); возвращаемая (многоразовая) I ступень универсальной РН "Байкал"; два новых МТКК. Многоцелевая авиационно-космическая система "МАКС" включает в себя самолет-носитель Ан-225 грузоподъемностью 275 т (или, в ближайшей перспективе двухфюзеляжный триплан "Геракл" грузоподъемностью 450 т) и воздушно-космический самолет (ВКС) с внешним топливным баком с массой выводимой полезной нагрузки до 10 т (стоимость выведения ниже 750 $ за 1 кг) и может запускаться с любого крупного аэродрома. Система МАКС может эксплуатироваться в 3 вариантах: с пилотируемым ВКС и внешним топливным баком "МАКС-ОС", грузовым беспилотным кораблем и одноразовым блоком выведения "МАКС-Т" и ВКС многоразового использования "МАКС-М".
Китай планирует в 2001 г. запуск 4-местного пилотируемого китайского КК "Шенчжоу" ("Волшебный корабль" массой 7,6 т, внешне напоминающего КК "Союз") РН "Чанчжен–2F".
Во Франции разработан тяжелый РН "Ариан-5" (полезная нагрузка до 20 т); новые РН и МТТК разрабатываются ЕСА, Францией, Германией, Японией, США ("Дельта-3" с полезной нагрузкой 8,3 т; "Дельта-4" с нагрузкой до 14 т; "Венчестар") и Китаем. Ряд коммерческих фирм в США планирует с 2001 г. проведение "туристических" суборбитальных полетов в космос на борту малых МТКК нового поколения (стоимость билета 100000$); подобные проекты разрабатываются и в России. До 2020 года планируется разработать гибридные РД (жидкий кислород + твердое топливо), создать воздушно-космические самолеты - проекты Х-30 (США), "Хотол" (Великобритания), "Гермес" (Германия), тросовые системы и ударные пушки.
Возобновились исследования Солнечной системы. В 1989 году АМС США "Магеллан" завершил картографирование Венеры, начатое АМС "Венера-15 и -16". В 1990 году для исследования полярных областей Солнца с пролетной траектории с выходом за пределы плоскости эклиптики запущена АМС США "Улисс"; запущенная в 1995 г. АМС США "SONO" исследует Солнце из точки либрации в системы Солнце-Земля. Поверхность Луны исследовалась в 1994 г. АМС США "Клементина" и в 1998 г. - "Лунар Проспектор". К Марсу в 1988 году были запущены АМС СССР "Фобос"; в 1992 году - АМС США "Марс-Обсервер"; в 1996 году - АМС России "Марс-96" - их полеты оказались неудачными, с потерей аппаратов вследствие аварий. В июле 1997 г. на поверхности Марса работал посадочный аппарат АМС США "Марс Пасфайндер"; на орбиту искусственного спутника выведен аппарат "Марс Глобал Сервейер"; в 1998 г. запущена АМС Японии "Нодзоми". Однако следующие запуски американских АМС к Марсу были неудачными: в 1999 году при попытке посадки на поверхность Марса погибли спускаемые аппараты "Марс Клаймит Орбитер" и "Марс Поуле Лэндер". В начале ХХI века Россия, США и ЕSА планируют совместные исследования с доставкой марсианского грунта. С 1990 года исследует Юпитер и его спутники АМС США "Галилей", изучавший с пролетной траектории астероиды Гаспра и Ида в 1991-93 гг. В 1997 году запущен к Сатурну АМС США "Гюйгенс" со спускаемым аппаратом "Кассини" для исследования атмосферы и поверхности Титана (достигнет цели в 2004 г.); АМС США "NEAR" исследовал астероид Эрос. Программы ЕSА "Евромун 2000" и SMART предусматривает новые исследования Луны в 2000-2002 гг. с доставкой образцов лунного грунта; до 2005 г. к исследованиям Луны при помощи собственных АМС планируют присоединиться Япония и Индия. Марсианская программа ЕSА предусматривает в 2003 г. запуск российской РН "Союз" с разгонным блоком "Фрегат" АМС "Марс Экспресс" со спускаемым аппаратом "Бигль-2". Планируется запуск АМС Японии "Muses-C" для доставки на Землю вещества астероида. Программа KRAF США предусматривает подробные исследования кометных ядер. В России разработана программа исследования Плутона. Российско-германская АМС "Интергелиос" будет изучать Солнце с круговой полярной околосолнечной орбиты с расстояния до 20 млн. км.
Однако в настоящее время не только российская, но и мировая космонавтика переживает кризис по причинам не столько экономического, сколько политического характера. Отменен запуск АМС США "Плутон-Койпер Экспресс", запланированный на 2004 год. В 2001 г. в США были закрыты проекты МТКК Х-33, Х-34 и Х-38 - "спасательной шлюпки" для МКС. Реализация проектов национальных ОС - "Мир-2" (Россия) и "Фридом" (США) отодвинута на неопределенное время. Дальнейшее развитие долговременных пилотируемых полетов связано с созданием Международной космической станции "Альфа". Базовый функционально-грузовой блок "Заря" (РФ) и узловой блок "Юнити" (США) выведены на орбиту в конце 1998 году; в 2000 г. с ними состыковался служебный модуль "Звезда" (РФ) и была установлена ферма каркаса Z1. К 2004 г. на МКС массой 470 т будет работать международный экипаж из 7 человек.
С 12.04.1961 г. до 1.01. 2000 г. проведено 230 пилотируемых космических экспедиций: 90 – СССР/РФ и 140 – США. Космический полет совершили свыше 393 человек: 91 российских космонавтов, 247 американских, 55 – из 28 других государств, в том числе 36 женщин. Выполнено 169 выходов в открытый космос: 89 российскими и 80 – американскими космонавтами. А.Я. Соловьев во время 5 экспедиций на ОС "Мир" совершил 16 выходов в открытый космос общей продолжительностью свыше 77 часов.
В отряде космонавтов NASA (США) готовится к полетам 142 человека; в российском отряде – 42 космонавта; в отряде Европейского космического агентства, созданного в 1999 г. – 20 космонавтов из Франции (5), Германии (5), Италии (5) и других стран; в отряде NASDA (Япония) – 8 астронавтов; в канадском CSA – 7 астронавтов; существует и китайский отряд космонавтов.
Вокруг Земли сейчас вращается свыше 7500 ИСЗ. По своему назначению они делятся на:
1) Исследовательские спутники, специализированные и универсальные, служащие интересам различных наук. Геофизические спутники серии "Космос" и "Электрон" (Россия) исследуют Землю и околоземное космическое пространство: верхние слои атмосферы и магнитосферу планеты. "Протон", "Астрон" и "Космос" (Россия), "Ухуру", НЕАО, КТХ (США) и другие астрофизические спутники исследуют Солнце, звезды, галактики и космическую среду. Биоспутники "Космос" (Россия) и "Биос" (США) служат для исследования воздействия космических условий (невесомость, радиация и т.д.) на живые организмы: в космосе побывали различные растения, собаки, обезьяны, кошки, мыши, лягушки, рыбы, насекомые и другие животные.2) Спутники прикладного назначения служат для удовлетворения "земных" нужд человечества. В ряде случаев они несут исследовательскую аппаратуру. Метеорологические спутники предназначены для обеспечения службы погоды информацией о состоянии нижних слоев земной атмосферы (температуре, скорости ветра, и т.д.) для предупреждения о грозах, ураганах, циклонах, облачности. Они снабжаются телекамерами и датчиками теплового излучения для наблюдений за ночным полушарием планеты. Системы из многих спутников "Метеор" (Россия), "Метеосат" (США) обеспечивают обзор почти всей поверхности. Разновидностью метеорологических являются океанологические спутники, предназначенные для наблюдения за скоростью ветра, волнения, ледовой обстановки в Арктике, косяками рыб и т.д. Спутники для изучения природных ресурсов позволяют изучать детали наземного и подводного рельефа, горные породы, растительный покров и его изменения, состояние почв, прогнозировать урожаи, загрязнение океана, искать месторождения полезных ископаемых и т.д. В США для этой цели запускаются спутники серии "Ландсат", в России - "Космос" и "Радуга". Многочисленные спутники связи ("Молния", "Экран", "Горизонт", "Радуга" в России) служат для трансляции теле- и радиопередач, международной и межконтинентальной телефонной связи; для осуществления передач необходимо, чтобы спутник был одновременно виден из пунктов передачи и приема. Навигационные спутники служат для точного определения географических координат судов и самолетов. Спутниковая система КОСПАР-САРСАТ предназначена для оказания помощи кораблям, самолетам и отдельным группам людей, терпящим бедствие. Военные спутники предназначены для сбора разведданнных на территории потенциального противника и контроля за вооружениями.
Углубляя космонавтические знания учеников, учитель должен ознакомить их не только с положительными, но и с отрицательными проблемами современной космонавтики.
Развитие космонавтики имеет некоторые негативные стороны, оказывающие определенное влияние на экологию Земли и ближнего космоса; исправление их является одной из насущных задач современной науки и техники.
1. Засорение околоземного космического пространства фрагментами ракетно-космической техники. На 1990 год из 7200 ИСЗ лишь 5% были в рабочем состоянии; на околоземных орбитах скопилось свыше 60000 зарегистрированных объектов, из них 8000 имеют размеры свыше 10 см (отработанные верхние ступени РН, разгонные блоки, элементы конструкций, утерянные космонавтами вещи - от перчаток и отверток до кинокамер) и сотни тысяч мелких объектов (от болтов и гаек до крошек, чешуек краски, частиц сгоревшего топлива, осколков взорвавшихся объектов). Общая масса космического мусора - от 3 до 5 миллионов кг; он образует вокруг Земли три кольца с максимальной концентрацией на высотах 875, 1500, 3600 км.
В фантастических произведениях часто описываются случаи повреждения КЛА метеорными частицами. До сих пор в реальной жизни таких случаев не отмечено, но по меньшей мере 3 спутника были уничтожены и несколько повреждены космическим мусором: последствия столкновения ИСЗ с болтом при относительной скорости 10 км/с те же, что при встрече с пушечным ядром на скорости 300 м/с. Крошка размерами 0,5 мм пробьет скафандр, как пуля.
Количество частиц мусора на орбитах увеличивается на 5% в год, через 30 лет их станет 30 миллионов с общей массой 12 млн. кг, и катастрофические столкновения с КЛА станут неизбежны. В результате исследований советских и американских ученых установлено, что любой мощный выброс частиц приводит к засорению всего околоземного пространства ниже точки выброса. Теоретически возможен лавинообразный процесс вторичных столкновений. Со временем частицы постепенно снижаются, тормозятся и сгорают в атмосфере, а наиболее крупные падают на поверхность Земли, однако процесс "самоочистки" космоса затягивается на сотни и тысячи лет. Проблему безопасности частично снимают сокращение числа запусков РН, применение тяжелых и многоразовых РН и МТКК, установка защитных экранов на борту ИСЗ и КЛА. ...Предполагая, что "космический мусор" - беда всех космических цивилизаций, некоторые ученые предложили поискать на земле в виде необычных метеоритов следы "технического прогресса" внеземных цивилизаций.
2. Вредное воздействие продуктов сгорания ракетного топлива на атмосферу Земли. В состав этих веществ входят разные соединения - от безопасных Н2О, СО, СО2, Н2, до вредных окислов азота, Hcl и Al2O3. К счастью, выбросы невелики, их концентрация быстро снижается до безопасного уровня. Сведения о повреждении озонового слоя стартующими РН очень противоречивы: многие ученые отрицают влияние запусков РН на состояние озонового слоя, другие считают, что каждый старт протыкает в ней "дырку" диаметром до 200 км, затягивающуюся лишь 2 недели спустя. Наиболее опасны запуски РН с РДТТ. Вопрос находится в стадии исследования. Прямых свидетельств о возрастании ультрафиолетовой облученности поверхности Земли в настоящее время нет, и если в целом количество озона в атмосфере уменьшается, то в нижних слоях тропосферы, где озон - загрязняющий газ-окислитель, усиливающий парниковый эффект - его концентрация растет.
Полеты КЛА в земной ионосфере сопровождаются различными эффектными аномальными световыми явлениями (вспышками, свечением и т. д.), которые несведующие люди принимают за НЛО.
3. Необходимость отчуждения участков поверхности Земли под районы падения отделяющихся частей РН. При их запуске над сушей вдоль траектории полета на протяжении 800-2500 км падают отработанные ступени и их фрагменты, некоторые от удара взрываются. Так, на территории Джезказганской области упало уже 890 ступеней РН, не считая обломков и осколков, что исключает или ограничивает хозяйственное использование земель, создает угрозу для биосферы. Выходом из ситуации является создание космодромов "приокеанского" базирования, сокращение числа запусков и применение многоразовых космических систем, снабженных устройствами для мягкой посадки.
Обеспечение экологической безопасности является одним из основных требований к новым транспортным космическим системам, наряду с высокой надежностью и экономичностью.
По ходу выступлений учащихся или вслед за ними нужно провести демонстрацию имеющихся диа-, кино- и видеофильмов по истории космонавтики.
В оставшееся время можно побеседовать с учениками, обсудить проблемы и перспективы российской и мировой космонавтики.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача
Публикации со словами: методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
