Среда, 26.04.2017, 14:53
Приветствую Вас Гость | RSS
Четырнадцатая олимпиада посвящена 100-летию выдающегося советского авиаконструктора Р.Е.Алексеева
QR-код сайта
Форма входа
...
Главное меню
ОБЩАЕМСЯ
Архив
...
Грант Президента
Поиск
Система Orphus
Главная » Статьи » Архив работ » Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год)

Какое будущее у аэрокосмического транспорта?

Автор: Кузьминова Анастасия Олеговна
Возраст: 14 лет
Место учёбы: г.Вологда, МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка"
Город: Вологда
Руководители: Чуглова Анна Брониславовна, педагог физики в старших классах МОУ "СОШ №1 с углубленным изучением английского языка";
Кузьминов Олег Александрович.

Историко-исследовательская работа по теме:

КАКОЕ БУДУЩЕЕ У АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА?

План:

  • 1. Введение
  • 2. Основная часть
  •     2.1 История развития аэрокосмических кораблей;
  •     2.2 Перспективные транспортные корабли будущего;
  •     2.3 Основные направления использования и развития перспективных транспортных систем (ПТС) ;
  • 3. Вывод
  • 4. Источники информации.

1.Введение

        Впервые программу освоения космоса сформулировал К.Э.Циолковский, в которой ключевая роль принадлежит транспортным космическим системам. В настоящее время аэрокосмический транспорт используются для: научного исследования планет и космического пространства,  решения военных задач, запуска искусственных спутников земли, строительства и обслуживание орбитальных станций и производств,  транспортировки грузов в космосе, а так же в развитии космического туризма.

        Космический корабль - это летательный аппарат, предназначенный для полета людей и перевозки грузов в космическом пространстве. Космические корабли для полета по околоземным орбитам, называют кораблями-спутниками, а для полета к другим небесным телам — межпланетными кораблями. На начальном этапе, транспортные космические корабли демонстрировали возможности космической техники и решения отдельных прикладных задач. В настоящее время перед ними стоят глобальные практические задачи, направленные на эффективное и рентабельное использование космоса.

     Для достижения этих целей, необходимо решить следующие задачи:

- создание универсальных, многоразовых космических кораблей;

- использование силовых установок с более эффективными и недорогими видами топлива;

- увеличение грузоподъемности   ПТС;

- экологическая и биологическая безопасность кораблей.

 

Актуальность:

      Создание аэрокосмического транспорта будущего, позволит:

- летать, на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния;

- активно осваивать околоземное пространство и другие планеты;

- укреплять обороноспособность нашего государства;

- создание космических электростанций и производств;

- создание крупных орбитальных комплексов;

- добывать и перерабатывать полезные ископаемые Луны и других планет;

- решение экологических проблем Земли;

- вывод искусственных спутников земли;

- развивать аэрокосмический туризм.

Цели и задачи:

- изучить историю развития космических кораблей России и США;

- сделать сравнительный анализ использования аэрокосмического транспорта будущего;

- рассмотреть основные направления использования ПТС (перспективных транспортных систем);

- определить перспективы развития транспортных систем.

2.Основная часть.

2.1 История развития аэрокосмических кораблей.

    В 1903 году российский ученый К.Э.Циолковский спроектировал ракету для межпланетных сообщений.

      Под руководством  Сергея Павловича Королева, была создана первая в мире ракета Р-7 («Восток»), которая 4 октября 1957 года запустила в космос первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года, космический корабль совершил первый полет человека в космос.

      На смену ракетам «Восток» пришло новое поколение одноразовых  космических кораблей: «Союз», «Прогресс» и «Протон», их конструкция оказалась простой, надежной и дешевой, она применяется до сегодняшнего дня, и будет использоваться в ближайшем будущем.

         «Союз» сильно отличался от  ракеты «Восток» большими размерами, внутренним объемом и новыми бортовыми системами, которые позволяли  решать задачи, связанные с созданием орбитальных станций. Первый запуск ракеты состоялся 23 апреля 1967 года. На базе космического корабля «Союз» была создана серия транспортным беспилотных грузовых  космических кораблей  «Прогресс», которая обеспечивала доставку грузов на космическую станцию. Первый запуск состоялся 20 января 1978 года. «Протон» - ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначена для выведения в Космос орбитальных станций, пилотируемых космических кораблей, тяжелых спутников Земли и межпланетных станций. Первый запуск осуществился  16 июля 1965 года.

         Среди американских космических кораблей хотелось отметить «Аполлон» - единственный на данный момент космический корабль в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты, преодолевали притяжения Земли, совершали успешную посадку астронавтов на Луну и возращение их на Землю. Корабль состоит из основного блока и лунного модуля (посадочная и взлетная ступени), в которой астронавты совершают посадки и стартуют с Луны. С 1968 по 1975 было запущено в небо 15 космических кораблей.

     В далеких 70-х годах инженеры мечтали создать космические корабли будущего, которые в состоянии были бы перевозить грузы и людей на орбиту, а затем благополучно возвращаться на Землю, и заново быть в строю. Американской разработкой был многоразовый транспортный корабль «Спейс Шаттл», который планировалось использовать, как челнок между Землей и околоземной орбитой, доставляя полезные грузы и людей туда и обратно.Полеты в космос осуществлялись 135 раз с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.

     Советско-российской разработкой стал многоразовый транспортный крылатый космический корабль «Буран». Важным шагом на пути освоения космического пространства стала разработка универсальной ракетно-космической системы многоразового использования «Энергия-Буран». Которая состоит из сверхмощного ракетоносителя «Энергия» и орбитального многоразового корабля «Буран».

Данный корабль способен доставлять на орбиту до 30 тонн груза. Орбитальный корабль «Буран» предназначен для выполнения транспортных и военных задач, а так же орбитальных операций в космосе. После выполнения задач, корабль способен самостоятельно производить спуск в атмосфере, и горизонтальную посадку на аэродром. Первый полет совершил 15 ноября 1988 года. Проекты многоразовых космических кораблей дорогостоящие, и в настоящее время ученые совершенствуют и снижают эксплуатационные затраты, которые эффективно позволят использовать данный тип космических кораблей в будущем при создании космических производств, многоразовые корабли будут экономически эффективны, так как потребуется интенсивная эксплуатация транспортных систем.

2.2 Перспективные транспортные корабли будущего.

      В настоящее время космическая отрасль не стоит на месте, и создается много новых и перспективных транспортных кораблей будущего:

     Космический ракетный комплекс «Ангара» - семейство разрабатываемых перспективных ракет-носителей модульного типа с многоразовыми кислородно-керосиновыми двигателями. Ракеты предполагаются 4-х классов (лёгкий, средний, тяжелый и сверхтяжелый). Мощность этой ракеты реализуется с помощью различного числа универсальных ракетных модулей (от 1 до 7), в зависимости от класса ракеты. Первый запуск ракеты, легкого класса состоялся 9 июля 2014 года. Запуск ракеты тяжелого класса «Ангара-5» состоялся 23 декабря 2014 года.

Достоинства ракетоносителя Ангара:

 -быстрая сборка ракеты из готовых модулей, в зависимости от требуемой грузоподъемности;

 - запуск ракеты адаптирован с  российских космодромов;

 - ракета полностью производится из российских комплектующих;

 - используется экологически чистое топливо;

 - в перспективе, планируется выпуск двигателя первой ступени в многоразовом исполнении.

      Многоразовые транспортные системы («Русь»).  Перспективная пилотируемая транспортная система (ППТС) «Русь»- многоцелевой пилотируемый многоразовый космический корабль. ППТС будет выполнен в модульном исполнении базового корабля в виде функционально законченных элементов – возвращаемого аппарата и двигательного отсека. Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Первый запуск планируется к 2020 году.

Создан для выполнения следующих задач:

 - обеспечение национальной безопасности;

 - беспрепятственный доступ в космос;

 - расширение задач космических производств;

 - полет и посадка на Луну.

       Пилотируемый многоразовый космический корабль «Орион» (США).

Корабль планируется бескрылым, с многоразовой возвращаемой частью усечено-конической формы. Предназначен для доставки людей и грузов в космос, а так же для полетов к Луне и Марсу. Первый запуск осуществился 5 декабря 2014 года. Корабль удалился на расстояние 5,8 тысяч км, а затем вернулся обратно на Землю. При возращении, корабль прошел плотные слои атмосферы со скоростью 32 тысячи км\ч, а температура поверхности корабля достигала 2,2 тысяч градусов. Все испытания космический аппарат выдержал, а значит пригоден для полетов с людьми на дальние расстояния. Начало полетов к другим планетам планируется на 2019-2020 г.

       Многоразовый транспортный космический корабль «Dragon Space X» (США). 

Предназначен для транспортировки полезных грузов и людей. Первый полет состоялся 1 декабря 2010 года. На борту может находиться экипаж до 7 человек и 2 тонны полезных грузов. Длительность полетов: от 1 неделе до 2 лет. Успешно эксплуатируется и планируется выпуск транспортного корабля в различных модификациях.  Основным недостатком является дорогостоящая эксплуатация данного типа космических кораблей. В ближайшем будущем на «Dragon Space X» планируется многократное использование первой и второй ступени, что существенно позволит удешевить космические запуски.

        

       Рассмотрим перспективные транспортные космические корабли, которые будут летать на сверхдальние расстояния.

          Межпланетный космический корабль «Пилигрим».  В США создана программа NASA (национальное управление по воздухоплаванию и следованию космического пространства) по проектированию межпланетного космического корабля, на базе миниатюрного ядерного реактора. Планируется, что силовая двигательная установка будет комбинированная и атомный реактор начнет работать, когда корабль покинет орбиту земли. Кроме того после выполненной миссии корабль будет выведен на траекторию, на которой он будет удаляться от нашей земли. Такой тип энергоустановки является очень надежным и не окажет негативного влияния на окружающую среду земли.

         Наша страна является мировым лидером в области космической энергетики. В настоящее время разрабатывается транспортно-энергетический модуль на основе ядерно-энергетической силовой установки мегаваттного класса. Над данной программой работают практически весь научный потенциал России. Запуск космического корабля с ядерной энергоустановкой планируется в 2020 году. Такой вид энергоустановки сможет работать длительное время без заправки топливом.  Транспортные корабли с АЭУ (атомной энергоустановкой) смогут летать на сверхдальние, практически не ограниченные расстояния, и позволят освоению дальнего космоса.

                Сравнительная таблица перспективных космических кораблей.

Космический корабль

Тип

Страна

Дальность полета

Двигатель

Грузоподъемность

Дата первого запуска

Космический ракетный комплекс «Ангара»

Ракета-носитель (многоразовый)

Россия

Около -

земная

Кислородно-керосиновый

От 1,5 до 35 т

9 июля 2014 г; 23 декабря 2014

Многоразовые транспортные системы «Русь»

Пилотируемый, многоразовый

Россия

Меж -

планетная; Луна, Марс

Твердо -

топливный

0,5 т

2018 г

«Орион»

Пилотируемый, многоразовый

США

Луна, Марс

-

70 т

 5 декабря 2014 г

«Dragon Space X»

Пилотируемый, многоразовый

США

Около -

земная

-

6 т

1 декабря 2010 г

«Пилигрим»

Многоразовый

США

Меж -

планетная

Ядерный, комбинированный

-

2020 г

Транспортно-энергетический модуль

многоразовый

Россия

Сверх -

дальние расстояния

Ядерный, комбинированный

-

2019 г

 

Наиболее перспективным транспортным кораблем будущего, является корабль с атомной энергосиловой установкой, т.к. он имеет энергоемкий двигатель, и может летать на сверхдальние расстояния. Ядерная система превосходит в 3 раза обычные установки. После решения вопросов с безопасной эксплуатацией, данный тип кораблей сможет сделать прорыв в изучении космического пространства.

 

2.3 Основные направления использования и развития ПТС (перспективных транспортных систем)

Основные направление использования  ПТС

Научное

Промышленное

Туристическое

Военное

Исследование космоса и др. планет

Исследование и научные работы в космосе

Вывод грузов и спутников Земли на околоземную орбиту

Строит-во и обслуживание орбитальных комплексов

Создание и обслуживание космических электростанций и производств

Перемещение полезных грузов с других планет

 

 

 

Для создания аэрокосмического транспорта будущего, необходимо решить следующие задачи:

- силовые установки ТС должны быть оснащены более емкими источниками энергии, по сравнению с используемым сейчас топливом (ядерные энергосиловые установки, плазменные и ионные двигатели);

- перспективные силовые установки должны быть модульного исполнения, в зависимости от дальности полетов. Силовые установки должны выполняться малой, средней и большой мощности. Малая – для обслуживания околоземных орбит, средняя – транспортировка грузов на Луну и др. ближних планет, большая – для полетов межпланетных комплексов на Марс и др. дальние планеты. Межпланетные пилотируемые комплексы  на дальние расстояния, из-за большого веса, должны собираться из модулей на околоземной орбите. Стыковка этих модулей должна производиться автоматически, без участия человека.

- перспективные системы должны обладать высокой степенью надежности, для обеспечения экологической безопасности;

- космические корабли должны выполняться в пилотируемых и беспилотных режимах, с возможностью дистанционного управления с Земли. Для выполнения пилотируемых полетов космические межпланетные корабли должны иметь все виды защит, для нормального существования всех членов экипажа.

3. Вывод

В работе приведены примеры последних  перспективных разработок транспортных систем России и США, которые будут строиться по следующим принципам:

- универсальное модульное исполнение;

-использование энергоэффективных силовых установок;

- возможность сборки модулей в космосе;

- высокая степень автоматизации ТС;

- возможность дистанционного управления;

- экологическая безопасность;

- безопасная эксплуатация корабля и членов экипажа.

После решения этих задач, ПТС позволят активно осваивать космическое пространство, создавать производства в космосе, развивать космический туризм, решать научные и военные задачи.

Несмотря на то, что удалось собрать немало информации, работу хотелось бы продолжить по следующим направлениям:

- применение новых видов топлива на ПТС;

- совершенствование систем безопасной эксплуатации комических кораблей будущего.

 4. Источники информации:

1. Ангара – ракета-носитель, - Википедия – свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/ангара_(ракета-носитель), дата обращения 29.11.2014;

2. Грязнов Г.М. Космическая атомная энергетика и новые технологии (Записки директора), -М:ФГУП «ЦНИИатоминформ», 2007;

3. Емельяненков А. Буксир в невесомость, - Российская газета, http://www.rg.ru/2012/10/03/raketa.html, дата обращения 01.12.2014;

4. Королев Сергей Павлович, - Википедия – свободная энциклопедия, https://ru.wikipedua.org/wiki/Королев,_Сергей Павлович, дата обращения 28.11.2014;

5. Космический корабль «Орион», - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskiy_korabl_orion.html, дата обращения – 02.12.2014;

6. Космический корабль Русь, - Объектив Х, за гранью видимого, http://www.objectiv-x.ru/kosmicheskie-korabli-buduschego/kosmicheskij-korabl-rus.html, дата обращения 02.12.2014;

7. Легостаев В.П., Лопота В.А., Синявский В.В. Перспективы и эффективность применения космических ядерно-энергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок, - Космическая техника и технология №1 2013 г., Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П Королева, http://www.energia.ru/ktt/archive/2013/01-01.pdf, дата обращения 23.11.2014;

8. Перспективная пилотируемая транспортная система, -Википедия – свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/перспективная_пилотируемая_тринаспортная_система, дата обращения 24.11.2014;

9. Спейс шаттл, - Википедия – свободная интернет энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/wiki/спейс_шаттл, дата обращения 02.12.2014;

10. Энциклопедия крылатого космоса Буран.ру, http://www.buran.ru/, дата обращения 21.11.2014.

Категория: Двенадцатая олимпиада (2014/15 уч.год) | Добавил: Service (03.11.2014) | Автор: Кузьминова Анастасия E W
Просмотров: 6288 | Комментарии: 5 | Рейтинг: 3.4/12
Всего комментариев: 5
4  
вроде бы насколько слышал сейчас идет разработка или просто выдвинули предположения создания двигателя для световых скоростей полета, основная идея будет состоять за счет сжимания и расширения пространства....

5  
Данияр, привет!
В моей работе я рассматривала перспективные транспортные корабли, которые могут быть созданы в обозримом будущем. А ПТС со световыми скоростями - это следующий этап развития космоса. Один из таких кораблей описал в 1985 году американский ученый-физик - Роберт Форвард, который приводился в движение микроволновым лучём. Для практического воплощения этой идеи потребуется: - создать сверхмощные источники энергии (в 10 тыс. раз больше производимой сейчас на Земле энергии);
- научиться фокусировать и передавать ее на огромные расстояния в космическом пространстве. По данной причине, данный тип космических кораблей я не стала рассматривать в своей работе.

2  
Настя удачи!!!

3  
Спасибо большое Данияр за оказанное внимание!!! Очень рада, что не забываешь меня) С Новым годом!!

1  
Дальнейшее развитиекосмонавтики определяется необходимостью интенсивной эксплуатации космических
станций, развития систем глобальной связи и навигации, мониторинга окружающей
среды в планетарном масштабе. Для этих целей в ведущих странах мира ведутся
разработки воздушно-космических самолетов (ВКС) многократного использования,
которые позволят существенно снизить стоимость доставки грузов и людей на
орбиту. Это будут системы, характеризующиеся возможностями, наиболее актуальные
из которых следующие:•многоразовое использование для вывода на орбиту производственных и
научно-технических грузов с относительно небольшим промежутком времени между
повторными вылетами;
• возвращение аварийных и отработавших конструкций, засоряющих космос;•спасение экипажей орбитальных станций и космических кораблей в аварийных
ситуациях;•срочная разведка районов стихийных бедствий и катастроф в любой точке земного
шара.В странах с развитымиавиационно-космическими технологиями достигнуты большие успехи в области
высоких скоростей полета, которые определяют потенциальную возможность создания
широкого спектра гиперзвуковых воздушно-реактивных самолетов. Есть все
основания полагать, что в будущем пилотируемая авиация освоит скорости от чисел
Маха M = 4-6 до M = 12-15 (пока держится рекорд
M = 6,7, установленный еще в 1967 г. американским
экспериментальным самолетом Х-15 с ракетным двигателем).
В настоящее времячеловечество так и не смогло освоить близлежащие планеты. Ввиду ограниченных
запасов пищи, чистой воды и не возобновляемых источников энергии дальнейший
рост экономик ряда стран мира будет связан с ростом цен на различные товары,
включая топливо. Разработанный способ «Антиинфляционное колесо времени»
особенно актуален в тех странах, где наблюдается гиперинфляция. Полезен он
может быть и в сфере торговли между разными странами. В общем, применение
предлагаемого способа сделает возможным снижение роста инфляции, продуктивную
политику против неоправданного завышения цен, эффективную борьбу с бедностью,
повышение потребительского спроса.
http://www.nauka-tehnika.com.ua/nt....shchegohttp://www.nt-magazine.ru/nt/node/6748http://readings.gmik.ru/lecture....OTRASLI

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Переводчик
...
ВНИМАНИЕ!
14-Я ОЛИМПИАДА ЗАВЕРШЕНА!
ИТОГИ ПОДВЕДЕНЫ!
ПРИЁМ ЗАЯВОК НА УЧАСТИЕ В 15-Й ОЛИМПИАДЕ НАЧНЕТСЯ
1 ОКТЯБРЯ 2017 ГОДА!

Google+
Их многие читают
Щур Илья Андреевич (8833)
Бадакова Анастасия (6309)
Кузьминова Анастасия Олеговна (6209)
Чеховская Алена Алексеевна (4390)
Кошманов Илья Игоревич (4135)
Иванов Семен Владимирович (3882)
Пушинская Кристина Валерьевна (3810)
Беляева Александра Сергеевна (3732)
Ахметшин Тимур (3565)
Рафаэль (3379)
Мини-чат
Техподдержка
E-mail отправителя *:


Тема письма:


Текст сообщения *:



Форум техподдержки
Наш логотип
«Олимпиада Можайского»
Организатор

Copyright: Клуб авиастроителей ©2017