Иофан проекты. Борис Иофан — от Рима к Вавилону
Неизведанные глубины Космоса интересовали человечество на протяжении многих веков. Исследователи и ученые всегда делали шаги к познанию созвездий и космического простора. Это были первые, но значительные достижения на то время, которые послужили дальнейшему развитию исследований в этой отрасли.
Немаловажным достижением было изобретение телескопа, с помощью которого человечеству удалось заглянуть значительно дальше в космические просторы и познакомиться с космическими объектами, которые окружают нашу планету более близко. В наше время исследования космического пространства осуществляются значительно легче, чем в те года. Наш портал сайт предлагает Вам массу интересных и увлекательных фактов о Космосе и его загадках.
Первые космические аппараты и техника
Активное исследование космического пространства началось с запуска первого искусственно созданного спутника нашей планеты. Это событие датируется 1957 годом, когда он и был запущен на орбиту Земли. Что касается первого аппарата, который появился на орбите, то он был предельно простым в своей конструкции. Этот аппарат был оснащен достаточно простым радиопередатчиком. При его создании конструкторы решили обойтись самым минимальным техническим набором. Все же первый простейший спутник послужил стартом к развитию новой эры космической техники и аппаратуры. На сегодняшний день можно сказать, что это устройство стало огромным достижением для человечества и развития многих научных отраслей исследований. Кроме того, вывод спутника на орбиту был достижением для всего мира, а не только для СССР. Это стало возможным за счет упорной работы конструкторов над созданием баллистических ракет межконтинентального действия.
Именно высокие достижения в ракетостроении дали возможность осознать конструкторам, что при снижении полезного груза ракетоносителя можно достичь очень высоких скоростей полета, которые будут превышать космическую скорость в ~7,9 км/с. Все это и дало возможность вывести первый спутник на орбиту Земли. Космические аппараты и техника являются интересными из-за того, что предлагалось много различных конструкций и концепций.
В широком понятии космическим аппаратом называют устройство, которое осуществляет транспортировку оборудования или людей к границе, где заканчивается верхняя часть земной атмосферы. Но это выход лишь в ближний Космос. При решении различных космических задач космические аппараты разделены на такие категории:
Суборбитальные;
Орбитальные или околоземные, которые передвигаются по геоцентрическим орбитам;
Межпланетные;
Напланетные.
Созданием первой ракеты для вывода спутника в Космос занимались конструкторы СССР, причем само ее создание заняло меньше времени, чем доводка и отладка всех систем. Также временной фактор повлиял на примитивную комплектацию спутника, поскольку именно СССР стремился достичь показателя первой космической скорости ее творения. Тем более что сам факт вывода ракеты за пределы планеты был более веским достижением на то время, чем количество и качество установленной аппаратуры на спутник. Вся проделанная работа увенчалась триумфом для всего человечества.
Как известно, покорение космического пространства только было начато, именно поэтому конструкторы достигали все большего в ракетостроении, что и позволило создать более совершенные космические аппараты и технику, которые помогли сделать огромный скачок в исследовании Космоса. Также дальнейшее развитие и модернизация ракет и их компонентов позволили достичь второй космической скорости и увеличить массу полезного груза на борту. За счет всего этого стал возможным первый вывод ракеты с человеком на борту в 1961 году.
Портал сайт может поведать много интересного о развитии космических аппаратов и техники за все года и во всех странах мира. Мало кому известно, что действительно космические исследования учеными были начаты еще до 1957 года. В космическое пространство первая научная аппаратура для изучения была отправлена еще в конце 40-х годов. Первые отечественные ракеты смогли поднять научную аппаратуру на высоту в 100 километров. Кроме того, это был не единичный запуск, они проводились достаточно часто, при этом максимальная высота их подъема доходила до показателя в 500 километров, а это значит, что первые представления о космическом пространстве уже были до начала космической эры. В наше время при использовании самых последних технологий те достижения могут показаться примитивными, но именно они позволили достичь того, что мы имеем на данный момент.
Созданные космические аппараты и техника требовали решения огромного количества различных задач. Самыми важными проблемами были:
- Выбор правильной траектории полета космического аппарата и дальнейший анализ его движения. Для осуществления данной проблемы пришлось более активно развивать небесную механику, которая становилась прикладной наукой.
- Космический вакуум и невесомость поставили перед учеными свои задачи. И это не только создание надежного герметичного корпуса, который мог бы выдерживать достаточно жесткие космические условия, а и разработка аппаратуры, которая могла бы выполнять свои задачи в Космосе так же эффективно, как и на Земле. Поскольку не все механизмы могли отлично работать в невесомости и вакууме так же, как и в земных условиях. Основной проблемой было исключение тепловой конвекции в герметизированных объемах, все это нарушало нормальное протекание многих процессов.
- Работу оборудования нарушало также тепловое излучение от Солнца. Для устранения этого влияния пришлось продумывать новые методы расчета для устройств. Также была продумана масса устройств для поддержания нормальных температурных условий внутри самого космического аппарата.
- Большой проблемой стало электроснабжение космических устройств. Самым оптимальным решением конструкторов стало преобразование солнечного радиационного излучения в электроэнергию.
- Достаточно долго пришлось решать проблему радиосвязи и управления космическими аппаратами, поскольку наземные радиолокационные устройства могли работать только на расстоянии до 20 тысяч километров, а этого недостаточно для космических пространств. Эволюция сверхдальней радиосвязи в наше время позволяет поддерживать связь с зондами и другими аппаратами на расстоянии в миллионы километров.
- Все же наибольшей проблемой осталась доводка аппаратуры, которой были укомплектованы космические устройства. Прежде всего, техника должна быть надежной, поскольку ремонт в Космосе, как правило, был невозможен. Также были продуманы новые пути дублирования и записи информации.
Возникшие проблемы пробудили интерес исследователей и ученых разных областей знаний. Совместное сотрудничество позволило получить положительные результаты при решении поставленных задач. В силу всего этого начала зарождаться новая область знаний, а именно космическая техника. Возникновение данного рода конструирования было отделено от авиации и других отраслей за счет его уникальности, особых знаний и навыков работы.
Непосредственно после создания и удачного запуска первого искусственного спутника Земли развитие космической техники проходило в трех основных направлениях, а именно:
- Проектирование и изготовление спутников Земли для выполнения различных задач. Кроме того, данная отрасль занимается модернизацией и усовершенствованием этих устройств, за счет чего появляется возможность применять их более широко.
- Создание аппаратов для исследования межпланетного пространства и поверхностей других планет. Как правило, данные устройства осуществляют запрограммированные задачи, также ими можно управлять дистанционно.
- Космическая техника прорабатывает различные модели создания космических станций, на которых можно проводить исследовательскую деятельность учеными. Эта отрасль также занимается проектированием и изготовлением пилотируемых кораблей для космического пространства.
Множество областей работы космической техники и достижения второй космической скорости позволили ученым получить доступ к более дальним космическим объектам. Именно поэтому в конце 50-х годов удалось осуществить пуск спутника в сторону Луны, кроме того, техника того времени уже позволяла отправлять исследовательские спутники к ближайшим планетам возле Земли. Так, первые аппараты, которые были посланы на изучение Луны, позволили человечеству впервые узнать о параметрах космического пространства и увидеть обратную сторону Луны. Все же космическая техника начала космической эры была еще несовершенная и неуправляемая, и после отделения от ракетоносителя главная часть вращалась достаточно хаотически вокруг центра своей массы. Неуправляемое вращение не позволяло ученым производить много исследований, что, в свою очередь, стимулировало конструкторов к созданию более совершенных космических аппаратов и техники.
Именно разработка управляемых аппаратов позволила ученым провести еще больше исследований и узнать больше о космическом пространстве и его свойствах. Также контролируемый и стабильный полет спутников и других автоматических устройств, запущенных в Космос, позволяет более точно и качественно передавать информацию на Землю за счет ориентации антенн. За счет контролируемого управления можно осуществлять необходимые маневры.
В начале 60-х годов активно проводились пуски спутников к самым близким планетам. Эти запуски позволили более подробно ознакомиться с условиями на соседних планетах. Но все же самым большим успехом этого времени для всего человечества нашей планеты является полет Ю.А. Гагарина. После достижений СССР в строении космической аппаратуры большинство стран мира также обратили особое внимание на ракетостроение и создание собственной космической техники. Все же СССР являлся лидером в данной отрасли, поскольку ему первому удалось создать аппарат, который осуществил мягкое прилунение. После первых успешных посадок на Луне и других планетах была поставлена задача для более детального исследования поверхностей космических тел с помощью автоматических устройств для изучения поверхностей и передачи на Землю фото и видео.
Первые космические аппараты, как говорилось выше, были неуправляемыми и не могли вернуться на Землю. При создании управляемых устройств конструкторы столкнулись с проблемой безопасного приземления устройств и экипажа. Поскольку очень быстрое вхождение устройства в атмосферу Земли могло просто сжечь его от высокой температуры при трении. Кроме того, при возвращении устройства должны были безопасно приземляться и приводняться в самых различных условиях.
Дальнейшее развитие космической техники позволило изготовлять орбитальные станции, которые можно использовать на протяжении многих лет, при этом менять состав исследователей на борту. Первым орбитальным аппаратом данного типа стала советская станция «Салют». Ее создание стало очередным огромным скачком человечества в познании космических пространств и явлений.
Выше указана очень маленькая часть всех событий и достижений при создании и использовании космических аппаратов и техники, которая была создана в мире для изучения Космоса. Но все же самым знаменательным стал 1957 год, с которого и началась эпоха активного ракетостроения и изучения Космоса. Именно запуск первого зонда породил взрывоподобное развитие космической техники во всем мире. А это стало возможным за счет создания в СССР ракетоносителя нового поколения, который и смог поднять зонд на высоту орбиты Земли.
Чтобы узнать обо всем этом и многом другом, наш портал сайт предлагает Вашему вниманию массу увлекательных статей, видеозаписей и фотографий космической техники и объектов.
Введение
Из курса физики я узнала, что для того чтобы тело стало искусственным спутником Земли, ему нужно сообщить скорость равную 8 км/с (I космическая скорость). Если такую скорость сообщить телу в горизонтальном направлении у поверхности Земли, то при отсутствии атмосферы оно станет спутником Земли, обращающимся вокруг нее по круговой орбите.
Такую скорость спутникам способны сообщать только достаточно мощные космические ракеты. В настоящее время вокруг Земли обращаются тысячи искусственных спутников!
А для того чтобы достичь других планет космическому кораблю необходимо сообщить II космическую скорость, это около 11, 6 км/с! Например чтобы достичь Марса, что в скором времени собираются сделать американцы, нужно лететь с такой огромной скоростью более восьми с половиной месяцев! И это не считая обратной дороги на Землю.
Каким же должно быть устройство космического корабля, чтобы достичь таких огромных, невообразимых скоростей?! Данная тема меня сильно заинтересовала, и я решила узнать все тонкости конструкции космических кораблей. Как оказалось, задачи практического конструирования вызывают в жизни новые формы летательных аппаратов и требуют разработки новых материалов, которые в свою очередь создают новые проблемы и выявляют много интересных аспектов старых проблем как в области фундаментальных, так и в области прикладных исследований.
Материалы
Основу развития техники составляют знания о свойствах материалов. Во всех космических аппаратах используются разнообразные материалы в самых различных условиях.
В последние несколько лет резко возросло количество изучаемых материалов и представляющих для нас интерес характеристик. Быстрый рост количества технических материалов, используемых при создании космических кораблей, а также возрастающая взаимозависимость конструкций космических кораблей и свойств материалов иллюстрируются табл. 1. В 1953 г. алюминий, магний, титан, сталь и специальные сплавы представляли интерес в первую очередь как авиационные материалы. Пять лет спустя, в 1958 г., они получили широкое применение в ракетостроении. В 1963 г. каждая из указанных групп материалов включала уже сотни комбинаций элементов или составных частей, а количество представляющих интерес материалов увеличилось на несколько тысяч. В настоящее время почти везде нужны новые и усовершенствованные материалы, и вряд ли положение изменится в будущем.
Таблица 1
Материалы, используемые в конструкциях космических аппаратов
Материал |
|||
Бериллий |
|||
Материалы, обеспечивающие регулирование теплового режима |
|||
Термоэлектрические материалы |
|||
Фотоэлектрические материалы |
|||
Защитные покрытия |
|||
Керамика |
|||
Материалы, армированные нитями |
|||
Уносимые покрытия (абляционные материалы) |
|||
Слоистые материалы |
|||
Полимеры |
|||
Тугоплавкие металлы |
|||
Специальные сплавы |
|||
Титановые сплавы |
|||
Магниевые сплавы |
|||
Алюминиевые сплавы |
Потребность в новых знаниях в области материаловедения и технологии материалов находит отклик в наших университетах, частных компаниях, независимых исследовательских организациях и различных правительственных органах. Табл.2 дает некоторое представление о характере и масштабах исследований, проводимых НАСА в области разработки новых материалов. Эти работы включают как фундаментальные, так и прикладные исследования. Наибольшие усилия сосредоточены в области фундаментальных исследований по физике твердого тела и химии. Здесь представляют интерес атомное строение материи, межатомные силовые взаимодействия, движение атомов и особенно влияние дефектов, соизмеримых с размерами атомов.
Таблица 2
Программа исследования материалов
К следующей категории относятся конструкционные материалы с большой удельной прочностью, как титан, алюминий и бериллий, теплостойкие и тугоплавкие сплавы, керамика и полимеры. К особой группе следует отнести материалы для сверхзвуковой транспортной авиации.
В программе НАСА постоянно возрастает интерес к категории материалов, используемых в электронике. Ведутся исследования сверхпроводников и лазеров. В группе полупроводников изучаются как органические, так и неорганические материалы. Ведутся также исследования в области термоэлектроники.
И наконец, программа исследования материалов завершается рассмотрением с весьма общих позиций вопросов практического использования материалов.
Чтобы показать потенциальные возможности применения результатов исследования материалов в будущем, я остановлюсь на исследованиях, связанных с изучением влияния пространственного расположения атомов на фрикционные свойства металлов.
Если бы удалось уменьшить трение между соприкасающимися металлическими поверхностями, то это позволило бы усовершенствовать практически все типы механизмов с подвижными частями. В большинстве случаев трение между соприкасающимися поверхностями велико, и чтобы его снизить, применяется смазка. Однако понимание механизма трения между несмазанными поверхностями также представляет большой интерес.
На рис.1 представлены некоторые результаты исследований, проведенных в Льюисском исследовательском центре. Эксперименты проводились в условиях глубокого вакуума, так как атмосферные газы загрязняют поверхности и резко изменяют их фрикционные свойства. Первый важный вывод состоит в том, что фрикционные характеристики чистых металлов в сильной степени зависят от их естественной атомной структуры (см. левую часть рис.1). При затвердевании металлов атомы одних образуют гексагональную пространственную решетку, а атомы других - кубическую. Было показано, что металлы с гексагональной решеткой обладают гораздо меньшим трением, чем металлы с кубической решеткой.
Рис 1. Влияние атомной структуры на сухое трение (без смазки).
Рис.2. Требования к теплостойким материалам.
Затем был исследован ряд металлов, атомы которых расположены в вершинах шестигранных призм с разными расстояниями между их основаниями. Исследования показали, что трение уменьшается с увеличением высоты призм (см. центральную часть рис.1). Наименьшим трением обладают металлы с максимальным отношением расстояния между основаниями призм к расстоянию между боковыми гранями. Этот экспериментальный результат согласуется с выводами теории деформации металлов.
На следующем этапе в качестве объекта исследования был выбран титан, о котором известно, что он имеет гексагональную структуру и плохие фрикционные характеристики. Чтобы улучшить фрикционные характеристики титана, стали исследовать его сплавы с другими металлами, присутствие которых должно было увеличить размеры атомных решеток. Как и ожидалось, с увеличением расстояния между основаниями призм трение резко уменьшилось (см. правую часть рис.1). В настоящее время проводятся дополнительные эксперименты по дальнейшему улучшению свойств титановых сплавов. Например, мы можем "упорядочить" сплав, т.е. с помощью термообработки расположить атомы разных элементов более подходящим образом и исследовать, как это повлияет на трение. Новые достижения в этой области повысят надежность машин, имеющих вращающиеся части, и, по-видимому, откроют широкие возможности в будущем.
Хотя может создаться впечатление, что в последнее время мы достигли больших успехов в разработке теплостойких материалов, прогресс в исследовании космического пространства в следующие 35 лет будет тесно связан с разработкой новых материалов, которые могли бы работать при высоких температурах в течение многих часов, а в некоторых случаях и лет.
На рис.2 показано, как это важно. По оси ординат здесь отложено время работы в часах, а по оси абсцисс - рабочая температура в градусах Цельсия. В заштрихованной области от 1100 до 3300°С единственными металлическими материалами, которые можно использовать, являются тугоплавкие металлы. На оси ординат горизонтальной чертой отмечена продолжительность работы, равная одному году. Область рабочих параметров ядерного ракетного двигателя ограничена температурами от 2100 до 3200° С и продолжительностью работы от 15 мин до 6 час. (Эти цифры являются весьма приближенными и приводятся только для ориентировочного определения границ области рабочих параметров.)
Область с надписью "гиперзвуковые самолеты" характеризует условия работы материалов обшивки. Здесь требуется гораздо большая продолжительность работы. Для космических аппаратов многократного использования называют времена работы всего от 60 до 80 час, однако на самом деле может потребоваться продолжительность работы порядка тысяч часов в интервале температур от 1320 до 1650° С и более.
По рис.2 можно судить о значении тугоплавких металлов для решения задач, которые ставит программа исследования космического пространства. Некоторые из этих материалов уже применяются, и я уверена, что они будут усовершенствованы и приобретут с течением времени еще большее значение.
Иногда можно услышать, что современная технология материалов на самом деле не наука, а скорее высокоразвитое искусство. Возможно, это отчасти и так, но я уверена, что материаловедение и технология материалов уже достигли весьма высокого уровня развития и сыграют большую роль в жизни нашей страны.
Конструкции космических аппаратов
Обратимся теперь к вопросам конструирования космических аппаратов. На рис.3 указаны основные конструктивные проблемы, возникающие при проектировании современных ракет-носителей и космических летательных аппаратов. К ним относятся: нагрузки, действующие на конструкцию, динамика и механика полета; разработка конструкций, выдерживающих большие тепловые нагрузки; защита от воздействия условий космического пространства, а также разработка новых конструкций и комбинаций материалов для применения в будущем.
Рис.3. Конструкции космических аппаратов.
Разработка конструкций космических аппаратов находится еще на ранней стадии развития и базируется на опыте конструирования самолетов и баллистических ракет. Из рис.4 следует, что большие современные ракеты-носители во многом родственны баллистическим ракетам. К отличительным особенностям их конфигураций следует отнести большое удлинение, снижающее сопротивление атмосферы, и большой объем, занимаемый топливом. Вес топлива может составлять от 85 до 90% стартового веса ракеты-носителя. Удельный вес конструкции очень мал, так что по существу это тонкостенная гибкая оболочка. При сегодняшней высокой стоимости единицы веса полезной нагрузки, выведенной на орбиту или траекторию полета к Луне и планетам, особо выгодно уменьшение веса основной конструкции до допустимого минимума. Еще более остро встают проблемы конструирования в случае использования в качестве топливных компонентов жидких водорода и кислорода, имеющих малый удельный вес, вследствие чего возникает потребность в больших объемах для размещения топлива.
Рис.4. Большие ракеты-носители.
Конструктор будущих ракет-носителей столкнется со многими новыми сложными проблемами. Ракеты-носители, по всей вероятности, будут больших размеров, станут сложней и дороже. Для многократного их использования без больших затрат на обратную доставку или ремонт потребуется решить важные задачи конструирования и технологии материалов.
Необычные требования, предъявляемые к разным типам космических аппаратов будущего, уже активизировали поиски новых типов конструкций и производственных процессов.
Требования защиты от опасностей, ожидающих нас в космическом пространстве, таких, как метеориты, жесткое и тепловое излучение, в значительной мере активизируют исследования, проводимые с целью создания конструкций космических аппаратов. Например, при длительном хранении жидкого водорода и других криогенных жидкостей в условиях космического пространства утечка компонентов топлива через дренажную систему и метеоритные пробоины в топливных баках должна быть практически исключена. Значительные успехи достигнуты в области разработки изоляционных материалов, обладающих исключительно малой теплопроводностью. Сейчас можно обеспечить хранение топлива в течение времени нахождения на стартовой площадке и нескольких оборотов вокруг Земли. Однако при длительном хранении в условиях космического пространства сроком до одного года возникает очень сложная проблема, связанная с притоком тепла через элементы конструкции баков и трубопроводы.
Другие проблемы космического полета, такие, как проблема складывающихся больших космических аппаратов или их частей в процессе вывода на орбиту с последующей их сборкой в космическом пространстве, также потребуют новых конструктивных решений. В то же время в течение космического полета на космический аппарат не воздействуют ни гравитационные, ни аэродинамические силы, что расширяет область возможных решений при проектировании. На фиг.5 показан пример необычного конструктивного решения, возможного только в условиях космического пространства. Это один из вариантов орбитального радиотелескопа, имеющего гораздо большие размеры, чем те, которые можно было бы обеспечить на Земле.
Такие устройства нужны для изучения естественного радиоизлучения звезд, галактик и других небесных объектов. Одна из полос радиочастот, представляющих интерес для астрономов, лежит в диапазоне от 10 Мгц и ниже. Радиоволны с такой частотой не проходят через земную ионосферу. Для приема низкочастотного радиоизлучения необходимы орбитальные антенны чрезвычайно больших размеров. В левой части фиг.5 показана кривая зависимости диаметра антенны от частоты принимаемого излучения. Видно, что с уменьшением частоты диаметр антенны увеличивается и для приема радиоволн с частотой менее 10 Мгц нужны антенны диаметром более 1,5 км.
Рис 5. Новые конструкции. Орбитальные антенны.
Антенну таких размеров нельзя вывести на орбиту, да и ее вес при использовании обычных принципов проектирования намного превысит возможности самых больших ракет-носителей. Даже с учетом отсутствия силы тяжести проектирование таких антенн представляет большие трудности. Например, если сделать рефлектор антенны сплошным из алюминиевой фольги толщиной всего 0,038 мм, то и тогда вес материала поверхности при диаметре антенны 1,6 км будет составлять 214 т. К счастью, благодаря малой частоте принимаемого радиоизлучения поверхность антенны можно сделать решетчатой. Последние достижения в области больших ажурных конструкций позволяют выполнить решетку из тонких нитей. При этом материал, образующий поверхность антенны, будет весить от 90 до 140 кг. Такая конструкция позволит вывести антенну на орбиту и затем собрать ее. Одновременно можно обеспечить плотную упаковку антенны вместе с системами стабилизации и энергообеспечения.
Жесткое излучение в космическом пространстве по-прежнему будет главным разрушительным фактором для запускаемых в космос аппаратов. Это разрушение связано отчасти с бомбардировкой космических аппаратов протонами больших энергий в радиационных поясах, а также с солнечными вспышками. Исследование эффектов, возникающих при такой бомбардировке, указывает на необходимость изучения сущности механизмов разрушения и определения характеристик материалов, используемых в качестве защитных экранов.
Рис.6. Новые принципы экранирования.
1 - сверхпроводящие катушки; 2 - магнитное поле; 3 - положительный заряд космического аппарата; 4 - поглощающий экран; 5 -плазменная защита.
Разработка новых способов защиты должна включать также исследование возможности экранирования с помощью сверхпроводящих магнитов, что позволит существенно снизить вес защитных устройств и тем самым увеличить полезную нагрузку космических аппаратов, предназначенных для длительных полетов.
На рис.6 иллюстрируется эта новая идея, получившая название плазменной защиты. Для отклонения заряженных частиц, таких, как протоны и электроны, используется комбинация магнитного и электростатического полей. Основой плазменной защиты является образуемое сравнительно легкими сверхпроводящими катушками магнитное поле, которое окружает весь аппарат. На тороидальных космических станциях экипаж и аппаратура располагаются в зоне малой напряженности магнитного поля. Космический аппарат заряжается положительно благодаря инжекции электронов в окружающее магнитное поле. Эти электроны несут отрицательный заряд, равный по величине положительному заряду космического аппарата. Несущие положительный заряд протоны из окружающего аппарат космического пространства будут отталкиваться положительным зарядом аппарата. Электроны, движущиеся в окружающем аппарат пространстве, могли бы разрядить электростатическое поле, однако этому препятствует магнитное поле, искривляющее их траектории.
Зависимость веса таких защитных систем от объема космического аппарата графически представлена в нижней части рис.6. Для сравнения приведены соответствующие веса защитного экрана, представляющего собой слой материала на пути излучения. Так как для управления движением потока электронов требуется магнитное поле весьма умеренной напряженности, то вес плазменной защиты в типичных случаях составит около 1/20 веса обычного поглощающего экрана.
Хотя идея плазменной защиты является многообещающей, с ее работой в условиях космического пространства связано еще много неясного. В связи с этим в настоящее время ведутся теоретические и экспериментальные исследования возможной неустойчивости электронного облака или взаимодействия с пылью и космической плазмой. Пока что не обнаружено никаких принципиальных трудностей, и можно надеяться, что космической радиации можно будет противопоставить плазменную защиту, весовые характеристики которой будут значительно лучше, чем у других типов защиты.
Вход в атмосферу
Обратимся теперь к проблеме входа космических аппаратов в атмосферу Земли и других планет. Основную трудность здесь, безусловно, представляет защита от тепловых потоков, возникающих в процессе входа в атмосферу. Колоссальная кинетическая энергия космического аппарата должна быть преобразована в другие виды энергии, в основном в механическую и тепловую, так как в противном случае аппарат либо сгорит, либо получит повреждения. Скорости входа космических аппаратов составляют от 7,6 до 18,3 км/сек. При меньших скоростях основную часть теплового потока составляет конвективный тепловой поток, однако при скоростях выше ~ 12,2 км/сек большую роль начинает играть тепловой поток излучения от головной ударной волны. Современные теплозащитные материалы эффективны до скоростей ~ 11 км/сек на аппаратах, имеющих малое аэродинамическое качество, однако при скоростях входа от 15,2 до 18,3 км/сек требуются новые материалы.
Рис.7 помогает понять, почему в будущем для решения задач входа в атмосферу пилотируемых космических кораблей большой интерес представят аппараты, способные развивать значительную подъемную силу. По оси ординат отложено отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления L/D (аэродинамическое качество) при гиперзвуковых скоростях, а по оси абсцисс - скорость входа. Первые признаки тенденции увеличения аэродинамического качества видны на примере космических кораблей "Меркурий", "Джемини" и "Аполлон". Ожидается, что в будущем орбитальные полеты вокруг Земли достигнут высоты синхронных орбит. Корабли, входящие в земную атмосферу из этой области космического пространства, будут иметь скорости до 10,4 км/сек (на рис. 7 вертикальная линия с надписью "Синхронные орбиты").
Скорости входа пилотируемых космических кораблей, возвращающихся с других планет, например с Марса, гораздо больше. При надлежащем выборе времени старта и использовании притяжения Венеры они достигают 12,2 - 13,7 км/сек, в то время как при непосредственном возвращении с Марса скорости превышают 15,2 км/сек. Интерес к таким большим скоростям входа связан с большей гибкостью способа непосредственного возвращения с планеты.
Рис 7. Тенденции к увеличению аэродинамического качества космических кораблей и скорости входа в атмосферу Земли.
Для поддержания в разумных пределах перегрузок, испытываемых экипажем корабля при столь больших скоростях входа, необходимо увеличение аэродинамической подъемной силы по сравнению с кораблем "Аполлон". Кроме того, увеличение подъемной силы (правильней сказать, аэродинамического качества L/D) при больших скоростях расширит допустимые коридоры входа, которые для баллистических спускаемых аппаратов сужаются до нуля. С увеличением подъемной силы возрастает также точность маневрирования и приземления. Одна из важнейших фаз полета космических кораблей, обладающих подъемной силой, - заход на посадку и сама посадка. Летные характеристики космических аппаратов с подъемной силой на малых скоростях так сильно отличаются от характеристик обычных самолетов, что для их исследования пришлось построить два летательных аппарата, показанных на рис.8. Верхний аппарат имеет индекс HL-10 , а нижний M2-F2.
Рис. 8. Летательные исследовательские аппараты HL-10 и M2-F2.
Эти аппараты предполагается поднимать на высоту около 14 км с помощью самолетов В-52 и сбрасывать при скоростях полета, соответствующих числу Маха до 0,8. На аппаратах HL-10 и M2-F2 установлены небольшие ракетные двигатели, работающие на перекиси водорода, которые позволяют моделировать переменное аэродинамическое качество. С помощью этих двигателей можно варьировать угол наклона траектории при заходе на посадку, а также запас статической устойчивости, чтобы определить оптимальные летные характеристики будущих пилотируемых космических кораблей аналогичной конфигурации. Корабли такой формы будут иметь вес, близкий к весу космических кораблей будущего. И уже создан корабль похожий на данные модели космических кораблей, это орбитальный космический корабль «Шаттл».
Космический корабль «Шаттл»
Орбитальный космический корабль «Шаттл» способен летать в атмосфере Земли с гиперзвуковыми скоростями. Крылья аппарата имеют многолонжеронный каркас; усиленный монокок кабины экипажа, как и крылья, изготовлен из алюминиевого сплава. Двери грузового отсека выполнены из графито-эпоксидного композиционного материала. Теплозащиту аппарата обеспечивают несколько тысяч легких керамических плиток, которыми покрывают части поверхности, подверженные воздействию больших тепловых потоков.
Заключительные замечания
Я пыталась дать краткий обзор последних достижений в области разработки новых материалов, конструкций и техники входа космических аппаратов в атмосферу. Это позволило указать некоторые направления будущих исследований. И, кажется, я сама немножко узнала о проблемах освоения космоса с помощью космических кораблей на современном этапе развития человечества
Один из крупнейших и лучших советских зодчих - родился в 1891 г. в Одессе. Там же прошло и его детство. Еще мальчиком Иофан увлекается рисованием и решает в будущем стать живописцем. В 12 лет он поступает на живописное отделение художественного училища. Позже, под влиянием товарищей, Иофан переходит с живописного на архитектурное отделение. В 1911 г. он заканчивает училище и получает диплом об окончании курсов и звание техника-архитектора. По отбытии военной службы Иофан практикует в Петербурге подмастерьем у известных архитекторов А.О. Таманяна, И.И. Долгинова, частично работает у своего старшего брата Дмитрия. Изучая произведения русского классицизма, молодой архитектор мысленно все больше обращался к истокам архитектуры.
В 1914 г. Иофан уезжает в Италию, в которой пребывает 10 лет. Окончание художественного училища дало Иофану право поступить сразу на третий курс Высшего института изящных искусств в Риме. Большой след в жизни Иофана оставил архитектор Армандо Бразини, его будущий соперник в конкурсе на проект Дворца Советов в Москве. В 1916 г. Иофан успешно заканчивает Высший институт изящных искусств и начинает работать самостоятельно. Он много строит в Италии (Рим, Аквиль, Тиволи, Тоскана и др.). Затем заканчивает курс в Высшей инженерной школе. В 1921 г. вступает в итальянскую компартию. иофан борис зодчество советский
В 1924 г. Иофан возвращается в СССР. Его привозит в Москву А.И. Рыков, с которым он познакомился в Риме. Рыков находился в Италии на лечении после перенесенного инфаркта. Он предлагает Иофану строить новую советскую жизнь, новую социалистическую архитектуру - радостную, величественную и помпезную. Иофана заинтересовало это предложение прежде всего потому, что он мечтал строить крупномасштабные общественные сооружения и в реалиях советской действительности ему открывались заманчивые перспективы.
Борис Иофан стал крупной и значимой фигурой советского зодчества. В Москве по его проектам были построены удобные и функциональные жилые дома, общественные и учебные заведения. Первым жилым комплексом, построенным в Москве, стали дома на Русаковской улице (1925 г.) с прекрасной экономичной планировкой квартир и гармоничным экстерьером.
Крупнейшим реализованным замыслом архитектора стал комплекс Дома ЦИК и СНК СССР на Берсеневской набережной (1927-1931). Это сооружение является важной вехой на творческом пути зодчего. Возведенный в эпоху увлечения идеей домов-коммун, этот дом существенно отличался от них. Он содержал в себе, кроме жилья, большое количество пристроенных общественных помещений: клуб с театральным залом (ныне театр Эстрады), самый большой тогда в Европе кинотеатр "Ударник" на 1600 зрителей, универмаг с продуктовым и промтоварным отделениями, столовую, спортзал, библиотеку, механическую прачечную, почту и сберкассу. Дом имел на себе отпечаток времени, выраженный в аскетизме внешнего облика. Тогда господствовал строгий и лаконичный конструктивизм, отличительными чертами которого были простые, логически геометризованные формы. Мрачно-серые стены создавали впечатление несокрушимой мощи, подавляющей своим величием, что явно выделяло это сооружение среди построек позднего конструктивизма и, очевидно, должно было вносить в архитектурный образ дома некий признак могущества и несокрушимости власти, которой он принадлежал. Некоторое разнообразие в это вносили фонтаны, размещенные архитектором во внутренних дворах комплекса, в память о его пребывании в Италии.
На участке более трех гектар, ограниченном Берсеневской набережной, улицей Серафимовича и обводным каналом, на трех с половиной тысячах свай было возведено около полумиллиона кубометров жилой и общественной площади, что даже по сегодняшним масштабам является огромным строительством. В доме было 505 квартир, в которых было все для удобного проживания. Дом Правительства был первым и последним объектом элитного жилья, к которому применимо определение - простой, аскетичный объем. Все, последовавшие за ним, дома для советской элиты были тесно связаны с изменившейся творческой направленностью советской архитектуры, взявшей курс на освоение классического наследия".
"В самом начале 1930-х годов происходили серьезные события в советской архитектуре. Прежние острые разногласия между конструктивистами и традиционалистами были притушены, и представители всех прежде враждебных друг другу течений вошли в 1932 году в единый Союз советских архитекторов. Новые веяния в архитектуре явились опосредованным отражением изменений в общественном сознании. В социальной психологии общества наметились две, казалось бы, разнонаправленные тенденции.
С одной стороны, перестал удовлетворять массы идеал аскетизма и самоограничения первых революционных лет. Люди как бы несколько устали от суровости быта, им захотелось чего-то более человечного, понятного и уютного. Уже в конце 1920-х годов Маяковский устами спящих вечным сном у Кремлевской стены революционеров спрашивал у своих современников: "А вас не тянет всевластная тина? Чиновность в мозгах паутину не свила?" Поэт явно чувствовал возникающее стремление не столько даже к ненавидимой им "изящной жизни", сколько просто к более спокойному, прочному существованию в капитально построенных домах среди настоящих, крепких, красивых, "дореволюционных" вещей.
С другой стороны, успехи индустриализации, выполнение первого пятилетнего плана, пуск новых заводов, строительство Днепрогэса, Магнитогорска, Турксиба и т.д. порождали энтузиазм, желание видеть и в искусстве, в том числе и в архитектуре, увековеченными эти победы.
Хотя истоки этих двух тенденций были различны, они, переплетаясь и взаимодействуя, породили желание видеть несколько иное искусство - не чисто агитационное и только призывающее, не аскетичное и суровое, а более светлое, утверждающее, близкое и понятное каждому и в определенной мере пафосное, прославляющее. От этого нового, небывалого еще искусства ждали понятности и впечатляющей величавой силы. Это искусство не должно было резко рвать с традицией подобно конструктивизму и производственничеству 1920-х годов, по, наоборот, в чем-то опираться на культурное наследие прошлых эпох и на мировой художественный опыт... Это было естественно: новый, вышедший на историческую и государственную арену класс должен был освоить культурные богатства свергнутых классов, а не "перепрыгивать" через них.
Именно такую архитектуру предложил Б.М. Иофан в конкурсных проектах Дворца Советов и Парижского павильона, смело сочетая ее с пластическими искусствами, в частности со скульптурой, приобретавшей новые "архитектурные" качества. Справедливо пишет доктор архитектуры А.В. Рябушин, что в сложившихся социально-психологических условиях творческая фигура Иофана оказалась в высшей степени исторически современной. Воспитанный в традициях классической школы, он не остался чужд архитектурных веяний периода своего ученичества. Тщательно изучив старую архитектуру Италии, он в то же время прекрасно знал современную ему западную практику и мастерски владел языком зодчества 1920-х годов.
Архитектура Иофана представляет собой цельный и, главное, образный сплав разнородных тенденций и истоков. Это была архитектура эмоциональная, динамичная, устремленная вперед и вверх, построенная на достаточно привычных, хорошо воспринимаемых пропорциях и сочетаниях масс и объемов, вместе с тем выразительно использующая прямолинейность, четкую геометричность конструктивизма, да и к тому же еще в сочетании с фигуративной пластикой и отдельными классическими деталями профилированными тягами, картушами, пилонами и т.д. Причем классические мотивы часто нарочито упрощались, а от архитектуры 1920-х годов брался лаконизм и структурная ясность целого. Все это позволяло Б.М. Иофану, как считает А.В. Рябушин, создать "свой ордер, свой порядок построения и развития архитектурных форм, крупномасштабность и сочная пластика которых сочетались с филигранной профилировкой вертикально устремленных членений"."
Борис Михайлович Иофан – архитектор, лауреат Государственной премии СССР.
Родился 28 апреля 1891 года в Одессе в семье художника. В 1903 году поступил на живописное отделение Одесского художественного училища, где учился у К.К. Костанди , Г.А. Ладыженского и скульптора Л. Иорини. Окончил училище в 1911 году с отличием и званием техника-архитектора. Работал в Петербурге помощником архитектора А. Таманяна и своего брата Д. Иофана. В 1914-1916 гг. учился в Высшем институте изящных искусств, а в 1916-1923 гг. в Высшей школе инженеров в Риме.
В 1915-1923 гг. по его проектам были сооружены школа в Калабрии, лицей в Аквиле, колумбарий в Нарни, капелла Амброджи в Риме, больница в Перуджии и др. В 1921-1924 гг. был членом Итальянской компартий. Незадолго до возвра-щения на Родину Борис Михайлович Иофан спроектировал в Италии первое за рубежом Посольство СССР (1923).
В 1924 году приехал в Москву, а с 1927 года стал ее главным архитектором.
По его проектам и под его руководством в Москве были сооружены: здание опытной станции Химического института им. Л.Я. Карпова, жилой комплекс на ул. Серафимовича, 2 (дом ЦИКа СНК СССР), кинотеатр “Ударник”, станция метро “Бауманская”, институт нефте-химической и газовой промышленности им. Губкина, Центральный институт физической культуры, комплекс высотных зданий ОГУ на Ленинских горах, застройки северной части Измайлова и др. Санаторий “Барвиха” под Москвой, павильон СССР на Международной выставке 1937 года в Париже (для которого совместно с В. Мухиной была создана скульптура “Рабочий и колхозница”), Павильон СССР на Международной выставке 1939 года в Нью-Йорке и др.
Кинотеатр “Ударник”
Верой Игнатьевной Мухиной
Павильон СССР на Международной выставке в Париже
Много лет являлся профессором и действительным членом Академии архитектуры СССР.
Жил в Одессе на ул. Елисаветинской, 1 (1891-1911).
Ирина Арутюнова, специалист Управления
охраны культурного наследия Облгосадминистрации
- [р. 16(28).4.1891, Одесса], советский архитектор, народный архитектор СССР (1970). Член КПСС с 1926. Окончил Высший институт изящных искусств (1916) и школу инженеров (1919) в Риме. Член итальянской компартии (1921‒24). С 1924 работает в СССР.… … Большая советская энциклопедия
- (1891 1976), советский архитектор. Народный архитектор СССР (1970). Окончил Высший институт изящных искусств (1916) и Школу инженеров (1919) в Риме. С 1924 работал в СССР. Построил в Москве комплекс зданий на ул. Серафимовича (жилой дом,… … Художественная энциклопедия
- (1891 1976) российский архитектор, народный архитектор СССР (1970). Административно жилой комплекс на ул. Серафимовича в Москве (1928 31); санаторий в Барвихе Московской обл. (1931 35); павильоны СССР на Всемирных выставках в Париже (1937) и Нью… … Большой Энциклопедический словарь
- (1891 1976), архитектор, народный архитектор СССР (1970). Административно жилой комплекс на улице Серафимовича в Москве (1928 31); санаторий в Барвихе Московской области. (1931 35); павильоны СССР на Всемирных выставках в Париже (1937) и Нью… … Энциклопедический словарь
- (1891, Одесса 1976, Москва), архитектор, академик Академии архитектуры, народный архитектор СССР (1970). В 1911 окончил Одесское художественное училище, в 1916 Высший институт изящных искусств, в 1919 Школу инженеров в Риме.… … Москва (энциклопедия)
Род. 16 (28) апреля 1891 г., в Одессе, ум. 1976. Архитектор, строитель. Создатель проекта московского "Дома на набережной" (1928 31), московского Дворца Советов (1931), санатория в Барвихе (1931 35), павильона СССР на Всемирной выставке … Большая биографическая энциклопедия
- (16 (28) апреля 1891, Одесса 11 марта 1976, Москва) известный советский архитектор. Родился в Одессе. Окончил в 1911 году Одесское художественное училище, работал в Петербурге помощником архитектора А.Таманяна и своего брата Д. Иофана. Затем… … Википедия
Борис Михайлович Иофан Борис Михайлович Иофан (16 (28) апреля 1891, Одесса 11 марта 1976, Москва) известный советский архитектор. Родился в Одессе. Окончил в 1911 году Одесское художественное училище, работал в Петербурге помощником архитектора … Википедия
Борис Михайлович Иофан Борис Михайлович Иофан (16 (28) апреля 1891, Одесса 11 марта 1976, Москва) известный советский архитектор. Родился в Одессе. Окончил в 1911 году Одесское художественное училище, работал в Петербурге помощником архитектора … Википедия