Реферат на тему «Исследование межпланетными космическими аппаратами планет солнечной системы Венеры, Марса, Меркурия»

Оглавление

Введение

1. Полеты космических аппаратов к Меркурию

2. Исследование Венеры космическими аппаратами

3. Космические аппараты Марса

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Любые технические устройства, предназначенные для функционирования в космическом пространстве, называются космическими аппаратами. Космические научные исследования производятся с помощью научной аппаратуры, устанавливаемой на космические аппараты.

Изучение планет и малых тел Солнечной системы с использованием космических аппаратов, направляемых к ним. Исследования проводятся, как с аппаратов, пролетающих мимо этих объектов или выходящих на орбиту вокруг них, так и непосредственно на их поверхностях спускаемыми устройствами: неподвижными зондами, передвигающимися механизмами типа луноходов и летающими аэростатами.

Нельзя забывать о необходимости подготовки к межпланетным пилотируемым полетам, которые неизбежно наступают в XXI веке, и об изучении возможностей изменения физических условий сначала на поверхности Марса, а потом и Венеры для расселения там в очень отдаленном будущем наших потомков.

Цель работы – исследование межпланетными космическими аппаратами планет солнечной системы: Венеры, Марса, Меркурия.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть полеты космических аппаратов к Меркурию;
2. Ознакомиться с исследованием Венеры космическими аппаратами;
3. Узнать о космических аппаратах Марса.

1. Полеты космических аппаратов к Меркурию

Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой. Но не к нему одному. Как это не удивительно, но вследствие особенностей орбиты именно Меркурий, а не Марс или Венера большую часть года является ближайшей к Земле планетой. Но, несмотря на кажущуюся близость, он является одной из наименее изученных планет Солнечной системы [4].

Связано это опять же с его местоположением. Наблюдать планету с Земли непросто – на небе, Меркурий никогда не удаляется от Солнца больше чем на 28,3 градуса. Его всегда приходится наблюдать на фоне вечерней или утренней зари низко над горизонтом, причём в течение очень непродолжительного промежутка времени: не позднее чем за 2 часа до рассвета и не позднее чем через 2 часа после заката. Однако, гораздо чаще время наблюдений намного меньше и составляет всего 20-30 минут.

Из-за этих сложностей существует крайне популярная легенда про то, что, например, Коперник так и не смог увидеть Меркурий собственными глазами.

Если говорить про космические телескопы, то ситуация не становится проще. «Хаббл» теоретически мог бы попытаться отснять его поверхность, но лишь теоретически – на практике инженеры никогда на это не пойдут из-за слишком большой опасности спалить хрупкую оптику телескопа.

Что касается космических аппаратов, то тут все тоже весьма непросто. Орбитальная скорость Земли составляет 30 км/с, орбитальная скорость Меркурия – 48 км/с. Недостающую скорость надо добрать, но при этом все куда сложнее простого разгона – нельзя забывать про гравитационное влияние Солнца которое будет тянуть на себя аппарат и увеличивать его скорость. И чтобы выйти на орбиту планеты, а не просто пролететь мимо, лишнюю скорость нужно как-то погасить.

Поскольку на Меркурии нет своей атмосферы, аэроторможение отпадает. Можно конечно использовать для торможения двигатели – но возможностей современной ракетной техники не хватает, чтобы напрямую направить к Меркурию аппарат с достаточным для этого запасом топлива. Следовательно, необходимо применять комбинацию из тормозных импульсов и гравитационных маневров – а это означает лишнее время полета и лишние миллионы километров. При этом, даже при такой схеме полета складывается интересный парадокс: чтобы достичь Меркурия, нужно затратить больше топлива, чем для того, чтобы навсегда отправить в межзвездное пространство аппарат из Солнечной системы.

Из-за всех этих сложностей, к Меркурию пока что летало всего два аппарата. Первым был запущенный в 1973-е году «Маринер-10», который использовал гравитационный маневр у Венеры чтобы выйти на орбиту, позволявшую ему раз в полгода совершать пролеты вблизи Меркурия и фотографировать одно из его полушарий.

Ресурсов аппарата хватило всего на три пролета, после которых связь с ним была утеряна. Тем не менее, Маринер-10 сумел сфотографировать примерно 45% сильно кратерированной поверхности планеты и установил наличие у нее на удивление сильного для такой медленно вращающейся планеты магнитного поля (рис. 1) [8].

Рисунок 1. Фото Меркурия, сделанное аппаратом Маринер-10

Следующего посланца пришлось ждать свыше 30 лет. Им стал «MESSENGER», который стартовал в 2004 году и стал первым аппаратом, вышедшим на полноценную орбиту вокруг Меркурия.

Для этого, зонду преодолеть за 6.5 лет 7.9 миллиардов километров пути (это больше, чем расстояние до Плутона) и совершить 6 гравитационных маневров: один у Земли, два у Венеры и три собственно у самого Меркурия (рис. 2) [3].

После этого, аппарат, наконец вышел на орбиту планеты где пребывал до апреля 2015 года, сумев отснять всю ее поверхность и озадачив человечество массой тайн, вроде того, откуда у Меркурия такое непропорционально огромное ядро, которое занимает 75% объема всей планеты.

Следующим посланцем к Меркурию стала европейско-японская миссия “БеприКоломбо”, которая была запущена 20 октября 2018 года. Прибытие к Меркурию планируется в декабре 2025 года, после пролёта Земли, двух пролётов Венеры, и 6 пролётов Меркурия.

Рисунок 2. Гравитационные маневры аппарата MESSENGER

Для экономии топлива в течение полёта BepiColombo совершит девять гравитационных манёвров: один раз у Земли, дважды у Венеры и шесть раз у Меркурия.

Полёт продлится 7,2 года. Прибытие в район Меркурия ожидается в декабре 2025 года. Учёные ожидают, что обе станции смогут проработать в окрестностях Меркурия как минимум год.

2. Исследование Венеры космическими аппаратами

Венера является куда более простой в плане полета и интригующей целью, чем Меркурий. Ее поверхность всегда была скрыта от наблюдателей толстым слоев облаков, что будоражило сознанием фантастов, регулярно упоминавших в своих произведениях некие венерианские джунгли, болота и их дружелюбных обитателей.

Однако первые пролетные миссии в 60-е годы прошлого века быстро установили, что атмосфера планеты разогрета до очень больших температур – а значит, никаких болот и гигантских ящериц. Правда, даже тогда выдвигались весьма экзотические предположения по поводу того, что может находиться собственно говоря на самой поверхности –  в частности, говорили даже про океан из жидких углеводородов.

Чтобы окончательно ответить на этот вопрос, необходимо было проникнуть под слой облаков. И первую скрипку в этих исследованиях сыграл СССР, т.к. США в те годы не уделяли особого внимания Венере, ограничившись парой пролетных миссий в 60-е годы. Правда, стоит отметить что существовал интересный проект пилотируемого облета Венеры с использованием модифицированного Аполлона, но из-за урезания финансирования, но он так и остался на бумаге.

Итак, в 1967 году «Венера-4» впервые попыталась совершить посадку на планету. Однако из-за сильной недооценки давления на поверхности (аппарат был рассчитан на 10 атмосфер, а в реальности цифра составляет 90 атмосфер) он был раздавлен на высоте 28 километров. Такая же судьба постигла «Венеру-5» и «Венеру-6» [14].

Наконец, в 1970 году «Венере-7» удалось добраться до поверхности и передать данные о том, что там происходит: давление в 90 атмосфер и температура в 520 градусов. Если добавить к этой картине идущие в ядовитой атмосфере дожди из серной кислоты, отсутствие магнитного поля и тектоники вкупе с недавней вулканической активностью, то получается явно несамое приятное место для отдыха.

В 1975 году «Венера-9» передала первые фотографии с поверхности планеты (рис. 3) [9].

Рисунок 3. Первые фотографии Венеры, переданные космическим аппаратом «Венера-9»

Тремя годами позже, были запущены американские «Пионер-Венера 1» и «Пионер-Венера 2». Второй аппарат исследовал атмосферу, а первый попытался составить первую карту планеты используя радиолокацию. В 1982 году на Венеру сели «Венера-13» и «Венера-14», которые передали первые цветные снимки с поверхности и осуществили первую запись звука (раскаты грома) с другого небесного тела [2].

В 1983 годах СССР запустил станции «Венера-15» и «Венера-16», которые составили первую полноценную карту поверхности планеты (рис. 4), поставив точку в весьма успешной программе «Венера».

Рисунок 4. Составленная по данным космических аппаратов карта планеты Венера

В 1985 году, на пути к комете Галлея, две станции серии «Вега» сбросили в атмосферу Венеры не только спускаемые аппараты, но и пару аэростатов для изучения атмосферы. Они продержались там 46 и 60 часов соответственно, доказав возможность подобного способа изучения планеты. «Вега» стала последней успешной советской межпланетной миссией.

В 1990 был запущен аппарат «Магеллан», который проработал 4 года на орбите Венеры, составив весьма подробную радиолокационную карту 98 % поверхности планеты (рис. 5) [7].

Рисунок 5. Радиолокационная карта планеты Венера, полученная с помощью аппарата «Магеллан»

В течении последующих 12 лет изучение Венеры проводилось лишь аппаратами с пролетной траектории, использовавшими ее для гравитационных маневров («Галилео», тот же «MESSENGER», «Кассини»).

9 ноября 2005 года ракетой-носителем «Союз-ФГ» с космодрома Байконур был запущен европейский корабль «Венера-Экспресс» (Venus Express), предназначенный для изучения поверхности Венеры и ее атмосферы. В апреле 2006 года аппарат встал на орбиту планеты и проработал до декабря 2014 года, передав на Землю тысячи уникальных снимков и множество интереснейшей информации о Венере. Станция впервые сделала изображение южного полюса планеты [13].

В 2010 году для изучения атмосферы Венеры к ней был направлен японский космический аппарат «Акацуки» (Akatsuki), но ему не удалось выйти на орбиту вокруг планеты. Очередная попытка вывести его на эту орбиту будет предпринята в 2016 году, когда «Акацуки» снова приблизится к Венере.

Запуск российского зонда для исследования Венеры — аппарата «Венера-Д», был включен в Федеральную космическую программу на 2006-2015 годы. В 2009 году срок запуска сдвинулся на 2018 год. В настоящее время он планируется не ранее 2024 года [10].

3. Космические аппараты Марса

Марс – четвертая от Солнца планета Солнечной системы, вращается по вытянутой (эллиптической) орбите. Свое название она получила в честь древнеримского бога войны. Часто Марс именуют Красной планетой из-за оттенка поверхности, вызванного высоким содержанием оксида железа.

Среднее расстояние Марса от Солнца составляет 227,9 млн км, период обращения вокруг него – 687 суток (вдвое больше земного). Средний радиус планеты – 3 тыс. 389,5 км (в 1,88 раз меньше земного — 6 тыс. 371 км), масса – 0,108 от земной. Сила притяжения на Марсе почти в три раза слабее земной. Период вращения вокруг своей оси равен примерно 24,5 земных суток. На Марсе, как и на Земле, происходит смена дня и ночи, а также сезонов.

Первым попытку запуска к Марсу предпринял в 1960 году Советский Союз. В рамках программы «Марсник» планировалось исследовать планету двумя зондами во время ее облета. Запуск аппаратов «Марс 1969А» и «Марс 1969Б» был проведен с Байконура 10 и 14 октября 1960 года. Однако оба были потеряны из-за аварий ракеты-носителя «Молния» [11].

Первым аппаратом, пролетевшим рядом с планетой, стала советская автоматическая межпланетная станция «Марс-1» (запущена в 1962 году). По расчетам, 19 июня 1963 года она прошла на расстоянии 193 тыс. км от планеты. Однако миссия потерпела неудачу, так как связь с АМС прервалась еще до подлета к Красной планете.

Впервые фотографии марсианской поверхности были получены в 1965 году с американского зонда «Mariner 4» (1964). 15 июля, облетая Марс, он подошел к планете на расстояние 9 тыс. 846 км [1].

Первым искусственным спутником Марса стал американский «Mariner 9» (в 1971 г.). Космический аппарат добрался до планеты 14 ноября 1971 года и почти год проводил исследования с ее орбиты. «Mariner 9» впервые с близкого расстояния сфотографировал спутники Марса.

Первым аппаратом, достигшим поверхности планеты, стал 27 ноября 1971 года посадочный модуль советской АМС «Марс-2» (в 1971 г.). На Марс планировалось спустить самоходный аппарат, который назывался «Прибор оценки проходимости – Марс». Однако марсоход, на борту которого находился вымпел с изображением герба СССР, разбился при посадке.

Впервые мягкую посадку 2 декабря 1971 года удалось осуществить советскому «Марсу-3» (в 1971 г.), который был идентичен предыдущему аппарату. Однако и второй советский марсоход был потерян, связь с ним прервалась спустя 14,5 сек. после начала работы из-за пылевой бури [5].

Первыми аппаратами, предназначенными для исследования одного из спутников Марса, были советские «Фобос-1» и «Фобос-2». В проекте участвовали также ряда европейских стран. С первым аппаратом была потеряна связь на пути к Марсу, второму удалось передать 37 изображений Фобоса.

Первую успешную миссию марсохода удалось осуществить США. «Sojourner» (1996) был спущен на поверхность Марса 4 июля 1997 года. Он проработал около трех месяцев и преодолел расстояние почти 100 м, передал 550 фотографий и проанализировал 15 химических проб с поверхности. Всего на Марсе работали четыре марсохода – все американские. В 2010 году завершил свою миссию «Spiri»t. До сих пор функционируют «Opportunity» (с января 2004 года) и «Curiosity» (с августа 2012 года) [12].

В настоящее время с орбиты планеты ведут исследования шесть земных космических аппаратов. Среди них три американских: «Mars Odyssey» (с октября 2001 года), «Mars Reconnaissance Orbiter» (MRO; с марта 2006 года), «MAVEN» (с сентября 2014 года). А также европейский «Mars Express» (с декабря 2003 года) и индийский «Мангальян-1» (с сентября 2014 года).

В 2018 году к ним присоединился орбитальный модуль TGO российско-европейской миссии «ExoMars-2016», который после завершения серии сложных маневров занял в начале апреля свою рабочую орбиту.

На 2020 год, когда будет очередное сближение с Марсом, запланировано несколько миссий разных стран [6]:

• начнется второй этап российско-европейского проекта «ExoMars», предусматривающий доставку на поверхность планеты спускаемого модуля с посадочной платформой и автономным марсоходом «Pasteur»;
• США собираются запустить пятый планетоход – «Mars 2020 Rover»;
• Индия намеревается отправить к Красной планете второй зонд «Мангальян-2»;
• Китай планирует осуществить миссию, включающую исследование Марса с помощью орбитального аппарата и марсохода;
• Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ) совместно с США готовятся отправить к планете свой первый аппарат «Mars Hope».

В 2022 году может состояться запуск японской автоматической станции с целью доставки грунта со спутников Марса — Фобоса и Деймоса. В 2024 году Россия собирается повторить попытку по забору образцов вещества с Фобоса, предыдущая подобная миссия потерпела неудачу в 2011 году.

Кроме того, в планы входит осуществление полета человека на Марс. Пилотируемые марсианские миссии рассматривается космическими ведомствами России (может быть осуществлен не ранее 2030 года) и США (к 2030 году), а также ЕКА (до 2033 года). В феврале 2017 года власти ОАЭ объявили о проекте строительства первого мини-города на Красной планете – «Марс 2117» – в сотрудничестве с ведущими международными организациями и научно-исследовательскими институтами. Существуют также частные инициативы по пилотируемым миссиям на Красную планету.

Заключение

Меркурий является ближайшей к Солнцу планетой. Но не к нему одному. Как это не удивительно, но вследствие особенностей орбиты именно Меркурий, а не Марс или Венера большую часть года является ближайшей к Земле планетой. Но, несмотря на кажущуюся близость, он является одной из наименее изученных планет Солнечной системы. Связано это опять же с его местоположением.

Венера является куда более простой в плане полета и интригующей целью, чем Меркурий. Ее поверхность всегда была скрыта от наблюдателей толстым слоев облаков, что будоражило сознанием фантастов, регулярно упоминавших в своих произведениях некие венерианские джунгли, болота и их дружелюбных обитателей.

Однако первые пролетные миссии в 60-е годы прошлого века быстро установили, что атмосфера планеты разогрета до очень больших температур – а значит, никаких болот и гигантских ящериц.

Марс – четвертая от Солнца планета Солнечной системы, вращается по вытянутой (эллиптической) орбите и наиболее активно исследуемая. В планы по изучению Марса входит осуществление полета человека на Марс. Пилотируемые марсианские миссии рассматривается космическими ведомствами России и США, а также ЕКА.

В феврале 2017 года власти ОАЭ объявили о проекте строительства первого мини-города на Красной планете – «Марс 2117» – в сотрудничестве с ведущими международными организациями и научно-исследовательскими институтами. Существуют также частные инициативы по пилотируемым миссиям на Красную планету.

Список использованной литературы

1. Маров М.Я. Экзопланеты / М.Я. Маров, И.И. Шевченко // Природа. – 2017. – № 6. – С. 3–15.
2. Авдуевский В.С. Куда идет советская космонавтика? / В.С. Авдуевский, Л. В. Лесков. – М.: Знание, 2016. – 412 c.
3. Адамович Б.А. Жизнь вне Земли / Б.А. Адамович, В.А. Горшенин. – М.: Международный финансово-промышленный концерн «Технология-Индустрия», 2017.
4. Алексеев В.А. За лунным камнем / В.А. Алексеев, Л.А. Лебедев. – М.: Машиностроение, 2016.
5. Боно Ф. Перспективы освоения космоса / Ф. Боно, К. Гатланд; пер. с англ. Г.Л. Гроздовского, В.А. Добровольского, Г.С. Швыркова. – М.: Машиностроение, 2016.
6. Гетман В.С. Внуки Солнца. – М.: Наука, 2018. – 184 с.
7. Левантовский В.И. Небесная баллистика. – М.: Знание, 2017.
8. Ляпунов Б.В. Сквозь тернии к звездам / Б.В. Ляпунов, Н. А. Николаев. – М.: Молодая гвардия, 2017. – 395 с.
9. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. / И. Б. Афанасьев, Ю. М. Батурин, А. Г. Белозерский [и др.]. – М.: Изд-во «РТСофт», 2017.
10. Оберт Г. Пути осуществления космических полетов / пер. с нем. Б. В. Раушенбаха. – М.: Оборонгиз, 2018. – 312 с.
11. Панасюк М.И. Странники Вселенной или эхо Большого. – Фрязино: «Век 2», 2017. – 194 с.
12. Роуч М. Обратная сторона космонавтики / пер. с англ. – М.: Эксмо, 2018. – 226 с.
13. Уманский С.П. Человек на космической орбите. – М.: Машиностроение, 2017. – 204 с.
14. Штернфельд А. Полет в мировое пространство. – М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит., 2016. – 389 с.