Лупик Алла Михайловна

Исследовательская работа «Первый искусственный спутник Земли»

Материал опубликован 15 August 2017

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Дятьковичская основная общеобразовательная школа Жуковского района

Брянской областиПервый искусственный спутник Земли

исследовательская работа
Выполнили:

ученица 9 класса Зеленкевич Алёна Вячеславовна

ученица 9 класса Балахон Елизавета Владимировна

Руководитель:

Лупик Алла Михайловна, учитель физики первой

квалификационной категории

2014 год

Содержание

Введение 3

Основная часть

1.Создание первых искусственных спутников Земли 5

1.1. Из истории 5

2.Запуск первого искусственного спутника Земли 6

2.1. Из истории запуска 6

2.2.Устройство 9

2.3. Параметры полёта 9

3. Научные результаты полёта 10

Заключение 11

Использованная литература 12

Приложения

Введение

C начала космической эры нашей цивилизации прошло совсем немного времени, всего лишь чуть более пятидесяти лет. Начальным пунктом космической эры принято считать 4 октября 1957 года. Именно в этот октябрьский день люди по всему миру услышали по радио сигналы, передаваемые первым искусственным спутником Земли. С тех пор у слова «спутник» появилось новое, совсем иное смысловое значение. В современном мире под этим понятием чаще всего имеется в виду космический объект. Ракетно-космическая отрасль насчитывает всего лишь более половины столетия, но по своему прогрессу, развитию и масштабу она превосходит многие науки, существующие уже тысячи лет. То, насколько необходимо и важно осваивать космическое пространство, показывают многие сферы нашей жизни: это и научные открытия, и технические достижения и развитие технической мысли. И хотя в современном мире героический ореол космонавтики немного потускнел, тем не менее космонавтика стала одной из частей нашей экономики. Мы ежедневно пользуемся её достижениями. Что же является необходимым фундаментом для понимания основных целей и задач космонавтики? Конечно же, к основам можно отнести историю освоения космического пространства и непосредственную роль человека в этом освоении. Также необходимо не забывать, что у неё есть важное звено, которое является мостом между человеком и космосом – это космическая техника. Космическая техника во все времена являлась воплощением самых смелых передовых идей, созданных умом человека. В процессе изучения физики в школе вводятся понятия: реактивное движение, искусственный спутник. Однако, этого мало знать о космонавтике, учитывая то, что наша страна первой проложила путь в космическое пространство.

Цель работы: Изучение основных этапов работы, направленных на создание и запуск первого искусственного спутника Земли.

Задачи:1.Ознакомиться с научными материалами об истории, создании и запуске первого искусственного спутника Земли в СССР.

2. Выявить имена учёных, исследователей, государственных деятелей, которые плодотворно работали над проблемой запуска первого искусственного спутника Земли.

3. Оценить значимость запуска первого искусственного спутника Земли для развития космонавтики и возрастания роли СССР на политической арене.

4. Расширить познавательный интерес к успехам и открытиям в истории Родины.

1. Создание первых искусственных спутников

1.1 Из истории Первые упоминания о ракетах встречаются в древнекитайских летописях, в древней индийской и греческой литературе, а также в древнерусских летописях.

Шар Гиерона (120 л. до н.э) – первый реактивный двигатель; китайская огненная стрела (11 в.) – реактивное оружие, применявшееся в войнах; феерверочная ракета (14 в.) – простейший реактивный летательный аппарат.

Проекты первых отечественных пороховых ракет были разработаны Н.И.Тихомировым в 1894 году. Но история космических ракет тогда ещё не началась. Разумеется, и боевые ракеты, и фейерверки влияли на развитие человеческой фантазии.

История космической ракетной техники и космонавтики знает немало славных имён, в их числе великий русский учёный К.Э. Циолковский, который в 1883 году пришёл к мысли о возможности использования реактивного движения для создания межпланетных летательных аппаратов. Истории известна жидкостная ракета, сконструированная К.И. Циолковским в 1903 году. Однако поражает то, с какой точностью К.И. Циолковский описал в сборнике «Грёзы о Земле и небе» состояние невесомости. Впоследствии космонавты подтвердили описанное им состояние. «Человечество не останется вечно на Земле…» - писал К.Э.Циолковский. Эти слова оказались поистине пророческими.

2. Запуск первого искусственного спутника Земли

2.1. Из истории запуска

Полёту первого спутника предшествовала длительная работа советских ракетных конструкторов во главе с Сергеем Павловичем Королёвым.

1931—1947

В 1931 году в СССР была создана Группа изучения реактивного движения, занимавшаяся конструированием ракет, в которой работали, в частности, Цандер, Тихонравов, Победоносцев, Королёв. В 1933 году эта группа была преобразована в Реактивный институт, продолживший работы по созданию и совершенствованию ракет.

13 мая 1946 г. И. В. Сталин подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В августе С. П. Королёв назначен главным конструктором баллистических ракет дальнего действия.

В 1947 году лётные испытания ракет Фау-2, собранных в Германии, положили начало советским работам по освоению ракетной техники.

В 1948 г. на полигоне Капустин Яр проводились уже испытания ракеты Р-1, которая являлась копией Фау-2, изготовляемой полностью в СССР. В том же году выходят постановления правительства о разработке и испытаниях ракеты Р-2 с дальностью полёта до 600 км и о проектировании ракеты с дальностью до 3000 км и массой головной части в 3 т. В 1949 г. ракеты Р-1 начали использоваться для проведения серии экспериментов по высотным пускам для исследования космического пространства. Ракеты Р-2 прошли испытания уже в 1950 г., а в 1951 г. были приняты на вооружение.

Создание ракеты Р-5 с дальностью до 1200 км стало первым отрывом от техники Фау-2. Эти Р-5М. 2 февраля 1956 г. произведён первый в мире пуск ракеты с ядерным зарядом. Ракеты прошли испытания в 1953 г, и сразу же начались исследования использования их как носителя ядерного оружия.

13 февраля 1953 г. вышло первое постановление, обязывающее начать разработку двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты с дальностью 7—8 тыс. км. Вначале предполагалось, что эта ракета станет носителем атомной бомбы тех же габаритов, что устанавливалась на Р-5М. Сразу после первого испытания термоядерного заряда 12 августа 1953 г. казалось, что создание ракеты-носителя для такой бомбы в ближайшие годы нереально.

В январе 1954 года состоялось совещание главных конструкторов, на котором и были разработаны основные принципыкомпоновки ракеты и наземного стартового оборудования. 16 марта 1954 года состоялось совещание у академика М.В. Келдыша, где был определён круг научных задач, решаемых с помощью искусственных спутников Земли. 20 мая 1954 г. правительство выдало постановление о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р-7. А уже 27 мая Королёв направил докладную министру оборонной промышленности Д. Ф. Устинову о разработке ИСЗ и возможности его запуска с помощью будущей ракеты Р-7. Теоретическим обоснованием для такого письма была серия научно-исследовательских работ «Исследования по вопросам создания искусственного спутника Земли», которая была проведена в 1950—1953 годах в НИИ-4 Министерства обороны под руководством М. К. Тихонравова.

Первый комплекс ракеты Р-7 был построен и испытан в течение 1955—1956 годов на Ленинградском металлическом заводе, одновременно, в соответствии с постановлением правительства от 12 февраля 1955 г. началось строительство НИИП-5 в районе станции Тюра-Там. Когда первая ракета в заводском цеху была уже в сборе, завод посетила делегация основных членов политбюро во главе с Н. С. Хрущёвым.

30 января 1956 г. правительством подписано постановление о создании и выводе на орбиту в 1957—1958 гг. «Объекта „Д“» — спутника массой 1000—1400 кг несущего 200—300 кг научной аппаратуры. Разработка аппаратуры была поручена Академии наук СССР, постройка спутника — ОКБ-1, осуществление пуска — Министерству обороны. К концу 1956 г. стало ясно, что надёжная аппаратура для спутника не может быть создана в требуемые сроки.

14 января 1957 г. Советом Министров СССР утверждена программа лётных испытаний Р-7. Тогда же Королёв направил докладную записку в Совет Министров, где писал, что в апреле — июне 1957 года могут быть подготовлены две ракеты в спутниковом варианте, «и запущены сразу же после первых удачных пусков межконтинентальной ракеты.

15 февраля это предложение было одобрено.

В начале марта 1957 года первая ракета Р-7 №М1-5 доставлена на техническую позицию полигона, а 5 мая вывезена на стартовую площадку № 1. Подготовка к пуску длилась неделю, на восьмой день началась заправка. Пуск состоялся 15 мая в 19:00 по местному времени. Старт прошёл нормально, но на 98-й секунде полёта произошёл сбой в работе одного из боковых двигателей, ещё через 5 сек. все двигатели автоматически отключились и ракета упала в 300 км от старта. Причиной аварии было возникновение пожара в результате разгерметизации топливной коммуникации высокого давления. Вторая ракета, Р-7 № 6Л подготовлена с учётом полученного опыта, но запустить её вовсе не удалось. 10—11 июня делались многократные попытки пуска, но в последние секунды срабатывала защитная автоматика. Выяснилось, что причиной была неправильная установка клапана азотной продувки и замерзание главного кислородного клапана.

Наконец, 21 августа 1957 г. осуществился успешный запуск, ракета № 8Л нормально прошла весь активный участок полёта и достигла заданного района — полигона на Камчатке. Королёв вплотную занялся подготовкой к космическому запуску.

С. П. Королёв получил согласие Н. С. Хрущёва на использование двух ракет для экспериментального пуска простейшего спутника.

Проектирование простейшего спутника началось в ноябре 1956 года, а в начале сентября 1957 г. ПС-1 прошёл окончательные испытания на вибростенде и в термокамере. Спутник был разработан как очень простой аппарат с двумя радиомаяками для проведения траекторных измерений. Диапазон передатчиков простейшего спутника был выбран так, чтобы слежение за спутником могли осуществлять радиолюбители.

22 сентября в Тюра-Там прибыла ракета Р-7 № 8К71ПС (изделие М1-ПС «Союз»). По сравнению со штатными, она была значительно облегчена: массивная головная часть заменена переходом под спутник, снята аппаратура системы радиоуправления и одна из систем телеметрии, упрощена автоматика выключения двигателей; масса ракеты в результате была уменьшена на 7 тонн.

2 октября Королёвым был подписан приказ о лётных испытаниях ПС-1 и направлено в Москву уведомление о готовности. Ответных указаний не пришло, и Королёв самостоятельно принял решение о постановке ракеты со спутником на стартовую позицию.

В пятницу, 4 октября, в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени (19 часов 28 минут ) совершился успешный запуск. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных. И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС: «…В результате большой напряжённой работы научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро создан первый в мире искусственный спутник Земли…». Только после приёма первых сигналов Спутника поступили результаты обработки телеметрических данных и выяснилось, что лишь доли секунды отделяли от неудачи. Один из двигателей «запаздывал», а время выхода на режим жёстко контролируется и при его превышении старт автоматически отменяется. Блок вышел на режим менее, чем за секунду до контрольного времени. На 16-й секунде полёта отказала система управления подачи топлива, и из-за повышенного расхода керосина центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчётного времени.Спутник летал 92 дня, до 4 января 1958 года, совершив 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн км), а его радиопередатчики работали в течение двух недель после старта. Из-за трения о верхние слои атмосферы спутник потерял скорость, вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел вследствие трения о воздух.

2.2 Устройство

Корпус спутника состоял из двух полусфер диаметром 58 см, из алюминиевого сплава со стыковочными шпангоутами, соединёнными между собой 36 болтами. Герметичность стыка обеспечивала резиновая прокладка. В верхней полуоболочке располагались две антенны, каждая из двух штырей по 2,4 м и по 2,9 м. Так как спутник был неориентирован, то четырёхантенная система давала равномерное излучение во все стороны.

Внутри герметичного корпуса были размещены: блок электрохимических источников; радиопередающее устройство; вентилятор; термореле и воздуховод системы терморегулирования; коммутирующее устройство бортовой электроавтоматики; датчики температуры и давления; бортовая кабельная сеть. Масса: 83,6 кг.

2.3 Параметры полёта

Начало полёта — 4 октября 1957 в 19:28:34 по Гринвичу

Окончание полёта — 4 января 1958

Масса аппарата — 83,6 кг;

Максимальный диаметр — 0,58 м.

3. Научные результаты полёта

Несмотря на то, что на спутнике полностью отсутствовала какая-либо научная аппаратура, изучение характера радиосигнала и оптические наблюдения за орбитой позволили получить важные научные данные.

Сразу же после запуска на это событие обратил внимание небольшой тогда коллектив учёных из только что созданной в Швеции Геофизической обсерватории Кируны(ныне Шведский институт космической физики). Под руководством Бенгта Хултквиста начали проводиться измерения суммарного электронного состава ионосферы с использованием эффекта Фарадея. При запусках следующих спутников подобные измерения были продолжены.

Задача оптического наблюдения ИСЗ была поставлена коллективу Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ. В. Г. Куртом, П. В. Щегловым и В. Ф. Есиповым разработана методика наблюдений с точным определением координат спутника с временно́й привязкой. Для этой цели была приспособлена аэрофотосъёмочная камера НАФА с 10-сантиметровым объективом, точные промежутки времени измерялись морским хронометром с электрическими контактами. После проявки плёнки треки спутника с помощью измерительного микроскопа «привязывались» к координатам звёзд, затем вручную (на механических счётных машинах) определяли шесть параметров орбиты. Время пересчёта занимало 30—60 минут, на современных компьютерах для таких вычислений требуется не более 1—2 секунды. Фотографические наблюдения орбиты Спутника-1 проводились ежедневно, в течение двух недель В. Г. Куртом и П. В. Щегловым в Ташкенте, из астрономической обсерватории АН Узбекистана. Характер изменений орбиты позволил произвести предварительную оценку величины плотности атмосферы на орбитальных высотах, её высокое значение (порядка 108 атомов/см³) стало для геофизиков большой неожиданностью. Результаты измерения плотности высоких слоёв атмосферы позволили создать теорию торможения спутников, основы которой были заложены М. Л. Лидовым.

Заключение

Спутник имел большое политическое значение. Его полёт увидел весь мир, излучаемый им сигнал, мог услышать любой радиолюбитель в любой точке земного шара. Журнал «Радио» заблаговременно опубликовал подробные рекомендации по приему сигналов из космоса. Это шло вразрез с представлениями о сильной технической отсталости Советского Союза. Запуск первого спутника нанёс по престижу США большой удар. «Юнайтед пресс» сообщило: «90 процентов разговоров об искусственных спутниках Земли приходилось на долю США. Как оказалось, 100 процентов дела пришлось на Россию…». Запуск первого спутника США состоялся лишь 1 февраля 1958 года, когда со второй попытки был запущен «Эксплорер-1», массой в 10 раз меньше ПС-1. Конкуренция между космическими сверх- державами СССР и США сыграла не последнюю роль в быстром развитии космонавтики.

Над созданием искусственного спутника Земли во главе с основоположником космической космонавтики С.П. Королёвым, работали учёные М.В. Келдыш, М.К. Тихонравов, Н.С. Лидоренко, Б.С. Чекунов, А.В. Бехтияров и другие.

Среди политических деятелей следует отметить грамотные решения Советского руководства во главе с Н.С. Хрущёвым. Большой вклад в реализацию запуска внёс министр оборонной промышленности СССР Д.Ф. Устинов.

Многие люди настолько прониклись этой мечтой, что всю свою жизнь посвятили космосу. Среди них известные советские космонавты: Ю.А. Гагарин, А.А. Леонов, В. Николаева-Терешкова и другие. Отрадно отметить, что в этом ряду стоит имя нашего земляка В.Афанасьева.

Узнать обо всём выше перечисленном помогает изучение исторической, научно-популярной литературы, интернет-ресурсы и, конечно, посещение выставок музеев космонавтики, где можно соприкоснуться с вещами-свидетелями тех выдающихся событий.

Использованная литература

Мамиков А.М. Запуск спутника.// Космонавтика – 2009 - №7

Николаев А.У. Первый спутник Земли.// Космонавтика - 2011- №4

Бронников Н.Л. Страницы истории техники. //Брянск – 1995

Материалы из Википедии- свободной энциклопедии. //ru.wikipedia.org/wiki/Спутник-1