Влияние физики на космонавтику: Физика и астрономия

Физика и астрономия

Физика и астрономия тесно связаны между собой. В течение многих  веков астрономия была привязана к Земле.
Так, движение Луны вокруг Земли и падение тел на Землю происходят по одной и той же причине – силе тяготения. Одинаковы процессы, происходящие, например, в недрах Солнца и в ускорителях частиц, установленных на Земле. Развитие физики приводит к новым открытиям и в астрономии. В частности, изучить строение и состав звезд стало возможным благодаря использованию специальных физических методов исследования. Космические полеты стали реальными, когда научились рассчитывать траектории космических кораблей и создавать специальные материалы, обладающие необходимыми свойствами: прочностью, легкостью, жаростойкостью и т.п.

Еще на заре человеческого общества у людей возникла необходимость ориентироваться при передвижении к своему жилищу, к местам охоты и т.д. По мере развития земледелия появилась потребность в отсчете времени, например, для проведения сельскохозяйственных работ, в соответствии с наступлением того или иного времени года. Однако у древнего человека не было никаких приборов для измерения времени или расстояний. Именно по расположению и движению Солнца, Луны и звезд на небе люди уже более двух тысяч лет назад научились ориентироваться на местности и вести счет больших и малых промежутков времени. Так возникла потребность в изучении звездного неба и появилась еще одна наука – астрономия (слово «астрономия» образовано от греч. astron – звезда и nomos – закон).
Астрономия возникла и независимо развивалась практически у всех древних народов: в Вавилоне и Египте, Индии и Китае. Значительного расцвета она достигла в Древней Греции, поэтому многие астрономические термины имеют греческое происхождение, а некоторые пришли к нам из арабского языка.

Рис.1. «Небесный замок» (обсерватория)

 Так в 1576 г. датский король Фридрих II – усердный покровитель науки и искусств – назначил Тихо содержание  для астрономических исследований с астрономической     щедростью.
Венценосный «спонсор» отвел звездочету целый остров Вен в проливе Зунд для постройки дома и обсерватории, что обошлось королю в бочку золота. В добавление к ежегодному окладу в пользу Тихо отводились доходы от аренды острова местными крестьянами. Это был настоящий средневековый замок со шпилями, бойницами и даже тюрьмой, расположенной в подвале. .. (рис. 1). Тихо назвал его Ураниборгом (Небесным замком), а по-другому – «Дворцом Урании» (музы – покровительницы астрономии).

Стараясь вспомнить расположение звезд, человек мысленно объединял их в отдельные группы – созвездия. В те далекие времена в сознании людей знания о небе тесно переплетались с мифологией. В расположении звезд различные народы видели очертания того, что их окружало: всевозможных животных, рыб, птиц, предметов своего быта, а также героев легенд и сказаний. На рисунке 2 показана старинная звездная карта.

Рис.2. Старинная звездная карта

Постепенно человек все глубже познавал Вселенную. После великого открытия Н.Коперника (рис.3), предложившего гелиоцентрическую модель, непрерывно расширяются доступные для наблюдения пределы космического пространства. Передовые ученые разных стран продолжали делать выдающиеся открытия.

Рис.3. Николай Коперник

До середины XX века астрономы определяли размеры небесных тел и расстояния между ними, пользуясь телескопом и опираясь на физические законы. Они рассчитали, что от Земли до Солнца примерно 150 млн. км, и назвали эту величину астрономической единицей (а.е.). В а.е. принято измерять разные расстояния в Солнечной системе.
В таблице 1 приведены: среднее расстояние ro от Солнца до ближайших планет, выраженное в астрономических единицах, их период обращения Т и вторая космическая скорость ?2 на этих планетах.

Таблица 1

Некоторые характеристики ближайших планет Солнечной системы

 Сейчас более точные сведения получают с помощью радаров и космических аппаратов. А за пределами Солнечной системы астрономы измеряют расстояния световыми годами. Свет распространяется со скоростью 300.000 км/с, а значит, световой год – это примерно 10 млрд. км. Так как Млечный путь выглядит дисковидной спиралью, состоящей из множества вращающихся
вокруг его центра звезд, диаметр этого диска около 100.000 световых лет, а толщина в 100 раз меньше. От центра Галактики до Солнца около 33.000 световых лет, т.е. примерно две трети пути к краю диска. А наше Солнце совершает полный оборот вокруг центра своей Галактики за 226 млн. лет.
Для развития астрономии много сделано и делается в нашей стране. Еще в конце XVII века Петр I открыл в Москве в Сухаревской башне школу, где обучали астрономии. Затем в Петербурге открылась обсерватория при Академии наук. Для исследований строения звездного мира в 1839 году на Пулковских холмах под Петербургом, была построена крупнейшая обсерватория, названная астрономической столицей мира, куда приезжали учиться астрономы из Западной Европы и Америки. Наша астрономия занимает виднейшее место в мировой науке.

Первыми в истории человечества 4 октября 1957 года мы запустили искусственный спутник Земли. «Умом и глазом» астрономы проникли вглубь Вселенной на миллиарды световых лет или секстильоны километров. Но они не могли оторваться от Земли. Они смогли это сделать только 12 апреля 1961 года, когда на космическом корабле Восток (Рис. 4) Ю. А. Гагарин (Рис.5) совершил первый полет продолжительностью 108 минут. Теперь наступила эпоха, когда вселенную можно наблюдать и изучать не только с Земли, но и из космического пространства. А это открыло новые и невиданны еще перспективы познания Вселенной. С выходом человека в космическое пространство появились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычно расширилась возможность исследования первичных космических частиц, падающих на границу земной атмосферы: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходящих из космического пространства.

Рис.4. Космический корабль «Восток»

Рис.5. Ю.А. Гагарин первый в мире летчик-космонавт

ЧТО ИЗУЧАЕТ АСТРОНОМИЯ?

С древних времен и до наших дней астрономия изучает явления, происходящие с небесными телами  и их системами. К небесным телам относятся звезды, планеты, в том числе и Земля, спутники планет, например Луна, кометы, метеориты. Системы звезд и их скопления представляют собой галактики. Наша Земля является одной из планет солнечной системы (рис.6), в которую входят и другие планеты с их спутниками.
Астрономия также изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосферах планет, в звездах и в других небесных телах.

Рис.6. Планеты солнечной системы

  Астрономия не только раскрывает тайны глубин Вселенной, но и помогает людям в их практической деятельности: в составлении точных карт поверхности Земли, правильном определении курса кораблей и самолетов, Службе точного времени. На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Четыре десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычно расширившая наши представления о Вселенной.  Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн. Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере.

Современная астрономия включает в себя несколько разделов. Часть астрономии, изучающая происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos – вселенная и genos – происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят изменения.

Рис.7. К.Э.Циолковский

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах. Само слово «космос» – синоним Вселенной, и астрономы, изучающие ее строение, называются космологами.  Они пользуются самыми крупными и чувствительными телескопами, так как только они могут зарегистрировать слабый свет, доходящий до нас от далеких галактик. Космологами было установлено, что галактики – это основные «кирпичики» Вселенной. Они образуют скопления типа Местной группы, включающей наш Млечный путь. А эти группы составляют скопления высшего уровня (Местная групп входит в Местное сверхскопление), то есть образуются в системы еще более высокого порядка. Значительно увеличила возможности изучения Земли и других небесных тел космонавтика (от греч. kosmos + nautike – кораблевождение). Она изучает движение космических аппаратов в космическом пространстве. Основоположником космонавтики является выдающийся русский ученый К.Э. Циолковский (1857–1935) (рис.7). Он теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи ракет. Начало нашей практической космонавтике было положено запуском первого искусственного спутника Земли. Вскоре после этого, в 1959 году, были запущены советские межпланетные автоматические станции для исследования

 Луны, были получены фотографии ее стороны, невидимой с Земли.  К настоящему времени совершено уже более пятидесяти космических экспедиций. Если первый космический полет продолжался немногим более двух часов, то  позднее космонавты проводили на орбите более года. Они работали на орбитальных станциях «Салют» и «Мир» (рис. 8), выполняя различные научные исследования (См. Приложение).

Рис.8. Орбитальная станция «Мир»

Рис.9. Американские космонавты на поверхности Луны

Лучший результат показал комплекс  «Мир», почти непрерывно заселенный разными экипажами с 1986 – 1999 гг.

В 1969 году американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из корабля на поверхность Луны, и один из них фотографировал другого, который и изображен на рисунке 9. Передвигались они по Луне на вездеходе (рис.10).

Рис.10. Лунный вездеход

Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны, они продолжаются: уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру (рис.11).

Рис.11. Межпланетная станция к Марсу

Изучение возможности высадки на Марсе – главная цель строящееся сейчас международной станции (рис. 12). Следующими шагами человека в космосе станет создание лунных марсианских баз и обитаемых космических обсерваторий.

Рис.12. Международная  космическая станция

Одна из важнейших задач космонавтики – создать целый комплекс приборов и электронно-вычислительных машин, с помощью которых космонавты могут сами ориентироваться по звездам, находит свое место в космическом пространстве и рассчитывать поправки своей траектории; определять скорость, ускорения и точное направление своего движения; быстро обрабатывать полученные показания. Таким образом, космонавтика, это небесная механика и кинематика тел в физическом поле тяготения, это спектральный анализ, это радиосвязь и лазерная связь, это термодинамика и двигатели, то есть это все разделы физики и химии.
Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

А использование законов Ньютона позволило астрономам не только рассчитать размеры Солнечной системы, но и составить точный «график» движения планет (см. Приложение), их спутников и комет.
Развитие астрономии, в частности астрофизики и космонавтики, способствует развитию физики. Вселенная для ученых представляет собой как бы огромную физическую лабораторию. Вещество в ней находится нередко в таких состояниях, которые нельзя получить на Земле. Многие физические открытия были сделаны при анализе явлений в космосе. Так, газ гелий был открыт при исследовании солнечного света, а затем его обнаружили в атмосфере Земли.
Отсюда и его название – helios, в переводе с греческого означает Солнце. Открытие прибора спектроскопа (рис.13)  Бунзеном и Кирхгофом с телескопом позволило анализировать излучение Солнца и установить его химический состав.

Рис.13. Спектроскоп

Оказалось, что там присутствуют те же элементы, что и на Земле.
Спектроскоп может разложить пучок света от звезды на его цветовые составляющие. На фотопластинке регистрируется спектр звезды, полученный после разложения света призмой.
Астрономы изучают спектры звезд, чтобы узнать, из каких химических элементов они состоят. Спектральный анализ позволяет определить и скорость, с которой движутся относительно нас звезды, туманности и галактики.
Измерения с помощью спектроскопа показали, что звезды образованы раскаленными газами, а планеты только отражают их свет. Одни туманности оказались разреженными газовыми облаками, другие – звездными скоплениями. А к 1900 г. благодаря спектроскопу астрономы стали астрофизиками,  изучающими состав различных объектов Вселенной.
И в  настоящее время бурное развитие получила астрофизика. Это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При изучении этой части широко используют физические законы, поэтому она и получила такое название.
Теория относительности Эйнштейна подтвердилось во время солнечного затмения в 1919 году. Из нее следует, что Вселенная расширяется и это доказано наблюдениями астрономов, прежде всего Эдвина Хаббла (1889 – 1953) (рис. 14). Космические аппараты сделали снимки планет Солнечной системы, а новейшие телескопы позволили заглянуть в самые глубины Вселенной. Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например, в глубинах нашего Солнца. Появление  нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Рис. 14. Эдвин Хаббл

Связь физики с астрономией

Связь физики с астрономией

Астрономия изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосфере планет, в звездах и других небесных телах. Ведущим разделом современной астрономии является астрофизика.

Астрофизика — это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При этом широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название. Так, с одной стороны, астрофизика занимается разработкой и применением физических методов исследования небесных тел, а с другой — на основании законов физики дает объяснение наблюдаемым во Вселенной явлениям и процессам. Кроме того, астрофизика является важным стимулом для развития современной теоретической физики. Например, вопрос об атомной энергии начал разрабатываться на основе данных об энергетической светимости Солнца и звезд.

Наконец, астрономические наблюдения позволяют изучать поведение вещества в таких условиях, которые искусственным путем в земных условиях неосуществимы. С этой точки зрения Вселенную можно рассматривать как неповторимую и неисчерпаемую природную физическую лабораторию. Например, большинство так называемых элементарных частиц было открыто в космосе. Средняя энергия частиц первичного космического излучения (на верхней границе атмосферы) составляет около 104 МэВ. Отдельные частицы обладают энергией порядка 1012 МэВ, т. е. космические лучи являются источником частиц сверхвысоких энергий, еще не достигнутых в лабораторных условиях. При взаимодействии таких частиц с веществом происходят принципиально новые ядерные реакции, изучение которых углубляет наши знания о свойствах ядер и элементарных частиц.

Космос — это природная физическая лаборатория. В ней интенсивно происходят явления, невозможные в земных условиях (например, нагревание тел до миллионов градусов). В космосе есть небесные тела, подобные Земле, какой она была миллионы лет тому назад или какой она станет в далеком будущем. Поэтому, изучая космос, человек углубляет свои знания о Земле, в том числе и о самом себе.

Земля — это мизерная часть Вселенной. На процессы, протекающие в земной атмосфере, и на жизнедеятельность всех организмов на Земле существенное влияние оказывают другие планеты, а также Солнце и Луна. Это тоже объекты изучения астрофизики — науки, раскрывающей двери перед человечеством в огромнейший, удиви тельный и прекрасный мир звезд, комет, туманностей и галактик, определившей пространственные и временные масштабы этого динамического и сложного мира.

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos — Вселенная и genos — происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят физические изменения и процессы.

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Значительно увеличила возможности изучения Земли и других небесных тел космонавтика (от греч. kosmos + pautike — корабле вождение) — наука о полетах в космическое пространство; совокупность отраслей науки и техники, которые проводят исследования и освоение космического пространства для нужд людей с использованием космических летательных аппаратов. Космонавтика решает следующие проблемы: расчет траектории, конструирование космических ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых комплексов, систем связи и информации, создание бортовых систем обеспечения жизнедеятельности человеческого организма в условиях космического полета.

Основоположником космонавтики является выдающийся отечественный ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857 – 1935), который теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи ракет. На практике это осуществил академик Сергей Павлович Королев (1906 –1966). Начало практической космонавтике было положено 4 октября 1957 г., когда в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Вскоре после этого, в 1959 г., были запущены отечественные межпланетные автоматические станции для исследования Луны и получены фотографии ее обратной, не видимой с Земли, стороны. Cтарт «Востока»

12 апреля 1961 г. с первым в мире космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным (1934 – 1968) на борту открыл век космических полетов.

В 1969 г. американские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из космического корабля на поверхность Луны. Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны. Уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру. Обсуждается идея совместной экспедиции отечественных и американских астронавтов к планете Марс.

Единство законов природы для земных и космических явлений тесно связывает физику и астрономию. Так, движение планет вокруг Солнца и падение тел на землю происходит под действием одной и той же силы — силы тяготения (гравитационной). Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

Развитие астрономии, в частности астрофизики и космонавтики, способствует развитию физики. Вселенная для ученых представляет собой огромную физическую лабораторию. Вещество в ней находится нередко в таких состояниях, которые нельзя получить в земных условиях. Многие физические открытия были сделаны при анализе явлений в космосе. Так, инертный газ гелий (от греч. helios — Солнце) был открыт при исследовании солнечного света, а затем его обнаружили в атмосфере Земли.

На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно, сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в ей атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

В течение многих веков астрономия была привязана к Земле. Так, движение Луны вокруг Земли и падение тел на Землю происходят по одной и той же причине – силе тяготения. Одинаковы процессы, происходящие, например, в недрах Солнца и в ускорителях частиц, установленных на Земле. Развитие физики приводит к новым открытиям и в астрономии. В частности, изучить строение и состав звезд стало возможным благодаря использованию специальных физических методов исследования. Космические полеты стали реальными, когда научились рассчитывать траектории космических кораблей и создавать специальные материалы, обладающие необходимыми свойствами: прочностью, легкостью, жаростойкостью и т. п. Р. Фейнман писал: «Астрономия старше физики. Фактически физика и возникла из неё, когда астрономия заметила поразительную простоту движения звёзд и планет, объяснение этой простоты и стало началом физики. Но самым выдающимся открытием астрономии было открытие того, что звёзды состоят из таких же атомов, что и Земля.

Так физика помогает астрономии. Распределение вещества внутри Солнца мы знаем куда лучше, чем его распределения внутри Земли, недра звёзд известны нам гораздо лучше, чем это можно было бы ожидать, ибо мы умеем рассчитывать, что произойдёт с атомами звёзд при многих обстоятельствах».

Физика и астрономия развиваются в тесном взаимодействии, взаимно обогащая друг друга. С точки зрения физики, главным вопросом на ближайшие десятилетия будет вопрос: приведёт ли астрономия к изменению фундаментальных физических представлений? Примерами таких изменений могли бы явиться изменения фундаментальных физических констант со временем или отклонений от известных физических законов при больших плотностях внутри или вблизи огромных масс. По мнению известного советского физика академика В. Л. Гинзбурга «…поиски новых фундаментальных идей и представлений в астрономии заслуживают… самого пристального внимания, но…предвидеть здесь ничего не дано».
Следует отметить, что современный этап в развитии астрономии во многом благодаря физике, характеризуется бурным её расцветом. Астрономия, например, стала всеволновой – ныне исследования ведутся не только в узком оптическом диапазоне волн, а охватывают широкий спектр от гамма- и рентгеновских лучей до радиоволн.

Физика изучает общие законы природы, и поэтому многие естественные науки тесно связаны с физикой. В частности, существуют такие смежные разделы этой науки, как биофизика, геофизика, физическая химия и другие. Но особенно тесно связана с физикой астрономия.

Астрономия изучает движение звезд, планет, спутников, процессы, происходящие в атмосфере планет, в звездах и других небесных телах. Ведущим разделом современной астрономии является астрофизика.

Астрофизика — это часть астрономии, которая изучает физические свойства небесных тел и процессы, протекающие в них и в космическом пространстве. При этом широко используются физические законы, поэтому она и получила такое название. Так, с одной стороны, астрофизика занимается разработкой и применением физических методов исследования небесных тел, а с другой — на основании законов физики дает объяснение наблюдаемым во Вселенной явлениям и процессам. Кроме того, астрофизика является важным стимулом для развития современной теоретической физики. Например, вопрос об атомной энергии начал разрабатываться на основе данных об энергетической светимости Солнца и звезд.

Наконец, астрономические наблюдения позволяют изучать поведение вещества в таких условиях, которые искусственным путем в земных условиях неосуществимы. С этой точки зрения Вселенную можно рассматривать как неповторимую и неисчерпаемую природную физическую лабораторию. Например, большинство так называемых элементарных частиц было открыто в космосе. Средняя энергия частиц первичного космического излучения (на верхней границе атмосферы) составляет около 104 МэВ. Отдельные частицы обладают энергией порядка 1012 МэВ, т. е. космические лучи являются источником частиц сверхвысоких энергий, еще не достигнутых в лабораторных условиях. При взаимодействии таких частиц с веществом происходят принципиально новые ядерные реакции, изучение которых углубляет наши знания о свойствах ядер и элементарных частиц.

Космос — это природная физическая лаборатория. В ней интенсивно происходят явления, невозможные в земных условиях (например, нагревание тел до миллионов градусов). В космосе есть небесные тела, подобные Земле, какой она была миллионы лет тому назад или какой она станет в далеком будущем. Поэтому, изучая космос, человек углубляет свои знания о Земле, в том числе и о самом себе.

Земля — это мизерная часть Вселенной. На процессы, протекающие в земной атмосфере, и на жизнедеятельность всех организмов на Земле существенное влияние оказывают другие планеты, а также Солнце и Луна. Это тоже объекты изучения астрофизики — науки, раскрывающей двери перед человечеством в огромнейший, удиви тельный и прекрасный мир звезд, комет, туманностей и галактик, определившей пространственные и временные масштабы этого динамического и сложного мира.

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие небесных тел, называется космогонией (от греч. kosmos — Вселенная и genos — происхождение). Космогония отвечает на вопросы, как и когда возникли Вселенная, галактики, звезды, планеты, какие на них происходят физические изменения и процессы.

Космология представляет собой учение о Вселенной в целом, о ее наиболее общих свойствах.

Значительно увеличила возможности изучения Земли и других небесных тел космонавтика (от греч. kosmos + pautike — корабле вождение) — наука о полетах в космическое пространство; совокупность отраслей науки и техники, которые проводят исследования и освоение космического пространства для нужд людей с использованием космических летательных аппаратов. Космонавтика решает следующие проблемы: расчет траектории, конструирование космических ракет, двигателей, бортовых систем управления, пусковых комплексов, систем связи и информации, создание бортовых систем обеспечения жизнедеятельности человеческого организма в условиях космического полета.

Основоположником космонавтики является выдающийся отечественный ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857 – 1935), который теоретически обосновал возможность покорения космоса при помощи ракет. На практике это осуществил академик Сергей Павлович Королев (1906 –1966). Начало практической космонавтике было положено 4 октября 1957 г., когда в нашей стране был запущен первый искусственный спутник Земли. Вскоре после этого, в 1959 г., были запущены отечественные межпланетные автоматические станции для исследования Луны и получены фотографии ее обратной, не видимой с Земли, стороны.

Cтарт «Востока»12 апреля 1961 г. с первым в мире космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным (1934 – 1968) на борту открыл век космических полетов.

В 1969 г. американские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли из космического корабля на поверхность Луны. Космические исследования не ограничиваются изучением Земли и ее спутника Луны. Уже запущены автоматические межпланетные станции к Марсу, Венере, Юпитеру. Обсуждается идея совместной экспедиции отечественных и американских астронавтов к планете Марс.

Единство законов природы для земных и космических явлений тесно связывает физику и астрономию. Так, движение планет вокруг Солнца и падение тел на землю происходит под действием одной и той же силы — силы тяготения (гравитационной). Движение космических аппаратов осуществляется по законам, которые были открыты на Земле при изучении движения свободно падающих тел.

Развитие астрономии, в частности астрофизики и космонавтики, способствует развитию физики. Вселенная для ученых представляет собой огромную физическую лабораторию. Вещество в ней находится нередко в таких состояниях, которые нельзя получить в земных условиях. Многие физические открытия были сделаны при анализе явлений в космосе. Так, инертный газ гелий (от греч. helios — Солнце) был открыт при исследовании солнечного света, а затем его обнаружили в атмосфере Земли.

На протяжении тысячелетий астрономы получали только ту информацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно, сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно расширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметровых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной информации приносят из космоса другие виды электромагнитного излучения, которые не достигают поверхности Земли, поглощаясь в её атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультрафиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расширилась возможность исследования первичных космических частиц и излучений, приходящих из космического пространства. Объем научной информации, полученной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Используемые при этом методы исследования и регистрирующая аппаратура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астрономия превращается в молодую, бурно развивающуюся астрофизику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о процессах, происходящих в недрах космических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных частиц.

Ресурсы по физике и аэрокосмической отрасли

AB
11
Физика 20 (2007 г. , обновление 2014 г.)
Блок A: Кинематика

AB
11
Наука 20 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

AB
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

AB
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Раздел B: Поток энергии в технологических системах

AB
10
Наука 14 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

АВ
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль D: Безопасность движения, изменений и транспортировки

BC
11
Физика 11 (июнь 2018 г.)
Большая идея: движение объекта можно предсказать, проанализировать и описать.

до н.э.
12
Физика 12 (июнь 2018 г.)
Большая идея: измерение движения зависит от нашей системы отсчета.

МБ
10
Старший 2 науки (2001)
Кластер 3: В движении

МБ
11
Старший 3 Физика (2003)
Тема 3: Механика

NB
11
Физика 11 (2003)
Кинематика

Нидерланды
10
Наука 1206 (2018)
Блок 3: Движение

NL
11
Физика 2204 (2018)
Блок 1: Кинематика

NL
12
Физика 3204 (2019)
Блок 1: Движение

NL
12
Наука 3200 (2005)
Модуль 2: Движение и его приложения

NS
10
Наука 10 (2012, 2019)
Физические науки: движение

NS
11
Физика 11 (2021)
Кинематика

НУ
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г. , обновлено в 2014 г.)
Блок A: Кинематика

NU
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

НУ
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (2006)
Блок B: Понимание технологий передачи энергии

NU
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль B: Поток энергии в технологических системах

NU
10
Наука 14 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Понимание технологий передачи энергии

NU
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок D: безопасность движения, изменений и транспортировки

ON
11
Физика, 11 класс, университет (SPh4U)
Нить B: Кинематика

ВКЛ.
12
Физика, 12 класс, Колледж (SPh5C)
Strand B: Движение и его приложения

PE
10
Наука 421А (2019)
Знание содержания: CK 3.1

PE
10
Наука 431A (без даты)
Блок 3: Физика

ФВ
11
Физика 521А (2009)
Кинематика

Контроль качества
Раздел V
Физика
Кинематика

YT
11
Physics 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г. )
Большая идея: движение объекта можно предсказать, проанализировать и описать.

ЮТ
12
Physics 12 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: измерение движения зависит от нашей системы отсчета.

СК
10
Наука 10 (2016)
Сила и движение в нашем мире

NT
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок A: Кинематика

NT
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Изменения в движении

NT
10
Наука о знаниях и трудоустройстве 10-4 (Альберта, 2006 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

NT
10
Science 10 (Альберта, 2005 г., обновлено в 2015 г.)
Раздел B: Поток энергии в технологических системах

NT
10
Наука 14 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Понимание технологий передачи энергии

НТ
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль D: Безопасность движения, изменений и транспортировки

AB
6
Наука 1-6 (1996)
Тема Б. Рейс

МБ
6
Наука 6 класс (2000)
Кластер 2: Рейс

NL
6
Наука 6 класс (2018)
Часть 2: Рейс

NS
6
Наука 6 (2019)
Физические науки: рейс

NU
6
Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г. )
Вещество и материалы: свойства воздуха и летные характеристики

PE
6
Наука 6 класс (2012)
Науки о Земле и космосе: полет

СК
6
Наука 6 класс (2009)
Физические науки – принципы полета (FL)

NT
6
Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.)
Вещество и материалы: свойства воздуха и характеристики полета

ON
6
Наука и техника, 6 класс (2022)
Берег D: рейс

AB
11
Физика 20 (2007 г., обновление 2014 г.)
Блок B: Dynamics

BC
11
Физика 11 (июнь 2018 г.)
Большая идея: Силы влияют на движение объекта.

до н.э.
12
Физика 12 (июнь 2018 г.)
Большая идея: Силы могут вызывать линейное и круговое движение.

Обратите внимание
11
Физика 11 (2003)
Динамика

НЛ
11
Физика 2204 (2018)
Блок 2: Dynamics

NS
11
Физика 11 (2021)
Динамика

НУ
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Dynamics

ВКЛ.
11
Физика, 11 класс, университет (SPh4U)
Пряжа C: Forces

PE
11
Физика 521А (2009)
Динамика

КК
Раздел IV
Прикладная наука и технологии
Материальный мир

КК
Раздел V
Физика
Динамика

YT
11
Physics 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г. )
Большая идея: Силы влияют на движение объекта.

YT
12
Physics 12 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: Силы могут вызывать линейное и круговое движение.

НТ
11
Физика 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Dynamics

AB
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.)
Блок E: Исследование космоса

AB
9
Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок E: Исследование космоса

до н.э.
11
Науки о Земле 11 (июнь 2018 г.
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

МБ
9
Старший 1 Наука (2000)
Кластер 4: Изучение Вселенной

NL
9
9 класс Наука
Блок 1: Космос (пересмотрен в 2011 г.)

NS
9
Наука 9 (2021)
Исследование космоса

НУ
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.)
Блок E: Исследование космоса

NU
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок E: Исследование космоса

ON
12
Науки о Земле и космосе, 12 класс, университет (SES4U)
Направление C: Планетарная наука (Наука о Солнечной системе)

YT
11
Науки о Земле 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г. )
Большая идея: Астрономия стремится объяснить происхождение и взаимодействие Земли и ее Солнечной системы.

СК
9
Наука 9 (2009)
Науки о Земле и космосе – Изучение нашей Вселенной (ЕС)

NT
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.)
Блок E: Исследование космоса

NT
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок E: Исследование космоса

ON
9
9 класс естественных наук (SNC1W) (2022)
Strand E: Исследование космоса

Контроль качества
Раздел III
Наука и технология
Технологический мир

КК
Раздел IV
Прикладная наука и технологии
Технологический мир

КК
Раздел III
Прикладная наука и технологии
Технологический мир

Что такое аэрокосмическая техника?

Гиды

Аэрокосмический инженер работает над самолетом

Изображение предоставлено: SpeedKingz/Shutterstock.com

Аэрокосмическая инженерия, подмножество машиностроения, представляет собой широкую область, которая координирует несколько дисциплин по проектированию и строительству воздушных и космических кораблей. Применения аэрокосмической техники так же широки, как и дисциплины, которые она охватывает. Знания в области авиационной и космонавтической инженерии применялись к зданиям, автомобилям, расследованию авиакатастроф, авиасимуляциям, робототехнике, проектированию ветряных мельниц и другим областям, связанным с высокими технологиями.

Аэрокосмическая техника подразделяется на авиационную и космонавтическую, что уже подробно описано здесь. Основы его, однако, заключаются в том, что авиационная инженерия включает в себя полет через атмосферу Земли, в то время как космическая инженерия включает в себя полет за ее пределами, в космос. Аэрокосмическая промышленность — это не отдельная дисциплина, а общий взгляд на несколько областей, которые объединяются для обеспечения функционирования воздушного или космического корабля. Они могут включать:

• Физика , которая в широком смысле имеет дело с материей, энергией, движением и силой. Аэрокосмическая промышленность зависит от способности рассчитать движение самолета, а в случае космонавтики — от воздействия других тел, таких как планеты, луны и солнце (в частности, это известно как небесная механика).
• Аэродинамика , раздел физики, изучает движение воздуха и то, как он взаимодействует с более твердыми телами (такими как вертолет). Необходимо знать, как воздух или космический корабль будут взаимодействовать с воздухом и другими газами, чтобы обеспечить их максимально быстрое, безопасное и эффективное движение.
• Термодинамика , еще одна область физики, занимается взаимосвязью между теплом и активностью, описывая такие вещи, как горение и движение жидкости. В аэрокосмической отрасли основное внимание уделяется таким системам, как производство электроэнергии и движение, чтобы рассчитать, как тепло влияет на работу.
• Материаловедение включает знания о свойствах таких материалов, как керамика, композиты, металлы и полимеры. Знание того, какие материалы лучше всего подходят для определенных приложений, как они будут изнашиваться и взаимодействовать друг с другом, может иметь решающее значение для успешной работы оборудования в экстремальных условиях.
• Акустика — это изучение того, как звук взаимодействует с объектами. В аэрокосмической отрасли правильная акустика может уберечь компонент от разрушения от вибраций или сделать салон корабля невыносимым для пассажиров.
• Авионика — отрасль электротехники, специализирующаяся на электронике и электрических системах аэрокосмических аппаратов. Это может включать проектирование систем управления, производительности, связи и навигации.
• Программное обеспечение , близкий родственник авионики, возможно, является более поздним дополнением, но оно жизненно важно во всех областях аэрокосмической техники. Его использование варьируется от проектирования воздушных или космических кораблей (САПР является наиболее часто используемым программным обеспечением) до управления средствами управления кораблем и навигации.

Несмотря на то, что аэрокосмическая инженерия является многодисциплинарной, от одного аэрокосмического инженера не требуется глубокого знания всех этих областей. Проектирование и разработка воздушного или космического корабля зависит от нескольких инженерных групп с разными специальностями, которыми руководят руководитель проекта и инженер-проектировщик или ведущий конструктор.

Теперь, когда мы рассмотрели основы того, что влечет за собой аэрокосмическая техника, включая области физики, материаловедения, акустики, авионики и программного обеспечения, не стесняйтесь просмотреть наш краткий обзор того, что нужно, чтобы войти в эту область. Или, чтобы получить более общую промышленную информацию, вы можете ознакомиться с нашими руководствами, которые охватывают все, от изготовления пружин до планирования спроса в цепочке поставок.

Источники:

1. https://www.merriam-webster.com/dictionary/
2. https://www.dictionary.com/
3. https://www.livescience.com/47702-aerospace-engineering.html
4. https://www.aero.psu.edu/academics/undergraduate/what-is-aerospace-engineering.aspx
5. https://www. britannica.com/technology/aerospace-engineering/Branches-of-aerospace-engineering
6. https://www.britannica.com/technology/avionics
7. https://www.bls.gov/ooh/architecture-and-engineering/aerospace-engineers.htm#tab-2
8. http://www.ata-e.com/services/test/acoustic/
9. https://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node10.html

Другие товары для аэрокосмической отрасли

• Типы клеев для аэрокосмической отрасли — Руководство для покупателей ThomasNet
• Как стать аэрокосмическим инженером
• Аэрокосмическая и авиационная промышленность — в чем разница?
• Ведущие аэрокосмические компании и производители в США
• Ведущие производители и поставщики самолетов и реактивных двигателей в США
• Лучшие книги по аэрокосмической технике для студентов и инженеров

Прочие технические изделия

• Восприятие потребителя и стратегия продукта
• Жизненный цикл промышленной продукции
• Типы инженеров
• Ведущие инженерные компании США
• Общие инженерные разряды и уровни опыта

Еще от другого

Найдите и оцените OEM-производителей, производителей на заказ, сервисные компании и дистрибьюторов.