Проблемы полетов к планетам Солнечной системы

Введение
Проблемы овладения космическим пространством привлекают внима¬ние мировой научной общественности. Повышенный интерес к этим про¬блемам связан, прежде всего, с теми колоссальными успехами в развитии ракетной техники и реактивной авиации, которые достигнуты в последнее время, а также с открытием возможности использования атомной энергии" в мирных целях.
Во многих странах начали работать многочисленные комитеты и ко-миссии, научные ассоциации и институты по различным вопросам космо-навтики. Мысль о завоевании космического пространства овладела умами многих тысяч крупных специалистов — инженеров и техников, а сама за-дача осуществления космических полетов приобрела международный характер.

1. Историческое развитие межпланетных полетов с момента начала космической эры

В январе 1959 года состоялся запуск самой первой АМС – Луна-1. Изначально предполагалось достижение станцией поверхности Луны и установление советской символики. Аппарат достиг второй космической скорости, однако через несколько часов стало ясно, что станция пройдёт мимо цели и отправится в путешествие по орбите вокруг Солнца, на манер планеты, потому аппарату дали новое название – «Мечта». Однако уже в сентябре этого же года АМС Луна-2 успешно доставила советский вымпел на поверхность нашего спутника, а в октябре АМС Луна-3 провела фотосъёмку поверхности, благодаря которой мир впервые смог увидеть обратную сторону Луны.
Уже в 1962 году пмериканская АМС Маринер-2 становится первой успешной миссией к другой планете. Аппарат прошёл вблизи Венеры и передал первые данные о планете.
Позднее, в июле 1964 года АМС Рейнджер-7 перед столкновением с Луной делает и передаёт несколько качественных снимков поверхности спутника с близкого расстояния.
В следующем 1965 году АМС Маринер-4 пролетает около Марса, фотографирует и передаёт на Землю первые снимки планеты крупным планом. Правда на снимках не обнаруживается ничего интересного – безжизненная поверхность с кратерами, как на Луне.
И уже в январе 1966 года советская АМС Луна-9 впервые в мире совершает мягкую посадку на Луну и передаёт панорамные снимки поверхности 2, с. 14.
А в 1967 году АМС Венера-4 совершает спуск в атмосфере Венеры и проводит первые прямые измерения температуры, давления и химического состава. Предполагалась также посадка на поверхность, однако никто в то время и не подозревал, насколько суровы условия на планете, потому зонд был рассчитан на давление в 15 атмосфер, чего естественно было недостаточно, и станция оказалась раздавлена где-то в 25 км над поверхностью планеты. Данные об атмосфере позволили в дальнейшем подготовить более крепкие аппараты, способные функционировать на поверхности Венеры.
АМС Венера-7 в августе 1970 года впервые совершает мягкую посадку на Венеру и в течение 20 минут передаёт информацию об условиях на поверхности планеты. В сентябре этого же года АМС Луна-16 в автоматическом режиме производит забор лунного грунта и доставляет на Землю, а в ноябре АМС Луна-17 доставляет на поверхность спутника аппарат Луноход-1, который в течение многих месяцев занимается исследованием и фотографированием Луны, передвигаясь по её поверхности.
В следующем 1971 году АМС Маринер-9 стала первой не пролётной станцией, направляемой к Марсу, а вышла на орбиту планеты с целью проведения картографирования поверхности. Однако когда станция уже подлетала, на Марсе поднялась мощная пылевая буря, закрывшая обзор. Переждав бурю, аппарат успешно справился со своей задачей. Снимки именно этой станции впервые позволили увидеть Марс таким, каким он известен сейчас. Параллельно с Маринером-9, Марс исследовался советскими АМС Марс-2 и Марс-3, на каждом из которых имелся спускаемый аппарат для посадки на планету. Однако мягкую посадку удалось совершить только Марсу-3, который смог передать первый в истории снимок поверхности Марса. Правда неполный и нечёткий, поскольку передача длилась всего 15 секунд, после чего связь с аппаратом прервалась навсегда, по-видимому, как раз из-за пылевой бури 5, с. 82.
1973 год стал годом, когда Пионер-10 становится первой АМС, успешно достигнувшей внешней Солнечной системы. Зонд пересёк пояс астероидов, а затем пролетел вблизи Юпитера, провёл исследования его атмосферы, магнитного поля, спутников и передал пусть не очень качественные, но снимки с близкого расстояния. Информация, собранная Пионером, оказала решающее значение при разработке уже планировавшихся тогда более совершенных АМС серии Вояджер. Под воздействием гравитации Юпитера, Пионер-10 смог развить скорость достаточную для того, чтобы улететь из Солнечной системы. После завершения миссии у Юпитера, станция оставалась на связи ещё в течение 30 лет, за это время она улетела на 12 млрд. км от Солнца, а в настоящее время она находится уже более чем в 16 млрд. км.
АМС Маринер-10 – первая и, долгое время остававшаяся единственной, станция, побывавшая в окрестностях ближайшей к Солнцу планеты – Меркурия, по пути к которому также было проведено исследование Венеры. Случилось это в 1974 году. Близнец Пионера-10 – АМС Пионер-11, также успешно достигла Юпитера и провела его исследования, но в отличие от Пионера-10, в дальнейшем планировалось ещё и совершить пролёт вблизи Сатурна.
2. Современные проблемы межпланетных полетов
Первые полеты в межпланетном пространстве были сопряжены со следующими проблемами недостаточного технического развития:
1. Соответствующей ракеты-носителя для старта с Земли.
2. Космических «такси» и соответствующих вспомогательных орбитальных летательных аппаратов.
3. Экологической системы (полузамкнутой), рассчитанной на длительный период времени.
4. Ряда эксплуатационных отсеков космического летательного аппарата, входящих в состав так называемого обитаемого отсека: укрытия от излучения, командного отсека с системой обнаружения неисправностей и технического обслуживания космического корабля, экологического отсека (содержащего вышеупомянутую экологическую систему) и других, таких, как ремонтный отсек («мастерская»), отсек обработки и передачи данных и генерирования электрической энергии.
5. Отсеков подготовки старта с орбиты, обеспечивающих стыковку, заправку топливом и проверку систем космического корабля во время подготовки его к старту; управление этими отсеками осуществляется из обитаемого отсека.
6. Возвращаемого отсека, предназначенного для входа в атмосферу Земли со скоростью не менее 12,8 км/сек, а возможно, и до 15,2 км/сек.
7. Отсеков силовых установок межпланетного корабля (называемого также гелиоцентрическим межорбитальным космическим кораблем - ГМКК).
8. Орбитальных топливозаправщиков, снабжающих отсеки силовых установок ГМКК топливом, что облегчает задачу выведения ГМКК на орбиту, и компенсирующих неизбежные потери топлива на орбите.
9. Космического аппарата для исследования планеты-цели, если программой полета предусмотрено такое исследование 1, с. 313.
Межпланетные корабли с продолжительностью полета от 400 до 6000 суток должны иметь также бортовое оборудование для проверки систем корабля и его ремонта; это оборудование размещается в обитаемом отсеке. В начале сборки на орбите этот отсек доставляется первым и используется в дальнейшем как установка для старта с орбиты. В своем первоначальном виде обитаемый отсек отличается от летного варианта. Отсеки подготовки старта с орбиты стыкуются с обитаемым отсеком, а отсек силовой установки для маневрирования обитаемого отсека занимает пространство, в котором в летном варианте размещается возвращаемый на Землю отсек 9, с. 107.
Все множество вариантов исследования планет с помощью межпланетных летательных аппаратов можно разбить на три группы: 1) разведка и наблюдение с орбиты; 2) изучение планет с помощью автоматических зондов, отделяемых от пилотируемых космических кораблей, находящихся на орбите; 3) высадка на поверхность планеты. Варианты первой и второй групп можно осуществить как при пролете корабля мимо планеты, так и при полете с захватом корабля планетой. Варианты третьей группы можно выполнить только при полете с захватом корабля планетой. С точки зрения требований к полезному грузу, доставляемого к планете, самой простой является первая группа вариантов исследований с захватом корабля планетой, поскольку техника наблюдения и разведки планет была высоко развита уже в конце 60-х годов на примере исследования Земли. Сложнее удовлетворить эти требования в условиях полета с пролетом мимо планеты, так как информация о таких полетах значительно беднее. То же самое можно сказать и относительно второй группы вариантов исследований. И в этом случае было бы легче удовлетворить поставленные требования в условиях полета с захватом корабля планетой, используя накопленный опыт исследования поверхности Луны с помощью автоматических зондов, спускаемых с лунной орбиты. Высадка на поверхность планеты относится к наиболее трудно выполнимым задачам 3, с. 247.
Ниже перечислены некоторые основные требования к составу полезного груза, доставляемого к планете-цели для выполнения широкого спектра задач от полетов пролетного типа до перспективных полетов с высадкой на планету.
Заключение
Межпланетный космический полет или межпланетное путешествие-это путешествие с экипажем или без экипажа между звездами и планетами, обычно в пределах одной планетной системы. На практике космические полеты такого типа ограничиваются путешествиями между планетами Солнечной системы. Орбитальные аппараты и посадочные аппараты возвращают больше информации, чем полетные миссии.
Был разработан ряд методов, позволяющих сделать межпланетные полеты более экономичными. Достижения в области вычислительной техники и теоретической науки уже улучшили некоторые методы, в то время как новые предложения могут привести к улучшению скорости, экономии топлива и безопасности.