Презентация по физике для 9 класса Освоение космического пространства

освоение космического пространства человекомЕгоров Б.В.2010 Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом. Первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР. Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства. В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники. До полётов в мировое пространство нужно было понять и использовать на практике принцип реактивного движения, научиться делать ракеты, создать теорию межпланетных сообщений и т.д. Ракетная техника - далеко не новое понятие. К созданию мощных современных ракет-носителей человек шёл через тысячелетия мечтаний , фантазий, ошибок, поисков в различных областях науки и техники, накопления опыта и знаний. Принцип действия ракеты заключается в её движении под действием силы отдачи, реакции потока частиц, отбрасываемых от ракеты. В ракете. т.е. аппарате, снабжённом ракетным двигателем, истекающие газы образуются за счёт реакции окислителя и горючего, хранящихся в самой ракете. Это обстоятельство делает работу ракетного двигателя независимой от наличия или отсутствия газовой среды. Таким образом, ракета представляет из себя удивительную конструкцию, способную перемещаться в безвоздушном пространстве, т.е. не опорном, космическом пространстве. Особое место среди русских проектов применения реактивного принципа полёта занимает проект Н. И. Кибальчича, известного русского революционера, оставившего несмотря на короткую жизнь(1853-1881), глубокий след в истории науки и техники. Имея обширные и глубокие знания по математике, физике и особенно химии, Кибальчич изготовлял самодельные снаряды и мины для народовольцев. К концу XIX века идея применения для полётов реактивных приборов получила в России большие масштабы. И первым кто решил продолжить исследования был наш великий соотечественник Константин Эдуардович Циолковский(1857-1935). Реактивным принципом движения он начал интересоваться очень рано. Уже в 1883 г. он дал описание корабля с реактивным двигателем. Уже в 1903 году Циолковский впервые в мире дал возможность конструировать схему жидкостной ракеты. Идеи Циолковского получили всеобщее признание ещё в 1920-е годы. И блестящий продолжатель его дела С. П. Королёв за месяц до запуска первого искусственного спутника Земли говорил что идеи и труды Константина Эдуардовича будут всё больше и больше привлекать к себе внимание по мере развития ракетной техники, в чём оказался абсолютно прав! Начало космической эры Итак, через 40 лет после того как был найден проект летательного аппарата, созданный Кибальчичем, 4 октября 1957 г., бывший СССР произвел запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Первый советский спутник позволил впервые измерить плотность верхней атмосферы, получить данные о распространении радиосигналов в ионосфере, отработать вопросы выведения на орбиту, тепловой режим и др. Спутник представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см и массой 83,6 кг с четырьмя штыревыми антеннами длинной 2,4-2,9 м. В герметичном корпусе спутника размещались аппаратура и источники электропитания. Начальные параметры орбиты составляли: высота перигея 228 км, высота апогея 947 км, наклонение 65,1 гр. 3 ноября Советский Союз сообщил о выведении на орбиту второго советского спутника. В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и телеметрическая система для регистрации ее поведении в невесомости. Спутник был также снабжен научными приборами для исследования излучения Солнца и космических лучей. 6 декабря 1957 г. в США была предпринята попытка запустить спутник «Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанной Исследовательской лабораторией ВМФ .После зажигания ракета поднялась над пусковым столом, однако через секунду двигатели выключились и ракета упала на стол, взорвавшись от удара. 5 февраля 1958 г. в США была предпринята вторая попытка запустить спутник «Авангард-1», но она также закончилась аварией, как и первая попытка. Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард-1» только три из них были успешными. В период с декабря 1957 г. по сентябрь 1959 г. было предпринято одиннадцать попыток вывести на орбиту «Авангард». Оба спутника внесли много нового в космическую науку и технику (солнечные батареи, новые данные о плотности верхний атмосферы, точное картирование островов в Тихом океане и т.д.) 17 августа 1958 г. в США была предпринята первая попытка послать с мыса Канаверал в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. Она оказалась неудачной. Ракета поднялась и пролетела всего 16 км. 11 октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда «Пионер-1», также оказалась неудачной. Последующие несколько запусков также оказались неудачными, лишь 3 марта 1959 г. «Пионер-4», массой 6,1 кг частично выполнил поставленную задачу: пролетел мимо Луны на расстоянии 60000 км (вместо планируемых 24000 км). Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого зонда принадлежит СССР, 2 января 1959 г. был запущен первый, созданный руками человека, объект, который был выведен на траекторию, проходящую достаточно близко от Луны, на орбиту спутника Солнца. Таким образом «Луна-1» впервые достигла второй космической скорости. «Луна-1» имела массу 361,3 кг и пролетела мимо Луны на расстоянии 5500 км. На расстоянии 113000 км от Земли с ракетной ступени, пристыкованной к «Луне-1», было выпущено облако паров натрия, образовавшее искусственную комету. Солнечное излучение вызвало яркое свечение паров натрия и оптические системы на Земле сфотографировали облако на фоне созвездия Водолея. «Луна-2» запущенная 12 сентября 1959 г. совершила первый в мире полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного пояса. Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4 октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Основной целью запуска был облет Луны и фотографирование ее обратной, невидимой с Земли, стороны. Фотографирование производилось 7 октября в течение 40 мин с высоты 6200 км над Луной. Космос науке 12 апреля 1961 г. в 9 ч 07 мин по московскому времени в нескольких десятках километров севернее поселка Тюратам в Казахстане на советском космодроме Байконур состоялся запуск межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, в носовом отсеке которой размещался пилотируемый космический корабль «Восток» с майором ВВС Юрием Алексеевичем Гагариным на борту. Запуск прошел успешно. Космический корабль был выведен на орбиту с наклонением 65 градусов, высотой перигея 181 км и высотой апогея 327 км и совершил один виток вокруг Земли за 89 мин. На 108-ой мин после запуска он вернулся на Землю, приземлившись в районе деревни Смеловка Саратовской области. Таким образом, спустя 4 года после выведения первого искусственного спутника Земли Советский Союз впервые в мире осуществил полет человека в космическое пространство. Космический корабль состоял из двух отсеков. Спускаемый аппарат, являющийся одновременно кабиной космонавта, представлял собой сферу диаметром 2,3 м, покрытую абляционным материалом для тепловой защиты при входе в атмосферу. Управление кораблем осуществлялось автоматически, а также космонавтом. В полете непрерывно поддерживалась с Землей. Атмосфера корабля - смесь кислорода с азотом под давлением 1 атм. (760 мм рт. ст.). «Восток-1» имел массу 4730 кг, а с последней ступенью ракеты-носителя 6170 кг. Космический корабль «Восток» выводился в космос 5 раз, после чего было объявлено о его безопасности для полета человека. Через четыре недели после полета Гагарина 5 мая 1961 г. капитан 3-го ранга Алан Шепард стал первым американским астронавтом. Хотя он и не достиг околоземной орбиты, он поднялся над Землей на высоту около 186 км. Шепард запущенный с мыса Канаверал в КК «Меркурий-3» с помощью модифицированной баллистической ракеты «Редстоун», провел в полете 15 мин 22 с до посадки в Атлантическом океане. Он доказал, что человек в условиях невесомости может осуществлять ручное управление космическим кораблем. КК «Меркурий» значительно отличался от КК «Восток». 18 марта 1965 г. был выведен на орбиту КК «Восход» с двумя космонавтами на борту - командиром корабля полковником Павлом Ивановичем Беляевым и вторым пилотом подполковником Алексеем Архиповичем Леоновым. Затем был развернут шлюзовой отсек: Леонов вошел в шлюзовой отсек, закрыл крышку люка КК и впервые в мире совершил выход в космическое пространство. Космонавт с автономной системой жизнеобеспечения находился вне кабины КК в течении 20 мин., временами отдаляясь от корабля на расстояние до 5 м. Во время выхода он был соединен с КК только телефонным и телеметрическим кабелями. Таким образом, была практически подтверждена возможность пребывания и работы космонавта вне КК. 3 июня был запущен КК «Джемени-4» с капитанами Джеймсом Макдивиттом и Эдвардом Уайтом. Во время этого полета, продолжавшегося 97 ч. 56 мин., Уайт вышел из КК и провел вне кабины 21 мин., проверяя возможность маневра в космосе с помощью ручного реактивного пистолета на сжатом газе. К большому сожалению освоение космоса не обошлось без жертв. 27 января 1967 г. экипаж, готовившийся совершить первый пилотируемый полет по программе «Аполлон», погиб во время пожара внутри КК, сгорев за 15 с. в атмосфере чистого кислорода. Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи стали первыми американскими астронавтами, погибшими в КК. На 18 витке, через 26 ч. 45 мин., после запуска, Комаров начал ориентацию для входа в атмосферу. Все операции прошли нормально, но после входа в атмосферу и торможения отказала парашютная система. Космонавт погиб мгновенно в момент удара «Союза» о Землю со скоростью 644 км/ч. В дальнейшем Космос унес не одну человеческую жизнь, но эти жертвы были первыми. 23 апреля с Байконура был запущен новый КК «Союз-1», пилотируемый полковником Владимиром Комаровым. Запуск прошел успешно. Человек впервые оценил роль спутников для контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и других природных ресурсов Земли лишь спустя несколько лет после наступления космической эры. Начало было положено в 1960г., когда с помощью метеорологических спутников «Тирос» были получены подобные карте очертания земного шара, лежащего под облаками. Эти первые черно-белые ТВ изображения давали весьма слабое представление о деятельности человека и тем не менее это было первым шагом. Вскоре были разработаны новые технические средства, позволившие повысить качество наблюдений . Информация извлекалась из многоспектральных изображений в видимом и инфракрасном (ИК) областях спектра. Одной из первых областей применения изображений земной поверхности, была картография. В доспутниковую эпоху карты многих областей, даже в развитых районах мира были составлены неточно. Эксперименты, проведённые на первых спутниках показали, что околоземное пространство за пределами атмосферы вовсе не «пустое». Оно заполнено плазмой, пронизано потоками энергетических частиц. В 1958 г. в ближнем космосе были обнаружены радиационные пояса Земли - гигантские магнитные ловушки, заполненные заряженными частицами - протонами и электронами высокой энергии. 18 декабря 1980 года было установлено явление стока частиц радиационных поясов Земли под отрицательными магнитными аномалиями. Наибольшая интенсивность радиации в поясах наблюдается на высотах в несколько тысяч км. Теоретические оценки показывали, что ниже 500 км. не должно быть повышенной радиации. Поэтому совершенно неожиданным было обнаружение во время полётов первых КК областей интенсивной радиации на высотах до 200-300 км. Оказалось, что это связано с аномальными зонами магнитного поля Земли. Спутниковая связь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного. Распространилось исследование природных ресурсов Земли космическими методами, что во многом посодействовало развитию народного хозяйства. Первая проблема, которая стояла в 1980 году перед космическими исследователями, представляла перед собой комплекс научных исследований, включающих большинство важнейших направлений космического природоведения. Их целью являлись разработка методов тематического дешифрирования многозональной видеоинформации и их использование при решении задач наук о Земле и хозяйственных отраслей. К таким задачам относятся: изучение глобальных и локальных структур земной коры для познания истории её развития. Вторая проблема является одной из основополагающих физико-технических проблем дистанционного зондирования и имеет своей целью создание каталогов радиационных характеристик земных объектов и моделей их трансформации, которые позволят выполнять анализ состояния природных образований на время съемки и прогнозировать их на динамику. Отличительной особенностью третей проблемы является ориентация на излучение радиационных характеристик крупных регионов вплоть до планеты в целом с привлечением данных о параметрах и аномалиях гравитационного и геомагнитного полей Земли. Первыми спутниками, предназначенными для максимального использования этих возможностей были аппараты типа «Лэндсат». Например спутник «Лэндсат-D», четвертый из серии, осуществлял наблюдение Земли с высоты более 640 км с помощью усовершенствованных чувствительных приборов, что позволило потребителям получать значительно более детальную и своевременную информацию . Пример современной космической лаборатории – Международная космическая станция (МКС), на которой трудятся ведущие космические специалисты России, США и других стран. Исследовательская деятельность ведётся с помощью аппаратуры, в которой воплощены все последние достижения научно-технического прогресса. Незаменима роль космонавтики в исследовании планет Солнечной системы и их спутников. 16 июля 1969 г. космический корабль Аполлон –11 с экипажем в составе: Н. Армстронга (командир корабля), М. Коллинза (пилот основного блока - «Колумбия»), Э. Олдрина (пилот спускаемого аппарата - «Орел») стартовал с полигона на мысе Кеннеди в США. 20 июля космонавты Армстронг и Олдрин успешно прилунились и, пробыв на поверхности спутника 21 час 36 минут, стартовали с Луны. Завершив намеченные исследования и собрав 22 кг лунных пород, космонавты успешно приводнились в Тихом океане около около острова Джонсон 24 июля 1969 г. Так проходил первый полет человека на Луну. Серия советских межпланетных космических аппаратов для изучения планеты Венера и её космического пространства - «ВЕНЕРА». Первый запуск в 1961. «Венера-4» произвела первые прямые исследования атмосферы Венеры (1967), «Венера-7» — первую мягкую посадку на Венеру (1970). «Венера-9» — первую съемку поверхности Венеры (1975). В 1961 - 1983 гг. запущено 16 «Венер». 19 июня 1963 года «Марс-1» стал первым космическим аппаратом, который подлетел к планете Марс. Капсула «Марс-2» впервые достигла Марса, спускаемый аппарат «Марс-3» совершил посадку на Марс (1971). В 1973 впервые по межпланетной трассе одновременно совершили полет 4 станции «Марс». «Марс-5» стал 3-м советским искусственным спутником Марса, «Марс-6» достиг его поверхности. С помощью космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер» получены фотографии планет Солнечной системы. Станция «Пионер-10» (1972) впервые совершила пролет пояса астероидов и провела исследование Юпитера, достигла 3-й космической скорости и вышла за пределы Солнечной системы (1983); «Пионер-11» (1973) впервые совершила пролет около Сатурна (вышла за пределы Солнечной системы в 1993). «Вояджеры-1,2» запущены в 1977 году. Пролетев мимо внешних планет, они преодолели притяжение Солнца и теперь удаляются в глубины Галактики. К борту каждого из них прикрепили круглую алюминиевую коробку, положив туда позолоченный видеодиск. Инструкция по его воспроизведению изображена на крышке коробки. На диске собраны данные о Земле, фотографии людей, животных, рыб, техники. Записано множество сообщений на 58 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». На дополнительных пластинках показаны схема Солнечной системы со сравнительными размерами и классы существ, которые населяют нашу планету. На околоземную орбиту для изучения планет, звёзд, галактик, туманностей и других космических объектов выведен ИСЗ с телескопом «Хаббл». Рассматривается ряд международных проектов в области освоения космического пространства. Например: пилотируемый полёт человека на Марс и совместная защита своей планеты от падения астероидов. Для человека космос является источником знаний и открытий. XXI век принесёт ещё много нового и интересного. Спасибо за внимание!