Космический полет

Чтобы узнать о других значениях, см. Космический полет (значения) .

SpaceX компании Crew Dragon Капсула приближается к Международной космической станции на околоземной орбите

Космический полет (или космический полет ) — это применение космонавтики для полета объектов, обычно космических кораблей или через него , в космическое пространство , с или людьми на борту без них . Большая часть космических полетов осуществляется без экипажа и осуществляется в основном с использованием космических кораблей, таких как спутники, на орбите вокруг Земли , но также включает в себя космические зонды для полетов за пределы околоземной орбиты. Такие космические полеты осуществляются либо с помощью телероботов , либо с автономным управлением. Более сложный пилотируемый космический полет был осуществлен вскоре после появления первых орбитальных спутников и достиг Луны и постоянного присутствия человека в космосе вокруг Земли, особенно с использованием космических станций . Программы пилотируемых космических полетов включают программы «Союз» , «Шэньчжоу» , прошлую посадку «Аполлона» на Луну и программы «Спейс Шаттл» . Другие текущие космические полеты осуществляются на Международную космическую станцию ​​и на китайскую космическую станцию ​​Тяньгун .

Космический полет используется для размещения на орбите Земли спутников связи , разведывательных спутников , спутников наблюдения Земли , а также для исследования космоса, например, космических обсерваторий и космических зондов, или даже для космического туризма .

Космический полет может быть осуществлен с помощью различных типов стартовых систем , обычно путем запуска ракеты , которые обеспечивают начальную тягу для преодоления силы тяжести и отталкивания космического корабля от поверхности Земли. Оказавшись в космосе, движение космического корабля — как в неуправляемом, так и в двигательном режиме — охватывается областью исследований, называемой астродинамикой .

Некоторые космические аппараты остаются в космосе практически бесконечно, что создало проблему загрязнения космического пространства в виде светового загрязнения и космического мусора , представляющего опасность для космических полетов. В противном случае космические корабли завершают вход в атмосферу , при котором они распадаются, или, если они этого не делают, их вход в атмосферу в основном контролируется, чтобы безопасно достичь поверхности путем приземления или столкновения, часто их сбрасывают на океанское кладбище космических кораблей . Таким образом, космические корабли стали объектом определенного управления космическим движением .

Терминология

Есть несколько терминов, обозначающих полет в космическое пространство или через него .

Космическая миссия – это космический полет, направленный на достижение определенной цели. Цели космических миссий могут включать исследование космоса , космические исследования и первые национальные космические полеты.

Космический транспорт — это использование космических кораблей для перевозки людей или грузов в космическое пространство или через него. Это может включать полет человека в космос и полет грузового космического корабля .

История

Основная статья: История космических полетов

Хронологическое руководство см. в разделе «Хронология космических полетов» .

Первое теоретическое предложение космического путешествия с использованием ракет было опубликовано шотландским астрономом и математиком Уильямом Лейтчем в эссе 1861 года «Путешествие в космос». More well-known (though not widely outside Russia) is Konstantin Tsiolkovsky 's work, " Исследование мировых пространств реактивными приборами " ( The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Devices ), published in 1903.

Космический полет стал инженерной возможностью после публикации Робертом Х. Годдардом в 1919 году его статьи «Метод достижения экстремальных высот» . Его применение сопла Лаваля в ракетах на жидком топливе повысило эффективность настолько, что стало возможным межпланетное путешествие. Он также доказал в лаборатории, что ракеты могут работать в космическом вакууме; тем не менее, его работа не была воспринята общественностью всерьез. Его попытка получить армейский контракт на поставку ракетного оружия во время Первой мировой войны была провалена перемирием с Германией 11 ноября 1918 года . Работая при частной финансовой поддержке, он первым запустил ракету на жидком топливе в 1926 году. Статьи Годдарда имели большое международное влияние в его области.

В ходе Второй мировой войны первые управляемые ракеты Фау-2 были разработаны и использованы в качестве оружия нацистской Германией . Во время испытательного полета в июне 1944 года одна такая ракета достигла космоса на высоте 189 километров (102 морских мили), став первым объектом в истории человечества, сделавшим это. В конце Второй мировой войны большая часть ракетной команды Фау-2, включая ее руководителя Вернера фон Брауна , сдалась Соединенным Штатам и была экспатриирована для работы над американскими ракетами в так называемом Армейском агентстве по баллистическим ракетам , производившем такие ракеты, как Юнона. Я и Атлас .

В то время Советский Союз под руководством Иосифа Сталина разрабатывал межконтинентальные баллистические ракеты для перевозки ядерного оружия в качестве меры противодействия бомбардировщикам США. Под влиянием Циолковского Сергей Королев стал главным конструктором ракеты, производные от его ракет Р-7 «Семёрка» были использованы для запуска первого в мире искусственного спутника Земли , «Спутника-1» , 4 октября 1957 года, а позже и первого человека, вышедшего на орбиту Земли, Юрия. Гагарин на корабле «Восток-1» , 12 апреля 1961 года.

Первым американским спутником был «Эксплорер-1» , запущенный 1 февраля 1958 года, а первым американцем, вышедшим на орбиту, стал Джон Гленн на корабле «Дружба-7» 20 февраля 1962 года. Будучи директором Центра космических полетов Маршалла , фон Браун курировал разработку более крупного класса ракеты под названием «Сатурн» , которая позволила США отправить первых двух людей, Нила Армстронга и Базза Олдрина , на Луну и обратно на «Аполлоне-11» в июле 1969 года. В то же время Советский Союз тайно пытался, но не смог разработать Н1. ракета , призванная дать им возможность высадить людей на Луну.

С тех пор космические полеты широко используются для вывода спутников на орбиту вокруг Земли для самых разных целей, для отправки беспилотных космических кораблей для исследования космоса за пределами Луны и обеспечения непрерывного пребывания человека в космосе с экипажем на ряде космических станций , от «Салют» программы до Международная космическая станция .

Фазы

Запуск

Основная статья: Космический запуск

Ракеты — единственное средство, способное в настоящее время достичь орбиты или выйти за ее пределы. Другие неракетные технологии космических запусков еще не созданы или им не хватает орбитальных скоростей.Запуск ракеты для космического полета обычно начинается с космодрома (космодрома), который может быть оборудован стартовыми комплексами и стартовыми площадками для вертикальных запусков ракет, а также взлетно-посадочными полосами для взлета и посадки самолетов-носителей и крылатых космических кораблей. Космодромы расположены далеко от человеческого жилья из соображений шума и безопасности. МБР имеют различные специальные пусковые установки.

Запуск часто ограничивается определенными окнами запуска . Эти окна зависят от положения небесных тел и орбит относительно места запуска. Наибольшее влияние часто оказывает вращение самой Земли. После запуска орбиты обычно располагаются в относительно постоянных плоских плоскостях под фиксированным углом к ​​оси Земли, и Земля вращается внутри этой орбиты.

— Стартовая площадка стационарное сооружение, предназначенное для запуска летательных аппаратов. Обычно он состоит из пусковой башни и огневого желоба. Он окружен оборудованием, используемым для установки, заправки и обслуживания ракет-носителей. Перед запуском ракета может весить многие сотни тонн. Космический челнок «Колумбия» на STS-1 весил при взлете 2030 тонн (4480000 фунтов).

Достижение космоса

Наиболее часто используемое определение космического пространства — это все, что находится за линией Кармана , которая находится на высоте 100 километров (62 мили) над поверхностью Земли. Соединенные Штаты иногда определяют космическое пространство как все, что находится выше 50 миль (80 км) по высоте.

Ракетные двигатели — единственное в настоящее время практическое средство достижения космоса. Обычные авиационные двигатели не могут достичь космоса из-за нехватки кислорода. Ракетные двигатели выбрасывают топливо , чтобы обеспечить прямую тягу , которая создает достаточную дельта-v (изменение скорости) для достижения орбиты.

В системах запуска с экипажем часто устанавливаются системы аварийного спасения , позволяющие астронавтам спастись в случае чрезвычайной ситуации.

Альтернативы

Основная статья: Безракетный космический запуск

Было предложено множество способов достижения космоса, помимо ракетных двигателей. Такие идеи, как космический лифт и тросы с обменом импульса, такие как ротоваторы или небесные крюки, требуют новых материалов, гораздо более прочных, чем любые известные в настоящее время. Электромагнитные пусковые установки, такие как пусковые петли, могут быть реализованы при использовании современных технологий. Другие идеи включают в себя самолеты/космопланы с ракетным двигателем, такие как Reaction Engines Skylon (в настоящее время находится на ранней стадии разработки), космические самолеты с прямоточным воздушно-реактивным двигателем и космические самолеты с двигателем RBCC . Запуск пушки предлагался по грузовому.

Покидая орбиту

Основные статьи: Скорость убегания и орбита парковки.

Запущенная в 1959 году Луна-1 была первым известным искусственным объектом, достигшим скорости отрыва от Земли (на фото копия) .

Достижение закрытой орбиты не является обязательным условием для лунных и межпланетных путешествий. Первые советские космические аппараты успешно поднимались на очень большие высоты, не выходя на орбиту. НАСА рассматривало возможность запуска миссий «Аполлон» непосредственно на лунные траектории, но приняло стратегию, заключающуюся в том, чтобы сначала выйти на временную парковочную орбиту , а затем выполнить отдельный запуск через несколько витков на лунную траекторию.

Подход к парковочной орбите значительно упростил планирование миссии «Аполлон» по нескольким важным направлениям. Он действовал как «буфер времени» и существенно расширял допустимые окна запуска . Стояночная орбита дала экипажу и диспетчерам несколько часов, чтобы тщательно проверить космический корабль после стрессов при запуске, прежде чем отправить его в долгое путешествие на Луну.

Миссии «Аполлон» свели к минимуму снижение производительности парковочной орбиты, поддерживая ее высоту как можно ниже. Например, Аполлон-15 использовал необычно низкую парковочную орбиту 92,5 × 91,5 морских миль (171,3 × 169,5 км), которая не может сохраняться в течение очень долгого времени из-за трения с земной атмосферой , но экипаж потратил всего три часа, прежде чем снова запустить ракету. Третья ступень S-IVB, чтобы вывести их на лунную траекторию.

Роботизированные миссии не требуют возможности прерывания или минимизации радиации, а поскольку современные пусковые установки обычно обеспечивают «мгновенные» окна запуска, космические зонды на Луну и другие планеты обычно используют прямой впрыск для максимизации производительности. Хотя некоторые из них могут ненадолго вылететь во время запуска, они не завершают одну или несколько полных орбит парковки до того, как произойдет сгорание, которое выведет их на траекторию отхода от Земли.

Скорость отрыва от небесного тела уменьшается с высотой над этим телом. Однако для корабля более экономично сжигать топливо как можно ближе к земле; см. Эффект Оберта и ссылки. Это еще одинспособ объяснить снижение производительности, связанное с установлением безопасного перигея парковочной орбиты.

Астродинамика

Основная статья: Орбитальная механика

Астродинамика — это изучение траекторий космических кораблей, особенно в том, что касается гравитационных и двигательных эффектов. Астродинамика позволяет космическому кораблю прибыть в пункт назначения в нужное время без чрезмерного использования топлива. система орбитального маневрирования Для поддержания или изменения орбиты может потребоваться .

Неракетные методы орбитального движения включают солнечные паруса , магнитные паруса , плазменно-пузырьковые магнитные системы , а также использование гравитационной рогатки эффектов .

След ионизированного газа от шаттла в атмосферу входа

Подъем Discoverer 14 возвращаемой капсулы C-119. самолетом

Передача энергии

Термин «переносная энергия» означает общее количество энергии , передаваемой ступенью ракеты ее полезной нагрузке. Это может быть энергия, передаваемая первой ступенью ракеты -носителя верхней ступени вместе с полезной нагрузкой или верхней ступенью или ударным двигателем космического корабля космическому кораблю .

Достижение космической станции

Основные статьи: Космическое сближение , стыковка и швартовка космических кораблей.

Чтобы достичь космической станции , космический корабль должен будет выйти на ту же орбиту и приблизиться на очень близкое расстояние (например, в пределах визуального контакта). Это делается с помощью ряда орбитальных маневров, называемых космическими рандеву .

После встречи с космической станцией космический корабль стыкуется или причаливает к станции. Стыковка – это соединение двух отдельных свободно летающих космических аппаратов. причаливание относится к операциям стыковки, при которых неактивный аппарат помещается в стыковочный интерфейс другого космического аппарата с помощью роботизированной руки .

Возвращение в атмосферу

Основная статья: Вход в атмосферу

Транспортные средства на орбите обладают большим количеством кинетической энергии. Эту энергию необходимо отбросить, если транспортное средство хочет безопасно приземлиться, не испаряясь в атмосфере. Обычно этот процесс требует специальных методов защиты от аэродинамического нагрева . Теорию возвращения в атмосферу разработал Гарри Джулиан Аллен . Основываясь на этой теории, возвращаемые аппараты при входе в атмосферу придают атмосфере тупые формы. Затупленные формы означают, что менее 1% кинетической энергии превращается в тепло, достигающее автомобиля, а остальная часть нагревает атмосферу.

Посадка и восстановление

« Меркурий » , «Джемини» и «Аполлон» Капсулы приводнились в море. Эти капсулы были предназначены для приземления на относительно небольших скоростях с помощью парашюта. Советские/российские капсулы для «Союза» используют большой парашют и тормозные ракеты для приземления. Космические самолеты, такие как « Спейс Шаттл», приземляются как планер .

После успешной посадки космический корабль, его пассажиры и груз могут быть восстановлены. В некоторых случаях восстановление происходило еще до приземления: пока космический корабль еще спускался на парашюте, его мог зацепить специально сконструированный самолет. Этот метод поиска в воздухе использовался для восстановления канистр с пленкой со спутников-шпионов «Корона» .

Типы

безвинтовой

Sojourner проводит с помощью рентгеновского спектрометра альфа-частиц . измерения скалы Йоги на Марсе

Космический корабль «Мессенджер» на Меркурии (интерпретация художника)

Основная статья: Беспилотный космический корабль

Эти абзацы представляют собой отрывок из книги «Безпилотный космический корабль» . [ редактировать ]

Беспилотный космический корабль или космический корабль-робот — это космический корабль без людей на борту. Беспилотный космический корабль может иметь различные уровни автономности от вмешательства человека, например, дистанционное управление или дистанционное наведение. Они также могут быть автономными , в которых у них есть заранее запрограммированный список операций, которые будут выполняться, если не указано иное. Роботизированный космический корабль для научных измерений часто называют космическим зондом или космической обсерваторией .

Многие космические миссии больше подходят для работы с телероботами , чем с экипажем , из-за более низкой стоимости и факторов риска. Кроме того, некоторые планетарные направления, такие как Венера или окрестности Юпитера, слишком враждебны для выживания человека, учитывая современные технологии. Внешние планеты, такие как Сатурн , Уран и Нептун, слишком далеки, чтобы их можно было достичь с помощью современных технологий пилотируемых космических полетов, поэтому телероботизированные зонды — единственный способ их исследовать. Телеробототехника также позволяет исследовать регионы, уязвимые для заражения земными микроорганизмами, поскольку космические корабли можно стерилизовать. Людей нельзя стерилизовать так же, как космический корабль, поскольку они сосуществуют с многочисленными микроорганизмами, а эти микроорганизмы также трудно удержать внутри космического корабля или скафандра.

Первой беспилотной космической миссией стал «Спутник» , запущенный 4 октября 1957 года на орбиту Земли. Почти все спутники , спускаемые аппараты и вездеходы представляют собой автоматические космические корабли. Не каждый беспилотный космический корабль является роботизированным космическим кораблем; например, шар-рефлектор — это нероботизированный беспилотный космический корабль. Космические миссии, в которых на борту находятся другие животные , но нет людей, называются беспилотными миссиями.

Многие обитаемые космические корабли также имеют различные уровни роботизированных функций. Например, космические станции «Салют-7» и «Мир» , а также Международной космической станции модуль «Заря » были способны осуществлять дистанционно управляемые маневры по удержанию станции и стыковке как с кораблями снабжения, так и с новыми модулями. Беспилотные космические корабли снабжения все чаще используются для пилотируемых космических станций .

Человек

Основная статья: Полет человека в космос

Член экипажа МКС хранит образцы.

Первым полетом человека в космос стал «Восток-1» 12 апреля 1961 года, во время которого космонавт Юрий Гагарин СССР совершил один виток вокруг Земли. В официальных советских документах нет упоминаний о том, что последние семь миль Гагарин прыгал с парашютом. По состоянию на 2020 год единственными космическими кораблями, регулярно используемыми для пилотируемых космических полетов, являются «Союз» , «Шэньчжоу» и Crew Dragon . США Флот космических кораблей работал с апреля 1981 года по июль 2011 года. SpaceShipOne совершил два суборбитальных полета человека в космос.

суборбитальный

Основная статья: Суборбитальный космический полет

Североамериканский Х-15 в полете. X-15 дважды пролетел выше 100 км (62 миль), и оба полета пилотировал Джо Уокер (астронавт) .

Во время суборбитального космического полета космический корабль достигает космоса, а затем возвращается в атмосферу, следуя (в основном) баллистической траектории. Обычно это происходит из-за недостаточной удельной орбитальной энергии , и в этом случае суборбитальный полет продлится всего несколько минут, но также возможно, что объект с достаточной энергией для орбиты будет иметь траекторию, пересекающую атмосферу Земли, иногда после многих часы. «Пионер-1» НАСА, был первым космическим зондом предназначенным для достижения Луны. Частичный отказ заставил его вместо этого следовать по суборбитальной траектории на высоту 113 854 километров (70 746 миль), а затем снова войти в атмосферу Земли через 43 часа после запуска.

Наиболее общепризнанной границей космоса является линия Кармана на высоте 100 км (62 мили) над уровнем моря. (НАСА в качестве альтернативы определяет астронавта как человека, который пролетел на высоте более 80 км (50 миль) над уровнем моря.) Общественность обычно не признает, что увеличение потенциальной энергии, необходимой для прохождения линии Кармана, составляет всего около 3% от орбитальная энергия (потенциальная плюс кинетическая энергия), необходимая для самой низкой возможной орбиты Земли (круговой орбиты чуть выше линии Кармана). Другими словами, гораздо легче достичь космоса, чем оставаться там. 17 мая 2004 года Гражданская группа космических исследований запустила ракету GoFast в суборбитальный полет, ставший первым любительским космическим полетом. 21 июня 2004 года SpaceShipOne был использован для первого частного полета человека в космос .

Точка-точка

Транспортировка «точка-точка», или «перевозка Земля-Земля», представляет собой категорию суборбитального космического полета , в которой космический корабль обеспечивает быструю транспортировку между двумя земными точками. Обычный маршрут авиалинии между Лондоном и Сиднеем , полет, который обычно длится более двадцати часов , можно преодолеть менее чем за один час. Хотя сегодня ни одна компания не предлагает этот тип транспорта, SpaceX объявила о планах сделать это уже в 2020-х годах с использованием Starship . Суборбитальный космический полет на межконтинентальное расстояние требует скорости корабля, лишь немного меньшей скорости, необходимой для выхода на низкую околоземную орбиту. Если используются ракеты, размер ракеты относительно полезной нагрузки аналогичен межконтинентальной баллистической ракете (МБР). Любой межконтинентальный космический полет должен преодолевать проблемы нагрева при входе в атмосферу, которые почти так же серьезны, как и те, с которыми сталкиваются орбитальные космические полеты.

орбитальный

Основная статья: Орбитальный космический полет

«Аполлон-6» выходит на орбиту.

Минимальный орбитальный космический полет требует гораздо более высоких скоростей, чем минимальный суборбитальный полет, поэтому достичь его технологически гораздо сложнее. Для осуществления орбитального космического полета тангенциальная скорость вокруг Земли так же важна, как и высота. Для выполнения стабильного и продолжительного полета в космосе космический корабль должен достичь минимальной орбитальной скорости, необходимой для замкнутой орбиты .

Межпланетный

Основные статьи: Межпланетный космический полет и Межпланетная миссия

Межпланетный космический полет — полет между планетами в пределах одной планетной системы . На практике использование этого термина ограничивается путешествиями между планетами нашей Солнечной системы . Планы будущих пилотируемых межпланетных космических полетов часто включают окончательную сборку транспортных средств на околоземной орбите, как, например, программа НАСА «Созвездие» и российский «Клипер / Паром» тандем .

Межзвездный

Основная статья: Межзвездные путешествия

«Новые горизонты» — пятый космический корабль, выведенный на траекторию эвакуации за пределы Солнечной системы . «Вояджер-1» , «Вояджер-2» , «Пионер-10» , «Пионер-11» — более ранние. Самый дальний от Солнца — «Вояджер-1» , который находится на расстоянии более 100 а.е. и движется со скоростью 3,6 а.е. в год. Для сравнения: Проксима Центавра , ближайшая звезда, кроме Солнца, находится на расстоянии 267 000 а.е. понадобится «Вояджеру-1» Чтобы достичь этого расстояния, более 74 000 лет. Конструкции транспортных средств, использующие другие методы, такие как ядерный импульсный двигатель , вероятно, смогут достичь ближайшей звезды значительно быстрее. Другая возможность, которая могла бы позволить человеку совершить межзвездный космический полет, — это использовать замедление времени , поскольку это позволило бы пассажирам быстро движущегося транспортного средства путешествовать дальше в будущее, при этом очень мало старея, поскольку их большая скорость замедляет скорость течения бортового времени. Однако достижение таких высоких скоростей все равно потребует использования какого-то нового, усовершенствованного метода движения . Также было предложено динамическое парение как способ путешествия по межзвездному пространству.

Межгалактический

Основная статья: Межгалактическое путешествие

Межгалактические путешествия включают в себя космические полеты между галактиками и считаются гораздо более технологически сложными, чем даже межзвездные путешествия, и, согласно современным инженерным терминам, считаются научной фантастикой . Однако теоретически нет ничего, что убедительно указывало бы на невозможность межгалактических путешествий. На сегодняшний день несколько ученых серьезно изучили межгалактические путешествия.

Космический корабль

Основная статья: Космический корабль

Лунный модуль Аполлона на поверхности Луны

Космические корабли – это транспортные средства, предназначенные для работы в космосе.

Первым «настоящим космическим кораблем» иногда называют лунный модуль «Аполлон» . поскольку это был единственный пилотируемый корабль, который был разработан и эксплуатировался только в космосе; и примечателен своей неаэродинамической формой.

Движение

Основная статья: Двигательная установка космического корабля

Сегодня космические корабли преимущественно используют ракеты для движения , но другие методы движения, такие как ионные двигатели, становятся все более распространенными, особенно для беспилотных аппаратов, и это может значительно уменьшить массу корабля и увеличить его дельту-V .

Пусковые системы

Основная статья: Ракета-носитель

Системы запуска используются для доставки полезного груза с поверхности Земли в космическое пространство.

расходный материал

Основная статья: Одноразовая пусковая система

В большинстве современных космических полетов для достижения космоса используются многоступенчатые одноразовые системы запуска.

Многоразовый

Основная статья: Многоразовая пусковая система

Первый космический корабль многоразового использования Х-15 был запущен по суборбитальной траектории 19 июля 1963 года. Первый орбитальный космический корабль частично многоразового использования « Спейс Шаттл » был запущен США в 20-летие Юрия Гагарина полета . 12 апреля 1981 года. В эпоху «Шаттлов» было построено шесть орбитальных аппаратов, все из которых летали в атмосфере, а пять из них - в космосе. «Энтерпрайз » использовался только для испытаний на заход на посадку и посадку: он стартовал с задней части Боинга 747 и планировал до упора приземлиться на авиабазе Эдвардс в Калифорнии . Первым космическим шаттлом, полетевшим в космос, был « Колумбия» , за ним последовали « Челленджер» , «Дискавери» , «Атлантис » и «Индевор» . «Индевор » был построен для замены « Челленджера» , потерянного в январе 1986 года. « Колумбия» разбилась при входе в атмосферу в феврале 2003 года.

Первым автоматическим космическим кораблем частичного многоразового использования стал « Буран» ( «Метель» ), запущенный СССР 15 ноября 1988 года, хотя он совершил всего один полет. Этот космический самолет был спроектирован для экипажа и сильно напоминал американский космический шаттл, хотя в его десантируемых ускорителях использовалось жидкое топливо, а главные двигатели располагались в основании того, что должно было стать внешним баком американского шаттла. Отсутствие финансирования, осложненное распадом СССР, помешало дальнейшим полетам «Бурана».

Космический шаттл был списан в 2011 году, в основном из-за его старости. В 2020-х годах роль шаттла в качестве транспорта для людей должны заменить SpaceX Dragon 2 и CST-100 . Роль тяжелых грузов «Шаттла» теперь выполняют коммерческие ракеты-носители.

Scaled Composites SpaceShipOne многоразового использования представлял собой суборбитальный космический самолет , на котором пилоты Майк Мелвилл и Брайан Бинни совершали последовательные полеты в 2004 году и выиграли премию Ansari X Prize . Компания Spaceship построила своего преемника SpaceShipTwo . Флот SpaceShipTwos, которым управляет Virgin Galactic, планировал начать многоразовые частные космические полеты с платными пассажирами ( космическими туристами ) в 2008 году, но это было отложено из-за аварии при разработке двигательной установки.

SpaceX осуществила первую вертикальную мягкую посадку многоразовой ступени орбитальной ракеты 21 декабря 2015 года после доставки Orbcomm OG-2 11 коммерческих спутников на низкую околоземную орбиту .

Первый второй полет Falcon 9 состоялся 30 марта 2017 года. SpaceX теперь регулярно восстанавливает и повторно использует свои первые ступени, намереваясь также повторно использовать обтекатели . SpaceX в настоящее время разрабатывает сверхтяжелую ракету полностью многоразового использования, известную как Starship , в надежде радикально снизить стоимость освоения космоса за счет возможности многоразового использования.

X -15 отрывается от десантируемого самолета

Космический челнок «Колумбия» через несколько секунд после запуска двигателя во время миссии STS-1.

SpaceShipOne после полета в космос, 21 июня 2004 г.

Falcon 9 Flight 20 Первая ступень приземляется вертикально в зоне приземления 1 в декабре 2015 года.

Проблемы

Основные статьи: Полеты человека в космос и Влияние космического полета на организм человека.

Безопасность

Основная статья: Список происшествий и происшествий, связанных с космическими полетами

Все ракеты-носители содержат огромное количество энергии, которая необходима для того, чтобы какая-то ее часть достигла орбиты. Поэтому существует некоторый риск того, что эта энергия может высвободиться преждевременно и внезапно, что приведет к значительным последствиям. Когда 17 января 1997 года ракета Дельта II взорвалась через 13 секунд после запуска, появились сообщения о том, что витрины магазинов на расстоянии 10 миль (16 км) были разбиты взрывом.

Космос — довольно предсказуемая среда, но все еще существуют риски случайной разгерметизации и потенциального выхода из строя оборудования, часть которого может быть разработана совсем недавно.

В апреле 2004 года была создана Международная ассоциация по развитию космической безопасности в Нидерландах для дальнейшего международного сотрудничества и научного прогресса в области безопасности космических систем.

Невесомость

Основная статья: Невесомость

Астронавты на МКС в условиях невесомости. Майкла Фоула , тренирующегося. На переднем плане можно увидеть

В условиях микрогравитации, например, на космическом корабле на орбите Земли, люди испытывают чувство «невесомости». Кратковременное воздействие микрогравитации вызывает синдром пространственной адаптации — самопроходящую тошноту, вызванную расстройством вестибулярной системы . Длительное воздействие вызывает множество проблем со здоровьем. Наиболее значительной является потеря костной массы, часть которой является постоянной, но микрогравитация также приводит к значительному ухудшению состояния мышечных и сердечно-сосудистых тканей.

Радиация

Когда над атмосферой возникает и усиливается радиация из-за поясов Ван Аллена , солнечная радиация и проблемы космической радиации . Вдали от Земли солнечные вспышки могут дать смертельную дозу радиации за считанные минуты, а угроза здоровью от космического излучения значительно увеличивает вероятность возникновения рака в течение десятилетия или более.

Жизнеобеспечение

Основная статья: Система жизнеобеспечения

В пилотируемом космическом полете система жизнеобеспечения представляет собой группу устройств, позволяющих человеку выжить в космическом пространстве. НАСА часто использует фразу «Система экологического контроля и жизнеобеспечения» или аббревиатуру ECLSS при описании этих систем для своих пилотируемых космических полетов. Система жизнеобеспечения может поставлять: воздух , воду и пищу . Он также должен поддерживать правильную температуру тела, приемлемое давление на организм и бороться с отходами жизнедеятельности организма. Также может потребоваться защита от вредных внешних воздействий, таких как радиация и микрометеориты. Компоненты системы жизнеобеспечения критически важны для жизни и спроектированы и изготовлены с использованием методов техники безопасности .

Космическая погода

Основная статья: Космическая погода

Aurora australis и Discovery , май 1991 г.

Космическая погода – это концепция изменения условий окружающей среды в космическом пространстве . Это отличается от концепции погоды в планетарной атмосфере и касается явлений, связанных с окружающей плазмой , магнитными полями, радиацией и другой материей в космосе (обычно близко к Земле, но также и в межпланетной , а иногда и в межзвездной среде ). «Космическая погода описывает условия в космосе, которые влияют на Землю и ее технологические системы. Наша космическая погода является следствием поведения Солнца, природы магнитного поля Земли и нашего местоположения в Солнечной системе».

Космическая погода оказывает глубокое влияние на ряд областей, связанных с исследованием и освоением космоса. Изменение геомагнитных условий может вызвать изменения плотности атмосферы, что приведет к быстрому снижению высоты космического корабля на низкой околоземной орбите . Геомагнитные бури из-за повышенной солнечной активности потенциально могут ослепить датчики на борту космического корабля или помешать работе бортовой электроники. Понимание условий космической среды также важно при разработке систем защиты и жизнеобеспечения пилотируемых космических кораблей.

Экологические соображения

Основные статьи: Воздействие космического полета на окружающую среду , Космический мусор , Кладбищенская орбита и Кладбище космических кораблей.

Загрязнение выхлопных газов ракет зависит от выхлопов, образующихся в результате реакций топлива, и от места выхлопа. В основном они выбрасывают в атмосферу парниковые газы , а иногда и токсичные компоненты. Особенно на более высоких уровнях атмосферы активность выхлопных газов как парниковых газов значительно возрастает.

. Многие твердотопливные ракеты содержат хлор в форме перхлората или других химикатов, и это может вызвать временные локальные дыры в озоновом слое. Возвращающийся космический корабль генерирует нитраты, которые также могут временно воздействовать на озоновый слой. Большинство ракет изготовлены из металлов, которые могут оказать воздействие на окружающую среду во время их строительства.Хотя космические полеты в целом загрязняют окружающую среду лишь в части других видов человеческой деятельности, они все равно загрязняют окружающую среду сильно, если рассчитывать на одного пассажира.

Помимо атмосферных воздействий существуют воздействия на околоземную космическую среду. Существует вероятность того, что орбита может стать недоступной на несколько поколений из-за экспоненциально увеличивающегося космического мусора, вызванного растрескиванием спутников и транспортных средств ( синдром Кесслера ). Поэтому многие современные ракеты-носители предназначены для повторного входа в эксплуатацию после использования.

Регулирование

Основная статья: Космическое право

Широкий круг вопросов, таких как управление космическим движением или ответственность, представляет собой вопросы регулирования космических полетов.

Участие и представительство всего человечества в космических полетах является вопросом международного космического права с момента первого этапа освоения космоса. Несмотря на то, что некоторые права стран, не участвующих в космосе, были обеспечены, совместное использование космоса для всего человечества по-прежнему подвергается критике как империалистическое и недостаточное понимание космических полетов как ресурса.

Доступ

Доступ к космическому пространству был открыт и ограничен для некоторых стран, как страны, не владеющие космическим пространством, особенно из стран Глобального Юга отметили .Таким образом, включение стало национальным и международным вопросом, результатом которого в 1967 году стал Договор о космосе , в котором космическое пространство было объявлено « областью всего человечества ». Кроме того, требуется социальная вовлеченность в пилотируемые космические полеты, при этом количество полетов женщин в космос по-прежнему ограничено, а такие меньшинства, как люди с ограниченными возможностями, были отобраны только в Европейского космического агентства 2022 группу астронавтов года .

Доминирующей проблемой доступа в последние годы была проблема космического мусора и космической устойчивости , поскольку авторитетные страны, опасающиеся космоса, ставят под угрозу доступ к космическому пространству своей деятельностью, загрязняющей орбитальное пространство.

Приложения

Дополнительная информация: Присутствие человека в космосе.

На этом изображении Солнца в крайнем ультрафиолетовом свете (эксперимент SO82A на телескопе «Аполлон»), полученном во время «Скайлэб-3» , с добавлением Земли для масштаба. Справа изображение Солнца показывает выбросы гелия, а слева изображение показывает выбросы железа. Одним из применений космических полетов является то, что наблюдение затруднено или затруднено из-за нахождения на поверхности Земли. Скайлэб включал в себя огромную солнечную обсерваторию с экипажем, которая произвела революцию в солнечной науке в начале 1970-х годов, используя космическую станцию ​​Аполлона в сочетании с космическими полетами к ней экипажа.

Текущие и предлагаемые применения космических полетов включают:

• Спутники наблюдения Земли, такие как спутники-шпионы , метеорологические спутники.
• Исследование космоса
• Спутники связи
• Спутниковое телевидение
• Спутниковая навигация
• Космический туризм
• Защита Земли от потенциально опасных объектов
• Космическая колонизация

Большая часть ранних космических полетов финансировалась правительствами. Однако сегодня основные рынки запуска, такие как спутники связи и спутниковое телевидение, являются чисто коммерческими, хотя многие из запусков изначально финансировались правительствами.

Частные космические полеты — быстро развивающаяся сфера: космические полеты, которые не только оплачиваются корпорациями или даже частными лицами, но зачастую обеспечиваются частными космическими компаниями . Эти компании часто утверждают, что большая часть предыдущей высокой стоимости доступа в космос была вызвана неэффективностью правительства, которого они могли избежать. Это утверждение может быть подтверждено гораздо более низкими опубликованными затратами на запуск частных космических ракет-носителей, таких как Falcon 9, разработанных при частном финансировании. Для того чтобы такие приложения, как космический туризм и особенно колонизация космоса, стали возможными для расширения, потребуются более низкие затраты на запуск и высокая безопасность.

Космические путешествия

Дополнительная информация: Викисловарь: космическое путешествие.

Карта, показывающая страны, обладающие возможностями космических полетов

  Страны с самостоятельно разработанными программами пилотируемых космических полетов

  Страны, которые реализовали хотя бы одну программу пилотируемых космических полетов, если не независимо друг от друга.

  Страны, стремящиеся разработать программу пилотируемых космических полетов, но также разработали или в настоящее время владеют ракетой-носителем.

  Страны, которые имеют ракету-носитель и спутник, но в настоящее время не планируют разрабатывать пилотируемый космический корабль.

  Страны, стремящиеся разработать ракету-носитель

  Страны, которые эксплуатируют орбитальный спутник, но не имеют ракеты-носителя или планируют ее создать.

  Страны, у которых есть ракета-носитель, но в настоящее время не эксплуатируются спутники.

Быть космическим путешественником – значит быть способным и активно управлять космическими кораблями . Это предполагает знание различных тем и развитие специализированных навыков, включая: аэронавтику ; космонавтика ; программы подготовки космонавтов ; космическая погода и прогнозирование; эксплуатация космических аппаратов; эксплуатация различного оборудования; проектирование и строительство космических кораблей; атмосферный взлет и вход в атмосферу; орбитальная механика (она же астродинамика); коммуникации; двигатели и ракеты; выполнение таких эволюций, как буксировка, строительство в условиях микрогравитации и стыковка в космосе ; погрузочно-разгрузочная техника, опасные грузы и хранение грузов; выход в открытый космос ; работа в чрезвычайных ситуациях; выживание в космосе и первая помощь; пожаротушение; жизнеобеспечение . Степень знаний, необходимых в этих областях, зависит от характера работы и типа используемого судна. «Космические путешествия» аналогичны мореплаванию .

никогда не было пилотируемой миссии За пределами системы Земля – Луна . Однако Соединенные Штаты, Россия, Китай, страны Европейского космического агентства (ЕКА), а также несколько корпораций и предприятий на разных этапах планируют отправиться на Марс (см. «Миссия человека на Марс »).

Космическими организациями могут быть суверенные государства , наднациональные образования и частные корпорации . Космические державы – это те, которые способны самостоятельно строить и запускать корабли в космос. Все большее число частных предприятий занимаются или становятся космическими компаниями.

Глобальная координация

Управление ООН по вопросам космического пространства (UNOOSA) было основным многосторонним органом, обслуживающим международные контакты и обмены по вопросам космической деятельности между космическими и некосмическими государствами.

Пилотируемые космические державы

Дополнительная информация: Полет человека в космос.

В настоящее время Россия , США и Китай являются единственными пилотируемыми космическими державами .Космические державы перечислены по дате первого запуска с экипажем:

1. Советский Союз ( Россия ) (1961)
2. США (1961)
3. Китай (2003)

Беспилотные космические державы

Дополнительная информация: Хронология первых орбитальных запусков по странам.

Следующие страны или организации разработали свои собственные ракеты-носители для вывода на орбиту беспилотных космических кораблей либо со своей территории, либо с иностранной помощью (дата первого запуска в скобках):

1. Советский Союз (1957)
2. США (1958)
3. Франция (1965)
4. Италия (1967)★
5. Австралия (1967) ★
6. Япония (1970)
7. Китай (1970)
8. Соединенное Королевство (1971)
9. Европейское космическое агентство (1979)
10. Индия (1980)
11. Израиль (1988)
12. Украина (1991)*
13. Россия (1992)*
14. Иран (2009)
15. Северная Корея (2012)
16. Южная Корея (2013)★
17. Новая Зеландия (2018)★

• *Ранее крупный регион Советского Союза.
• ★ Ракета-носитель полностью или частично разработана другой страной.

Кроме того, некоторые страны, такие как Канада, Италия и Австралия, обладали полунезависимыми космическими возможностями, запуская спутники местного производства на иностранных ракетах-носителях. Канада спроектировала и построила спутники ( Алуэтт-1 и 2 ) в 1962 и 1965 годах, которые были выведены на орбиту с использованием американских ракет-носителей. Италия спроектировала и построила несколько спутников, а также герметичные модули для Международной космической станции . Первые итальянские спутники были запущены с использованием транспортных средств, предоставленных НАСА, сначала с летного комплекса Уоллопс в 1964 году, а затем с космодрома в Кении ( платформа Сан-Марко ) в период с 1967 по 1988 год; Италия возглавляет разработку ракетной программы Vega в Европейском космическом агентстве с 1998 года. Соединенное Королевство отказалось от своей независимой программы космических запусков в 1972 году в пользу сотрудничества с Европейской организацией по разработке ракет-носителей (ELDO) в области технологий запуска до 1974 года. Австралия отказалась от своей программы запуска вскоре после успешного запуска WRESAT и стала единственной страной, не -Европейский член ELDO.

Суборбитальный

простой запуск объекта за линию Кармана Считая минимальным требованием для космических полетов , Германия с ракетой Фау-2 стала первой космической державой в 1944 году. Следующие страны достигли возможности суборбитальных космических полетов только за счет запуска местных ракет или ракет , или того и другого, в суборбитальное пространство:

1. Нацистская Германия (20 июня 1944 г.)
2. Восточная Германия (12 апреля 1957 г.)
3. Канада (5 сентября 1959 г.)
4. Ливан (21 ноября 1962 г.)
5. Швейцария (27 октября 1967 г.)
6. Аргентина (16 апреля 1969 г.)
7. Бразилия (21 сентября 1976 г.)
8. Испания (18 февраля 1981 г.)
9. Западная Германия (1 марта 1981 г.)
10. Ирак (июнь 1984 г.)
11. Южная Африка (1 июня 1989 г.)
12. Швеция (8 мая 1991 г.)
13. Йемен (12 мая 1994 г.)
14. Пакистан (6 апреля 1998 г.)
15. Тайвань (15 декабря 1998 г.)
16. Сирия (1 сентября 2000 г.)
17. Индонезия (29 сентября 2004 г.)
18. Демократическая Республика Конго (2007)
19. Новая Зеландия (30 ноября 2009 г.)
20. Норвегия (27 сентября 2018 г.)
21. Нидерланды (19 сентября 2020 г.)
22. Турция (29 октября 2020 г.)

См. также

• Воздушное ландшафтное искусство - визуальное искусство, изображающее вид пейзажа с самолета или космического корабля.
• Список пилотируемых космических кораблей
• Список зондов Солнечной системы
• Список рекордов космических полетов : астронавты, ракеты-носители и зонды установили на Земле экстремальные показатели
• Список беспилотных космических кораблей по программам - обзор и актуальное руководство по освоению космоса. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Орбитер (симулятор) - видеоигра 2000 года.
• Животные в космосе
• Растения в космосе - Выращивание растений в космосе.
• Частный космический полет - космический полет, не оплачиваемый государственным учреждением.
• Космос и выживание - идея о том, что долгосрочное присутствие человека должно быть космическим.
• Пропаганда космоса - Пропаганда исследования и / или колонизации космоса.
• Космическая колонизация - концепция постоянного проживания людей за пределами Земли.
• Человеческий форпост - места обитания человека, расположенные в негостеприимной для человека среде.
• Космическая логистика - Логистика для космических путешествий.
• Космические путешествия в научной фантастике
• Движение космического корабля - метод, используемый для ускорения космического корабля.
• Хронология искусственных спутников и космических зондов
• Хронология исследования Солнечной системы
• История советской космонавтики на советских марках – Освоение космоса на советских марках
• История освоения космоса США на марках США - Обзор предприятий за пределами Земли, изображенный для удобства американской почтовой пересылки.
• Шкала Кардашева – мера эволюции цивилизации.

Дальнейшее чтение

• Эрик Грегерсон (2010): Путеводитель по Вселенной для исследователя - Беспилотные космические миссии , Britannica Educational Publishing, ISBN   978-1-61530-052-5 (электронная книга)
• Сара Скоулз, «Почему мы никогда не будем жить в космосе: технологические, биологические, психологические и этические проблемы, связанные с покиданием Земли», том. 329, нет. 3 (октябрь 2023 г.), стр. 22–29. «Возможно, наиболее серьезной проблемой является радиация , с которой сегодняшние астронавты, летающие на низкой околоземной орбите, могут справиться, но это будет более серьезной проблемой для людей, путешествующих дальше и дольше». (стр. 25.) «На краю земных границ люди искали, скажем, золото или больше пригодных для обработки земель. В космосе исследователи не могут быть уверены в ценности предложения в пункте назначения». (стр. 27.) «Вредные внеземные микробы могут вернуться с астронавтами или оборудованием – риск планетарной защиты, называемый обратным загрязнением ». (стр. 28.)
• Ребекка Бойл , «Космический поселенец заходит в купол…: Очень забавная книга о том, почему жить на Марсе — ужасная идея» (рецензия Келли Вайнерсмит и Зака ​​Вайнерсмита , «Город на Марсе: можем ли мы заселить космос, стоит ли нам?») Заселите космос, и действительно ли мы это продумали , Penguin Press, 2023), Scientific American , vol. 329, нет. 4 (ноябрь 2023 г.), с. 93.

Внешние ссылки

• Аэрокосмическая техника в Викиверситете
• Энциклопедия астронавтики
• Основы космического полета
• Тедд Э. Хэнкинс; Х. Пол Шуч (4 марта 1987 г.). «Размышления – пилотируемый и беспилотный космический полет» (PDF) . Проверено 15 апреля 2011 г.