ЕНКМ_4 часть

У животных, ведущих ночной образ жизни часто цветовое зрение отсутствует (ночные и глубоководные рыбы, ночные птицы и др.). Считается, что отсутствие среди млекопитающих видов с яркой разноцветной окраской связано с утратой большинством представителей этого класса цветового зрения. Вспомним, среди птиц очень много ярких, пестрых видов. Яркая окраска чаще встречается у самцов и служит обычно для привлечения самки. Если бы птицы не могли различать цвета, окраска не могла бы выполнять такой функции.

Однако и располагая неопровержимыми доказательствами способности того или иного животного различать цвета, нам крайне трудно представить себе мир его глазами. Для пчелы самым насыщенным цветом оказывается ультрафиолетовый, затем в убывающей степени идут сине-фиолетовый, желтый и сине-зеленый. Значит, пчела может видеть разные цвета там, где мы видим все однотонным и наоборот. Так что, даже исследовав все особенности зрения кошек и собак, вряд ли мы с уверенностью сможем понять, как выглядит мир их глазами.

Первые позвоночные, которые появились на Земле, различали цвета лучше нас. Первобытная рыба, ставшая родоначальницей рептилий, птиц и млекопитающих, имела в глазах четыре цветовых рецептора – утверждает Мики Роув, биолог из Калифорнии. В то время как у человека и приматов их всего три. Да и сейчас многие виды, от скворцов до хамелеонов, обладают четырьмя рецепторами. Три как у нас, а четвертый воспринимает цвета ультрафиолетового спектра. Так что цветок, который видится нам белым, для птиц - другой!

Почему же природа обделила человека? Все дело в том, что наши «ближайшие» предки, доисторические млекопитающие, были ночными животными и не нуждались в цветовом зрении. Так они потеряли два из четырех фоторецепторов. Впоследствии из одного из оставшихся развились рецепторы для зеленого и красного. Однако человек превосходит птиц, ящериц и рыб в другом: цветовое восприятие зависит еще и от того, насколько хорошо мозг преобразует сигналы органов зрения. И поскольку отделы мозга, ответственные за

31

видение мира, у людей хорошо развиты, мы можем различать до 2 миллионов цветовых оттенков.

Подумайте и ответьте:

1.Как возникает цвет неба?

2.Что такое утренняя и вечерняя заря?

3.Как формируются цвета Солнца, Луны, звезд, облаков?

4.Как получается цвет воды, моря?

5.Что можно сказать о цвете твердых тел?

6.Какие бывают светящиеся растения, животные и камни?

7.Что можно сказать о зрении и теории цветового зрения?

8.В чем особенность цветового зрения у животных?

32

3. КОСМОНАВТИКА И КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. История космонавтики

Космонавтика (астронавтика) – совокупность отраслей науки и техники, основной задачей которых является исследование и освоение космоса, Земли и внеземных объектов с использованием космических аппаратов (КА). Эта наука включает в себя теорию космических полетов (расчеты траекторий полетов КА); научно-технические дисциплины – конструирование ракет, двигателей, бортовых систем управления, автоматических станций и космических кораблей, научных приборов, проведение траекторных измерений, организация и снабжение орбитальных станций; медикобиологические дисциплины

– создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений в человеческом организме, связанных с перегрузкой, невесомостью, радиацией; юридический аспект – международное правовое регулирование вопросов использования космического пространства и планет.

Создателем теории космических полетов по праву считается российский ученый-самоучка К.Э. Циолковский (1857-1935 гг.). Он первым сформулировал идею движения в космическом пространстве с использованием реактивного двигателя. Провел расчеты и доказал возможность такого движения с помощью ракет, а также предложил конструкции таких систем, в том числе многоступенчатых.

Систематические работы по созданию ракетных двигателей начались в 20 гг. XX в. практически одновременно в США (Р. Годдард) и СССР (Н. Тихомиров). В 1926 г. в Америке был запущен первый аппарат с жидкостным ракетным двигателем, а в 1928 г. был осуществлен первый пилотируемый полет на подобном аппарате. Первая пробная ракета в Советском Союзе была запущена 17 августа 1933 г., она летела всего 18 секунд и достигла высоты 400 метров. На основе этой ракеты позднее были созданы многоствольные реактивные уста-

33

новки на автомобильной платформе – «Катюши». Разработкой боевых реактивных снарядов, а также крылатых ракет занимался отдел Ракетного Научно-Исследовательского института, который возглавлял конструктор С.П. Королев (1906-1966 гг.).

Втридцатые годы свои позиции в ракетной технике усилила Германия. Работы под руководством В. фон Брауна привели к созданию в начале сороковых годов мощных крылатых ракет «Фау-1» и баллистических ракет «Фау-2». Последние были наилучшими ракетными системами того времени, так как они могли подниматься на высоту 86 км и пролетать расстояние в 250 км.

После окончания Второй Мировой войны передовые немецкие разработки были заимствованы советскими и американскими учеными. В. фон Браун более тридцати лет работал в США, где под его руководством были разработано несколько ракетных систем, в том числе ракеты-носители «Сатурн».

ВСССР генеральным конструктором ракетной техники был С.П. Королев. С 1947 по 1957 гг. были созданы семь типов ракет, каждая новая модификация была более мощной и способной преодолевать большие расстояния. Ракета Р-7 стала наиболее успешной ракетной системой, поэтому именно она была использована для запуска первого спутника, первых аппаратов к Луне, а также космических кораблей с животными и первого пилотируемого полета.

3.2. Первые шаги в освоении космоса

Движение в космическом пространстве имеет ряд особенностей, поэтому для его осуществления необходимо было высокое техническое и научное обеспечение конструкторских разработок. В космосе нет опоры (на грунт или на воздух), и можно использовать только принцип реактивного движения, согласно которому движение происходит за счет выброса из ракеты вещества (газов). Газы выбрасываются в одну сторону, а ракета движется в противоположную.

34

Чтобы ракета смогла преодолеть притяжение Земли, она должна достичь очень высокой скорости. Эта скорость зависит от массы ракеты и космического аппарата, который эта ракета доставляет в космос. Поэтому большую часть массы ракеты составляет топливо ракеты, а его нужно довольно много.

Рис. 3.1: Космические скорости.

Законы физики и небесной механики (раздела астрономии, в котором рассматриваются законы движения космических тел) позволяют рассчитывать скорости и траектории движения ракет и космических аппаратов в пространстве Солнечной системы. Минимальная скорость ракеты (первая космическая), при которой она выйдет в околоземное пространство, и будет двигаться вокруг Земли по круговой орбите, равна 7.9 км/с (28 440 км/ч). При больших скоростях она будет двигаться по эллипсу, а при скорости 11.2 км/с (второй космической), двигаясь по параболе, вообще покинет притяжение Земли. Если использовать большое количество топлива или определенные гравитационные маневры, то по гиперболической траектории КА

35

можно отправить и за пределы Солнечной системы. Для этого скорость ракеты должна превысить 12 км/с (рис. 3.1).

Достижение таких скоростей оказалось возможным только во второй половине XX в., когда начали использовать высокоэнергичные двигатели, в которых происходит сгорание водорода в атмосфере кислорода, все выхлопные газы выбрасываются из ракеты и позволяют ускориться. Примечательно, что в США используют твердотопливные двигатели, а советские (российские) конструкторы применяют более совершенные двигатели на жидком топливе.

Начало космической эре положил запуск 4 октября 1957 г. с советского космодрома Байконур первого искусственного спутника Земли. Через месяц космический аппарат впервые доставил в космос живое существо – собаку Лайку. 31 января 1958 г. был запущен первый американский спутник.

В отличие от беспилотных систем для пилотируемых полетов нужны более сложные ракетные системы и космические корабли: более мощные ракеты, надежная тепловая защита во время возвращения на Землю, системы независимого ручного управления, жизнеобеспечения, бытовые помещения и оборудование для работы и научных экспериментов. Все это успешно изучалось и внедрялось по мере развития пилотируемой космонавтики.

Первый полет человека в космос был проведен 12 апреля 1961 г., в этот день советский космонавт Ю. Гагарин на корабле «Восток- 1» сделал один виток вокруг Земли. Второй советский космонавт Г. Титов на корабле «Восток-2» сделал уже 17 витков и летал более суток (6-7 августа 1961 г.). Следующие четыре полета КА «Восток» были спаренными: в августе 1962 г. – «третий» и «четвертый», а в июне 1963 г. – «пятый» и «шестой» были запущены один за другим и летали на небольшом расстоянии друг от друга. На корабле «Восток-6» в космосе побывала женщина – В. Терешкова.

Пилотируемая космонавтика США развивалась параллельно. 5 мая и 21 июля 1961 г. в космических кораблях серии «Меркурий», которые выводились в космос баллистической ракетой, А. Шепард и

36

В. Гриссом совершили 15-минутные суборбитальные полеты (они просто побывали в космосе). В 1962-1963 гг. были осуществлены 4 полноценных орбитальных полета кораблей «Меркурий». Все эти полеты были пробными, но дали много полезной информации, например, о том, что члены экипажа должны быть настоящими пилотами и при необходимости суметь управлять кораблем.

Следующие два полета в космос тоже были попытками установить рекорды. 12-13 октября 1964 г. в модифицированном корабле «Восход» был совершен первый групповой полет (В. Комаров, К. Феоктистов и Б. Егоров), а один из двух космонавтов «Восхода-2», А. Леонов, в марте 1965 г. на 20 минут вышел в открытый космос.

После этого грандиозной задачей перед пилотируемой космонавтикой стала программа полетов на Луну. Американское космическое агентство (НАСА) предложило реализовать программу «Джемини» – серия полетов возрастающей сложности на двухместных космических кораблях, оборудованных для сближения с КА-мишенью на околоземной орбите. В ходе осуществления этой программы в течение 1965-1966 гг. были проведены 10 успешных экспедиций, наиболее интересной из которых было сближение до расстояния 2 м. с КА «Джемини-6» и «Джемини-7».

27 января 1967 г. во время предстартового отсчета времени перед первым пилотируемым полетом нового корабля «Аполлон» случился пожар, в котором погибли три космонавта (В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи). Это привело к задержке на полтора года реализации лунной программы. В 1968-1969 гг. были проведены подготовительные полеты аппаратов серии «Аполлон», которые должны были доставить американских астронавтов на Луну. В это время два из четырех пилотируемых полетов КА «Аполлон-8 и 10» побывали на орбите Луны. В «Аполлонах» кроме основного орбитального блока был и лунный модуль, который должен был опуститься на поверхность Луны и взлететь с нее, поэтому для вывода на орбиту использовалась самая мощная на то время ракета-носитель «Сатурн-5», созданная под руководством В. фон Брауна.

37

Наконец, 20 июля 1969 г. пилоты корабля «Аполлон-11» астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин первыми ступили на поверхность Луны. После этого за 3 года было еще 5 успешных лунных экспедиций (не считая аварийного «Аполлона-13»), участники которых не просто ходили по Луне, а собирали образцы грунта, камней (всего

380кг), ездили на луноходе и делали измерения.

ВСССР в то же время реализовывалась независимая лунная программа, была построена ракетная система нового типа (Н-1) и создан космический аппарат нового поколения – «Союз». Однако первый полет этого корабля закончился трагично: при спуске отказала парашютная система, посадочный модуль врезался в землю и космонавт В. Комаров погиб. В советской лунной программе планировалась стыковка двух кораблей, такой эксперимент был проведен в январе 1969 г., когда состыковались «Союз-4» и «Союз-5», и космонавты впервые смогли перейти с одного корабля на другой. Неудачи при испытаниях ракеты-носителя Н-1, привели к решению отменить лунную программу. В итоге советская космонавтика в дальнейшем развивалась по пути строительства больших сложных орбитальных станций и долговременных полетах на них, а НАСА сосредоточило интерес к созданию и использованию многоразовых космических кораблей – шаттлов.

Следует отметить важный эксперимент в области сотрудничества в космосе – проект «Союз-Аполлон». В июле 1975 г. была произведена стыковка и совместный полет КА «Союз-19» и «АполлонСМ111» для разработки совместных спасательных процедур и технических средств на тот случай, если какой-либо космический экипаж окажется на орбите в безвыходном положении.

3.3. Новые рекорды в освоении космоса

Проекты долговременных пилотируемых станций на околоземной орбите обсуждались, начиная с 1929 г. Основным вопросом тогда было вращение станции вокруг своей оси. Если сделать ее в форме

38

колеса, заставить вращаться, то внутри станции будет создаваться искусственная сила тяжести. На космической станции, не имеющей собственного вращения, возникнут условия невесомости, не встречающиеся на Земле. В то время ученые не знали, как может действовать на организм человека длительное пребывание вне привычной силы тяжести. Поэтому исследования в этой области могли быть только экспериментальными.

В середине 60-х гг. двадцатого века независимо в СССР и США начали разрабатываться программы по созданию испытательных орбитальных станций для получения и исследования медицинских данных о влиянии невесомости на космонавтов, находящихся на орбите в течение нескольких недель. Создавались они военными ведомствами и для получения разведывательной информации.

После первого предварительного полета двух космонавтов на корабле «Союз-9» в июне 1970 г., 19 апреля 1971 г. была запущена первая орбитальная станция «Салют». Успешный длительный полет на этой станции совершили 6-29 июня 1971 г. Г.Т. Добровольский, В.Н. Волков и В.И. Пацаев. Однако при возвращении на Землю спускаемый аппарат разгерметизировался, воздух из него вышел и весь экипаж погиб.

Параллельно в США реализовывалась программа «Скайлэб». В течение 1973-1974 гг. были запущены три экспедиции длительностью 30, 60 и 90 дней. Космонавты сделали множество научных и технических экспериментов, в том числе по поведению материалов в невесомости, исследованию земных ресурсов. Они проводили астрономические наблюдения, в частности, открыли несколько неизвестных физических процессов на Солнце. Главным результатом было доказательство возможности работы космонавтов на невращающихся станциях.

После совершенствования космического корабля была продолжена реализация программы орбитальных аппаратов серии «Салют». На орбитальных станциях «Салют-3, -4 и -5», работавших в течение

39

многих месяцев побывали по две экспедиции, которые занимались военными и научными задачами.

Более совершенной стала орбитальная станция «Салют-6», которая была в космосе почти 5 лет. Станция имела много солнечных батарей, позволяющих функционировать автономно, на ней были сделаны два стыковочных узла, что позволяло подлететь к станции транспортному кораблю с грузами и второму пилотируемому кораблю «Союз». На «Салюте-6» побывало 16 экипажей в ходе 5 экспедиций, максимальное время пребывания в космосе составило 185 суток.

Еще более сложной (массой почти 20 т) была орбитальная станция «Салют-7», летавшая в космосе почти 9 лет. За три первых года на ней работали 6 экспедиций, продолжительность пребывания человека была доведена до 237 суток (потом она работала автономно и упала на Землю в феврале 1991 г.).

Кконцу программы «Салют» специалисты убедились, что пребывание в космосе более шести месяцев не приводит к сколь-нибудь серьезным отрицательным последствиям, хотя и становится довольно утомительным. Поэтому следующим этапом было проведение практически непрерывной работы в космосе на борту новой станции, собираемой на орбите из нескольких блоков (элементов). Эта станция была запущена 19 февраля 1986 г. и получила название «Мир». Масса станции в полном комплекте составила 140 т, а размер 35 м. Она работала в течение 15 лет (1986-2001 гг.), за это время на ней побывало 28 длительных экспедиций, 108 космонавтов, из них 63 иностранных. Станция «Мир» имела более совершенные солнечные батареи, а связь осуществлялась через ретрансляционный спутник. Самым значительным изменением конструкции было создание нового переходного отсека с пятью стыковочными узлами, расположенного в передней части станции.

Кбазовому блоку были присоединены пять отдельных элементов (модулей), которые поочередно были пристыкованы к нему в 1987-1996 гг. Модуль «Квант», состыкованный с «Миром» в апреле 1987 г., был предназначен для астрофизических и других научных ис-

40