Космонавтика

Макет ракеты «Восток» в Москве на ВДНХ

Космона́втика (от греч. κόσμος — Вселенная и ναυτική — искусство мореплавания, кораблевождение) — теория и практика навигации за пределами атмосферы Земли для исследования космического пространства при помощи автоматических и пилотируемых космических аппаратов. Другими словами, это наука и технология космических полётов.

В русском языке этот термин был употреблён одним из пионеров советской ракетной техники Г. Э. Лангемаком, когда он переводил на русский язык монографию А. А. Штернфельда «Введение в космонавтику» («Initiation à la Cosmonautique»).

Основу ракетостроения заложили в своих трудах в начале XX века Константин Циолковский, Герман Оберт, Роберт Годдард и Рейнхольд Тилинг. Важным шагом стал запуск с космодрома Байконур первого искусственного спутника Земли в 1957 году СССР — Спутника-1.

Грандиозным свершением и отправной точкой развития пилотируемой космонавтики стал полёт советского космонавта Юрия Гагарина 12 апреля 1961 года. Другое выдающееся событие в области космонавтики — высадка человека на Луну состоялось 21 июля 1969 года. Американский астронавт Нил Армстронг сделал первый шаг по поверхности естественного спутника Земли со словами: «Это маленький шаг для одного человека, но огромный скачок для всего человечества».

Этимология

Впервые термин «космонавтика» появился в названии научного труда Ари Абрамовича Штернфельда «Введение в космонавтику» (фр. «Initiation à la Cosmonautique»), который был посвящён вопросам межпланетных путешествий. В 1933 году работа была представлена польской научной общественности, но не вызвала интереса и была издана лишь в 1937 году в СССР, куда в 1935 переехал автор. Благодаря ему же, в русский язык вошли слова «космонавт» и «космодром». Долгое время эти термины считались экзотическими, и даже Яков Перельман упрекал Штернфельда в том, что тот запутывает вопрос, выдумывая неологизмы вместо устоявшихся названий: «астронавтика», «астронавт», «ракетодром». Основные идеи, изложенные в монографии, Штернфельд доложил в Варшавском университете 6-го декабря 1933 года.

В словарях слово «космонавтика» отмечено с 1958 года. В художественной литературе слово «космонавт» впервые появилось в 1950 году в фантастической повести Виктора Сапарина «Новая планета».

В целом, в русском языке -навт, -навтик(а) утратили своё значение (какое эти слова имели в греческом языке) и превратились в подобие служебных частей слова, вызывающих представление о «плавании» — как то «стратонавт», «акванавт» и т. п.

История

Ранняя история (до 1945 года)

Макет первого искусственного спутника Земли.

Идея космических путешествий возникла после появления гелиоцентрической системы мира, когда стало ясно, что планеты — это объекты, подобные Земле, и таким образом, человек в принципе мог бы посетить их. Первым опубликованным описанием пребывания человека на Луне стала фантастическая повесть Кеплера «Somnium» (написана 1609, опубликована 1634). Фантастические путешествия на другие небесные тела описывали также Фрэнсис Годвин, Сирано де Бержерак и другие.

Теоретические основы космонавтики были заложены в работе Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии», опубликованной в 1687 году. Существенный вклад в теорию расчёта движения тел в космическом пространстве внесли также Эйлер и Лагранж.

Романы Жюля Верна «С Земли на Луну» (1865) и «Вокруг Луны» (1869) уже правильно описывают полёт Земля—Луна с точки зрения небесной механики, хотя техническая реализация там явно хромает.

23 марта 1881 года Н. И. Кибальчич, находясь в заключении, выдвинул идею ракетного летательного аппарата с качающейся камерой сгорания для управления вектором тяги. За несколько дней до казни Кибальчич разработал оригинальный проект летательного аппарата, способного совершать космические перелёты. Его просьба о передаче рукописи в Академию наук следственной комиссией удовлетворена не была, проект был впервые опубликован лишь в 1918 году в журнале «Былое», № 4—5.

Российский учёный Константин Циолковский был одним из первых, кто выдвинул идею об использовании ракет для космических полётов. Ракету для межпланетных сообщений он спроектировал в 1903 году. Формула Циолковского, определяющая скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, и сегодня составляет важную часть математического аппарата, используемого при проектировании ракет, в частности, при определении их основных массовых характеристик.

Немецкий ученый Герман Оберт в 1920-е годы также изложил принципы межпланетного полёта.

Американский ученый Роберт Годдард в 1923 году начал разрабатывать жидкостный ракетный двигатель и работающий прототип был создан к концу 1925 года. 16 марта 1926 года он осуществил запуск первой жидкостной ракеты, в качестве топлива для которой использовались бензин и жидкий кислород.

Работы Циолковского, Оберта и Годдарда были продолжены группами энтузиастов ракетной техники в США, СССР и Германии. В СССР исследовательские работы вели Группа изучения реактивного движения (Москва) и Газодинамическая лаборатория (Ленинград). В 1933 году на их базе был создан Реактивный институт (РНИИ).

В Германии подобные работы вело Немецкое Общество межпланетных сообщений (VfR). 14 марта 1931 член VfR Йоханнес Винклер осуществил первый в Европе удачный запуск жидкостной ракеты. В VfR работал и Вернер фон Браун, который с декабря 1932 года начал разработку ракетных двигателей на артиллерийском полигоне германской армии в Куммерсдорфе. После прихода нацистов к власти в Германии были выделены средства на разработку ракетного оружия, и весной 1936 года была одобрена программа строительства ракетного центра в Пенемюнде, техническим директором которого был назначен фон Браун. В нём была разработана баллистическая ракета А-4 с дальностью полета 320 км. Во время Второй мировой войны 3 октября 1942 года состоялся первый успешный запуск этой ракеты, а в 1944 году началось её боевое применение под названием V-2. В июне 1944 года ракета V-2 стала первым сделанным человеком объектом в космосе, достигнув в суборбитальном полете высоты 176 км.

Военное применение V-2 продемонстрировало огромные возможности ракетной техники, и наиболее мощные послевоенные державы — США и СССР — начали разработку баллистических ракет на основе трофейных германских технологий и с привлечением пленных германских инженеров.

Ранняя советская ракетно-космическая программа

См. также: Второе (космическое) управление и Совет главных конструкторов

Для создания средств доставки ядерного оружия 13 мая 1946 года Совет Министров СССР принял постановление о развёртывании масштабной работы по развитию ракетостроения. В соответствии с этим постановлением было создано Второе (космическое) управление и Научно-исследовательский артиллерийский институт реактивного вооружения № 4.

Начальником института был назначен генерал А. И. Нестеренко, его заместителем по специальности «Жидкостные баллистические ракеты» — полковник М. К. Тихонравов, соратник С. П. Королёва по ГИРДу и РНИИ. Михаил Клавдиевич Тихонравов был известен как создатель первой жидкостной ракеты, стартовавшей в Нахабино 17 августа 1933 года. Он же в 1945 году возглавил проект подъёма двух космонавтов на высоту 200 километров с помощью ракеты типа «Фау-2» и управляемой ракетной кабины. Проект был поддержан Академией наук и одобрен Сталиным. Однако в трудные послевоенные годы руководству военной отрасли было не до космических проектов, которые воспринимались как фантастика, мешающая выполнению главной задачи по созданию «дальнобойных ракет».

Исследуя перспективы развития ракет, создаваемых по классической последовательной схеме, М. К. Тихонравов пришел к выводу об их непригодности для межконтинентальных расстояний. Исследования, проведённые под руководством Тихонравова, показали, что пакетная схема из ракет, созданных в КБ Королёва, обеспечит скорость в четыре раза большую, чем возможная при обычной компоновке. Внедрением «пакетной схемы» группа Тихонравова приблизила выход человека в космическое пространство. В инициативном порядке продолжались исследования проблем, связанных с запуском спутников и их возвращением на Землю.

16 сентября 1953 года по заказу ОКБ Королёва в НИИ-4 была открыта первая научно-исследовательская работа по космической тематике «Исследования по вопросу создания первого искусственного спутника Земли». Группа Тихонравова, имевшая солидный задел по этой теме, выполнила её оперативно.

В 1956 году М. К. Тихонравов с частью своих сотрудников переводится из НИИ-4 в ОКБ Королёва начальником отдела по проектированию спутников. При его непосредственном участии создаются первые ИСЗ, пилотируемые корабли, проекты первых автоматических межпланетных и лунных аппаратов.

Ранняя американская ракетно-космическая программа

«Спутниковый кризис», то есть тот факт, что первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР, а не в США, привел ко многим инициативам правительства США, направленным на развитие космических исследований:

• принятие закона о подготовке кадров для национальной обороны в сентябре 1958;
• создание в феврале 1958 Агентства передовых оборонных исследовательских проектов — DARPA;
• создание указом президента США Эйзенхауэра от 29 июля 1958 Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства — NASA;
• огромное увеличение инвестиций в космические исследования. В 1959 Конгресс США выделил на эти цели 134 миллиона долларов, что в четыре раза превышает показатель предыдущего года. К 1968 эта цифра достигла 500 миллионов.

Началась космическая гонка между США и СССР. Первым спутником, запущенным США, стал спутник «Эксплорер-1», запущенный 1 февраля 1958 года командой Вернера фон Брауна (он был завербован для работы в США по программе Операция «Беспросветность» (англ. Operation Overcast), позднее ставшей известной под названием Операция «Скрепка»). Для запуска была создана форсированная версия баллистической ракеты Редстоун, названная Юпитер-С (Jupiter-C), первоначально предназначавшаяся для испытания уменьшенных макетов боеголовок.

Этому запуску предшествовала неудачная попытка ВМС США запустить спутник «Авангард-1», широко разрекламированный в связи с программой Международного Геофизического Года. Фон Брауну по политическим причинам долго не давали разрешения на запуск первого американского спутника (руководство США хотело, чтобы спутник был запущен военными), поэтому подготовка к запуску «Эксплорера» началась всерьёз лишь после аварии «Авангарда».

Первым астронавтом США в космосе стал Алан Шепард, который 5 мая 1961 года совершил суборбитальный полёт на космическом корабле Меркурий-Редстоун-3. Первым из астронавтов США орбитальный полёт совершил Джон Гленн 20 февраля 1962 года на корабле Меркурий-Атлас-6.

Важнейшие этапы освоения космоса с 1957 года

В 1957 году под руководством Королёва была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли.

• 4 октября 1957 — запущен первый искусственный спутник Земли Спутник-1.
• 3 ноября 1957 — запущен второй искусственный спутник Земли Спутник-2, впервые выведший в космос живое существо, — собаку Лайку.
• 4 января 1959 — станция «Луна-1» прошла на расстоянии 6000 километров от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Она стала первым в мире искусственным спутником Солнца.
• 14 сентября 1959 — станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны в районе Моря Ясности вблизи кратеров Аристид, Архимед и Автолик, доставив вымпел с гербом СССР.
• 4 октября 1959 — запущена автоматическая межпланетная станция «Луна-3», которая впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны. Также во время полёта впервые в мире был на практике осуществлён гравитационный манёвр.
• 19 августа 1960 — совершён первый в истории орбитальный полёт в космос живых существ с успешным возвращением на Землю. На корабле «Спутник-5» этот полёт совершили собаки Белка и Стрелка.
• 1 декабря 1960 — совершён первый запуск человеческих клеток в космос – клеток Генриетты Лакс. Зарождение космической клеточной биологии.
• 12 апреля 1961 — совершён первый полёт человека в космос (Юрий Гагарин) на корабле Восток-1.
• 12 августа 1962 — совершён первый в мире групповой космический полёт на кораблях Восток-3 и Восток-4. Максимальное сближение кораблей составило около 6.5 км.
• 16 июня 1963 — совершён первый в мире полёт в космос женщины-космонавта (Валентина Терешкова) на космическом корабле Восток-6.
• 12 октября 1964 — совершил полёт первый в мире многоместный космический корабль Восход-1.
• 18 марта 1965 — совершён первый в истории выход человека в открытый космос. Космонавт Алексей Леонов совершил выход в открытый космос из корабля Восход-2.
• 3 февраля 1966 — АМС Луна-9 совершила первую в мире мягкую посадку на поверхность Луны, были переданы панорамные снимки Луны.
• 1 марта 1966 — станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР. Это был первый в мире перелёт космического аппарата с Земли на другую планету.
• 3 апреля 1966 — станция «Луна-10» стала первым искусственным спутником Луны.
• 30 октября 1967 — произведена первая стыковка двух беспилотных космических аппаратов «Космос-186» и «Космос-188». (CCСР).
• 15 сентября 1968 — первое возвращение космического аппарата (Зонд-5) на Землю после облета Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии.
• 16 января 1969 — произведена первая стыковка двух пилотируемых космических кораблей Союз-4 и Союз-5.
• 21 июля 1969 — первая высадка человека на Луну (Н. Армстронг) в рамках лунной экспедиции корабля Аполлон-11, доставившей на Землю, в том числе и первые пробы лунного грунта.
• 24 сентября 1970 — станция «Луна-16» произвела забор и последующую доставку на Землю (станцией «Луна-16») образцов лунного грунта. Она же — первый беспилотный космический аппарат, доставивший на Землю пробы породы с другого космического тела (то есть, в данном случае, с Луны).
• 17 ноября 1970 — мягкая посадка и начало работы первого в мире полуавтоматического дистанционно управляемого самоходного аппарата, управляемого с Земли: Луноход-1.
• 15 декабря 1970 — первая в мире мягкая посадка на поверхность Венеры: «Венера-7».
• 19 апреля 1971 — запущена первая орбитальная станция Салют-1.
• 13 ноября 1971 — станция «Маринер-9» стала первым искусственным спутником Марса.
• 27 ноября 1971 — станция «Марс-2» впервые достигла поверхности Марса.
• 2 декабря 1971 — первая мягкая посадка АМС на Марс: «Марс-3».
• 3 марта 1972 — запуск первого аппарата, покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы: Пионер-10.
• 20 октября 1975 — станция «Венера-9» стала первым искусственным спутником Венеры.
• октябрь 1975 — мягкая посадка двух космических аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» и первые в мире фотоснимки поверхности Венеры.
• 12 апреля 1981 — первый полёт первого многоразового транспортного космического корабля «Колумбия».
• 20 февраля 1986 — вывод на орбиту базового модуля орбитальной станции Мир
• 15 ноября 1988 — первый и единственный космический полёт МКС «Буран» в автоматическом режиме.
• 24 апреля 1990 — запуск телескопа Хаббл на околоземную орбиту.
• 7 декабря 1995 — станция «Галилео» стала первым искусственным спутником Юпитера.
• 20 ноября 1998 — запуск первого блока «Заря» Международной космической станции.
• 24 июня 2000 — станция «NEAR Shoemaker» стала первым искусственным спутником астероида (433 Эрос).
• 30 июня 2004 — станция «Кассини» стала первым искусственным спутником Сатурна.
• 15 января 2006 — станция «Стардаст» доставила на землю образцы кометы Вильда 2.
• 17 марта 2011 — станция «MESSENGER» стала первым искусственным спутником Меркурия.

Современность

Сегодняшний день характеризуется новыми проектами и планами освоения космического пространства. Активно развивается космический туризм. Пилотируемая космонавтика вновь собирается вернуться на Луну и обратила свой взор к другим планетам Солнечной системы (в первую очередь к Марсу).

В 2009 году в мире на космические программы было потрачено $68 млрд, в том числе в США — $48,8 млрд, ЕС — $7,9 млрд, Японии — $3 млрд, России — $2,8 млрд, Китае — $2 млрд.

Программы пилотируемой космонавтики имеют тенденцию к сокращению. С 1972 года прекращены пилотируемые полёты к другим космическим телам, в 2011 году прекращены программы многоразовых космических кораблей, осталась только одна орбитальная станция против двух одновременно поддерживаемых СССР в середине 1980-х годов.

Коммерческое освоение космоса

Существуют три основных направления прикладной космонавтики:

• Космические информационные комплексы — современные системы связи, метеорология, навигация, системы контроля использования природных ресурсов, охрана окружающей среды.
• Космические научные системы — научные исследования и натурные эксперименты.
• Космическая индустриализация — производство фармакологических препаратов, новых материалов для электронной, электротехнической, радиотехнических и других отраслей. В перспективе — разработка ресурсов Луны, других планет Солнечной системы и астероидов, удаление в космос отходов вредных промышленных производств.

Военно-космическая деятельность

Основная статья: Военно-космическая деятельность

Космические аппараты используются для спутниковой разведки, дальнего обнаружения баллистических ракет, связи, навигации. Создавались также системы противоспутникового оружия.

Космические агентства

Основная статья: Список космических агентств

• Бразильское космическое агентство — основано в 1994 году.
• Европейское космическое агентство (ЕКА) — 1964.
• Индийская организация космических исследований — 1969.
• Канадское космическое агентство — 1989.
• Китайское национальное космическое управление — 1993.
• Национальное космическое агентство Украины (НКАУ) — 1996.
• Национальное управление США по аэронавтике и использованию космоса (НАСА) — 1958.
• Федеральное космическое агентство России (ФКА РФ) — (1990).
• Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) — 2003.

Важные космические программы и полёты КА разных стран

Искусственные спутники Земли (ИСЗ)

• Спутник — серия первых в мире ИСЗ.
  • Спутник-1 — первый аппарат, запущенный человеком в космос.
• Авангард — серия первых американских спутников. (США)

Спутники СССР и России списком: Электрон // Полёт// Метеор // Экран // Радуга // Горизонт // Молния // Гейзер // Альтаир // Купон // ГЛОНАСС // Парус // Фотон // Око // Стрела // Ресурс // Целина // Бион // Вектор /Ромб // Цикада.

Космические телескопы

• Астрон — космический ультрафиолетовый телескоп (СССР).
• Хаббл — космический телескоп-рефлектор. (США).
• Swift — космическая обсерватория для наблюдения гамма-вспышек (США, Италия, Великобритания).

см. Категория: Космические телескопы

Автоматические межпланетные станции

• Пионер — программа исследования Луны, межпланетного пространства, Юпитера и Сатурна. (США)
• Вояджер — программа исследования планет-гигантов. (США)
• Маринер — исследования Венеры, Марса и Меркурия. (США)
• Марс — исследования Марса, первая мягкая посадка на его поверхность. (СССР)
• Венера — программа исследования атмосферы Венеры и её поверхности. (СССР)
• Викинг — программа исследования поверхности Марса. (США)
• Вега — встреча с кометой Галлея, высадка аэрозонда на Венеру. (СССР)
• Фобос — программа исследований спутников Марса. (СССР)
• Марс Экспресс — искусственный спутник Марса, высадка марсохода «Бигль-2». (ЕКА)
• Галилео — исследование Юпитера и его спутников. (НАСА)
• Гюйгенс — зонд для исследования атмосферы Титана. (ЕКА)
• Розетта — высадка космического аппарата на ядро кометы Чурюмова-Герасименко (ЕКА).
• Хаябуса — забор грунта с астероида Итокава (JAXA).
• MESSENGER — исследование Меркурия (НАСА).
• Магеллан (КА) — исследование Венеры (НАСА).
• Новые горизонты — исследование Плутона и его спутников (НАСА).
• Venus Express— исследование Венеры (ЕКА).
• Phoenix — программа исследования поверхности Марса (НАСА).

Лунные станции

• Луна — исследование Луны, доставка лунного грунта, Луноход-1 и Луноход-2. (СССР)
• Рейнджер — получение телевизионных изображений Луны при падении на её поверхность. (США)
• Эксплорер 35 (Лунар Эксплорер 2) — изучение Луны и окололунного пространства с селеноцентрической орбиты. (США)
• Лунар Орбитер — вывод на орбиту вокруг Луны, картографирование лунной поверхности. (США).
• Сервейер — отработка мягкой посадки на Луну, исследования лунного грунта (США).
• Lunar Prospector — исследования Луны (США).
• Смарт-1 — исследования Луны, аппарат оснащён ионным двигателем. (ЕКА).
• Kaguya — исследования Луны и окололунного пространства (Япония).
• Чанъэ-1 — исследования Луны, картографирование лунной поверхности (Китай).

см. Категория: Автоматические межпланетные станции

Пилотируемые полёты

• Восток — отработка первых пилотируемых полётов в космос. (СССР, 1961—1963)
• Меркурий — отработка пилотируемых полётов в космос. (США, 1961—1963)
• Восход — пилотируемые орбитальные полёты; первый выход в открытый космос, первые многоместные корабли. (СССР, 1964—1965)
• Джемини — двухместные космические корабли, первые стыковки на околоземной орбите. (США, 1965—1966)
• Аполлон — пилотируемые полеты на Луну. (США, 1968—1972/1975)
• Союз — пилотируемые орбитальные полеты. (СССР/Россия, с 1968)
  • Экспериментальный проект Аполлон-Союз (ЭПАС) (англ. Apollo-Soyuz Test Project, ASTP, 1975).
• Спейс Шаттл — многоразовый космический корабль. (США, 1981—2011)
• Шэньчжоу — орбитальные пилотируемые полёты. (Китай, с 2003)

см. Категория: Пилотируемые КА

Орбитальные станции

• Салют — первая серия орбитальных станций. (СССР)
• Скайлэб — орбитальная станция. (США)
• Мир — первая орбитальная станция модульного типа. (СССР)
• Международная космическая станция (МКС).
• Тяньгун-1 (КНР)

см. Категория: Орбитальные станции

Частные космические корабли

• SpaceShipOne — первый частный космический корабль (суборбитальный).
• SpaceShipTwo — туристический суборбитальный космический корабль. Дальнейшее развитие SpaceShipOne.
• Дракон (Dragon SpaceX) — транспортный космический корабль, разрабатывается компанией SpaceX, по заказу НАСА в рамках программы «Коммерческой орбитальной транспортировки» (COTS).

Ракеты-носители

Основная статья: Ракета-носитель

См. также: Список ракет-носителей

См. также

• Космодром
• Космическая индустрия
• Список космонавтов и астронавтов
• Космонавтика России Роскосмос Орбитальная спутниковая группировка России
• Хронология пилотируемых космических полётов
• Хронология космических исследований
• История исследования Солнечной системы
• Первые в космосе

Литература

• К. А. Гильзин. Путешествие к далеким мирам. Государственное издательство детской литературы Министерства просвещения РСФСР. Москва, 1956
• Циолковский К. Э. Труды по космонавтике. М.: Машиностроение, 1967.
• Штернфельд А. А. Введение в космонавтику. М.; Л.: ОНТИ, 1937. 318 с; Изд. 2-е. М.: Наука, 1974. 240 с.
• Жаков А. М Основы космонавтики. СПб: Политехника, 2000. 173 с. ISBN 5-7325-0490-7
• Тарасов Е. В. Космонавтика. М.: Машиностроение, 1977. 216 с.

Энциклопедии по космонавтике

• Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527 c.
• Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526 c.
• Всемирная энциклопедия космонавтики. В 2-х томах. М.: Военный парад, 2002.
• интернет-энциклопедия «Космонавтика»

Ссылки

• ФКА РФ
• ЕКА
• НАСА
• РКК «Энергия» имени С. П. Королёва
• НПО им. С. А. Лавочкина
• ГКНПЦ им. М. В. Хруничева
• Исследовательский центр имени М. В. Келдыша
• Пилотируемый космос
• Фотоархив «История отечественной космонавтики»
• Первые в космосе (огромный фото-, аудио-, видео- архив советской и российской космонавтики)
• Всероссийский детский и молодежный центр аэрокосмического образования им. С. П. Королева Мемориального музея космонавтики (ВДМЦ АКО)
• Из истории развития отечественной космонавтики: исследование космического пространства с помощью автоматических космических станций — научно-популярная лекция, прочитанная Н. Морозовым в ФИАНе в 2007 г.