Використання космічних апаратів в інтересах людства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Гуманітарний конкурс робіт «Мирний космос»

Напрямок: Екологія та космонавтика

Секція: Наукові дослідження в Космосі

Реферат

Використання космічних апаратів в інтересах людства

Виконав: Бондарчук В.О.

Керівник : Ткачук О.М

Коростень 2015

Зміст

Вступ

1. Транспортні засоби пересування людини в космосі

2. Космічні системи зв'язку

3. Метеорологічні системи

4. Використання супутників в геодезії та навігації

Висновок

Вступ

Мета:Використання космічних апаратів для розвитку людства, підвищення якості зв'язку, для більшої комунікабельності населення Землі.

Використання космічних апаратів допомагає краще вивчати явища в атмосфері Землі, що в свою чергу допоможе робити прогнози на погоду.

Використання космічних супутників зробили великий внесок в систему транспорту, завдяки їм з'явилися системи:GPS і т.д. Також супутники роблять знімки Землі, що в свою чергу дають людям карти Землі, що допомагають в навігації.

Використання космічних апаратів допомагає в дослідженні природних ресурсів та навколишнього середовища.

Тези:

-Близький та Далекий Космос.

-Аспетки діяльності людства.

-Недоліки транспортних засобів пересування в космосі

-Штучні супутники Землі

-Космічна система зв'язку на стаціонарній орбіті

-Використання космічного зв'язку в цілях телебачення

-Сонячне випромінювання

-Прогнозування погоди та явища в атмосфері землі

-Ера космічної геодезії

-Оптичні квантові генератори(лазери)

-Параметри орбіт

-Система космічної навігації

-Космонавтика в діяльності людей

-Астрофізичні дослідження

-Розвиток метеорології

Перш ніж розпочати розмову про наукові дослідження в космосі, треба визначитись з тим, що мається на увазі під космічними дослідженнями. Слово Космос має грецьке походження і є синонімом поширеного терміну Всесвіт, а тому в це поняття входить все, що оточує людину і саму людину в тому числі. Відрізняють близький і далекий Космос. До близького відносять Землю і все, що пов'язано з нею. До далекого відносять світ зірок, планет, інших небесних тіл та простір між ними. Під науковими дослідженнями в Космосі на сьогодні розуміють три аспекти діяльності людства. По-перше, це всі питання, які стосуються виходу людини в далекий Космос, її існування за межами Землі та наслідків діяльності людини в Космосі. По-друге, це ті питання, які торкаються дослідження фізичних характеристик космічного простору, планет та зірок, процесів, що відбуваються в далекому Космосі, їх відмінностей від аналогічних процесів на Землі та їх вплив на земні процеси і явища; це питання сприйняття та розуміння космічних інформаційних потоків. По-третє, це питання пов'язані з розвитком Людства та забезпеченням його самими різноманітними ресурсами і новими технологіями як нині, так і в майбутньому.

космічний транспортний навігація метеорологічний

1. Транспортні засоби пересування людини в космосі

К.Е.Ціолковський казав: «В даний момент я не бачу іншого засобу виходу в Космос окрім апаратів, що побудовані на принципі реактивного руху. Якби я мав змогу вибирати, я б займався і іншими транспортними засобами...». Отже, як і К.Е.Ціолковський, ми можемо говорити лише про реактивні апарати. По-перше, це ракети-носії космічних апаратів, багаторазові космічні транспортні системи, повітряно-космічні системи, космічні літальні апарати. Основним недоліком всіх перелічених систем є надзвичайно низький коефіцієнт корисної дії, бо реактивні двигуни розганяють не тільки корисний груз, скільки саму ракету-носій, її конструкцію, яка перед виходом на орбіту буде відокремлена від космічного апарату, загальмована і повернеться на Землю. До першої космічної швидкості розганяється і паливо, продукти згоряння якого витікають з реактивних сопел з швидкістю не більш ніж 4500м/с, а тому теж «летять» слідом за ракетою. Другим недоліком реактивних систем є велика вартість як самих систем, так і їх запуску, особливо для систем одноразового використання. Реактивні системи мають і інші недоліки, але на передній план все більше виходе екологічний, бо крім того, що продукти згоряння всіх палив отруйні (за винятком кисню та водню, які при сполученні дають воду), вони дуже негативно діють на озоновий шар. Так, відомо, що польоти таких систем, як «Сатурн» або «Шатл» утворюють отвір в озоновому шарі діаметром до 300 миль, а одночасний запуск 500 Шатлів привів би до повного знищення озонового шару Землі. Над подоланням цих недоліків працюють дослідники багатьох розвинутих країн світу. Одночасно розробляються транспортні космічні системи, які б не мали перерахованих недоліків. І в першу чергу це електромагнітні, які б дозволили набрати космічну швидкість ще на поверхні Землі. Велика увага приділяється також створенню транспортних космічних модулів для польотів від Землі до Місяця та інших планет, космічних рятівних човнів і особливо космічних апаратів, обладнаних реактивними двигунами, які мають великі швидкості витоку речовини на відміну від хімічних, де швидкість витоку, як ми уже казали, не перевищує 4500 м/с. Так, при застосуванні електро-реактивних двигунів швидкість витоку речовини може досягти до 100 км/с і більше.

2. Космічні системи зв'язку

Використання космічної техніки істотно підвищило ефективність системи зв'язку, дозволило зв'язати між собою всі куточки земної кулі, дало змогу широко використовувати самі інформативні, короткі хвилі, на яких працює телебачення.

Нові можливості для підвищення якості, оперативності та надійності зв'язку відкрилися з запуском штучних супутників Землі. Перебуваючи у полі прямий радіовидимості великого числа віддалених один від одного наземних пунктів, супутник дозволяє об'єднати їх мережею космічного зв'язку. У цьому випадку завдяки прямої видимості супутника з наземних пунктів використовують інформативні, короткі хвилі, що забезпечує надійну і високоекономічні передачу великого обсягу інформації на далекі відстані.

Використання штучних супутників Землі в системі зв'язку грунтується на ретрансляції поверхнею, що відбиває або апаратурою супутникасигналів від передавальних наземних станцій до прийомних. У першому випадку ретрансляція називається пасивною, у другому - активною. При пасивній ретрансляції використовується велика площа поверхні, що відбиває супутника, що розсіює падаючу на нього частину енергії радіохвиль, а наземна приймальна радіостанція приймає частина розсіяної супутником енергії. Пасивні супутники передають сигнали без затримки (в реальному масштабі часу), тобто забезпечують миттєву ретрансляцію.

Такі супутники відрізняються простотою і малою вартістю. Це можуть бути надувні тонкостінні оболонки, що не містять складної спеціальної апаратури. Вони надійні в роботі і можуть служити досить тривалий час. Керувати їхньою роботою гранично просто. Ще однією їхньою перевагою є можливість одночасної і незалежної ретрансляції через один супутник практично необмеженого числа сигналів абсолютно різних систем зв'язку, що з'єднують різні пункти (за умови, що системи працюють на різних частотах).

Великими перевагами володіє космічна система зв'язку з супутниками на так званій стаціонарній орбіті, що представляє собою кругову екваторіальну орбіту висотою близько 30 тис. км. Така орбіта характерна тим, що супутник на ній знаходиться в нерухомому відносно поверхні Землі положенні (у зв'язку з рівністю їх кутових швидкостей обертання). Зі стаціонарної орбіти забезпечується більша зона охоплення поверхні. Один стаціонарний супутник може забезпечити цілодобовий зв'язок між пунктами, віддаленими один від одного на відстань близько 17 тис. км, причому для зменшення втрат сигналів приймається, що супутник а крайніх точках видно під кутом 7,5 °.

Весь діапазон частот, ретрансльованих супутником зв'язку, ділиться на піддіапазони, звані стовбурами, причому кожний стовбур займає смугу частот, необхідну для передачі однієї телевізійної програми. Однак через нього може передаватися не тільки телевізійна інформація, але і, якщо необхідно, телефонний, телеграфний, фототелеграфна, радіомовна. Так, наприклад, через один стовбур можна передавати одночасно до 600телефонних розмов. Чим більша кількість стовбурів має зв'язного супутник, тим більше інформативну зв'язок він може забезпечити, тому більш "продуктивної" буде космічна система зв'язку.

Загальне охоплення населення великій території телебаченням за допомогою наземних засобів хоча в принципі і можливий, але пов'язаний з великими матеріальними витратами, необхідними для спорудження унікальних телевізійних веж і ліній радіорелейного зв'язку. При цьому при використанні кабельних ліній доводиться підсилювати сигнали зв'язку через кожні 6-10 км, а для зв'язку по радіорелейних лініях необхідно через кожні 40-60 км встановлювати складні ретрансляційні станції. Для їх створення потрібні дефіцитні будівельні матеріали і велика армія будівельників, які могли б бути використані на інших роботах. Час, необхідний для введення в дію таких унікальних наземних споруд, буде обчислюватися десятиріччями. Крім того, багатоелементного такої системи робить її малонадійною, неоперативної та низькоякісної. Що ж стосується організації міжконтинентальних передач, то наземними засобами реалізувати їх через океан практично не представляється можливим. Таке завдання під силу тільки супутникових систем зв'язку.

Сьогодні космічні системи зв'язку міцно увійшли в життя. Десятки країн широко використовують можливості систем космічного зв'язку і телебачення, які створили передумови для узагальнення та поширення інформації у глобальному масштабі.

3. Метеорологічні системи

Безліч причин ускладнює точне передбачення погоди. У кінцевому рахунку практично всі явища в атмосфері пов'язані з перетвореннямиодержуваної Землею сонячної енергії, але ці перетворення настільки різноманітні і складні, що їх вивчення, облік, а тим більше прогнозуванняпредставляють великі труднощі. Пов'язано це з неоднорідністю атмосфери, її рухливістю, розмаїтістю рельєфу і фізичних властивостей поверхні Землі, її обертанням, випромінюванням тепла від Землі та атмосфери в космос. До межі земної атмосфери на кожен її квадратний метр приходить від Сонця протягом хвилини 20 ккал енергії. Близько 35% її відбивається назад у космос, 15% поглинається атмосферою і 50% - поверхнею Землі.

Різноманітний характер сонячного випромінювання. Воно проявляється у вигляді радіовипромінювання, інфрачервоного, світлового, ультрафіолетового, рентгенівського випромінювань, а також у вигляді потоку заряджених частинок - електронів, протонів. Кожне з перерахованих випромінювань Сонця надає різний вплив на різні шари атмосфери. При цьому до поверхні Землі приходить в основному видима частина випромінювань Сонця.

Нагріваючись, Земля віддає тепло атмосфері. Тепловіддача відбувається як при контакті повітря з поверхнею суші та води, так і шляхомтеплового випромінювання Землі. Атмосфера дуже добре поглинає випромінюване Землею тепло. Велика рухливість атмосфери веде до швидких переміщень теплих мас повітря вгору, а холодних вниз. Цією ж причиною викликаються вельми значні переміщення холодних мас з охолоджених районів Землі і теплих з районів з високою температурою. Обертання Землі змушує виникають у північній півкулі потоки повітря відхилятися вправо, а в південному-вліво від тих напрямків, які вони мали б у разі нерухомості земної кулі. Це призводить до розвитку гігантських вихровихатмосферних утворень-циклонів і антициклонів.

Внаслідок тертя між земною поверхнею і переміщається повітряної масою і між окремими шарами повітря отклоняющее вплив обертання Землі на різних висотах позначається по-різному. Воно зростає із збільшенням висоти. Наприклад, безпосередньо над поверхнею суші напрямок вітру змінюється до 45-55 °, а на рівні 50 м - до 90 °. У результаті спільної дії всіх факторів виходить дуже складна картина розподілу повітряних течій в атмосфері.

Таким чином, для вивчення погодообразующих процесів і прогнозування погоди необхідно всебічне вивчення найрізноманітніших явищ в атмосфері Землі і на її поверхні, а також в космосі (у навколоземному і далекому, включаючи Сонце).

Справа в тому, що під дією короткохвильової радіації "спокійного" Сонця утворюється земна іоносфера. Це випромінювання також безпосередньо впливає на молекулярний склад і щільність верхніх шарів атмосфери, що у свою чергу визначає тепловий баланс нижніх її шарів. Не менш важливим є вплив різних активних процесів у сонячній короні, найбільш відомими з яких є сонячні спалахи.

Проблеми сонячно-земних зв'язків ще багато в чому чекають свого рішення. Але вже сьогодні зрозуміло, що багато "спускові механізми" погодних явищ, що відбуваються на Землі, ініційовані космічними причинами. Різноманітні супутники й міжпланетні станції приступили до систематичного вивчення проблем сонячно-земної фізики.

Подальший розвиток техніки і економіки пред'являє нові вимоги до метеорології. Ще недавно прогнози погоди складали для забезпечення господарської діяльності відносно невеликих районів. Тепер же з створенням регулярних авіаліній в найвіддаленіші пункти нашої планети, зорганізацією міжконтинентальних перельотів до Антарктиди, з розвитком морського транспорту та розповсюдженням рибальства на весь Світовий океан найбільш необхідна повна інформація щодо гідрометеорологічної обстановки та її майбутні зміни в масштабі всієї Землі.

Впевнене прогнозування погоди на тривалий термін вимагає створення теорії загальної циркуляції атмосфери, що неможливо без систематичних метеорологічних спостережень на всій поверхні планети. Однак існуючі в даний час близько 10 тис. метеостанцій на Землі не дозволяють вирішити цю задачу. Вони не можуть дати інформацію з величезних просторів океанів, їх мало у важкодоступних районах суші, на крижаних просторах Арктики і Антарктики. Майже 80% планети залишається "білою плямою" для метеорології. Неконтрольована частина атмосфери не тільки велика за розмірами, але і розташована над районами, що грають найважливішу роль у формуванні погодних явищ.

По-справжньому широко вдалося поглянути на атмосферу тільки за допомогою космічних апаратів: тільки метеорологічний супутник, озброєний спеціальною апаратурою, безперервно переміщаючись над Землею, може дати інформацію про погоду на всій планеті.

Таким чином, космічна техніка стане одним з найефективніших засобів у метеорології, що мають величезне економічне значення. Вже перші метеорологічні супутники дали багато цінної для господарської практики інформації. Так, наприклад, "Космос-144", що входив в експериментальну метеорологічну систему "Метеор", виявив, що від о. Врангеля до Берингової протоки океан очистився від льоду. Це дозволило розпочати навігацію по Північному морському шляху на місяць раніше наміченого терміну.

Вже сьогодні експлуатація метеорологічних космічних систем вносить серйозний внесок в економіку, а в найближчі роки він зростає в багато разів. Так, наприклад, якщо метеорологічні супутники дозволять складати надійний прогноз погоди на п'ять діб вперед, то (за оцінками ради економічних експертів при президенті США) щорічно буде забезпечений такий економічний ефект: у сільському господарстві-2500 млн. дол, в наземному транспорті-100 млн.; у лісовій промисловості-45 млн.; у водному господарстві-3000 млн. дол Таким чином, сумарний ефект у господарських галузях Сполучених Штатів від такої системи складе близько 6 млрд. дол Для всього світу ця цифра зросте у багато разів.

4. Використання супутників в геодезії та навігації

Штучні супутники відкрили нову еру в науці про вимір Землі - еру космічної геодезії. Вони внесли до геодезію нову якість - глобальність; завдяки великим розмірам зони видимості поверхні Землі з супутника значно спростилося створення геодезичної основи для великих територій, тому що істотно скоротилося необхідну кількість проміжних етапів вимірювань. Так, якщо в класичній геодезії середня відстань між визначеними пунктами становить 10-30 км, то в космічній геодезії ці відстані можуть бути на два порядки більше (1-3 тис. км). Тим самим спрощується передача геодезичних даних через водні простори. Між материком та островами, рифами, архіпелагами геодезична зв'язок може бути встановлена ??при прямій їх видимості з супутника безпосередньо через нього, без будь-яких проміжних етапів, що сприяє більш високої точності побудови геодезичної мережі.

Основним методом космічної геодезії є одночасне спостереження супутника з наземних пунктів. При цьому вимірюються найрізноманітніші параметри щодо положення пунктів і супутників. Параметрами можуть служити дальність, швидкість зміни дальності (або радіальна швидкість), кутова орієнтація лінії візування пункт-супутник у будь-якій системі координат, швидкість зміни кутів і т. д. Вимірювальні засоби розташовуються на наземних пунктах. На супутнику ж розміщується апаратура, що забезпечує роботу цих вимірювальних засобів. Супутник - це допоміжний маяк для проведення вимірювань щодо положення опорних пунктів, причому цей маяк може бути як пасивним, так і активним. У першому випадку супутник, освітлений сонцем або має спеціальну лампу-спалах, фотографується з наземних пунктів на тлі зоряного неба.

Одночасність спостережень супутника з кількох пунктів забезпечується спеціальним синхронізуючим пристроєм, який за сигналами єдиного часу виробляє одночасне відкривання і закривання затворів фотокамер. Наявність на фотографії зображень зірок (у вигляді точок) і сліду супутника у вигляді пунктирної лінії дозволяє шляхом графічних вимірювань визначити взаємне положення штрихів пунктирною лінії, що відповідаютьположенням супутника, і найближчих до них точок, відповідних зіркам. Це дає можливість, знаючи положення зірок по зоряному каталогу, визначити координати штрихів супутника або, точніше, кутову орієнтацію ліній візування спостережний пункт-супутник. Сукупність кутових координат лінії візування пункт-супутник дозволяє визначити взаємну кутову орієнтацію геодезичних пунктів. Орієнтація всієї мережі на поверхні Землі вимагає знання координат хоча б одного пункту, визначаються класичними методами, і дальності до іншого або координат двох пунктів, званих засадничими. - Для подолання несприятливих метеорологічних умов при оптичних спостереженнях супутника використовуються радіотехнічні засоби. У цьому випадку супутник є як би активним маяком. Застосовуються різні принципи вимірів: ефект Доплера, зсув фаз радіосигналів супутника, прийнятих в різних точках пункту, час поширення сигналу пункт-супутник-пункт і т. д.

Великі перспективи в вимірювальній техніці космічної геодезії мають оптичні квантові генератори (лазери). Вони дозволяють вимірювати дальність і радіальну швидкість із значно вищою точністю, ніж за допомогою радіотехнічних засобів. Таким чином, космічна геодезія дозволить уточнити форму Землі - геоїд, точно визначити координати будь-яких пунктів на поверхні нашої планети, створити топографічні карти на будь-які райони земної поверхні і визначити параметри поля тяжіння Землі.

Все це дасть можливість морському флоту визначати обриси материків і отримувати точні координати островів, рифів, маяків та інших морських об'єктів, авіації - визначати координати аеропортів, наземних орієнтирів і станцій наведення. Ці дані дозволять обирати найкращі маршрути руху і забезпечать надійність і безпеку роботи морського та повітряного транспорту.

Для успішної роботи навігаційних супутників має значення правильний вибір параметрів їх орбіт. Необхідно забезпечити достатню частоту видимості супутника з навігіруемих об'єктів. З цієї точки зору різні орбіти сильно відрізняються один від одного. Так, супутник, що летить за низькою полярній орбіті "оглядає" всю Землю двічі на добу, один раз на прямих, інший-на зворотних витках. Точніше кажучи, Земля щодо рухається по орбіті супутника переміщається так, що з будь-якої її точки він може бути видно 2 рази на добу. Щоб забезпечити безперервний огляд поверхні Землі із супутників, що запускаються на полярні орбіти, тобто для забезпечення видимості одного або більше супутників з корабля або літака, що знаходиться в будь-якій точці нашої планети, необхідно на орбітах заввишки 200 км мати 160 супутників, а заввишки 1 тис. км - 36 супутників.

Створення систем космічної навігації дозволяє значно поліпшити безпеку руху транспорту. Подібні системи міцно входить у практику кораблі і літаководіння, тому що дозволяють з високою точністю визначати місце розташування кораблів і літаків у будь-який час доби, при будь-якому стані погоди.

Висновок

Розглянуті у цій роботі питання використання космічної техніки (як безпосереднього, так і опосередкованого) показують той великий внесок, який вносить космонавтика в різні сфери діяльності людей. Номенклатура завдань, що вирішуються вже сьогодні космічними системами, виключно різноманітна. Це і дослідження природних ресурсів Землі, і охорона навколишнього середовища, і зв'язок, і геодезія, і навігація, і метеорологія, та ін.

Особливе значення в наші дні набуло дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища за допомогою космічних систем, забезпечених різноманітної апаратурою дистанційних вимірювань з космосу. Цьому напрямку належить внести основний внесок у народнегосподарство.

У вирішенні цього найважливішого завдання велика роль належить космічним системам дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища, які взяли на озброєння досягнення ракетно-космічної техніки, радіоелектроніки та обчислювальної техніки, в оптико-механічного та оптико-електронної апаратури. Фотоапаратура і різні види телевізійних систем, ІЧ та НВЧ радіометри, поляриметри та спектрометри, скаттерометри і радіолокатори бічного огляду, лідар (лазерні висотоміри) і радіовисотомір, магнітометри і гравіметри та інші види бортової апаратури дозволяють отримати з космічних орбіт найціннішу інформацію про фауну і флору нашої планети і краще зрозуміти закономірності геологічної будови земної кори і розміщення в ній корисних копалин.

Ці дослідження, доповнені астрофізичними дослідженнями в космосі, поряд з вирішенням злободенних господарських завдань дають можливість підійти до вирішення фундаментальних проблем перетворення природи на нашій планеті. Велике значення подальшого розвитку і вдосконалення всіх видів зв'язку (радіо, телефонного, телеграфного, телевізійної). Сьогодні цей процес носить глобальний характер, і тут все більшого значення набуває зв'язок на основі космічних систем. Те ж можна сказати про навігаційних системах. Розвиток метеорології завдяки космічній техніці вступило в принципово нову фазу, коли розпочато найглибше вивчення тонких механізмів і першопричин породоутворюючих процесів.

Список літератури

5. А. Д. Коваль, Ю. А. Тюрин "Космос - землі" М:; "Знання" 1989р.

6. "Космічна техніка" під редакцією К. Гетланд. Видавництво "Світ". 1986 Москва.

7. Освоєння космічного простору в СРСР. Академія наук СРСР. Москва, Наука, 1977.

8. Космонавтика. Енциклопедія, Радянська енциклопедія, М., 1985.

9. Космонавтика, астрономія, науково-популярна серія «Знання», видавництво «Знання», М.

Размещено на Allbest.ru