Научно–исследовательская работа Тема: «Космонавтика на службе прогресса»

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

         «Средняя общеобразовательная школа №3», г.Козельск

                            Козельского района Калужской области

VI районная научно-практическая

конференция школьников по физике, посвященная  Дню космонавтики и 80-летию Ю. А. Гагарина

Научно – исследовательская работа

Тема: « Космонавтика на службе прогресса»

               Автор: Дрыгин Альберт

                                   9 «Б» класс МКОУ «СОШ №3»,                                

             г.Козельск

                              Руководитель: Митрофанова Г.T.,

                               учитель физики МКОУ «СОШ №3»,                                

             г.Козельск

                               Козельск   2014

 Содержание

Введение:

       значение исследований и эксплуатации космоса  в жизни

       мирового сообщества и развитие научно – технического прогресса;

       актуальность проблемы;

       направления космических исследований;

       цели и задачи;  методы и приёмы

       изучение осведомлённости ровесников об исследованиях космоса

       посредством анкетирования и результаты этой работы ...……………1

Основное содержание:

 Орбитальные космические станции, их роль в развитии

         квантовой физики;

         физики элементарных частиц;

         материаловедения;

         кибернетики;

         биологии и медицины, космической биотехнологии.……………....2 Использование спутников в геодезии и навигации:

        значение;

        методы исследования; …………………………………………………4

Метеорологические исследования:

        значение;

        способы исследования………………………………………………....4

Геологические исследования……………………………………………..5

Космические системы связи……………………..……………………….5

Создание ракет большой  грузоподъёмности…………………………..5

Изучение Солнечной системы с помощью космических аппаратов..5                   

 Выводы:…………………………………………………………………….6               

Список литературы …………………………………………….. ………………………………..6

Технический прогресс позволил  человеку выйти за пределы Земли в космос и это открыло новые громадные возможности для решения многих практических задач на Земле.
                                                                                           М.В. Келдыш

Введение

Проникновение в космос человечества и его посланцев — космических аппаратов — это закономерный процесс, который подготовлен всей историей развития человеческого общества.

Космос неисчерпаем по богатству и сложности происходящих в нем явлений. Узнать, изучить, освоить и поставить и на службу прогресса достижения в исследовании космоса — вот основная цель человеческого общества.

Труден этот путь, он требует больших усилий и много времени, но он нужен людям, потому что на этом пути их ожидают неисчерпаемые блага и большое будущее.

 Каждый новый шаг в освоении космоса — это результат огромного труда, концентрации знаний, воли и энергии отдельных учёных  и огромных коллективов, участвующих в создании космической техники. И каждый такой шаг достоин большого уважения — это важное звено в цепи достижений, ведущих к новому успеху в освоении космического пространства.

 За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира.         Достижения в исследовании и эксплуатации космоса являются одним из важнейших показателей уровня развития и обороноспособности  страны

 Дальнейшее развитие земной цивилизации не может обойтись без освоения всего околоземного пространства. Освоение космоса - этой "провинции всего человечества" - продолжается нарастающими темпами.
            Значение космических исследований  для жизни окружающих людей я начал с посещения музея войсковой части 54055 Ракетных  Войск  Стратегического  Назначения. Там я увидел этапы развития ракетной техники и убедился, что они тесно связаны с прогрессом космических исследований.

При посещении музея космонавтики в Калуге, я много узнал об этапах освоения космического пространства и значении результатов космических исследований для прогресса науки.

Придя к выводу, что  научные исследования космоса приобретают все большую актуальность, я решил исследовать, как они  влияют на развитие прогресса, и какое значение оказывают на жизнь простых людей.

 Актуальность работы:

 освоение космоса играет большую роль в жизни и развитии человечества и оказывает огромное влияние на развитие научно-технического прогресса.

Цель работы:

• изучить роль научных исследований космоса на службе прогресса  для человечества;
• способствовать повышению знаний у старшеклассников относительно роли  современных     космических исследований и значения их для науки и технического прогресса.

          Задачи:

• Провести соцопрос сверстников и проанализировать его результаты.

• Посетить музей войсковой части 54055 Ракетных  Войск Стратегического  Назначения.
• Посетить филиал ФГУП «НПЦАП» - Сосенский приборостроительный завод.
•  Познакомиться с литературой и интернет - источниками на данную тему.
• Узнать, какие научные исследования проводились в космосе и проанализировать их значение для прогресса. 
• Отобрать и выстроить нужный материал, провести его анализ.
•  Познакомить сверстников с результатами работы на классном часе.
• Выступить на научно-практической конференции с результатами работы над заявленной темой.

           Методы и приёмы:
Главными методами в создании вышеуказанной работы стали: исследование, анкетирование, сбор информации путём посещение музеев и предприятий, анализ информации, творческая разработка проекта.

Работу над заявленной темой я начал с анкетирования ровесников.

           Анкета
1. Какова роль космонавтики в нашей жизни?

А) Очень высока;                Б) Высока;                  В) Незначительна

2. Необходимо ли, по вашему мнению, дальнейшее освоение космоса?

А) Да, конечно;                   Б) Да, наверно;               В) Нет

3. Знаете ли вы, какие исследования ведутся в космосе?

А) Да;                   Б) Частично;                      В) Нет

4. Важны ли космические технологии  для военной  части,  располагающейся в нашем районе?

А) Да, конечно;                       Б) Да, наверно;                         В) Нет

5. Есть ли в нашем районе предприятия, работающие на космос?

А) Да;                           В) Нет

Выводы:

Результаты опроса показали, что из 82 опрошенных, 35 обучающихся считают роль космонавтики в нашей жизни очень высокой; 36 – просто высокой; 11 – незначительной.  64 обучающихся уверены в необходимости дальнейшего освоения космоса, сомневающихся -14, 4 – против. Гораздо хуже ребята знают об исследованиях в космосе. Осведомлёнными считают себя 15 обучающихся; частично знакомы – 54; не знают ничего – 13. Ровно половина опрошенных обучающихся понимает роль космических исследований для военно-промышленного комплекса. А другая половина, к моему удивлению, частично или совсем не понимает, зачем нашей ракетной дивизии, в которой служат у многих родители, нужны космические исследования.

    После того, как 45 обучающихся из 82 заявили, что в нашем районе нет предприятий, работающих на благо развития космических исследований, я понял, что тема моего проекта действительно актуальна. Я решил вместе со своим классом посетить  ФГУП «НПЦАП» - Сосенский приборостроительный завод имени академика Н.А. Пилюгина.

 Там  мне и моим одноклассникам провели экскурсию по этому заводу и рассказали какие детали производятся на этом заводе и с какой целью:  какие серийно, какие поштучно. Но самое главное – нам рассказали,  что все детали, изготовляемые на этом предприятии, отправляются на сборку  различной военной  техники, в том числе нашей  Ракетной дивизии. А так же этот завод изготавливает  детали и для космических спутников. Например, часть деталей для ракеты носителя  «Протон-М», успешно стартовавшей на Байконуре, была изготовлена именно на этом заводе. Нам показали различные высокотехнологичные приборы и станки, на которых их  изготавливают с максимальной точностью. Я сам лично видел коробки с партией деталей, приготовленных для отправки на Байконур.

 Посетив этот завод, я и мои одноклассники поняли, насколько велика роль космонавтики в нашей жизни.

             Разработка проблем космических исследований и работа технических средств, необходимых для их осуществления, приводят к повышению уровня развития науки и техники в стране, к росту квалификации научных и технических кадров. Космические исследования — это не только новый этап в развитии науки о космосе, это  эпоха значительных успехов многих областей науки и техники. Космос служит прогрессу.

          В результате проведённых исследований и систематизации всех материалов по теме «Космос на службе прогресса», я подготовил материал для проведения классных часов, уроков по физике, астрономии и биологии, который с успехом можно использовать обучающимся и учителям во внеклассной и урочной работе.

Основное содержание работы

Для исследования космоса огромное значение имеют ОКС (орбитальные космические станции). Их значение далеко не исчерпывается физикой Земли и космоса, химией, астрономией или метеорологией. Условия, в которых будет находиться орбитальная станция, позволят применить ее для других научных исследований.

    Орбитальная станция — это, прежде всего, длительная невесомость, создать которую на Земле до сих пор практически не удавалось. Это - глубокий вакуум, получение которого на Земле связано с большими трудностями, это - большой перепад температур, огромная скорость движения, магнитные поля Земли и Солнца, неискаженное нижними слоями атмосферы действие космических излучений и солнечной радиации. Воссоздание подобных факторов на Земле, особенно в комплексе, связано с огромными, а подчас и непреодолимыми трудностями.

Самое холодное во Вселенной место будет создано на МКС. Ученые собираются достичь температуры около пикокельвина выше абсолютного нуля.  Для создания столь холодной области будет использована лаборатория Cold Atom Lab, которая в полной мере способна на создание очень низкой температуры.

 Сначала учёным нужно изучить поведение атомов конденсата Бозе-Эйнштейна, ведь именно при подобной температуре атомы ведут себя, то как волна, то как частицы. После чего ученые возьмутся за изучение переохлажденных газов после их смешивания.

Напомним, что при температуре в пикокельвин выше абсолютного нуля прекращается абсолютно любое движение атомов, вследствие  чего и возникает  квантовая материя, которую изучает квантовая механика. 

Квантовая механика – это область физики, которая описывает необычные законы света и материи на атомном уровне. В данном мире вещество может быть в двух местах сразу, объекты ведут себя одновременно и как частицы, и как волны.

 Квантовое царство зиждется на вероятности. И как раз в этот мир стремятся проникнуть исследователи. Космическая станция – идеальное место для проведения данного исследования. Невесомость позволяет исследователям охладить материалы до температур, намного ниже тех, чем известные до сего времени на Земле. 

При температуре 100 пико-К вся термическая активность атомов теоретически останавливается. При таких низких температурах  отличие твердого, жидкого и газообразного состояний перестают существовать. Атомы, взаимодействующие прямо над пределом нулевой энергии, создают новые формы материи, которые, по сути, являются… квантовыми. 

              Многие исследования имеет смысл проводить в космосе. Взять хотя бы исследование взаимодействия солнечных излучений в далекой ультрафиолетовой части спектра с различными веществами. В космической  лаборатории легко можно  проверить гипотезу и о том, что в условиях невесомости, ускоряется рост кристаллов металлов и изменяется их структура. В условиях космического полета  могут производиться крупные кристаллы, композитные материалы, уникальная оптика, сверхчистые химические и лекарственные препараты и многое другое.

Верхние слои атмосферы насыщены частицами, несущимися из космоса с громадными энергиями: от нескольких миллиардов до миллиарда миллиардов электрон-вольт. Между тем, самые крупные ускорители элементарных частиц разгоняют частицы лишь до скоростей, соответствующих нескольким десяткам миллиардов электрон-вольт. Вакуум, подобный вакууму в космосе, на Земле очень трудно получить, да и то в очень небольших объемах. Таким образом, условия, легко достигаемые в космической лаборатории, недостижимы на Земле, или же их достижение сопряжено со многими трудностями.

 Большое значение для строительства будущих, космических кораблей имеют и вопросы, связанные с воздействием космических излучений на материалы.

   Строительство ракет потребовало создания принципиально новых материалов, способных терпеть сверхнизкие и  сверхвысокие температуры, устойчивых к переменным нагрузкам, вибрациям, резкой смене напряжений. Такие материалы были созданы. Они нашли широкое применение в технике, в частности в тех областях, которые не  связанны с плазменными процессами. Космос предоставляет человеку для их получения идеальную среду. Почти полное отсутствие силы тяжести на борту космического аппарата, глубокий вакуум, зачастую мешающие космонавтам и усложняющие работу некоторых бортовых приборов и систем, в данном случае выступают в качестве позитивного явления.

 Ограничение веса и габаритов приборов - необходимое требование успешного проведения исследований в космосе - оказало существенное действие на улучшение в области миниатюризации технических средств, преимущественно в области электроники и вычислительной техники.

Решение задач, связанных с проникновением в глубины космоса, ускорило темпы совершенствования систем автоматического управления, радиотелевизионной аппаратуры, быстродействующих электронных машин. Космонавтика дала толчок развитию новых направлений кибернетики. 

  Во многом обязаны космическим исследованиям медицина и биология. Клиники получают  некоторые приборы, которые были созданы для целей космической медицины.

 Создание ОКС откроет большие перспективы и перед биологами. Проникнув в космос, они смогут полнее изучить влияние космической среды на живые организмы, в частности воздействие таких факторов, как ионизирующая радиация, невесомость, низкое атмосферное давление, колебания температуры, электромагнитные поля, необычный состав атмосферы.

 Представляет интерес проверка гипотезы К.Э. Циолковского о том, что в условиях невесомости все организмы, от самых простых до самых сложных, развиваются быстрее, чем в земных условиях. Требуют проверки предположения о положительном влиянии невесомости на некоторые сердечные и психические заболевания.

Все эти гипотезы можно будет подтвердить или отвергнуть лишь при создании длительно существующего на орбите «научно-исследовательского космического института»…

Важно изучить вопросы, связанные с приспособляемостью человека к тем условиям космического полета, которые нельзя устранить. Возможно, что удастся поставить опыты по определению генетических последствий первичной космической радиации и невесомости.

 Выращенные на МКС растения не уступают земным в урожайности и репродуктивности, и не подвержены мутациям. Согласно результатам проводимых на борту Международной космической станции экспериментов, лучше всего в условиях невесомости растёт горох, суперкарликовая пшеница и японская карликовая капуста Мизуна. Выращивание нескольких поколений этих культур на орбите показало, что они не подвергаются генетическим изменениям и мутациям, и пригодны для выращивания и, соответственно, потребления в условиях длительных космических полётов. То же относится и к гороху: за время исследований было получено четыре вегетации, причём растения в каждом следующем поколении показали тот же уровень урожайности и репродуктивности. Космонавты попробуют культивировать такие культуры как рис, томаты и сладкий перец: их еще никогда не пробовали выращивать в космосе. Полученные данные будут необходимы для обеспечения биокультурами экипажей длительных экспедиций, в том числе и для полетов к Марсу

В последние годы быстрыми темпами стало развиваться такое новое направление исследований, как космическая биотехнология, основной задачей которой является разработка методов получения в невесомости особо чистых лекарственных препаратов и биологически активных веществ (гормонов, витаминов, ферментов).

Интересно отметить, что у побывавших в космосе людей увеличивается рост. Это вызвано тем, что на позвоночник в невесомости воздействует пониженное давление. В среднем рост космонавта за время пребывания в космосе увеличивается на 5 сантиметров.

 Многие знают или догадываются, что в космосе любая жидкость тела (кровь, лимфа) равномерно распределяется по телу (на нее перестает действовать земная гравитация). Это вызывает отёк лица и закупоривание носового канала. В связи с этим также кости утрачивают кальций  и появляется почечная недостаточность, атрофируются мышцы, тем самым замедляя работу кишечника и учащается сердцебиение. Согласно результатам исследований, которые были проведены в космосе, космонавты, которые храпели во сне, пребывая на Земле, во время пребывания в космосе избавлялись от храпа.

 Искусственные спутники открыли новую эру в науке об измерении Земли — эру космической геодезии.   Основным методом космической геодезии является одновременное наблюдение с нескольких наземных пунктов. Таким образом, космическая геодезия позволяет уточнить форму Земли, точно определить координаты любых пунктов на поверхности нашей планеты, создать топографические карты на любые районы земной поверхности и определить параметры поля тяготения Земли.
               Все это даст возможность морскому флоту определять очертания материков и получать точные координаты островов, рифов, маяков и других морских объектов, авиации — определять координаты аэропортов, наземных ориентиров и станций наведения. Эти данные позволят выбирать наилучшие маршруты движения и обеспечат надежность и безопасность работы морского и воздушного транспорта.
               Космическая техника станет одним из самых эффективных средств в метеорологии, имеющей огромное экономическое значение.  За время одного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в 100 раз превышают информацию, поступающую со всех метеорологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара, которая является «белым пятном» для метеорологов.

 Уже первые метеорологические спутники дали много ценной для хозяйственной практики информации. Так, например, «Космос-144», входивший в экспериментальную метеорологическую систему «Метеор», обнаружил, что от о. Врангеля до Берингова пролива океан очистился от льда. Это позволило начать навигацию по Северному морскому пути на месяц раньше намеченного срока. Обнаружение тайфунов и ураганов с помощью спутников стало обычным явлением. Так были обнаружены ураганы «Бэтси», «Эстер», тайфуны «Ненси», «Памела». 

             С каждым годом все новые и новые кладовые Земли открывают с помощью космических методов геологи. Нефть и природный газ, железная руда и марганец, алюминий и олово, золото и алмазы, уран и каменный уголь – вот далеко не полный перечень тех жизненно важных материалов, которые самым непосредственным образом влияют на развитие нашей промышленности, на жизнь страны, на её рост могущество и процветание.    

          Общеизвестно, что необыкновенные возможности для улучшения связи, повышения ее оперативности и надежности открылись с запуском искусственных спутников Земли. Находясь в поле прямой радиовидимости большого числа удаленных, друг от друга, наземных пунктов, спутник позволяет объединить их сетью космической связи. В этом случае благодаря прямой видимости спутника с наземных пунктов используются информативные, короткие волны, что обеспечивает надежную и высокоэкономичную передачу большого объема информации на дальние расстояния.

 Космонавтика с ее небывало высокими требованиями к надежности систем и аппаратуры побуждает сегодня промышленность подтягиваться до высокого уровня, заставляет использовать новейшие достижения науки и техники, улучшать и модернизировать производство.

Роскосмос в качестве государственного заказчика несет ответственность за формирование государственной космической политики, развитие космической техники, создание и эксплуатацию космических комплексов научного назначения. В Роскосмосе идут работы над планом по созданию ракеты-носителя, обладающей очень высокой грузоподъемностью. Эта ракета может доставлять на околоземную орбиту груз до 150 тонн. С каждым годом все сильнее появляется необходимость в ракете такого класса.

             В скором времени вновь будут производиться полеты на Луну, а также планируется экспедиция на Марс. Чтобы путешественники смогли выходить в космос, необходима ракета с большой грузоподъемностью. Большой практический интерес представляет вынесение в космос, на орбиты искусственных спутников Земли или на Луну, части производственно-технических комплексов. На Луну могут быть вынесены вредные, горнодобывающие,   энергоемкие виды производства.

Космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — самые далекие и самые быстрые из объектов, созданные человеком. Вот уже несколько лет они летят сквозь границу Солнечной системы и скоро полностью покинут гелиосферу. Они передают данные, меняющие представление о нашей системе. Оказывается, Солнечную систему окружает магнитная пена, гигантские пузыри которой не только могут сильно влиять на нашу защиту от галактических космических лучей, но и искажать наше знание о Вселенной…

Причиной возникновения магнитных “пузырей” является вращение Солнца вокруг своей оси, в результате которого на пределе своего распространения магнитные линии “запутываются” и происходит их пересоединение. Эффект магнитного пересоединения  считается источником энергии солнечных вспышек, однако никто не ожидал встретить его на границе Солнечной системы. 

Выводы:

   Путь человечества к прогрессу лежит через освоение космического пространства. Уже сейчас мы каждый день сталкиваемся с  достижениями космонавтики: включая телевизор, разговаривая по телефону, слушая радио, узнавая прогноз погоды и т.д.  При этом значение космических исследований продолжает расти.

Освоение космоса позволило использовать великолепные технические средства - радиовещательные и телевизионные спутники для образовательных целей. Широкие массы населения планеты могут получить систему образования, построенного на использовании мировых космических систем связи и телевидения. Радио - и телепередачи через спутники позволят решать проблемы ликвидации неграмотности, повышать образовательный ценз детей и взрослых и т.п. Таким образом, космос и образование оказались элементами двуединого процесса: без глубоких знаний невозможно покорение космоса, последнее же в свою очередь, дает эффективное средство для всестороннего совершенствования и развития образования.
              Космонавтика нужна науке - она грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, самого человека. С каждым днем все более расширяется сфера прикладного использования космонавтики. Служба погоды, навигация, спасение людей и спасение лесов, всемирное телевидение, всеобъемлющая связь, сверхчистые лекарства и полупроводники с орбиты, самая передовая технология - это уже и сегодняшний день. А впереди - электростанции в космосе, удаление вредных производств с поверхности планеты, заводы на околоземной орбите и Луне, и т.д.
        Справедливо будет сказать, что двадцатое столетие по праву называют "космическим веком". Космическое будущее человечества - залог его непрерывного развития на пути прогресса и процветания, о котором мечтали и которое создают те, кто работал и работает сегодня в области космонавтики и других отраслях народного хозяйства.

Список используемой литературы

1. Большой А.А., Мещеряков И.В., Сильвестров С.Д.. «Космос-Земля». М; «Наука» 1981 г.
2. Газенко О.Г., Пестров И.Д., Макалов В.И. «Человечество и космос» М; «Наука» 1987 г.
3. Гильберг Л.А. «От самолета к орбитальному комплексу» М; «Просвещение» 1992 г.
4. Коваль А.Д., Тюрин Ю.А. «Космос – земле» М; «Знание» 1989г.
   «Космическая техника» под редакцией К. Гэтланда. М;
   «Мир». 1986 г.
   Сильвестров С.Д. «Мировое освоение космических пространств». М; «Наука» 1982 г.
5. www.federalspace.ru