Презентация: Как ориентироваться во вселенной

Как ориентироваться во ВселеннойБелоусов Тимур 7 «А» класс ГБОУ Школа-Лицей № 1420 г. МоскваРуководитель –учитель истории Гридин Сергей Иванович Аннотация: Данная работа отражает способы ориентирования во Вселенной. Мы изучили такие способы, как навигация по звездам, гироскоп, gps-навигация и гравитационные туннели. В космосе есть свои маяки – звезды, и ориентирование по ним является наиболее удобным.Звезды могут стать настоящими ориентирами для космических кораблей, улетевших на миллионы и даже миллиарды километров от Земли. Но для этого подходят не все звезды, а их определенный класс, называемый пульсарами.Прибор, напоминающий детский волчок — гироскоп. В космонавтике он как компас для моряков.Мы пользуемся просто GPS, с помощью которой определяем абсолютную позицию в пространстве.Гравитационные туннели соединяют так называемые точки Лагранжа, в которых гравитационные силы двух массивных объектов (планет или их спутников) уравновешивают друг друга, а значит, отсутствует их воздействие на космический корабль. Попав в подобный коридор космический аппарат двигается вдоль него практически без сопротивления.В работе были использованы такие источники как: А. Е. Меньчуков «В мире ориентиров», сайт http://perevods.com.ua/katalog/?adv_id=130, сайт http://scienceland.info/geography6/earth-universe , статья А.Бакаткин «Траектории космических кораблей проложат по гравитационным туннелям». Работа выполнена на 16 листах, с использованием 6 иллюстраций. Оглавление Как ориентироваться во ВселеннойОрбитальные и лунные полеты , высадка людей на поверхности Луны с возвращением на Землю , полеты на Марс и Венеру ,полеты к окраинам нашей Солнечной системы -- это по существу, первые пробные шаги людей в открытом Космосе .    В будущих полетах, когда аппараты с людьми отправятся к другим планетам, а космонавты и астронавты смогут все дальше удаляться от своих кораблей, возникнут более сложные проблемы формирования пространственных представлений и перемещения в пространстве.  Из года в год, из века в век в ясную ночь люди видят над головой звездное небо. Оно кажется нам безграничным, и это совершенно правильное впечатление. То, что может охватить человеческий глаз, - Только небольшая Часть Вселенной , или, как говорили древние греки, космоса .Вселенная- это весь существующий мир. Она бесконечна во времени и пространстве.Во Вселенной расположены огромные скопления звезд - галактики , газовые и пылевые туманности, межзвездное вещество. Число только наблюдаемых галактик около 10 млрд. Каждая галактика, в свою очередь, содержит миллиарды звезд. Рис. 1. Вид нашей Галактики: а - сбоку, б – сверху Галактика, к которой принадлежит Земля, называется Млечный Путь . Количество звезд в ней можно определить лишь приблизительно. По разным оценкам, оно составляет от 200 млрд до 1 трлн! Млечный Путь сбоку похож на выпуклый диск (рис. 1 А). Сверху он имеет форму спирали, вращающейся вокруг центра (рис. 1, б). Такую же форму имеет большая часть других наблюдаемых галактик. От одного края нашей Галактики до другого свет доходит за 100 000 световых лет. Земля от центра Галактики находится довольно далеко - на расстоянии около 33 000 световых лет. Вместе с Солнцем наша планета вращается вокруг центра Галактики со скоростью 240 км / с и совершает полный оборот вокруг него за 180 млн лет. Галактики очень удалены друг от друга. Невооруженным глазом с Земли видно только три галактики. В Южном полушарии ЭТО Магеллановы Облака - Большое и Малое, - удаленные от нас на расстояние 150 000 световых лет. С территории России виден еще один наш "ближайший" сосед - туманность Андромеды . До нее - около 2 млн световых лет.Подходить ко Вселенной с обычными человеческими мерками бессмысленно. Для измерения времени люди используют его ограниченные отрезки: час, год, тысячелетие. Вселенная же всегда существовала и всегда будет существовать. Мы измеряем расстояния метрами и километрами, а гигантские расстояния между звездами измеряют в световых годах. Такое расстояние за год пробегает луч света, движущийся со скоростью 300 000 км / с!Земля со всем, что на ней находится, - лишь маленькая часть Вселенной и нашей Галактики. Она возникла, живет и развивается по сложным космическим законам, которые человечество только начинает постигать.Магеллановы ОблакаГалактика Андромеды Навигация по звёздамКак же нам ориентироваться по звездам?Самые яркие звезды и созвездия еще в древности получили собственные имена и служили ориентиром для путешественников. Ориентация по звездам и сейчас применяется при выполнении космическими аппаратами различных маневров, определении местонахождения и прокладки курса судов и самолетов. Двадцать шесть наиболее ярких звезд, используемых для ориентирования, получили название навигационных звезд (рис. 2).Рис. 2. Навигационные звезды: а - Южного полушария; б - Северного полушария Рис. 3. Ориентирование по Полярной звезды Попытайтесь при ясной погоде по звездам определить стороны горизонта. Космос является тем местом, в котором ориентирование довольно затруднительно, так как там нет ни верха, ни низа. Именно поэтому космическим кораблям и зондам приходится искать те или иные пути для ориентирования.Если космические аппараты летают на относительно низких околоземных орбитах, это дает им возможность ориентироваться по сигналам спутников, в изобилии обитающих в этой части космоса. Но при дальних космических полетах спутники уже не помогут, как не помогают маяки тем морякам, которые отплыли слишком далеко от берега. Но, к счастью, в космосе есть свои маяки – звезды, и ориентирование по ним является наиболее удобным.Звезды могут стать настоящими ориентирами для космических кораблей, улетевших на миллионы и даже миллиарды километров от Земли. Но для этого подходят не все звезды, а их определенный класс, называемый пульсарами. Стоит отметить, что пока что эта технология является перспективной и современная космическая навигация происходит при помощи команд с Земли, которые могут идти с большими задержками, вследствие огромных расстояний. Почему же пульсары идеально подходят для навигации? Все дело от того, что они излучают импульсы с определенным периодом пульсации, никогда не изменяющемся. И это делает такие звезды непохожими на другие. В настоящее время известен ряд пульсаров, которые обладают всем необходимым для того, чтобы в будущем стать такими «маяками» для космических кораблей. В данный момент разрабатывают технологию, позволяющую воспроизводить излучение пульсаров на планете, чтобы испытывать систему, не отправляя её в космос.  Гироскоп –космический компасВ этом году исполнилось бы 100 лет создателю отечественной школы гироскопии, академику Виктору Ивановичу Кузнецову. Разработанные им приборы, подобно компасу, помогают ракетам сориентироваться в безвоздушном пространстве.Почти все, что создавалось в ракетной и космической технике Советского Союза, связано с его именем. Разработанные им приборы стояли, да и стоят на всех ракетах, космических кораблях и межпланетных станциях. Виктор Иванович Кузнецов, соратник Королева, создатель отечественной школы гироскопии. Сегодня приборы Кузнецова обеспечивают ядерную безопасность страны. Вторая составляющая – космическая. Приборы Кузнецова сегодня обеспечивают точное выведение космонавтов в заданную точку орбиты.Прибор, напоминающий детский волчок — гироскоп. В космонавтике он как компас для моряков. Сам термин "гироскопия" был введен когда-то Леоном Фуко в середине XIX века. "Гира" означает "вращение", "скопи" – "вижу".Если рассматривать ракету как живой организм, то гироскоп — вестибулярный аппарат, позволяющий человеку ориентироваться в трехмерном пространстве, а ракете лететь по заданному маршруту. Прибор управляет ракетой без вмешательства человека. На борту ракеты нет человека и нельзя, как в самолете отключить автопилот и перейти на управление летчиком.. Кузнецов, Виктор ИвановичФуко, Жан Бернар Леон Без сложнейших электронных систем, которые создаются в НИИ прикладной механики имени своего легендарного Главного конструктора Виктора Кузнецова, не обходилась и не обходится ни одна космическая миссия. Приборы НИИ ПМ участвовали в освоении Луны, в облете Луны, в посадке на Луну, взлете с Луны. Также участвовали в полетах на Венеру, на Марс.Гироскопы Кузнецова до сих пор в строю. Конечно, за десятки лет приборы стали легче, компактнее. Правда, внешне они выглядят совсем не эффектно: эффект проявляется в космосе. Все делается автоматически. Не нужна даже связь с командным пунктом управления. Термин "гироскопия" не случайно похож на медицинский. Как и в медицине, здесь нельзя ошибиться.С 2006 НИИ ПМ переименовался в ЦЭНКИ GPS- навигацияВ одной части миссии мы пользуемся просто GPS, с помощью которой определяем абсолютную позицию в пространстве. В другой части полета, на стадии сближения со станцией, мы используем определение координат по GPS-ресиверу. Мы используем GPS-ресивер, который установлен на станции, и GPS-ресивер на ATV, чтобы вычислить расстояние между МКС и ATV, узнать как оно меняется.В ходе автономного полета ATV использует астронавигационное устройство, которое помогает рассчитывать ориентацию корабля в космосе по созвездиям, в то время как приемник GPS обеспечивает навигацию. На дистанции 250 метров от станции, корабль для проведения маневра стыковки использовует уже другую систему – лазерный видиозиометр, позволяющий осуществить причаливание к стыковочному узлу. Космос огромен настолько, что мы даже представить себе не можем. На самом деле, между звездами даже планетами настолько большое расстояние, что большую часть времени космический корабль находится в полной пустоте. Как же он ориентируется в таких условиях?Вы наверняка уже догадались, что в пространстве корабли ориентируются, подобно древним морякам, а именно – по звездам. Действительно, положение относительно звезд позволяет кораблю не только построить правильную траекторию, но и поддерживать должную ориентацию, что, к примеру, очень важно для космических телескопов, работающих далеко за околоземной орбитой.Однако, ученые уже долгое время разрабатывают иной способ ориентировании в космическом пространстве. В этом способе также участвуют звезды, только не обычные, а самые настоящие пульсары. Такое название имеют крайне далекие нейтронные звезды, вращающиеся очень быстро, и в следствие этого, дающие отчетливый сигнал в радиодиапазоне, повторяющийся с точностью атомных часов. Ориентирование относительно нескольких десятков наиболее ярких пульсаров может стать действительно эффективным, даже при дальних межзвездных космических полетах. В данный момент, системы ориентирования по пульсарам разрабатываются многими учеными мира и через несколько лет их могут начать устанавливать на наиболее амбициозные космические корабли, которым предстоит совершать межпланетные полеты.  GPS Система ориентации космического аппарата — это одна из бортовых систем космического аппарата обеспечивающая определённое положение осей аппарата относительно некоторых заданных направлений. Необходимость данной системы обусловлена следующими задачами:ориентирование солнечных батарей на Солнце;для навигационных измерений;для проведения различных исследований;при передаче информации с помощью остронаправленной антенны;перед включением тормозного или разгонного двигателя с целью изменения траектории полёта.Задачи выполняемые аппаратом могут требовать как постоянной ориентации, так и кратковременной. Системы ориентации могут обеспечивать одноосную или полную (трёхосную) ориентацию. Системы ориентации не требующие затрат энергии называют пассивными, к ним относятся: гравитационная, инерционная, аэродинамическая и др. К активным системам относят: реактивные двигатели ориентации, гиродины, маховики ,соленоиды и т. д., они требуют затрат энергии запасаемой на борту аппарата. В пилотируемой космонавтике помимо автоматических систем ориентации применяются системы с ручным управлениемСистема ориентации космического аппарата Современная теория космических полётов основана на небесной механике и теории управления движением летательных аппаратов. В отличие от классической небесной механики, новое направление называется астродинамикой, которая потребовала разработки оптимальных траекторий космических летательных аппаратов (выбор времени старта и вида траектории, исходя из требования минимальных затрат топлива ракеты-носителя) с учётом эволюции этих траекторий под действием возмущающих сил (особенно гравитационных полей, эффекта аэродинамического торможения от взаимодействия космического аппарата с разреженными верхними слоями атмосферы для искусственных спутников планет и под действием солнечного давления для межпланетных перелётов). Требование оптимальности приводит иногда к достаточно сложным траекториям — с длительными перерывами в работе ракетных двигателей носителя (например, при старте к Луне, Марсу и Венере осуществляется вывод космического аппарата на траекторию искусственного спутника земли и лишь затем к планете) и с использованием гравитационного поля небесных тел (например, при полёте к Луне с целью изгиба траектории, необходимого для возвращения к Земле без запуска ракетного двигателя). Важный раздел астродинамики — теория коррекций траекторий полёта. Отклонение фактической траектории от расчётной связано с двумя факторами: искажением траектории возмущающими силами, которые невозможно учесть заранее (например, торможение искусственного спутника земли атмосферой, плотность её изменяется нерегулярно), и неизбежными при технической реализации малыми ошибками в скорости и направлении полета космического аппарата в момент выключения двигателей носителя (эффект ошибок постепенно нарастает при межпланетных полётах). Коррекция заключается в кратковременном включении ракетного двигателя для исправления траектории. В теории коррекции рассматриваются вопросы оптимальности коррекционного маневра (наивыгоднейшее число, расположение точек коррекций на траектории и т. п.). Для выполнения коррекций и манёвров необходимо знание фактической траектории полёта космического аппарата. Если определение фактической орбиты производится на борту летящего аппарата, то оно является составной частью автономной навигации и состоит из измерения углов между звёздами и планетами, расстояний до планет, времени захода и восхода Солнца и звёзд относительно края планет и т. п. и обработки измеренных данных по методам небесной механики на бортовой вычислительной машине. Траектории космических кораблей проложат по гравитационным туннелям.Дальние космические путешествия все еще остаются уделом научной фантастики - пока человек смог добраться лишь до поверхности Луны, и даже путешествия к планетам Солнечной системы с астронавтами на борту связаны с колоссальными трудностями. Впрочем, главной проблемой остаются расстояния между космическими объектами, которые преодолеваются современными аппаратами за долгие месяцы и даже годы. Именно длительность полетов и вызывает целый комплекс сопутствующих проблем: необходима тщательная подготовка оборудования к экстремальным условиям космоса, причем аппаратура должна функционировать без сбоев в течение всего полета; необходима и подготовка экипажа, как физическая, так и психологическая. Гравитационные туннелиПонятно, что пока никаких революционных физических открытий, которые позволили бы на современном уровне развития науки и техники значительно сократить расстояние до планет, ожидать не стоит. А значит, необходимо пользоваться каждой возможностью для оптимизации траектории полета космического корабля, тем более, что сделать это вполне возможно. Предварительное математическое моделирование показало, что траектория космических кораблей в пределах Солнечной системы должна пролегать по так называемым гравитационным туннелям. Чёрная дыра Гравитационные туннели между планетами Солнечной системыЭти коридоры образованы в результате сложных взаимодействий гравитационных полей Солнца, планет Солнечной системы и их спутников. Гравитационные туннели соединяют так называемые точки Лагранжа, в которых гравитационные силы двух массивных объектов (планет или их спутников) уравновешивают друг друга, а значит, отсутствует их воздействие на космический корабль. Попав в подобный коридор космический аппарат двигается вдоль него практически без сопротивления. Движение по этим туннелям оказывается наиболее экономичным с точки зрения расхода топлива за счет совершения минимального количества маневров - топливо необходимо только для совершения маневра для входа в сам гравитационный коридор.Гравитационные туннели между планетами Солнечной системы Положительный эффект гравитационных коридоров уже применяется при расчете движения космических кораблей - траектория стартовавшего в 2004 году спутника Genesis пролегает именно по таким туннелям. Согласно расчетам инженеров, такой подход позволяет снизить расход топлива сразу в десять раз, что существенно снижает стоимость всей миссии. В этом случае появляется возможность либо снизить вес аппарата, либо взять на борт большее количество исследовательской аппаратуры. К сожалению, у такого подхода есть и недостаток. Вследствие того, что траектория оптимизирована из расчета максимальной экономии топлива, она далеко не всегда оказывается оптимальной с точки зрения длительности полета. Другими словами, движение по гравитационным туннелям вряд ли будет применяться для пилотируемых космических путешествий к планетам Солнечной системы, впрочем, частично путь кораблей все же будет пролегать по ним - количество топлива на борту аппарата ограничено, и расходовать его необходимо с максимальной эффективности, иногда даже за счет временного фактора.Спутник Genesis Используемая литература:3dnews.ru/579865http://www.pravda.ru/science/eureka/hypotheses/18-09-2009/324298-gravisteam-0/ru.wikipedia.orgРидпат И. – Космос. Мини-энциклопедия