astronautas J. Irwinas prie Mėnulio važiuoklio (Apollo 15)
erdvėlaivio Space Shuttle Atlantis startas (Kennedy kosminis centras 2009 11 16)
erdvėlaivio Dragon startas (Kennedy kosminis centras 2020 05 30)
kosmonáutika (gr. kosmos – pasaulio tvarka + nautikē – laivavedyba), kosminių skrydžių mokslas ir technologija.
Kosmonautikos mokslas ir taikymas
SSRS kosminė stotis Mir, sumontuota iš modulių orbitoje
Grindžiama kosminio skriejimo teorija. Projektuoja ir stato erdvėlaivius, nešančiąsias raketas, erdvėlaivių leidimo įrenginius, kuria erdvėlaivių valdymo, kosmonautų gyvybingumo palaikymo sistemas ir kita. Tiria kosminius objektus, kosminę erdvę ir Žemę. Kosminio skriejimo teorija remiasi astrodinamika, kurią sudaro dangaus mechanika, astrobalistika, varos jėgos teorija, erdvėlaivių skriejimo trajektorijų skaičiavimas. Planuojant kosminius skrydžius kuriamos optimalios erdvėlaivių skriejimo trajektorijos objekto link pasirenkant tinkamą starto laiką ir atsižvelgiant į trikdančių jėgų (gretimų planetų ar palydovų gravitacijos, Saulės spinduliuotės slėgio ir kitų) poveikį. Ypač kruopštūs skaičiavimai atliekami, kai erdvėlaivio skriejimui trajektorija pagreitinti siekiama panaudoti planetų arba jų palydovų gravitacijos lauką, tam tikrose trajektorijos dalyse numatoma erdvėlaivį greitinti arba pristabdyti raketiniais varikliais. Į kosmosą erdvėlaivis iškeliamas nešančiąja raketa, kuri jam suteikia pirmąjį arba šiek tiek didesnį už jį kosminį greitį, kad pakiltų į Žemės palydovo orbitą, ir didesnį už antrąjį kosminį greitį, kad nuskrietų iki kitų Saulės sistemos kūnų.
Dažniausiai erdvėlaiviai iškeliami vienkartinėmis daugiapakopėmis (2–4 pakopų) nešančiosiomis raketomis, kurių masė, matmenys ir galia priklauso nuo leidžiamo į kosmosą erdvėlaivio dydžio, pvz., galingiausia nešančioji raketa Saturn 5 (trauka apie 34 MN, galėjo iškelti į Žemės palydovo orbitą 118 t erdvėlaivį) sukonstruota erdvėlaivių Apollo skrydžiams į Mėnulį. Kuriant erdvėlaivius atsižvelgiama į tai, kad juose įrengiami prietaisai turi ilgą laiką veikti beorės erdvės, nesvarumo sąlygomis, t. p. esant dideliam temperatūros skirtumui tarp Saulės apšviestos ir neapšviestos erdvėlaivio dalies, mikrometeoroidų pavojui, veikiant intensyviai Saulės rentgeno ir ultravioletinei spinduliuotei, Saulės ir žvaigždžių vėjui. Erdvėlaivis skrydžiui į kosmosą galutinai parengiamas kosmodrome: sujungtas su nešančiąja raketa vežamas į starto poziciją, raketa pripildoma kuro ir jis nustatytu laiku paleidžiamas į kosmosą. Erdvėlaivio skriejimą kontroliuoja ir ryšį (kosminis ryšys) su jo valdymo sistema palaiko skrydžių valdymo centras. Kandidatai skrieti erdvėlaiviais atrenkami kruopščiai įvertinus jų sveikatos būklę ir kitus gebėjimus (kosmonautas).
Kosmonautikos istorija
Kosminio skrydžio teoriniai pagrindai pirmą kartą pateikti K. Ciolkovskio veikale Pasaulio erdvių tyrimas reaktyviniais aparatais (Issledovanie mirovych prostranstv reaktivnymi priborami 1903). Teorines ir praktines kosminių kelionių galimybes ir raketų naudojimo šiems tikslams perspektyvas 20 a. pradžioje nagrinėjo mokslininkai Robertas Hutchingsas Goddardas (Jungtinės Amerikos Valstijos), Hermannas Oberthas (Vokietija), Robertas Albertas Charles Esnault‑Pelterie (Prancūzija). 1920–30 kai kuriose Europos šalyse įsikūrė visuomeninės draugijos, kurios telkė mokslininkus ir inžinierius raketoms projektuoti ir konstruoti. Iki II pasaulinio karo didžiausios raketų technikos plėtros pažangos buvo pasiekusi Vokietija, kurioje dirbo raketų kūrėjas W. von Braunas. II pasaulinio karo pabaigoje ji jau turėjo raketų koviniams užtaisams nešti. Realios galimybės kosminiams skrydžiams atsirado po II pasaulinio karo, kai SSRS ir Jungtinės Amerikos Valstijos, kaip karo trofėjus perėmusios Vokietijos raketas, ėmėsi sparčiai kurti tarpžemynines balistines raketas, galinčias nešti branduolinius užtaisus. Tuo metu pasaulio mokslininkai siekė, kad raketos būtų naudojamos moksliniams kosminės terpės ir kosminių kūnų tyrimams.
1954 Romoje buvo priimta rekomendacija paleisti dirbtinį Žemės palydovą, skirtą Tarptautiniams geofiziniams metams (jais paskelbti 1957–58, sutampantys su didžiausiu Saulės aktyvumu). 1955 Jungtinės Amerikos Valstijos ir SSRS pareiškė, kad jos gali sukonstruoti ir paleisti tam skirtą palydovą. Šios šalys siekdamos tarptautinio prestižo ir dominavimo pasaulyje pradėjo nepaskelbtas kosmoso užkariavimo varžybas. Vadovaujant S. Koroliovui SSRS buvo sukonstruotos nešančiosios raketos Sputnik, galinčios į dirbtinio Žemės palydovo orbitą iškelti nedidelį naudingą krovinį. 1957 10 04 SSRS paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas Sputnik 1. Jungtinėse Amerikos Valstijose nešančiąsias raketas kūrė vokiečių mokslininko W. von Brauno vadovaujami konstruktoriai.
pirmasis dirbtinis Žemės palydovas Sputnik 1 (1957)
1958 01 31 savo pirmąjį dirbtinį Žemės palydovą Explorer 1 paleido Jungtinės Amerikos Valstijos. Nuo to laiko kosmonautika pradėjo sparčiai plėtotis ir skverbtis į įvairias mokslo ir ūkio sritis. Jos plėtrą skatino ne tik Jungtinių Amerikos Valstijų ir SSRS lenktyniavimas, bet ir siekis pritaikyti kosmonautikos laimėjimus karinei žvalgybai. Vienas svarbiausių to meto kosmonautikos uždavinių buvo pilotuojamų erdvėlaivių sukūrimas žmogaus skrydžiui į kosmosą ir nešančiųjų raketų bei pilotuojamų erdvėlaivių sukūrimas saugiai žmogaus kelionei į Mėnulį ir atgal.
SSRS erdvėlaivis Vostok 1, kuriuo kosmonautas J. Gagarinas apskriejo Žemę
Per tą kosmonautikos plėtros etapą buvo nagrinėjamos ne tik techninės ir technologinės erdvėlaivių kūrimo problemos, bet ir atliekami biomedicininiai tyrimai (kosminė biologija, kosminė medicina) siekiant išsiaiškinti, kaip gyvus organizmus veikia perkrova starto ir nusileidimo metu ir kosminio skriejimo sąlygos (nesvarumas skriejant orbita) ir kokios apsaugos priemonės reikalingos saugiam kosmonautų buvimui kosmose (apsauga nuo ultravioletinės, jonizuojančiosios spinduliuotės, mikrometeoroidų) užtikrinti. Šias problemas iš pradžių sparčiau sprendė SSRS. 1961 04 12 pirmą kartą žmonijos istorijoje SSRS kosmonautas J. Gagarinas erdvėlaiviu Vostok 1 vieną kartą apskriejo Žemę ir sėkmingai nusileido. 1962 02 20 erdvėlaiviu Mercury 6 Žemę apskriejo pirmasis Jungtinių Amerikos Valstijų astronautas J. H. Glennas. 1965 03 18 buvo paleistas erdvėlaivis Voschod 2 su kosmonautais A. Leonovu ir P. Beliajevu.
A. Leonovas pirmą kartą iš skriejančio erdvėlaivio išėjo į atvirą kosmosą, fotografavo Žemę, erdvėlaivį ir grįžo atgal. Šis eksperimentas įrodė, kad kosmonautai gali dirbti atvirame kosmose. Vėlesni pilotuojami skrydžiai buvo erdvėlaivių ir jų skriejimo technikos, kosmonautų galimybių dirbti atvirame kosmose išbandymas, pasirengimas žmogaus skrydžiui į Mėnulį, kosminių stočių sukūrimo galimybių tyrimas ir pasirengimas ilgalaikiam darbui jose. Šiuo etapu sėkmingiau dirbo Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkai ir inžinieriai. Jie sukūrė itin galingą nešančiąją raketą Saturn 5, galinčią į orbitą iškelti masyvų erdvėlaivį, kuriuo būtų galima nuskrieti į Mėnulį ir sėkmingai grįžti atgal. Skrydžiui į Mėnulį sukurtas erdvėlaivis Apollo. 1969 07 20 Jungtinių Amerikos Valstijų astronautai N. A. Armstrongas, B. Aldrinas Apollo 11 pirmą kartą žmonijos istorijoje nusileido Mėnulyje, tyrinėjo jį, grunto pavyzdžių atgabeno į Žemę. 1969–72 surengtos 6 sėkmingos Apollo ekspedicijos į Mėnulį. Kosmonautų ekspedicijai į Mėnulį rengėsi ir SSRS. Tam tikslui 1967 buvo sukurtas ir orbitoje išbandytas Sojuz serijos pilotuojamasis erdvėlaivis. Tai patikimi erdvėlaiviai, jų ištobulintas atmainas Rusija kosminiams skrydžiams naudoja iki šiol, bet SSRS nespėta sukurti galingos nešančiosios raketos, kuri būtų tinkama skrydžiams į Mėnulį. Po Jungtinių Amerikos Valstijų astronautų skrydžio į Mėnulį SSRS atsisakė pilotuojamų erdvėlaivių skrydžių į Mėnulį programos ir sutelkė pastangas Mėnulio tyrimams automatiniais nepilotuojamais erdvėlaiviais.
Buvo pradėtos kurti kosminės stotys ilgalaikiam kosmonautų darbui ir gyvenimui kosmose. 1971–82 buvo paleistos 7 Saliut kosminė stotis. 1973 05 14 Jungtinės Amerikos Valstijos paleido pirmąją kosminę stotį Skylab, kuri buvo sukonstruota iš nepanaudoto Apollo modulio. 1975 sėkmingai įgyvendintas Apollo–Sojuz bandomasis projektas buvo pirmoji tarptautinė kosminė stotis, nuo tada Jungtinės Amerikos Valstijos ir SSRS nuo lenktyniavimo pamažu perėjo prie bendradarbiavimo kosmonautikos srityje. 1972 Jungtinės Amerikos Valstijos pradėjo įgyvendinti Kosminio transporto sistemos programą, kurios tikslas buvo universalios paskirties daugkartinio naudojimo erdvėlaivio sukūrimas ir naudojimas, ji plačiau žinoma kaip Space Shuttle programa. Šie erdvėlaiviai į orbitą aplink Žemę leidžiami nešančiosiomis raketomis iš kosmodromų, o į Žemę grįžta ir nusileidžia aerodromo taku kaip įprastiniai lėktuvai.
Buvo pagaminti 5 Space Shuttle erdvėlaiviai: Columbia (1981), Challenger (1983), Discovery (1984), Atlantis (1985), Endeavour (1992). 1986 SSRS buvo sukonstruota ir paleista kosminė stotis Mir, kurią sudarė keli gana autonomiški moduliai. Joje vienu metu galėjo gyventi iki 6 astronautų. Šioje stotyje pamainomis dirbo įvairių šalių astronautai. 1998 bendradarbiaujant Jungtinėms Amerikos Valstijoms ir Rusijai buvo paleista pirmoji Tarptautinė kosminė stotis, kurią numatoma papildyti vis naujais moduliais ir ateityje paversti dideliu mokslinių tyrimų centru. Kosminius tyrimus ir kosmonautikos programas, be Jungtinių Amerikos Valstijų ir SSRS (Rusijos), pamažu pradėjo plėtoti ir kitos šalys. Savas nešančiąsias raketas sukūrė Prancūzija (1965), Japonija (1970), Kinija (1970), Didžioji Britanija (1971), Indija (1971), Brazilija (1985), Izraelis (1988), Šiaurės Korėja (1998).
Tarptautinė kosminė stotis
Siekdamos efektyviau panaudoti lėšas, skirtas kosmonautikai plėtoti, Europos šalys 1975 įsteigė Europos kosmoso agentūrą. Vertingų duomenų teikia Žemės (kosminė geologija), Žemės kosminės aplinkos, Saulės ir Saulės sistemos kūnų tyrimai erdvėlaiviais. Laboratorijose ištirti Mėnulio uolienų, atgabentų į Žemę erdvėlaiviais (Apollo, Luna), pavyzdžiai. Erdvėlaiviai (Mariner, Voyager, Cassini‑Huygens, Galileo ir kiti) jau yra nuskrieję iki visų Saulės sistemos planetų, išskyrus Plutoną, aplinkos, iš arti tyrė jų paviršių, atmosferą ir palydovus. Erdvėlaivių moduliai, nuleisti į Venerą ir Marsą, tiesiogiai tyrė tas planetas. Iš arti erdvėlaiviais Giotto, Vega, NEAR, Stardust, Deep Impact ir kitais tirtos kometos ir asteroidai. Nuolat stebimi ir tyrinėjami Saulėje vykstantys reiškiniai (Ulysses, SOHO, TRACE, Genesis ir kiti). Iš kosminių observatorijų tapo prieinami tyrimams tie elektromagnetinio spektro dažnių ruožai, kurių spinduliuotę sugeria Žemės atmosfera (gama, rentgeno, ultravioletinė ir infraraudonoji spinduliuotė bei kai kurių ilgių radijo bangos).
Hubble’io kosminis teleskopas (astronautai S. L. Smithas ir J. M. Grunsfeldas keičia kosminio teleskopo giroskopus)
Be to, regimosios šviesos ruože Žemės atmosfera gerokai sumažina teleskopų skvarbą ir kampinę skyrą, todėl į orbitą periodiškai leidžiamos kosminės observatorijos (Hubble’io kosminis teleskopas, Hipparcos, Spitzerio kosminis teleskopas, Integral, IUE, EUVE, CGRO, Chandra ir kitos). Iš jų gauti matavimų duomenys pakeitė astronomų supratimą ne tik apie žvaigždžių ir jų sistemų sandarą ir evoliuciją, bet ir apie Visatos evoliuciją. Kosmonautika reikšminga Žemės stebėjimams iš kosmoso, kuriais gaunami tikslesni duomenys apie sausumos ir vandenynų floros bei faunos būklę. Meteorologiniai palydovai nuolat perduoda duomenis apie globalią debesų dangą ir atmosferos būklę, dėl to sudaromos daug tikslesnės orų prognozės. Navigaciniai palydovai leidžia tiksliai nustatyti ir sausumoje, ir jūroje esančių objektų padėtis (globalinė padėties nustatymo sistema). Telekomunikacijų palydovai retransliuoja radijo ir televizijos programas ir užtikrina pasaulinį telefono ir interneto ryšį. Nuo kosminės epochos pradžios paleista daugiau kaip 6000 įvairios paskirties erdvėlaivių. Svarbesni kosmonautikos įvykiai pateikiami lentelėje.
1
3018