Мы живем в удивительную эпоху, когда развитие науки и техники происходит с постоянным ускорением. Чуть более 100 лет назад мало кто поверил бы, что аппарат тяжелее воздуха сможет летать.

А полеты за пределы земной атмосферы казались абсолютной фантастикой. Но прошло совсем немного времени и человек вышел в открытый космос, высадился на Луне и отправил автоматические космические станции ко всем планетам Солнечной системы. Человечество вступило в новую, космическую, эру и настолько привыкло к этому, что сегодня полеты в космос стали обычным делом. История не знала такого стремительного развития техники, когда научные достижения меняют мир вокруг нас прямо на глазах. Развитие космических исследований стало одним из главных символов этих изменений и научно-технического прогресса второй половины XX века.

С самой глубокой древности человек мечтал оторваться от Земли и достичь иных миров. Еще древнеиндийский эпос «Махабхарата» содержит наставление о полете на Луну. Во II в. знаменитый античный автор Лукиан из Самосаты в своих сочинениях рассказывает о посещении героями Луны и описывает ее обитателей. Теоретическая возможность космических полетов была доказана еще в XVIII в. Исааком Ньютоном в трактате «Математические начала натуральной философии». Далее в этом направлении работали математики Эйлер и Лагранж. Фундаментальные теоретические основы полетов в космос разработал русский ученый Константин Циолковский. Он дал принципиальное решение ряда основных проблем. Однако до середины XX в. космос оставался уделом мечтателей и писателей-фантастов. И только гений двух конструкторов — С. Королева и В. фон Брауна — сделал вековую мечту реальностью.

Огромный вклад в развитие космонавтики внести основатели космической программы в СССР — В.П. Глушко, В.П. Мишин, К.А. Керимов и США — Б. Гилрат и К. Крафт-Младший. Само слово «космонавтика» было предложено в начале 30-х гг. советским ученым-эмигрантом А.А. Штернфельдом. Ранее на Западе использовался аналог — термин астронавтика. Космонавтика — это полеты в космическом пространстве; совокупность отраслей науки и техники, обеспечивающих освоение космоса при помощи ракет и аппаратов. Она включает в себя огромный круг теоретических и научно-технических проблем, связанных со строительством и полетом космических аппаратов, охватывая огромное поле деятельности человека.

Зачем нам нужен космос?

Задачи, которые люди решают в космосе, можно разделить на две большие группы: фундаментальные и прикладные.

Фундаментальная наука помогает понять принципы устройства нашей Солнечной системы и Вселенной вообще. Может показаться, что в практической жизни такое знание применить невозможно, однако это не так. Рано или поздно фундаментальные научные прорывы коренным образом меняют науки прикладные. Все привычные нам бытовые приборы, транспортные средства, лекарства Ми многое другое появились в результате фундаментальных научных открытий, сделанных в то далекое время, когда никто и подумать не мог, как можно потом использовать эти новые знания.

Когда более 200 лет назад ученые проводили первые опыты с электричеством, большинству это казалось просто чудачеством. А сегодня представить себе жизнь современного человека без электричества невозможно! Сейчас это тоже кажется фантастикой, но, рано или поздно, когда ресурсы Земли истощатся, человечество начнет активно осваивать другие планеты нашей системы. Например, на Луне находятся огромные запасы изотопа гелия-3. В будущем гелий-3 смогут использовать в термоядерных реакторах, производя при этом огромное количество энергии. Но все это будет возможно только благодаря фундаментальным знаниям, которые ученые получают сегодня.

Понять значение прикладного использования космоса намного проще — мы сталкиваемся с ним много раз в течение дня. И здесь самое главное — это телекоммуникации, навигация и связь.

Находящиеся на орбите спутники-ретрансляторы передают сигналы между наземными станциями, обеспечивая передачу информации практически в любом уголке нашей планеты.

Без этого не было бы ни современного спутникового телевидения, ни систем навигации, которые сегодня стоят не только на кораблях и самолетах, но и почти в каждой легковой машине и каждом сотовом телефоне. Только благодаря искусственным спутникам Земли с мощными фотокамерами у нас есть точнейшие карты всей поверхности нашей планеты. Без спутников, ведущих постоянное наблюдение за Землей, современная метеорология просто не смогла бы появиться на свет, и люди бы остались без такой привычной вещи, как ежедневный точный прогноз погоды.

Более того, у нас бы не было возможности узнать о надвигающихся штормах и тайфунах мы по-прежнему оставались бы беззащитны перед природной стихией.

Кроме того, многие вещи и технологии, которые плотно вошли в наш быт, появились именно в результате развития космических исследований.

Тефлон, которым покрыты сковороды на вашей кухне, цифровые фотокамеры, термобелье, беспроводные гарнитуры, фильтры для воды — вот далеко неполный перечень того, что появилось благодаря космическим программам.

Метеорологические спутники

Практически сразу же после выхода на орбиту первых спутников метеорологи заинтересовались возможностью использовать их для наблюдений за погодой, что наконец-то позволило бы создавать точные прогнозы. Начиная с 60-х гг. прошлого века на орбите Земли стали создавать целые группировки метеорологических спутников, отслеживающих изменения погоды на всей поверхности нашей планеты. Сегодня на орбите находится множество метеоспутников разных стран, их можно разделить на 2 группы: геостационарные и низкоорбитальные. Геостационарные метеорологические спутники неподвижно «висят» в небе на высоте более 35000 км над Землей, они образуют сеть, которая обеспечивает метеорологов данными об атмосферных процессах в каждом уголке нашей планеты. Низкоорбитальные спутники, пролетающие на высоте не более 1000 км, передают более подробную информацию о состоянии атмосферы, океанов, позволяют отслеживать развитие ситуации в зоне природных бедствий. Чем ниже орбита, тем выше качество собираемой космическим аппаратом информации и меньше задержка во времени при передачи ее на Землю.

Старт и управление космическим полетом

Сегодня на нашей планете действуют более двух десятков космодромов. Все они построены по одному принципу, поскольку все существующие сегодня ракеты- носители имеют жидкостные ракетные двигатели и требуют сходных процедур сборки и запуска.

Строительство первого в мире космодрома началось в СССР в 1955 г. Сегодня это знаменитый Байконур, расположенный на территории Казахстана. Уже в 1957 г. здесь состоялся первый старт ракеты-носителя Р-7. Главный космодром США — Космический центр имени Дж. Кеннеди — находится на острове Мерритт близ мыса Канаверал во Флориде. В 2016 г. состоялся первый запуск ракеты с нового российского космодрома Восточный, который расположен в Амурской области.

Любой космодром состоит из стартового комплекса с установками для заправки ракеты топливом, системы управления и слежения за ракетой после запуска и обслуживающих объектов. Как правило, центр управления полетами не находится прямо на космодроме. Российский ЦУП расположен в городе Королеве под Москвой, американский Космический центр имени Линдона Джонсона — в Хьюстоне, столице штата Техас.

Перед стартом ракету-носитель по железной дороге доставляют к пусковому столу и устанавливают на нем в вертикальном положении. Пока идет подготовка, ракету поддерживают технологические башни, при помощи которых идет все обслуживание. Через заправочные мачты в баки ракеты-носителя закачивается горючее. Перед стартом фермы отходят от ракеты-носителя, на нее подается команда на старт, автоматика запускает двигатели, и ракета покидает стартовый стол. После старта центр управления полетом следит за ракетой при помощи наземных станций слежения.

Отбор и подготовка космонавтов

За более чем 50 лет пилотируемых полетов в космос на орбите побывало всего около 500 человек. Все эти люди прошли через сито самого строгого отбора и сложнейшей программы подготовки.

На заре космической эры требования к отбору космонавтов в СССР и астронавтов в США были очень жесткие. Шанс полететь в космос получали только прекрасно подготовленные военные летчики с железным здоровьем и стальными нервами. Кроме того, конструкция первых космических кораблей предъявляла к кандидатам очень жесткие требования по весу и росту. В Советском Союзе для полетов в космос отбирали молодых людей, недавно закончивших летные училища, в США предпочитали набирать более зрелых пилотов с университетскими степенями и боевым опытом. Постепенно космические корабли становились все совершеннее, а требования к будущим космонавтам смягчались, в космос полетели гражданские специалисты и даже туристы. Однако и по сей день отбор и подготовка космонавтов являются очень сложной и долгой процедурой, пройти через которую способны единицы.

Как же попасть в это число избранных?

С 2012 г. в России проводится открытый конкурс по набору в отряд космонавтов, принять участие в котором может каждый желающий. Претенденты должны быть моложе 33 лет, иметь высшее образование, желательно инженерное, опыт работы по специальности не менее 5 лет, обладать превосходным здоровьем и хорошей физической формой. Рост будущего космонавта должен быть в пределах 150-190 см, вес — 50-90 кг, а максимальная длина ступни — 29,5 см.

Центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина находится в подмосковном Звездном городке. Здесь будущих космонавтов, прошедших очень жесткий отбор и медкомиссию, готовят по сложной четырехступенчатой программе. Первый этап — общекосмическая подготовка кандидатов, в ходе которого они получают глубокие знания основ космонавтики — теории полета и практики управления космическим кораблем. После этого начинается этап подготовки в составе групп. Теперь будущие космонавты учатся работать в экипажах на определенных типах космических аппаратов. Затем наступает время подготовки к полету в составе конкретного экипажа на конкретном корабле. Кандидаты учатся на тренажерах и стендах отрабатывать все возможные ситуации, с которыми они могут столкнуться в космосе.

Имитация невесомости

Невесомость — это состояние, в котором пребывает космонавт во время полета на орбите или в межпланетном пространстве. Поскольку на Земле все мы ощущаем свой вес и наш организм приспособился к определенной силе тяжести, ее отсутствие не только влияет на различные физиологические процессы, но и меняет механику самых привычных действий и движений человека. Чтобы подготовить космонавта к подобному, ученые научились имитировать состояние невесомости на Земле. Кратковременно это состояние создают в самолете во время полета по баллистической траектории — машина быстро пикирует, потом поднимается вверх по параболе, а затем вновь уходит в пике. В ходе небольших периодов невесомости, длительностью всего несколько десятков секунд, космонавты отрабатывают самые простые действия. Сегодня в качестве такой летающей лаборатории в России используется специально переоборудованный самолет ИЛ-76. Длительно ощущение невесомости у космонавтов имитируют в специальных огромных бассейнах, куда помещены макеты космических аппаратов. В состоянии нулевой плавучести на глубине 8 м космонавты в скафандрах отрабатывают свои действия, готовясь к выходам в открытый космос. Однако, у гидроневесомости есть два недостатка: у космонавта не возникает нарушений вестибулярного аппарата и, следовательно, ощущения невесомости, кроме того, вода при движении в ней создает сопротивление, которого нет в безвоздушном пространстве открытого космоса.

Полеты животных в космос

3 ноября 1957 г. собака Лайка стала первым живым существом, побывавшим на орбите. Но она была далеко не первым животным, полетевшим в ракете. Задолго до нее ученые использовали братьев наших меньших для исследования влияния перегрузок во время полетов на ракете.

По результатам исследований, проведенных советскими учеными в 40-х годах, собаки оказались идеальными кандидатами для исследования возможности полета живых существ на ракетах. Они прекрасно поддавались дрессировке, были спокойны и физически выносливы. Поскольку дворняжки были сильнее и выносливее своих породистых сородичей, ученые ловили будущих «космонавтов» прямо в московских дворах рядом с Институтом авиационной медицины. 22 июля 1951 г. первыми в полет на геофизической ракете отправились дворняги Дезик и Цыган. Полет прошел нормально, и собаки целыми и невредимыми вернулись на землю. Всего до осени 1962 г. было проведено 29 запусков собак в стратосферу.

После окончания работ над космическим кораблем «Восток» настало время его испытаний. На первом корабле-спутнике не было животных, а 28 июля 1960 г. в космос стартовали Чайка и Лисичка, но ракета-носитель взорвалась, и собаки погибли. Более удачливыми оказались Белка и Стрелка, которые провели на орбите около суток и благополучно вернулись на Землю.

Следующий запуск также прошел успешно, но при спуске корабль с Пчелкой и Мушкой отклонился от заданной траектории, и его пришлось взорвать. Сергей Королев не мог отправить в космос человека до тех пор, пока не был уверен, что корабль надежен, поэтому собачьи запуски продолжались. 9 марта 1961 г. стартовал «Корабль-спутник-9» с манекеном и собакой Чернушкой. При возвращении манекен успешно катапультировался, а собака приземлилась в спускаемом аппарате.

Следующей в космос отправилась Звездочка. 25 марта космический корабль с собакой и манекеном на борту вышел на орбиту, выполнил программу испытаний и вернулся на Землю. Безопасность космического корабля была доказана, и Королев со спокойным сердцем дал добро на полет человека. Кроме собак и обезьян в космос летали и другие животные. В 1963 г. Франция отправила в суборбитальный полет кошку Фелиссет. А в Советском Союзе в ходе работ по лунной программе отправляли в полеты вокруг Луны среднеазиатских черепах.

Обезьяны в космосе

Обезьяны намного хуже собак переносят полет в ра кете, но, поскольку физиологически эти животные наиболее близки к человеку, американские ученые остановили свой выбор именно на них. Весь полет обезьяны находились под наркозом, что влияло на показания датчиков, и очень часто умирали вскоре после приземления. Более половины приматов, использовавшихся в данных испытаниях, погибли. Наиболее успешно сложилась судьба обезьян, летавших в космос в рамках подготовки к программе «Меркурий». Они не только почти все остались живы, но и проложили дорогу в космос первым американским астронавтам. Во второй половине 60-х гг. обезьян в космос запускали французские ученые, а в конце 80-х — середине 90-х гг. прошлого века макаки летали в космос уже на советских и российских аппаратах. Обезьян использовали в биологических исследованиях на космических спутниках серии «Бион».

Первый полет человека в космос

В 1958 году советские конструкторы под руководством С.П. Королева приступили к созданию одноместного космического корабля «Восток», который должен был вывести человека на околоземную орбиту.

Утром 12 апреля 1961 года с космодрома Байконур стартовала ракета с кораблем «Восток-1 ». На борту этого корабля находился летчик-космонавт Юрий Гагарин, которому предстояло первым преодолеть притяжение родной планеты и выйти на околоземную орбиту. Ученые не знали, как поведет себя человек в космосе, поэтому корабль «Восток-1» выполнял полет в автоматическом режиме. Но все опасения оказались напрасными. На орбите Юрий Гагарин чувствовал себя прекрасно. Космический корабль совершил 1 виток вокруг Земли и начал снижение. Спускаемый аппарат на большой скорости вошел в атмосферу. Перегрузки резко возросли, но вскоре прекратились. Над головой Гагарина отстрелился люк, и через мгновение он вылетел через него вместе с креслом пилота. Над его головой плавно раскрылся парашют, который мягко стянул космонавта с кресла. Юрий Гагарин приземлился на пашню у деревни Смеловка под Саратовом.

Полеты космического корабля «Восток»

Полет Юрия Гагарина стал первым в целой веренице успехов советской пилотируемой космонавтики.

Уже 6 августа 1961 г. в космос отправился Г.С. Титов, который провел на орбите 25 часов, выполнив 17 витков вокруг Земли. Спустя почти год после возвращения на Землю космонавта № 2 СССР осуществил первый групповой полет. 11 августа 1962 г. в космос отправился «Восток-3» с А.Г. Николаевым на борту, а на следующий день - «Восток-4» с П.Р. Поповичем. Корабли находились на орбите одновременно на расстоянии всего 5 км друг от друга и вернулись на Землю через 71 час после старта Поповича.

В ходе полета космонавты провели очень важный эксперимент - они отстегнулись от кресел и около часа свободно парили в кабине. Следующим на орбиту в июне 1963 года отправился В.Ф. Быковский, который находился в космосе 120 часов. Экспедиция «Восток-5» до сих пор является рекордом для одиночного космического полета. Через день после старта Быковского на орбиту вышел «Восток-6» с В.В. Терешковой на борту. Она стала первой женщиной-космонавтом, проведя в космосе 3-е суток. Первоначально второй групповой полет планировался как полностью женский, но С. Королев настоял на участии мужчины, поскольку реакции женщины на полет изучены не были.

После 1963 г. проект «Восток» был окончательно передан военным для использования корабля как спутника-шпиона. Королев полностью переключился на создание «Союзов» и лунную программу, а созданные затем на основе «Востока» космические аппараты «Бион» и «Фотон» летают в космос до сих пор.

Первый выход человека в открытый космос

Не желая уступать пальму первенства США, С. Королев в сжатые сроки разработал космический корабль «Восход», рассчитанный на полет нескольких космонавтов.

Новый космический корабль создавался на основе «Востока», поэтому внешне был очень похож на своего предшественника. Поскольку внутренний объем кабины оставался прежним, экипаж из 3-х человек мог разместиться там только без скафандров. Это автоматически исключало возможность их катапультирования при приземлении. Следовательно, спускаемый аппарат должен был совершить мягкую посадку.

Программа «Восход» предусматривала выход космонавта в открытый космос. Поэтому, после первого полета трехместного корабля «Восход-1» конструкция аппарата была снова изменена. Двухместный КК «Восход-2» был оборудован надувной шлюзовой камерой, которая после использования отстреливалась. Снаружи камеры конструкторы установили кинокамеру, баллоны с запасом воздуха для наддува и баллоны с аварийным запасом кислорода. Для полета был разработан специальный скафандр »Беркут», в который были одеты оба члена экипажа, чтобы в случае внештатной ситуации один мог прийти на помощь другому.

18 марта 1965 г. КК «Восход-2» стартовал с космонавтами П. Беляевым и А. Леоновым на борту. Спустя полтора часа после начала полета Леонов открыл наружный люк шлюза и вышел в открытый космос. Космонавт полностью выполнил программу исследований, но при возвращении в корабль возникла нештатная ситуация. Скафандр сильно раздулся, и Леонову, рискуя жизнью, пришлось стравливать воздух, чтобы протиснуться в шлюзовую камеру. Затем при посадке отказала автоматика, и космонавты были вынуждены приземлиться на ручном управлении. Спускаемый аппарат упал в тайге на Урале и был обнаружен только через четыре часа после приземления.

Полет корабля «Восход-2» оказался для Королева последним. Через 10 месяцев его не стало.

Первые американцы в космосе

Работы над первым американским космическим кораблем «Меркурий» начались в 1958 г. Автором проекта был инженер Макс Фаже.

Позднее группа конструкторов под руководством Фаже стала основой Космического центра имени Джонсона в Хьюстоне, откуда сегодня осуществляется управление американскими космическими кораблями.

Главным ограничением при создании аппарата была маленькая мощность ракеты-носителя, поэтому «Меркурий» весил в 3,5 раза меньше, чем «Восток». Астронавт в скафандре размещался внутри корабля в некатапультируемом кресле.

Система аварийного спасения обеспечивала отстрел спускаемого аппарата от ракеты-носителя. В отличие от «Востока» «Меркурий» был рассчитан на мягкую посадку на воду. Несмотря на то, что «Меркурий» мог полностью управляться с Земли, американский астронавт был более стеснен в своих действиях, чем его советский коллега, находившийся в просторной кабине, оснащенной более совершенной системой управления и автоматикой.

Правительство США было уверено, что, несмотря на неудачу со спутником, первым человеком в космосе окажется американец, поэтому шок от полета Гагарина оказался не меньшим, чем от запуска первого ИСЗ. Только 5 мая 1961 г. с космодрома на мысе Канаверал стартовал КК «Меркурий-3» с А. Шепардом на борту, длившийся чуть более 15 минут. Прошло еще более полугода, пока ввод в строй ракеты-носителя «Атлас-Д» позволил 20 февраля 1962 г. совершить астронавту Дж. Гленну первый орбитальный полет США на корабле «Меркурий-6».

Первая стыковка в космосе

США не удалось первыми выйти в космос, но оставалась возможность взять реванш - первыми высадиться на Луне. С этой целью НАСА развернуло сразу две крупные программы — «Джемини» (Созвездие Близнецов) и «Аполлон».

Основной задачей программы «Джемини» была подготовка высадки американцев на Луну. Астронавты получили в свое распоряжение двухместный космический корабль, который мог осуществлять стыковку с другим объектом на орбите. Однако, в отличие от создававшихся в СССР «Союзов», между собой КК «Джемини» стыковаться не могли. Для отработки этого маневра им был необходим ступник-мишень, созданный на основе ступени «Аджена».

Главной целью «Джемини» было получение опыта в следующих областях: маневрирование на орбите, встреча и стыковка на орбите, длительный космический полет человека и проведение исследований в космосе с участием человека. Таким образом, эта программа была основой для «Аполлона», в рамках которой американцы планировали высадиться на Луне до 1970 г. Сам космический корабль «Джемини» вырос из «Меркурия», являясь его органичным продолжением. Двухместный «Джемини» был более чем в 2 раза больше своего предшественника и состоял из четырех частей: отсека радиолокатора, отсека системы ориентации, спускаемого аппарата и агрегатного отсека. Отсек радиолокатора использовался при стыковке со спутником-мишенью «Аджена» для наведения КК на цель.

Спутник-мишень запускался за несколько часов до старта КК «Джемини» и уже ждал его на орбите. Американские астронавты 4 раза успешно пристыковали свои корабли к «Аджене». Дважды спутник-мишень выводил «Джемини» на более высокую орбиту, поднимая их к нижнему краю радиационных поясов Ван Алена. Астронавты выходили в открытый космос, работали на «Аджене». Дважды они привязывали спутник-мишень тросом к КК «Джемини», после чего оба аппарата совершали групповой полет. «Джемини» был не только предшественником, но и прямым конкурентом «Аполлона». Существовали разработки, при помощи которых на основе «Джемини» создавался лунный корабль и даже долговременная орбитальная станция. Кроме того, военные хотели создать боевой космический корабль «Блю Джемини», но из-за недостатка средств все эти работы были свернуты.