Пилотируемый космический полёт
После запуска спутника СССР начал разрабатывать программу пилотируемых космических полётов. Перед учёными и конструкторами были поставлены задачи создания системы жизнеобеспечения космонавта и организации его возвращения на Землю. Эти задачи были решены менее чем за 4 года.
12 апреля 1961 г. ракета-носитель «Восток-1» вывела на орбиту Земли космический корабль «Восток» с первым в мире космонавтом — Юрием Алексеевичем Гагариным. После 108 минут полёта космонавт благополучно вернулся на Землю. Этот полёт стал одним из величайших достижений науки и техники за всю историю человечества.
Корабль и ракета
С 1959 г. под руководством С.П. Королёва разрабатывался проект пилотируемого космического корабля, состоящего из сферического спускаемого аппарата (СА) и приборного отсека (ПО). Было предусмотрено автоматическое и ручное управление кораблём. Плавное приземление . космонавта и аппарата планировалось осуществить с помощью парашютов. СА имел мощную теплозащиту весом до 1,5 т для предотвращения сгорания при вхождении в плотные слои атмосферы, где от трения о воздух поверхность будет нагреваться до 3000 °С.
В космосе нет воздуха, нет атмосферного давления, и на орбите космонавт испытывает невесомость. Для выживания в этих неестественных условиях разрабатывалась надёжная система жизнеобеспечения космонавта. Также готовилась специальная, космическая еда в виде пюре в герметичных упаковках — тюбиках. По расчётам, масса корабля могла составить до 5 т. Для вывода на орбиту такого тяжёлого аппарата на базе баллистической ракеты Р-7 была сконструирована трёхступенчатая ракета-носитель «Восток».
Подготовка пилотируемого полёта
15 мая 1960 г. первая ракета типа «Восток» вывела на орбиту первый прототип пилотируемого космического корабля «Восток» корабль-спутник «Спутник-4». Он весил всего 1477 кг и предназначался только для отработки основных процедур полёта. Данные о работе приборов были переданы на Землю, но из-за ошибки ориентации при спуске спутник улетел дальше в космос, и лишь через 2 года его сгоревшие остатки упали на территорию США.
Первый удачный полёт совершил 19-20 августа 1960 г. «Спутник-5» (масса 4600 кг). Все его пассажиры: собаки Белка и Стрелка, мыши и крысы — живыми вернулись на Землю. В марте 1961 г. в космос отправились корабли-спутники «Спутник-9» и «Спутник-10» с собаками и манекенами, имитирующими человеческий организм. Благополучное завершение этих полётов показало готовность всех систем к запуску в космос человека.
Перегрузки и невесомость
- Вес тела (Р) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес. Сила тяжести (F) — это сила взаимодействия тела с Землёй по закону всемирного тяготения. По второму закону Ньютона, сила тяжести, действующая на тело, пропорциональна массе тела (m) и его ускорению (а). Если на тело не действуют никакие силы, кроме силы притяжения Земли, то его ускорение будет равно ускорению свободного падения (g), вес тела будет равен силе тяжести.
- Но если опора с телом будет двигаться в вертикальном направлении с ускорением (а), ускорение тела будет меняться. При подъёме опоры к ускорению свободного падения, действующему на тело, прибавится ускорение подъёма опоры: g+a, при этом вес тела составит P = m(g+a), т. е. будет больше силы тяжести (F). Причём чем больше будет ускорение подъёма, тем больше будет вес тела. Это явление называется перегрузкой, его испытывают лётчики и космонавты при резком увеличении скорости на взлёте.
- При движении опоры с телом вниз с ускорением (а) ускорение тела уменьшается g-a и вес тела P = m(g — a) будет меньше силы тяжести (F). Причём чем больше будет ускорение движения вниз, тем меньше будет вес тела.
- При ускорении движения вниз, равном ускорению свободного падения (a=g), вес тела будет равен нулю: P = m(g-g) = m-0 = 0. Это явление называется невесомостью. Ошибочно считать, что невесомость, которую испытывают космонавты на орбите, возникает из-за отсутствия гравитации. На околоземных орбитах гравитация лишь немного меньше, чем на самой Земле. Двигаясь по орбите с первой космической скоростью, корабль с космонавтами и всеми предметами на борту постоянно находится в состоянии свободного падения, при котором и возникает невесомость.
Отряд космонавтов
Одновременно с работой над созданием пилотируемого космического корабля в СССР шла подготовка будущих космонавтов. В 1960 г. был сформирован первый отряд космонавтов из 20 лётчиков возрастом 25-30 лет, ростом около 170 см, весом около 70 кг. В ходе ежедневных подготовок будущие космонавты на аппаратах, имитирующих предполагаемые условия космического корабля, учились выдерживать перегрузки, перепады давления, невесомость, справляться со стрессовыми ситуациями, управлять различными системами корабля. Одним из лидеров этого отряда стал Юрий Алексеевич Гагарин — именно его С.П. Королёв выбрал на роль первого космонавта.
Полёт Гагарина
12 апреля 1960 г. в 9 ч. 07 мин. с космодрома Байконур (Казахстан) стартовала ракета-носитель «Восток» с космическим кораблем «Восток-1», который пилотировал Юрий Гагарин. Полёт продолжался 1 ч. 48 мин. и завершился благополучным приземлением. Во время полёта Гагарин поддерживал связь с Землёй, вёл бортовой журнал, принимал пищу и воду, доказав возможность нормального пребывания человека в космосе.
Развитие идеи
Юрий Гагарин стал всенародным героем и одним из самых знаменитых людей мира. Личное обаяние советского космонавта изменило к лучшему отношение к Советскому Союзу. СССР долго удерживал безусловное мировое лидерство в космосе. В 1963 г. СССР отправил в космос первую женщину-космонавта — Валентину Терешкову. В 1965 г. советский космонавт Алексей Леонов осуществил первый выход в открытый космос. В 1971 г. мощной ракетой «Протон» СССР вывел в космос первую орбитальную станцию «Салют» — космический аппарат для долговременного пребывания людей на орбите.
Транспортные корабли, запускаемые ракетами — носителями, доставляли на станцию сменные экипажи, космонавтов на Землю возвращали спускаемые аппараты. Станции снабжались всем необходимым для работы: продовольствием, топливом, научной аппаратурой. В 1986 г. СССР запустил первый пилотируемый научно-исследовательский орбитальный комплекс «Мир», проработавший на орбите до 2001 г. Россия стала одним из главных участников проекта Международной космической станции (МКС), на которой с 1998 г. работают космонавты разных стран мира.
В 1959 г. СССР запустил на Луну первый непилотируемый космический аппарат «Луна-2», впервые достигнув второй космической скорости, необходимой для выхода с земной орбиты. В феврале 1961 г. СССР впервые в мире успешно осуществил межпланетный запуск космического аппарата «Венера-1» («Спутник-8»), который пролетел на близком расстоянии от планеты Венера.
Огромный вклад в освоение космоса внесли США, чья космическая программа также стремительно развивалась. 5 мая 1961 г. США осуществили первый суборбитальный космический полёт (полёт в космос без выхода на орбиту), а в 1962 г. впервые вывели свой космический корабль на орбиту. С 1960 г. американцы под началом В. фон Брауна разрабатывали лунную программу «Аполлон», и в 1969 г. американские астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. До сих пор, кроме американцев, на Луне никто не высаживался.
В 1981 г. США создали первый многоразовый пилотируемый корабль серии «Спейс Шаттл» («Космический челнок») для доставки на орбиту космических аппаратов, например телескопа «Хаббл», грузов и экипажей на орбитальные станции (МКС) и эвакуации экипажей станций на Землю.
В 2003 г. третьей космической державой стал Китай, запустивший в космос пилотируемый корабль «Шэньчжоу». Космонавты других стран отправляются в космос либо на российских, либо на американских космических аппаратах.
Сейчас в России и США ведётся разработка пилотируемых космических кораблей для полётов на Луну и космических программ «Русь» и «Орион». Новые американские космические корабли должны также заменить не использующиеся с 2011 г. «Шаттлы» при околоземных полётах. Одной из целей космических программ России и США объявлен полёт на Марс.