Исследовательская работа: "Первый искусственный спутник земли"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 2 г.Курганинска

               Муниципальное образование Курганинский район

Исследовательская работа на тему:

(к 55-летию со дня запуска …)

                                                           Работу выполнила:

                                                           ученица 10 «А» класса МБОУ СОШ № 2      

                               Лузина Юлия Леонидовна

   03.05.95 г.

                                                           Руководитель:

                                                           учитель физики МБОУ СОШ № 2      

                                                           Ежова Наталья Николаевна

                                                г. Курганинск,  ул. Д. Бедного д.213                                                                                                                            

                                                           т. 2 24 81; факс: 8 861 47 2 24 81                                                                                                              

                                         2011 – 2012 уч. год

Оглавление:

1. Аннотация.
2. Введение.
3. История создания ИСЗ.
4. Выводы
5. Заключение.
6. Используемая литература

Аннотация

         Учащимся школы были предложены творческие работы посвященные памятным датам 2012 года в области космонавтики: 55-летие запуска в космос первого искусственного спутника Земли, 155-летие со дня рождения К.Э.Циолковского, 105- летие со дня рождения С.П.Королева.

Перед ними стояли цели, которые возможно осуществить с помощью литературы и Интернет- ресурсов. В исследовании рассмотрены причины написания работы - познакомиться с историей создания первого искусственного спутника земли, что послужило начальным этапом в исследовании и освоении космического пространства. Изучены материалы предшествующие запуску ИСЗ 1, момент самого запуска, характеристики спутника. Отражен вопрос реакции мирового сообщества на первенство нашей страны в освоении космоса и достижения всемирного признания и приоритета в развитии космических технологий.  В работе анализируются материалы  того периода, это приводит к  умению самостоятельно делать выводы.

        Данная работа способствует формированию интереса учащихся  к технике, отечественным научным разработкам, поднятию имиджа космической промышленности и исследования космоса.

                                    Кстати, вы знаете, что такое спутник по-русски?

                                 По-английски «travelling companion», «тот, кто

                                     сопровождает в пути, попутчик». Какое странное

                                 совпадение, если вдуматься. Непонятно только,

                                      почему русские выбрали для своего космического

                              корабля такое необычное название? Ведь это

                            всего лишь несчастный кусочек металла, все

                                   крутится, крутится себе один-одинешенек вокруг

 Земли — и больше ничего…

Мураками Харуки

Введение.

Человек всегда мечта взмыть в небо, как птица, подняться за облака и достигнуть Солнца. Наверное поэтому в музее космонавтики, каждого входящего встречает скульптура Икара, который символизирует мечту человека  о покорении воздуха.

Вселенная настолько огромна, что астрономы до сих пор не смогли установить, насколько она велика! Однако благодаря последним достижениям науки и техники мы узнали много нового о космосе и нашем месте в нем.

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучении и исследовании околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширили наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и других планетах. Очень результативным оказалось изучение верхних слоев атмосферы, ионосферы, магнитосферы. Вместе с тем выявилась весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космической техники в интересах многих наук о Земле.

Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным.

   Как человек смог достичь таких ошеломляющих результатов и попасть в космос? Когда началась космическая эра человечества? И как выглядел первый искусственный спутник? Кто был у истоков его создания? Изучению этих вопросов посвящен мой реферат.  

История создания ИСЗ

Первая попытка поставить вопрос о создании ИСЗ была сделана в декабре 1953 г. при подготовке проекта постановления Совмина по ракете Р-7. Предлагалось: "Организовать в НИИ-88 научно-исследовательский отдел с задачей разработки проблемных заданий совместно с АН в области полета на высотах порядка 500 и более километров, а также разработки вопросов, связанных с созданием искусственного спутника Земли и изучением межпланетного пространства с помощью изделия".
Эта задача рассматривалась в ОКБ не как разовая, а с расчетом на создание специального направления в развитии ракетостроения.

   16 марта 1954 г. состоялось совещание у М.В.Келдыша и определен круг научных задач, решаемых с помощью ИСЗ. Об этих планах поставили в известность президента АН СССР А.Н.Несмеянова. Следует оговориться, что вначале речь шла о создании спутника весом 1100-1400 кг, который также назывался простейшим и именовался в переписке ПС. Такое название было синонимом неориентированного спутника, имевшего индекс Д, а ориентированный индекс ОД. В проекте постановления Совмина, предлагаемом для обсуждения 27 августа 1955 г., была такая преамбула: "В целях развертывания научно-исследовательских работ, которые должны заложить основу для практического осуществления задачи создания искусственных спутников Земли и в дальнейшем решения проблемы межпланетных сообщений. Совет Министров постановляет...". 
Такая масштабная постановка вопроса опиралась к тому времени на серьезную предварительную подготовку мнений в различных правительственных инстанциях. На этом этапе важную услугу ОКБ оказала группа Тихонравова М.К., выполнившая многочисленные изыскания, вплоть до оценки стоимости предстоящих работ по созданию ИСЗ. 

     27 мая 1954 г. С.П. Королев обратился к Д.Ф. Устинову с предложением о разработке ИСЗ и направил докладную записку "Об искусственном спутнике Земли", подготовленную М.К. Тихонравовым.

Постановление Совмина о работах по ИСЗ было подписано 30 января 1956г. Предусматривалось создание в 1957-58 гг. на базе ракеты Р-7 неориентированного ИСЗ (объект Д) весом 1000-1400 кг с аппаратурой для научных исследований 200-300 кг. Устанавливался срок первого пробного пуска объекта Д - 1957 г. Намеченные сроки были обусловлены решениями Международного геодезического и геофизического союза (МГТС) о проведении с 01.07.57 г. По 31.12.58 г. Международного геофизического года (МГГ), в течение которого 67 стран мира должны были проводить геофизические наблюдения и исследования по единой программе и методике.

К июлю 1956 г. был готов эскизный проект ИСЗ. К моменту завершения проекта определился состав научных задач, решаемых с помощью спутника, что составляло, можно сказать, основную идейную компоненту новой разработки. Первый образец спутника должен был послужить базой для разработки новых, более совершенных космических аппаратов, поэтому планировалось:

1. определение данных по тепловому режиму спутника,
2.  торможению его в верхних слоях атмосферы и продолжительности обращения на орбите,
3.  особенностей движения спутника относительно центра масс,
4.  точности определения координат и параметров орбиты,
5.  вопросам энергопитания бортового оборудования с использованием солнечных батарей.

Исходными моментами, определившими объем доработок ракеты Р-7, были заданные вес аппарата и параметры орбиты - высота 200 км, обеспечивающей достаточно длительное существование спутника. 
Актуальность разработки ИСЗ становилась все более очевидной. 24 июля 1956 г. состоялось совещание Главных конструкторов, на котором Королев сообщил о международной конференции по спутнику, которая должна была состояться в Барселоне и Риме. Тогда пришли к выводу, что "исходя из реальных обстоятельств, нужно посылать (на конференцию) не непосредственного участника работ, а крупного ученого, который смог бы понять, о чем идет речь". При обсуждении были затронуты более общие вопросы. Выяснилось, что у Главных конструкторов нет общей точки зрения по поводу перспективы работ по ИСЗ. Твердые убеждения высказали на этот счет С.П. Королев и В.П. Глушко. Огорчительной была позиция М.С. Рязанского, который считал эти работы временными и вынужденными и предлагал все внимание сосредоточить на отработке ракеты Р-7. Такое мнение не было случайной оговоркой. Еще в ноябре 1955 г. в ответ на письмо Королева о работах по ИСЗ директор НИИ по системам управления М.С. Рязанский, ссылаясь на отсутствия опыта в этой области, отказался от участия в работах по системам управления для космических аппаратов. Это обстоятельство не смутило Королева и даже не изменило (для стороннего наблюдателя) его отношения к Рязанскому. Королев лишь принял меры к организации в дальнейшем этих работ в ОКБ и пригласил группу специалистов во главе с Б.В. Раушенбахом. 
Последовательность позиции ОКБ в вопросах космонавтики выражалась и в том, что в "Положении о деятельности ОКБ" в связи с его отделением в конце 1956 г. от НИИ-88 со всей определенностью было записано: "Основной целью деятельности ОКБ является создание баллистических ракет дальнего действия, как для вооружения Советской Армии, так и для исследований верхних слоев атмосферы по тематике АН СССР и в первую очередь создание объекта Д (искусственного спутника Земли)". 
К концу 1956 г. выяснилось, что есть реальная угроза срыва намеченных планов по ИСЗ. Свое понимание ситуации Королев изложил в письме       Д.Ф. Устинову от 7 января 1957 г. При этом Королев проявил себя как тонкий политик. Он не предлагал изменить сроки, установленные Постановлением Совмина от ЗО января 1956 г. о разработке объекта Д. Он даже брал на себя дополнительную работу не нарушая установленных сроков. Мотивы при этом были самые убедительные: "... В Соединенных Штатах Америки ведется весьма интенсивная подготовка к запуску искусственного спутника Земли. Наиболее известен проект под названием "Авангард" на базе трехступенчатой ракеты... Спутники представляют собой шаровидный контейнер диаметром 50 см и весом около 10 кг. 
В сентябре 1956 г. США сделали попытку запустить на базе Патрик, штат Флорида, трехступенчатую ракету и на ней спутник, сохраняя это в секрете... По отдельным сведениям, имеющимся в печати, США готовятся в ближайшие месяцы к новым попыткам запуска искусственного спутника Земли, желая, очевидно, любой ценой добиться приоритета". 
Королев не скрывал, что "подготовительные работы к первым пускам ракеты идут со значительными трудностями и отставанием от установленных сроков". Вместе с тем, он выражал уверенность, что "при напряженной работе в марте 1957 г. начнутся пуски ракет". Главная мысль, которую он хотел изложить, состояла в том, что "ракету путем некоторых переделок можно приспособить для пуска в варианте искусственного спутника Земли, имеющего небольшой полезный груз в виде приборов весом около 25 кг... и отделяющийся шаровидный контейнер собственно спутника диаметром около 450 мм и весом 40-50 кг". 
Приведенные факты дали основание Королеву ставить вопрос так: "Просим разрешить подготовку и проведение первых пусков двух ракет, приспособленных в варианте искусственных спутников Земли в период апрель-июнь 1957 г. до официального начала Международного геофизического года, проводящегося с июля 1957 г. по декабрь 1958 г.". 
При этом Королев обращал внимание на то, что первый запуск объекта Д "учитывая большую сложность в создании и отработке аппаратуры для научных исследований, может быть произведен в конце 1957 г.". 
В связи с новым предложением ОКБ было принято 07.02.57 г. соответствующее Постановление Совмина, в котором цель эксперимента определялась так: "Выведение простейшего неориентированного спутника Земли (объект ПС) на орбиту, проверка возможности наблюдения за ПС на орбите и прием сигналов, передаваемых с объекта ПС". Кроме того, предусматривалось попутное накопление опыта по ракете Р-7, на отработку которой отводился весь 1957 г. Это обстоятельство в значительной мере способствовало положительному решению по ИСЗ, роль которого осознавалась далеко не всеми. 
В ходе отработки ракеты Р-7 выявились обстоятельства, которые высветили мудрую дальновидность предложений ОКБ по созданию ПС как предшественника объекта Д. Кроме трудностей с отработкой научной аппаратуры, о чем уже шла речь, оказалась ниже проектной мощность двигателей ракеты. Добиться нужных характеристик- 309-310 единиц удельной тяги в пустоте можно было не раньше начала 1956 г. Но имеющейся мощности - 304 единицы было достаточно, чтобы вывести на орбиту спутник весом 80-100 кг. 
Необходимость уменьшения веса спутника неизбежно приводила к сокращению объема научных исследований. Чтобы приспособить ракету Р-7 для запуска ПС, оказались в основном достаточными доработки, предусмотренные в проекте объекта Д. 
     17 сентября 1957 г. на собрании, посвященном столетию со дня рождения К.Э.Циолковского, в Колонном зале Дома Союзов выступил мало кому в то время известный член-корреспондент АН СССР Сергей Павлович Королёв. В самом начале своего выступления он, как бы между прочим, сказал: «В ближайшее время с научными целями в СССР и США будут произведены первые пробные пуски искусственных спутников Земли»... Королёв знал, что говорил: уже 20 сентября на космодроме состоялось заседание специальной комиссии, где была подтверждена готовность РН и ИСЗ к старту. Тогда же было принято решение сообщить о запуске спутника только после его первого оборота вокруг Земли. В этой связи отметим, что сам факт подготовки к запуску ИСЗ секретом не являлся: в журнале «Радио» №6 за 1957 г. (т.е. еще до запуска Первого спутника) были опубликованы радиочастоты и вид сигналов с борта будущего советского ИСЗ.

 И вот — СВЕРШИЛОСЬ! Ракета с первым ИСЗ стартовала 4 октября 1957 г. в 22 ч. 28 мин. по московскому времени. Ракета-носитель (2-я ступень - блок "А", - Ред.) совершила 882 оборота и прекратила существование 2 декабря 1957 г., спутник - 1440 оборота и прекратил существование 4 января 1958 г. 
Простейший спутник ПС-1  представлял собой  герметичный контейнер сферической формы  диаметром 580мм.  Его корпус состоял  из двух полуоболочек  со стыковочными шпангоутами, соединенных между  собой 36 болтами.  Герметичность стыка обеспечивалась резиновой прокладкой.  После сборки контейнер заполнялся  осушенным азотом до давления 1,3 кг/см2.  В верхней полуоболочке  располагались две антенны, состоящие из двух штырей каждая (одна имела штыри длиной по 2,4м. другая - по 3,9м.) а также пружинный механизм, разводящий штыри на угол 35град. от продольной оси контейнера. Снаружи верхняя  полуоболочка была  покрыта  защитным экраном. Внутри сферы располагался  радиопередатчик,  блок электропитания, состоящий из трёх батарей серебряно-цинковых  элементов, дистанционный  переключатель, вентилятор системы терморегулирования, сдвоенное  термореле и контрольные термо- и барореле.

 Радиопередатчик мощностью 1Вт. периодически излучал сигналы длительностью 0,4 с попеременно  на волнах  7 и 15м.  Длительность  сигналов изменялась  при повышении (выше 50град.) или понижении (ниже 0град.) температуры и при падении давления ниже 0,35 кгс/см2 за счёт срабатывания одного из контрольных термо- или барореле. Температура в ПС-1 поддерживалась  вентилятором, срабатывающим  от сдвоенного термореле при температуре выше 23град. Источники энергопитания были рассчитаны на беспрерывную работу в  течение  двух недель.  Общая масса ПС-1  составила  83,6кг.  Система отделения спутника от ракеты обеспечивала сброс головного обтекателя и после разделения самостоятельный полёт ПС-1. Сигналы  в виде телеграфных посылок (знаменитое «бип-бип-бип»). В орбитальном полете проводились исследования плотности высоких слоев атмосферы, характера распространения радиоволн в ионосфере, отрабатывались вопросы наблюдения за космическим объектом с Земли.

 Над созданием искусственного спутника Земли во главе с основоположником практической космонавтики С.П.Королевым работали ученые М.В. Келдыш, М.К.Тихонравов, Н.С. Лидоренко, В.И. Лапко, Б.С. Чекунов и многие другие.

Высшей наградой коллективам, создавшим первый искусственный спутник Земли, за инициативу, настойчивость, изобретательность, исполнение гражданского долга стало общественное мнение, может быть до конца еще не осознанное. Это было вселенское потрясение. Равнодушных не было. Миллионы и миллионы «простых людей» планеты восприняли это событие как величайшее достижение человеческой мысли и духа. Время прохождения спутника над различными населенными пунктами заранее объявлялось в печати, и люди на разных континентах выходили ночью из своих домов, смотрели на небо и видели: среди привычных неподвижных звезд одна — движется!

   Стоит отметить, что радиосигнал, посылаемый спутником, мог ловить радиолюбитель из любой точки планеты. В связи с этим, в журнале «Радио» заранее были опубликованы рекомендации по приему сигналов. Миллионы  людей во всем мире имели возможность наблюдать на ночном небе движение светящейся точки  похожей на звездочку. Только очень узкий круг специалистов знал, что в действительности простым глазом наблюдали не сам подсвечиваемый солнцем спутник, а центральный блок строго секретной ракеты, который вышел на ту же орбиту, что и спутник, так  как поверхность спутника, была слишком мала для визуального наблюдения.
Обращаясь к участникам этого исторического запуска, С.П.Королев говорил: «Дорогие товарищи! Сегодня свершилось то, о чем ме6чтали лучшие умы человечества. Пророческие слова Константина Эдуардовича Циолковского о том, что человечество вечно не останется на Земле, начинают сбываться. Сегодня на околоземную орбиту выведен первый в мире искусственный спутник. С выводом его начался штурм космоса. И первой страной, проложившей дорогу в космическое пространство, явилась наша страна…». Русское слово – «спутник» – вошло во все языки народов мира. Американский авиационный журнал "Америкен эвиэйшен" писал: "Запуск спутника Советским Союзом явился не только крупным научным достижением, но и одним из величайших событий в истории всего мира". В этом же духе выдержана оценка журнала "Ньюсуик": "Это - величайшая техническая победа, достигнутая человеком после первого взрыва атомной бомбы в американской пустыне". Были мнения, подтверждающие прогнозы С.П. Королева о роли ИСЗ: обозреватели западных газет отмечали, что в общественном мнении военно-политические аспекты оттеснили на задний план собственно научное значение запуска искусственных спутников. 
Для престижа создателей первого ИСЗ особенно важным было мнение журнала "Тайм", опубликованное в ответ на утверждение о том, что советский спутник создан немецкими учеными: "Запуск спутника является заслугой советской науки. Хотя после второй мировой войны немецкие специалисты были вывезены в СССР (как и США), однако большинство их уже репатриировано или они используются в качестве преподавателей. Уровень ракетной техники в СССР намного превысил уровень, достигнутый во время войны в Германии. Русские идут теперь своим путем". 
Следует вдуматься в сообщение мадридского корреспондента английской газеты "Манчестер гардиен", комментирующего отклики в Испании на запуск советских искусственных спутников Земли. Свою статью он начал фразой: "Режим генерала Франко прекращает холодную войну с Россией". 
Провидческими были слова премьер-министра Индии Неру, сказанные после запуска первого спутника, отражающие с поразительной точностью реалии сегодняшнего дня: "В свете такого потрясающего научного достижения военные союзы отжили свой век. Возникла настоятельная необходимость в контроле международной политики, чтобы сохранить человечество". 

Запуск первого искусственного спутника имел большое политическое значение для СССР. Во-первых, был развеян миф о технической отсталости Советского Союза, который так пропагандировали Соединенные Штаты. Во-вторых, был нанесен удар по репутации США, а точнее по ее «совершенной» системе ПВО, которая после запуска спутника стала потенциально уязвимой. Именно после этого началась знаменитая космическая гонка между США и СССР. Стоит отметить, что Америка своей первый спутник запустила лишь 1 февраля 1958 года.

Полет первого спутника стал началом целого ряда отважных поступков всего человечества, увидевшего спутники в космосе, первый полет, человека в космос, первые шаги по Луне, первые радиопередачи с Марса и с космических зондов, побывших вблизи планет Солнечной системы.

Космонавтика нужна науке - она грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, самого человека.

Космонавтика жизненно необходима всему человечеству!

С каждым годом спутниковые системы связи будут становиться все более существенной частью Единой системы связи, важным элементом глобальной системы связи. Они и теперь играют заметную роль в улучшении связей и взаимопонимания между странами, а с течением времени эта роль будет возрастать.

История космоса пишется и сейчас. На космическую орбиту выведены космические корабли, которые везут к звездам туристов. Но мы с вами должны помнить имена тех людей, которые стояли у истоков космонавтики.

Выводы

Изучив материалы посвященные запуску первого спутника надо отметить что итогом наблюдений, проводившихся за движением спутника, и регистрации данных измерений, получены  уникальные материалы.

Блестяще  подтвердились все основные исходные положения, которые были использованы при создании спутников.

Полученные результаты измерений позволят установить процесс эволюции параметров орбит спутников и получить новые данные о фактическом изменении плотности в верхних областях атмосферы.

Интересные данные получены по тепловым режимам на спутнике в процессе его обращения вокруг земного шара...

За время работы радиостанций советского спутника никаких повреждений связанных с вероятностью встречи спутников с метеоритами или с космическими частицами, способными  пробить или даже разрушить спутник, зарегистрировано не было

Из систематических радионаблюдений за ИСЗ, полученные данные позволяют практически оценить распространение радиоволн в ионосфере, включая области, находящиеся выше максимума ионизации основного ионосферного слоя...

Надежный мост с Земли в космос уже перекинут запуском советских искусственных спутников, и дорога к звездам открыта!

И еще. Цитата из «Таймс»: «Честь и хвала русским. Они, подобно мореплавателям — первооткрывателям новых земель XV века, разбудили воображение. Вслед за полетом в космос неотвратимо грядет изучение новых миров...»

 Заключение.

Данная работа раскрывает условия создания первого искусственного спутника Земли. В работе содержится материалы, которые помогли понять дух того времени и отражена борьба двух могучих держав за приоритет в космосе. Показана  дань уважения народов мира нашим ученым, которые стали первопроходцами в освоении космического пространства. В заключении хотелось бы отметить, что работая с Интернет – ресурсами я поняла, что в настоящее время мы не ограничены в изучении интересующего нас материала, главное уметь его анализировать. Эта работа расширила мой кругозор и теперь мое желание получить техническое образование полностью утвердилось. Надеюсь, что она поможет мне в дальнейшем выборе профессии.

Список  литературы

В.П. Глушко “Космонавтика”.  Издательство  “Советская энциклопедия” 1970 г.

Талызин Н.В. «Спутники связи - Земля и Вселенная».

Академия наук СССР «Космос-Земле» Изд. «Наука», Москва 1981г.

Детская энциклопедия, том 2. Изд. «Академия педагогических наук РСФСР», Москва 1962г.

http://www.koob.ru

http://ru.wikipedia.org

http://www.astrotime.ru

http://tvsh2004.narod.ru/1-isz2_2.html