Космические технологии в нашей жизни. Космические технологии

В 2017 году исполняется 60 лет с начала практического освоения космического пространства человеком. За эффектными стартами космических кораблей стоят высокие технологии и смелые инженерные решения, которые делают возможными всё более далёкие и длительные космические экспедиции. Готовятся пилотируемые полёты на Луну и Марс, а автоматические станции уже достигли пределов Солнечной системы. О некоторых передовых космических разработках читателям РИА "Новости" рассказывает фотолента.

Фотолента подготовлена при поддержке Национального исследовательского технологического университета "МИСиС".

© РИА Новости Успешное освоение космоса невозможно без надежных космических кораблей. В России разрабатывается пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК) «Федерация». На борту «Федерации» могут достаточно комфортно разместиться до шести членов экипажа.

1 из 11

Успешное освоение космоса невозможно без надежных космических кораблей. В России разрабатывается пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК) «Федерация». На борту «Федерации» могут достаточно комфортно разместиться до шести членов экипажа.

На эффективность работы космонавтов значительно влияет правильная организация пространства. В обитаемом отсеке «Федерации», помимо систем управления, имеются кухонный блок, медицинский пункт, туалет и помещение для уединения. Дизайн и эргономика интерьера ПТК «Федерация» созданы в Инжиниринговом центре прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС».

2 из 11

Новый корабль получит новые полетные кресла из углепластика. Впервые в российской космонавтике предусмотрена регулировка размеров, что позволяет подогнать кресло под космонавта любого роста. Таким образом, кресла становятся многоразовыми и их больше не нужно отливать отдельно под каждого члена экипажа.

3 из 11

© НИТУ "МИСиС", Сергей Гнусков В космической технике используются самые современные материалы. Один из них – гибридное металл-органическое соединение – перовскит. Перовскиты могут применяться в гибких солнечных батареях, светодиодах, лазерах, мониторах и фотодекторах высокой чувствительности. Ряд ученых даже предсказывает в ближайшее время «перовскитовую революцию», которая кардинально изменит многие технологии.

4 из 11

В космической технике используются самые современные материалы. Один из них – гибридное металл-органическое соединение – перовскит. Перовскиты могут применяться в гибких солнечных батареях, светодиодах, лазерах, мониторах и фотодекторах высокой чувствительности. Ряд ученых даже предсказывает в ближайшее время «перовскитовую революцию», которая кардинально изменит многие технологии.

© РИА Новости В космосе нет «станций подзарядки», поэтому для дальних экспедиций необходимы источники энергии, способные без замены и обслуживания работать десятки лет. На фото бетавольтаический преобразователь («ядерная батарейка») – источник электроэнергии, получаемой за счет преобразования энергии распада радиоактивных материалов.

6 из 11

В космосе нет «станций подзарядки», поэтому для дальних экспедиций необходимы источники энергии, способные без замены и обслуживания работать десятки лет. На фото бетавольтаический преобразователь («ядерная батарейка») – источник электроэнергии, получаемой за счет преобразования энергии распада радиоактивных материалов.

© РИА Новости В различных устройствах корабля – от двигателей до систем навигации – необходимы мощные и эффективные источники магнитного поля. Такими источниками являются постоянные магниты на основе редкоземельных магнитотвердых материалов. Они способны работать при экстремальных температурах открытого космоса (от – 180 до +150 градусов Цельсия).

Федеральное агентство по образованию

Самарский государственный экономический университет

Кафедра промышленной технологии и товароведения

РЕФЕРАТ

по техническим основам производства

на тему: "Космические технологии"

Выполнила: студентка

2 курса ПЭФ ЭОТ

Липей Елена

Науч. рук.: Тарасов А.В.

Оценка: ______________

Самара - 2009

Введение

Глава 3. Космические технологии - на борьбу с энергокризисами

Глава 4. Космические технологии приходят в регионы

Глава 5. Перспективы развития космических технологий

5.1 Космические технологии на борьбу с вирусом птичьего гриппа

5.2 Космическое оружие

5.3 Космическая программа России и Белоруссии

5.4 Использование солнечной энергии на Земле

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В последние годы - годы НТП (научно-технического прогресса) - одной из ведущих отраслей народного хозяйства является космос. Достижения в исследовании и эксплуатации космоса являются одним из важнейших показателей уровня развития страны. Несмотря на то, что эта отрасль очень молодая, темпы ее развития очень высоки, и уже давно стало ясно, что исследования и использование космического пространства ныне немыслимы без широкого и разностороннего сотрудничества государств.

За очень короткий исторический срок космонавтика стала неотъемлемой частью нашей жизни, верным помощником в хозяйственных делах и познании окружающего мира. И не приходится сомневаться, что дальнейшее развитие земной цивилизации не может обойтись без освоения всего околоземного пространства. Освоение космоса - этой "провинции всего человечества" - продолжается нарастающими темпами.

В положительном плане на космос работают такие тенденции современных международных отношений, как глобализация, усиление интеграционных процессов и регионализма. С одной стороны, они ставят перед космической деятельностью задачи воистину глобального порядка, поскольку только космические средства делают возможным собирать, обрабатывать и распространять в масштабах планеты информацию о состоянии глобальных проблем. С другой - они позволяют объединять усилия и изыскивать средства для решения проблем национальных и региональных, обеспечивая экономическую рентабельность.

Глава 1. Некоторые результаты работ в области космической технологии, выполненных советскими учёными

В 1978 г. в исследованиях, проводимых по программе "Интеркосмос", появилось новое направление - изучение процессов образования и поведения материалов в условиях космического пространства. Для решения многих стоящих перед человечеством задач нужны различного рода материалы со специальными, порой экстраординарными свойствами и возможностями: полупроводники, кристаллы для инфракрасной техники, сложнейшие оптические материалы. Космос предоставляет человеку близкую к идеальной среду для их получения. Почти полное отсутствие силы тяжести на борту космического аппарата, глубокий вакуум, зачастую мешающие космонавтам и усложняющие работу некоторых бортовых приборов и систем, в данном случае выступают в качестве позитивного явления.

Однако возникает ряд вопросов. В частности, оправдано ли перенесение уже отработанных на Земле процессов в космос с экономической точки зрения? Подобные сомнения имеют некоторые основания. Во-первых, создание аппаратуры для работы в космосе обходится значительно дороже. Во-вторых, вывод этой аппаратуры в космос и ее функционирование на борту космического корабля или станции требуют больших материальных затрат. В СССР эти прикладные исследования носят скорее опытно-конструкторский характер. До создания космических заводов предстоит пройти еще долгий и трудный путь.

Как правило, космические исследования ведутся в основном в интересах наших чисто земных нужд. Это справедливо и для космического материаловедения. Одними из главных потребителей таких материалов являются наука и техника. Космические приборы, системы и агрегаты, например, должны обладать максимальной чувствительностью, способностью работать в экстремальных условиях. Ни для кого не секрет, что на изготовление космической техники идут самые совершенные из имеющихся в распоряжении человека материалы. Только с их помощью можно успешно решить грандиозные задачи, стоящие перед исследователями космоса. Вот почему, чем интенсивнее и плодотворнее будет развиваться космическое материаловедение, тем быстрее оно сможет предоставить космической технике новые материалы, тем большую отдачу мы сможем получить от всех направлений космических исследований. Важность этой проблемы, ее актуальность несомненны.

Начало сотрудничества в этом направлении в рамках программы "Интеркосмос" совпало с подготовкой первых полетов международных экипажей. Появилась возможность осуществлять совместные исследования на орбитальной станции "Салют-6", много лет служившей базой самых разнообразных исследований. Для проведения совместных материаловедческих экспериментов Советский Союз предоставил ученым братских стран бортовые технологические установки "Кристалл" и "Сплав", позволяющие осуществить исследования с материалами различных типов, используя широкий диапазон методов получения соединений. Ценность экспериментов повышалась ещё и присутствием на борту станции космонавтов, прошедших специальную подготовку по проведению работ такого рода.

В Советском Союзе был выполнен значительный объем работ по изучению процессов сварки в условиях микрогравитации и созданию различного оборудования для этой цели. При создании такого оборудования необходимо учитывать ряд требований к его конструкции и эксплуатации, обусловленных особенностями проведения работ на космическом аппарате. Безопасная эксплуатация оборудования на космическом аппарате зависит от правильного учета факторов, таких как разрушительное действие источника нагрева, наличие ванны с жидким металлом и брызг расплавленного металла, повышенное напряжение источников питания и побочные явления типа теплового или рентгеновского излучения. Например, в установке типа "Вулкан", предназначенной для электронно-лучевой сварки, ускоряющее напряжение было выбрано меньше 15 В, так как при этом исключается возможность появления тормозного рентгеновского излучения. Удачный выбор режима дуговой сварки позволил избежать разбрызгивания металла. В той же установке высоковольтные элементы и цепи как потенциальные источники опасности были заключены в один блок и залиты эпоксидной смолой. Для локализации металлической пыли, теплового и светового излучений в установке "Вулкан" использован специальный защитный кожух. Контроль параметров процесса и поддержание их на необходимом уровне обеспечивался системой электрической и механической защиты.

Анализ различных способов сварки показал, что относительная простота выполнения электронно-лучевой сварки, высокая эффективность процесса, возможность его применения для всех металлов делают этот способ одним из наиболее перспективных в космической технологии.

Глава 2. Космическое информационное обеспечение в биосферных исследованиях

Три десятилетия космической эры существенно повлияли на наши знания о Земле, на технологию создания карт, на оперативные наблюдения за природными процессами, особенно в метеорологии.

При помощи искусственных спутников оказалось возможным предсказывать на 3-5-дневный срок погоду на большей части Земли с точностью и покрытием, ранее недоступными; наблюдать явления засухи в крупных регионах; выявлять лесные пожары и сведение лесов в малообжитых районах; выявлять биопродуктивные зоны океана, наиболее подходящие для обитания рыб; определять смещения тектонических плит и прогнозировать землетрясения по параметрам траекторий орбит ИСЗ.

В космических методах изучения планеты определилось два направления:

1. Решение отраслевых национальных задач локального или субрегионального уровня, связанных с тематическим картографированием компонентов природной среды и обновлением ранее созданных карт. Масштабы картографической продукции 1: 50 000 - 1: 2000 000.

2. Выполнение крупнейших национальных и международных программ, связанных с изучением развития Земли как планеты с обязательным использованием космической информации. Это направление ориентировано на использование космических средств как инструмента в задачах наук о Земле.

Поляризация научных интересов отчетливо делит страны мира по направлениям, использования космических методов дистанционного зондирования.

Даже такие высокоразвитые страны, как ФРГ, Франция, Англия ограничивают свои исследования отдельными территориями. Использование ими космических снимков основано на высокой технологической культуре создания карт на базе информационных систем. США в отличие от западноевропейских стран активно развивают концепцию и программу системных глобальных исследований, ориентированных на решение задач наук о Земле.

Изучение природных циклов должно быть основано на многомерных временных рядах космических измерений. Только такой подход в состоянии обеспечить регистрацию динамических процессов. Для изучения фенологического развития сельскохозяйственных культур в эксперименте "Курск-85" положительные результаты были достигнуты с помощью объединения многомерных временных рядов оптических измерений. Таким образом, для изучения природных процессов требуется практически круглогодичный цикл космических съемок и соответствующих подспутниковых наблюдений.

Научный прогресс последних лет позволил человеку значительно расширить понимание о Вселенной, но в ее глубинах по-прежнему остается множество неизведанного. Масштабное освоение космоса сдерживает дороговизна и низкая эффективность космических аппаратов. Аэрокосмические агентства и компании всего мира разрабатывают новые космические технологии, которые призваны решить эту проблему и сделать возможными межпланетные путешествия и продолжение поисков неземных форм жизни.

Лифт в космос

Компания Obayashi Corporation из Японии в 2012 году заявила о своей работе над созданием лифта в космос, которая должна закончится к 2050 г. Для этого планируется строительство космодрома на Земле, который будет связан с размещенной на высоте 35 500 км от земной поверхности космической станцией. Там будут располагаться жилые помещения и космические лаборатории. Объекты будут соединены с помощью кабеля из углеродных нанотрубок и генетически модифицированного паучьего шелка. Новые технологии позволят лифту достигать скорости 201 км/ч и вмещать до 30 пассажиров. Планируемая продолжительность подъема составляет около 8 дней.

Skylon

Разработка английской компании Reaction Engines Limited – космический самолет Skylon – будет осуществлять взлет и посадку на обычной взлетно-посадочной полосе и может использоваться как самолет, а в верхних слоях атмосферы после достижения сверхзвуковой скорости переходить в режим ракеты для выхода на околоземную орбиту. Это становится возможным благодаря специально разработанному воздушно-реактивному двигателю Sabre, который работает по новейшей технологии предварительного охлаждения кислорода из забортового воздуха или собственных баков. Ожидается, что Skylon позволит в 15-20 раз уменьшить стоимость «космической» доставки грузов объемом 12-15 т на орбиту Земли.

Многочисленный мусор, вращающийся в космосе недалеко от Земли, периодически уничтожает или повреждает другие важные объекты. А его постоянно увеличивающееся количество заставляет ученых разрабатывать новые технологии по его ликвидации. Специалисты института EPFL (Швейцария) представили для этих целей космический аппарат CleanSpace размером 30х30х10 см, рассчитанный на одноразовое использование. Его первой целью должен стать швейцарский спутник Swisscube, выпущенный на орбиту в 2009 г. Аппарат-уборщик захватит свою цель и переместится с ней в верхние слои атмосферы, где оба должны сгореть. Стоимость проекта CleanSpace оценивается в $11 000 000, а при успешном выполнении миссии планируется наладить его серийное производство, чтобы поддерживать чистоту в околоземном пространстве.

James Webb Space Telescope

В 2017 г. космическое агентство NASA получило высокотехнологичный космический телескоп, который должен помочь ученым в поисках проявлений жизни в бескрайних просторах Вселенной. Аппарат стоимостью 8,8 млрд. долл., созданный по новым технологиям, позволит исследовать в космосе множество наиболее отдаленных планет, вычислять их размеры и замерять содержание в атмосфере воды, углекислого газа и других веществ. Главная отличительная особенность телескопа James Webb – дальность действия. он способен сканировать пространство на отметке 300 млн лет после Большого взрыва, когда началось зарождение видимого света.

Ученым из КНДР удалось создать уникальный экземпляр двигателя, который работает, нарушая законы сохранения импульса. Внешне он выглядит как положенное на бок ведро, работает за счет преобразования микроволн в тягу, а питается от солнечной энергии. Принцип его работы противоречит всем известным законам физики, поэтому некоторые специалисты склонны считать, что экспериментальный образец построен с ошибкой и реальные образцы не будут работать. Но если все рассчитано верно, то использование новой технологии EmDrive позволит запускать аппараты для освоения глубокого космоса без жидкого топлива и разгонять их до невероятных скоростей. К примеру, они смогут достигать границ Солнечной системы в течение 1 года, а не нескольких десятилетий.

Космический аппарат, не превышающий размеров легкового автомобиля, разработан специалистами NASA для исследования атмосферы Солнца. После 7-летней раскрутки вокруг Венеры Parker Solar Probe направится прямо к Солнцу, чтобы приблизиться к его поверхности на расстояние около 6 000 000 км. До этого к главной Звезде удавалось приблизиться только на 43 000 000 км с помощью аппарата Гелиос 2.

Начало миссии запланировано на 2018 г., а ее продолжительность рассчитана на 3 года, в течение которых зонд он пройдет вблизи Солнца 24 раза и сможет приблизиться к нему на расстояние в 10 раз ближе, чем орбита Меркурия. Для защиты от экстремальных температур (до 2500 °С) он оборудован специальным щитом из композитного углерода толщиной 12 см.

«Венероход»

Специалисты лаборатории NASA работают над новыми технологиями для изучения Венеры. Основная проблема заключается в том, что ее окружающая среда довольно агрессивна: атмосфера нагревается до 462°С и в 90 раз превышает плотность земной атмосферы, поэтому здесь формируется давление, которое не в состоянии выдержать даже самый прочный корпус атомной лодки. В связи с этим требуется создать космический аппарат с минимальным количеством электроники, иначе она очень быстро выйдет из строя.

Новый проект под названием AREE (Automaton Rover for Extreme Environments) представляет собой планетоход, который будет оснащен ветряным двигателем и солнечными панелями для работы. Вся информация будет собираться с помощью механических компьютеров и транслироваться на орбитальную станцию с использованием азбуки Морзе.

Ученые NASA работают над разработкой окололунной орбитальной лаборатории, запуск которой планируется на начало 2020-х г. г. Новая Deep Space Gateway призвана заменить МКС, после того, как к 2024 г. закончится срок службы последней. Среди главных задач проекта отмечается испытание новых технологий освоения дальнего космоса и подготовки к дальним межпланетным перелетам, в частности, к путешествию на Марс.

Расположение станции на окололунной орбите позволит получить уникальную среду для изучения космоса и его влияния на человека. Deep Spce Gateaway планируется оснастить радиообсерваторией, подходящей для анализа излучения эпохи «Темных веков» (соответствует времени 380 000 – 550 000 лет после Большого взрыва).

Технология SpiderFab

Компания Tethers Unlimited работает над созданием новейшей технологии объемной печати SpiderFab, которая позволит печатать и собирать космические корабли прямо в космосе.

Проектом предусмотрена разработка паукообразных роботов в условиях невесомости будут создавать на 3D принтерах из полимерных и других материалов отдельные детали и впоследствии собирать из них космические аппараты. В результате их не придется запускать с Земли, что значительно сократить стоимость кораблей и появится возможность собирать конструкции гораздо больших размеров, чем это позволяют современные технологии.

Лазерная связь

Для успешного освоения космоса важное значение имеет связь, но большинство современных передатчиков потребляет для передачи данных слишком большое количество энергии, что особенно критично во время длительных космических путешествий. Помочь в этом вопросе может использование новых технологий передачи данных посредством лазера, благодаря которой скорость передачи по сравнению с радио передатчиками увеличится в 10-100 раз.

В качестве эксперимента агентство NASA запустило в сентябре 2017 г. лазерную систему передачи данных LLCD на спутнике LADEE, который занимается исследованием лунной атмосферы. Система показала рекордные показатели: лазерный луч передавал данные на Землю со скоростью 622 Мб/с, а обратно – со скоростью 20 Мб/с.

МКС — место, где проводятся эксперименты и научные исследования

Многие из нас задумываются, для чего страны вкладывают сотни миллионов и миллиардов в исследования космоса и фундаментальных основ Вселенной? Выгода не очевидна, вот мы и постараемся рассказать какую пользу приносят новейшие космические технологии.

Всем нам знакома технология GPS. Которая наверняка не раз спасала заблудившихся водителей в дебрях каменных джунглей. Это самый очевидный пример космических технологий в повседневной жизни. Практически не один смартфон уже не выпускается без GPS/Глонасс.

Вы будете удивлены, но настолько банальная вещь как липучка и молния тоже появились и были востребованы вначале в космосе, а потом уже перекочевали в нашу повседневную жизнь.

Каждый, кто занимается приготовлением еды не понаслышке знает про тефлон, который является антипригарным покрытием. Первоначально он был изобретен как теплоизоляционный материал для космических кораблей, а уже после этого перекочевал к нам на кухню.

Современные фотоаппараты используют так называемую ПЗС-матрицу, пресловутые Мегапиксели у всех на слуху. Но мало кто знает, что эти микросхемы из светочувствительных фотодиодов из кремния были созданы при разработке новых электронных телескопов и совершенствования астрономических наблюдений, поскольку даже лучшая пленка не может дать и половину преимуществ цифровых камер.

Современный широкополосный интернет и спутниковое телевидение, это прямое использования космический технологий буквально в каждом доме.

Спутниковая связь позволяет соединять далекие регионы, где нет возможности поставить базовые станции сотовых операторов.
Космические технологии проникли во все отрасли жизни.

Даже в стоматологии используются передовые материалы созданные космической промышленностью.

Коронки из оксида циркония, передовое направление в протезировании зубов, использует материал применяемый для изготовления теплоизоляционной обшивки кораблей.

Поэтому исследование космоса это одно из самых перспективных направлений, позволяющее на основе фундаментальных изысканий внедрять в жизнь каждого из нас фантастические технологии.

В мире в последние годы стремительно развивается космическая отрасль. Несмотря на многие проблемы, человечество вкладывает каждый год много средств на изучение космоса. Стран, которые это делают можно посчитать по пальцам. Большая доля приходится на американский «NASA».

Рассмотрим основные технологии будущего в космической отрасли:

Ученые «NASA» интенсивно работают над будущими технологиями, которые позволят человечеству быстро и дешево исследовать космос. Агентство выбрало в 2017 году восемь предложений по будущим космическим технологиям, которые специалисты смогут использовать в ближайшие годы.

В рамках программы II фазы «NASA», определенно все предложения смогут получить двухлетнее финансирование в размере 500 000 долларов США. Средства будут использованы для подготовки концепции и ее представления для агентства.

1. Подходы к созданию в космосе растущей среды обитания

Идея создания вращающегося модуля корпуса, который будет генерировать собственную гравитацию и обеспечивать защиту от космических лучей. Такая станция может быть расширена по мере необходимости в космическом пространстве. Такие интересные концепции наблюдались во многих научно-фантастических фильмах.

2. Продвижение местообитаний человечества на Марс

Это проект Джона Брэдфорса из Spaceworks Engineering. Предполагается создание передовой жилой системы и транспортировку людей на Марс. Система доставит экипаж в оцепенении, то есть в состоянии пониженной температуры и активности.

Эта инновационная концепция релятивистского движения. Его авторы знают о том, что его реализация будет проблематичной, но в то же время они утверждают об этой возможности. Благодаря этому корабль сможет достичь скорости, необходимой для межзвездного путешествия.

4. Разработка плазменного привода

Еще один интересный проект, касающийся строительства нового космического привода. На этот раз это будет плазменный привод, предназначенный для небольшого транспортного средства, свободно перемещающегося в космосе.

5. Демонстрация полета новой спутниковой системы

Предполагает использование двух сверхлегких самолетов, соединенных тонким кабелем. Самолеты, использующие солнечную энергию и ветер, высоко поднимающиеся в атмосфере, могут оставаться в воздухе в течение очень долгого времени. Инструменты, выполняющие различные задачи, от общения до научных исследований, будут размещаться на их бортах. По словам создателей, такое решение будет альтернативой спутникам, а также намного дешевле, чем они.

6. Аэродромный захват магнитосферных ядер для пилотируемых полетов и планетарные глубинные орбитальные системы

Эта система будет использовать дипольное магнитное поле, содержащее намагниченную плазму. В результате взаимодействия с атмосферой планет такое поле будет тормозить посадочный носитель, делая этот маневр намного безопаснее. Эта технология также позволяет замедлить работу автомобиля без нагрева, поскольку он будет защищен плазмой. Магнитный барьер, защищающий транспортное средство, может достигать диаметра 100 метров.

7. Криогенная поверхность

Представляет собой специальное покрытие толщиной 10 миллиметров, которое отражает более 99,9 процента солнечной радиации. Если его разместить на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца и от Земли, внутри такой оболочки будет постоянная температура ниже 50 Кельвинов.

Таким образом, можно легко транспортировать, например, жидкий кислород на Марс. Благодаря этому колонизация планеты станет намного проще.

8. Дальнейшая разработка апертуры, точного чрезвычайно большого отражательного телескопа.

Это проект, созданный для больших телескопов. В последние годы зеркала таких устройств должны были чрезвычайно точно быть установлены на Земле. В сложенном виде они должны были вписаться в багажное отделение, а затем развернуты уже в космосе, что является сложной и рискованной операцией.

Благодаря этому проекту будут созданы зеркала, подобные диафрагме, что означает, что они будут занимать много места, чтобы их можно было переносить на большую орбиту. Эти конструкции уже были бы идеально сформированы в пространстве.

Космические туманности