Vesmírný let je cestování nebo přeprava do vesmíru nebo vesmírem . Mezi Zemí a vesmírem neexistuje jasná hranice a Mezinárodní letecká federace přijala výšku hranice 100 km od zemského povrchu . Aby letadlo letělo v takové výšce působením aerodynamických sil , je potřeba mít první únikovou rychlost [1] [2] , díky které je let spíše orbitální než aerodynamický [3] [4] . Klasické rozdělení mezi cestování vzduchem a vesmírem se stále více stírá vývojem suborbitálních kosmických lodí a orbitálních letadel .
Prvním člověkem, který letěl do vesmíru, je sovětský kosmonaut Jurij Gagarin . 12. dubna 1961 na lodi Vostok vypuštěné z kosmodromu Bajkonur proletěl na oběžné dráze kolem Země, ve vesmíru byl 108 minut a úspěšně se vrátil na svou domovskou planetu .
Přestože myšlenka cestování na Měsíc , planety a hvězdy existovala již dlouho, teprve ve 20. století s rozvojem raketové technologie , která by poskytla potřebné zrychlení k opuštění planety, se to stalo možným a je jediná cesta. Skotský astronom William Leitch mohl být prvním, kdo poukázal na vhodnost rakety pro cestování ve vakuu . V roce 1861 napsal esej „ Cesta vesmírem “, která vyšla v roce 1862 v jeho knize Boží sláva v nebesích [ 5] . V roce 1881 předložil Nikolaj Ivanovič Kibalčič myšlenku raketového letadla s oscilační spalovací komorou pro řízení vektoru tahu . Několik dní před popravou Kibalchich vyvinul originální návrh letadla schopného vesmírných letů. [6]
Poprvé byly teoretické aspekty vesmírných letů zkoumány ruským vědcem Konstantinem Ciolkovským , který formuloval základní matematická ustanovení raketových motorů a odvodil Ciolkovského vzorec .
Revolucionář Nikolaj Kibalčič ve vězení vyvinul originální projekt pilotovaného raketového letounu. V projektu Kibalchich uvažoval o struktuře raketového motoru , řízení letu změnou úhlu sklonu motoru , programovaném režimu spalování a mnoha dalších vědeckých aspektech. Kibalchich se zamýšlel nad problémy řízení letu letadla a zajištění jeho stability pomocí křídel stabilizátoru , analyzoval způsoby brzdění aparátu v atmosféře při klesání. zdůvodnil volbu pracovní tekutiny a zdroje energie kosmické lodi . Materiály o vývoji projektu jeho raketového motoru byly zveřejněny až v roce 1918 [7] .
Němec Hermann Oberth také v roce 1923 stanovil základní rovnici raketové techniky a pomocí konceptu vícestupňové rakety jako Ciolkovskij ukázal, jak lze na požadovanou oběžnou dráhu výhodně umístit větší náklad .
Prvním zmíněným inženýrem a vědcem byl Američan Robert Goddard , který v roce 1910 vyvinul malý raketový motor . V roce 1926 se mu podařilo spustit první raketový motor na kapalné palivo . Ještě dříve byl v této oblasti aktivní astronom a průkopník raketové techniky z Bolzana Max Valle . Provedl první evropské experimenty s kapalnými palivy a postavil auto na raketový pohon , které je nyní v německém muzeu . Během testů v Berlíně explodovala spalovací komora a úlomek kovu zabil 35letého inženýra [8] .
Naučit se základy individuální raketové techniky bylo až do počátku 30. let 20. století základem pro vývoj nových technologií, které mohla vyvinout pouze kombinace vojenských zájmů a vládního financování . Většina vývoje kosmonautiky patří Wernheru von Braunovi z Peenemünde v roce 1934 a V-2 ( model mnoha sovětských a amerických raket ) až po Saturn-5 s přistáním na Měsíci v letech 1969-1972 .
Kromě technických základů se objevily i astronomické znalosti nebeské mechaniky , které byly předpokladem pro lety do vesmíru.
Vývoj vesmírných technologií je poprvé použit v Německé říši, která v nové technologii vidí možnost obejít Versailleskou smlouvu . Tak se před začátkem druhé světové války objevily výzkumné a výrobní závody v Peenemünde pod vedením Wernhera von Brauna , kde se objevuje raketa V-2 . Stala se první těžkou řízenou střelou na světě, používanou především proti Londýnu a Antverpám . Tento typ rakety, založený na relativní přesnosti a extrémně špatném poměru ceny a ničivosti, byl z vojensko-ekonomického hlediska špatným rozhodnutím . Vojenští stratégové a politici SSSR a USA viděli potenciál raketové techniky , který spočíval především v tom, že bylo téměř nemožné střely zachytit nebo odhalit a z okupovaných byla odstraněna nejen zařízení a nákresy, ale i výrobní tajemství . Německo . Tím již v posledních dnech 2. světové války začal vesmírný závod mezi oběma zeměmi, který měl pokračovat po další desetiletí. Po válce byly do USA a SSSR dodány jak plnohodnotné rakety, tak výrobní zařízení a četní vědci a inženýři, které zde tvořily základ raketové vědy pro nadcházející desetiletí . ( anglicky Operace Paperclip )
V nadcházející studené válce měly lety do vesmíru především masový psychologický a propagandistický význam. Spolu s jejich nepochybným vojenským významem je začali současníci vnímat jako měřítko síly a progresivity obou soupeřících zemí .
V důsledku takzvané „ satelitní krize “ v říjnu 1957 si americká veřejnost uvědomila, že SSSR téměř úplně odstranil technologické nevyřízené záležitosti. Od té chvíle začaly i Spojené státy všemi možnými způsoby podporovat kosmonautiku , a tak začaly zjevné vesmírné závody . Sovětský vesmírný program byl průkopníkem v mnoha oblastech. Ta vedla měsíc po startu Sputniku-1 k vypuštění první družice na světě s živým tvorem na palubě do vesmíru – psem Lajkou . 12. dubna 1961 se Jurij Gagarin stal prvním člověkem , který letěl do vesmíru obeplutí Země , a družice Luna-2 a Luna-9 byly prvními, které provedly tvrdé přistání na Měsíci v roce 1959 a měkké přistání na Měsíci. Měsíc v roce 1966, resp. Proti tomu, za prezidenta Kennedyho , USA zaměřují své úsilí na pilotovaný let na Měsíc , který byl 20. července 1969 s půl miliardou televizních diváků v té době pravděpodobně největší mediální událostí studené války .
Zatímco civilní agentura vesmírného programu NASA byla a stále je v centru pozornosti veřejnosti, jejím hlavním vývojem jsou výhradně prestižní vojenské projekty. Asi tři čtvrtiny umělých družic sloužily dodnes vojenským účelům ; Od roku 1959 mají Spojené státy k dispozici špionážní satelity , od roku 1960 meteorologické satelity , navigační satelity a satelity včasného varování .
SSSR přenesl své studie dokovacích manévrů , dlouhodobých letů, vesmírných vycházek kosmonautů na první vesmírné stanici Saljut-1 , započaté již v 60. letech, na společná vesmírná dokovací cvičení se Spojenými státy v roce 1975 a konečně na trvale obydlená vesmírná stanice Mir .
V rámci mezinárodní spolupráce navštívili ruskou stanici Mir astronauti ze Spojených států a dalších zemí, které na palubu přivezla sovětská loď Sojuz a americký raketoplán .
S rozpadem SSSR a nedostatkem financí vyvstala potřeba partnerství, a tak na základě projektu Mir-2 vznikla Mezinárodní vesmírná stanice , jejíž první modul Zarya ( Saljut-9 ) vyrobilo Rusko na zakázku americké společnosti Boeing a spuštěna 20. listopadu 1998 . Po uzavření programu Space Shuttle v roce 2011 , spojeného s nákladnou údržbou kosmických lodí této řady [9] [10] a vysokou mírou provozních rizik spojených s nehodami raketoplánů Columbia a Challenger , [11] [12 ] všechny astronauty na oběžné dráze do roku 2020 dopravily ruské lodě řady Sojuz . Od roku 2020 začala k ISS létat také Crew Dragon , první soukromá pilotovaná kosmická loď americké společnosti SpaceX .
Moderní raketové motory pracují na principu zpětného rázu . Podobně jako u děla , které se při vystřelení jádra vrátí zpět , raketa se pohybuje vpřed, když vypustí pohonnou látku . Důležitým měřítkem pohonné hmoty z hlediska pohonu je specifický impuls , který popisuje účinnost motoru a pohonné hmoty . Čím je vyšší, tím lepší je motor a palivo. Ukazuje, jak dlouho je vytvářena přítlačná síla s hmotností paliva M rovnou jeho hmotnosti . V blízkosti nebeského tělesa , jako je Země , aby vzlétlo vertikálně, musí být přítlačná síla větší než hmotnost . Toho jsou dosud schopny pouze chemické a jaderné raketové motory .
Rozlišujte mezi orbitálním a suborbitálním vesmírným letem. K dosažení oběžné dráhy musí kosmická loď dosáhnout první vesmírné rychlosti asi 7,9 km/s v horizontálním směru v minimální výšce, aby se stala umělou družicí Země . Pokud je rychlost nižší, trajektorie se stane balistickou . K dosažení tak vysoké rychlosti se na nosných raketách používá princip vícestupňového . Start takové rakety se provádí z takzvaného odpalovacího zařízení .
Aby snížili náklady na cestování vesmírem, snaží se vyvinout znovu použitelnou dopravní kosmickou loď , která může startovat a přistávat vodorovně, jako letadlo . Jedná se o tzv. orbitální letadla , která navíc ke zvedání využívají vzduchové tryskové motory .
Každý člověkem vyrobený objekt, bez ohledu na kosmickou loď , stanici nebo satelit , potřebuje alespoň následující součásti:
Satelit v astronautice je umělý vesmírný objekt, který letí po eliptické nebo kruhové dráze kolem nebeského tělesa , jako je planeta nebo měsíc , pro vědecké, komerční nebo vojenské účely. Družice, které obíhají na své dráze kolem nebeského tělesa , se nazývají orbitery .
Kosmická loď je vozidlo , které se používá k pohybu ve vesmíru . Bezvzduchový pohonný motor je konvenční raketový motor . Pokud kosmická loď zahrnuje pilotování , pak musí mít na palubě systém podpory života . Pro připojení k jiným kosmickým lodím a vesmírným stanicím musí mít dokovací port .
Orbitální stanice zahrnují laboratoře , obytné prostory, přechodovou komoru a technické prostory. Stanice vyžadují zajištění paliva pro zvýšení jejich oběžné dráhy , dodání různých nákladů pro udržení výkonu stanice a zajištění potřeb posádky. Vzhledem k vysokým nákladům na dopravu paliva a dalších zásob na stanici je nutné vyvinout systém podpory života, který by do značné míry umožňoval autonomní práci pro údržbu stanice, tedy systém s polouzavřeným (ideálně zcela uzavřeným ) cyklus. Obzvláště velkého úspěchu bylo dosaženo při regeneraci vody a vzduchu . Obyčejné vesmírné lodě slouží k výměně posádek a nákladní vesmírné lodě slouží k zásobování nákladu , paliva a vědeckého vybavení .
Pro zásobování vesmírných stanic nákladem a palivem se používají zásobovací vesmírné lodě . Mohou být založeny na pilotované verzi kosmické lodi , jako je ruský Progress . Jiné jsou vyrobeny speciálně pro tento účel, jako například japonský H-II Transfer Vehicle .
Automatická meziplanetární stanice je automatické letadlo , které je vypuštěno do vesmíru pro výzkumné účely. Na rozdíl od satelitů automatické meziplanetární stanice (AMS) opouštějí oběžnou dráhu Země a létají ke vzdáleným cílům ve vesmíru , aby je studovaly. Vzhledem k často mnohaleté délce letu musí technické vybavení automatické meziplanetární stanice splňovat vysoké požadavky. Testování komponent a montáž stanice je pracná, což vysvětluje její vysokou cenu . Velkým problémem jsou, na rozdíl od blízkozemských satelitů, na pozemské poměry velké vzdálenosti, kvůli kterým dosahují řídicí signály značnou dobu. Z tohoto důvodu musí mít systém, který je do jisté míry nezávislý na pozemní stanici. V závislosti na úkolu se AMS dělí na:
Když kosmická loď nebo automatická meziplanetární stanice vstoupí do atmosféry nebeského tělesa , dojde k brzdění. Současně v důsledku tření stoupá teplota pokožky přístroje nad 1000 °C. Kapsle kosmické lodi používá ablativní ochranu , opakovaně použitelná přepravní kosmická loď , jako je Space Shuttle nebo Buran , používá tepelně izolační povlak ve formě porézních dlaždic. Pokud není atmosféra, brzdění je prováděno raketovými motory , které působí na pohyb zařízení, například při přistání na Měsíci . Přistání se provádí buď vertikálně s běžícími motory, nebo horizontálně.
Vesmírnou zemí se rozumí stát, který vyslal své satelity na svých nosných raketách . Kromě toho jsou zde zastoupeny země, které pracují na projektech svých nosných raket, ale zatím nebyly úspěšné (např. Brazílie ).
Sovětská kosmonautika dosáhla svých prvních úspěchů na přelomu 50. a 60. let 20. století : vypuštění první umělé družice nazvané Sputnik 1 v roce 1957 a první let s lidskou posádkou na Vostoku 1 v roce 1961 . Sovětský lunární program však selhal a po přistání Američanů na Měsíci se SSSR soustředil na vytvoření vesmírných stanic na oběžné dráze v blízkosti Země a na dlouhodobý pobyt člověka ve vesmíru. Buran se měl stát vlastní opakovaně použitelnou dopravní kosmickou lodí , ale program byl po jediném automatickém zkušebním letu ukončen.
Po rozpadu SSSR patří k předním vesmírným zemím také Rusko . V posádce ISS je vždy alespoň jeden ruský kosmonaut a pro provoz ISS je nezbytná loď Sojuz a transportér Progress .
Rusko si udrželo vedoucí pozici co do počtu startů za rok . Podíl na mezinárodním trhu kosmických služeb (stav k roku 2011) však činil pouze 0,5 % celosvětového [13] .
Historie amerického vesmírného průzkumu začala pod tlakem " Space Race " oficiálním podpisem " National Aeronautics and Space Act " prezidentem Dwightem Eisenhowerem 29. července 1958 , který předvídal vznik NASA . Nové oddělení zahájilo svou činnost 1. října 1958 . V té době ji tvořily 4 laboratoře a asi 8 tisíc zaměstnanců.
Brazílie se také snaží prosadit ve vesmíru. Doposud to bylo provedeno s malým úspěchem. V roce 1997, krátce po startu , spadla první brazilská nosná raketa VLS-1 do Atlantského oceánu . V roce 1999 došlo k havárii rakety a 23. srpna 2003 k výbuchu rakety na základně v Alcantaře , který si vyžádal 21 lidských životů.
Čína svou kosmonautiku intenzivně rozvíjí již velmi dlouhou dobu. 15. října 2003 se první taikonaut vydal do vesmíru na nosné raketě řady Shenzhou . Čína se tak stala po Rusku a Spojených státech třetí zemí , která uskutečnila pilotovaný vesmírný let .
Byly uskutečněny automatické lety na Měsíc (2013 a 2014); První start automatické lunární sondy pojmenované Chang'e-1 se uskutečnil v říjnu 2007 . Plánovaný let člověka na Měsíc až do roku 2024.
Plánuje se vytvoření vlastní vesmírné stanice : v roce 2011 byla spuštěna orbitální laboratoř Tiangong-1 (první etapa vzniku čínských pilotovaných orbitálních stanic); dále byl proveden start vesmírné laboratoře Tiangong-2 (2016) a nejpozději v roce 2017 bylo plánováno vypuštění vesmírné stanice Tiangong-3 (dále kolem roku 2020 bude na bázi Tiangong-3 bylo plánováno zahájení výstavby třetí na světě (po sovětském Miru a ISS ) vícemodulové trvale obsazené orbitální stanice s životností 10 let; v dubnu 2016 však bylo oznámeno, že start modulu byl zrušen, aby se ušetřily peníze a čas na zahájení výstavby modulární vesmírné stanice China Modular Space Station .
Evropa ovládla trh pro vypouštění komerčních satelitů do vesmíru s rodinou raket Ariane poté, co dříve v 60. a 70. letech byl vývoj její nosné rakety neúspěšný. Poté, co ESA v 80. letech velmi úzce spolupracovala s USA , například na projektu Spacelab , se po pádu železné opony naskytly i další možnosti spolupráce . Prvním krokem byla návštěva evropských astronautů na vesmírné stanici Mir . Evropa se podílí na výstavbě a provozu Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) s vlastními vyvinutými prvky. Columbus je vědecká laboratoř, která byla instalována 11. února 2008 . ATV , plně automatická nákladní kosmická loď, je vypuštěna nosnou raketou Ariane 5 a kotví na ISS; jejím hlavním úkolem je přeprava raketového paliva, vody, vědeckého vybavení a dalších zásob. Při následné přepravě odpadu ATV shoří v zemské atmosféře , naloženo s odpadky z ISS.
Indie také zvyšuje své vesmírné aktivity a již se může pochlubit několika satelity a nosnými raketami ( ASLV , PSLV , GSLV s technologií Ariane-4 ) vyrobených ve vlastní zemi. Indie uskutečnila svůj první úspěšný start satelitu 18. července 1980 [14] . V roce 2007 bylo oznámeno, že má vlastní lunární satelit. 22. října 2008 vypustila Indie svůj lunární satelit Chandrayaan -1 [15] . Svou roli zde sehrála i mezinárodní spolupráce, především se Spojenými státy . Při automatickém lunárním letu tak byly použity dva americké přístroje: radar pro trojrozměrné mapování měsíčního povrchu a systém vyhledávání minerálů [16] .
Hlavní hybnou silou indické kosmonautiky je současný prezident Abdul Kalam . Dříve byl zodpovědný za vývoj raketových a vesmírných programů a spolu s Vikramem Sarabhai ( angl. Vikram Sarabhai }) je nazýván otcem indické kosmonautiky. V červenci 2006 však indická kosmonautika selhala: nosná raketa Agni-3 během testů vybočila z kurzu a spadla do Bengálského zálivu [17] .
2. února 2009 se Íránu podařilo vypustit do vesmíru svůj první satelit Omid . Družice podle íránských úkolů denně provedla 15 otáček kolem Země a vysílala parametry své dráhy [18] . Později Írán uvedl, že vypuštěný satelit plně splnil své úkoly a nenarazil na žádné technické problémy [19] .
Izrael v roce 1988 uskutečnil první úspěšný start své nosné rakety Shavit . Následovaly starty Ofek - satelitů jako užitečného zatížení.
Japonsko také vyvíjí vlastní nosné rakety , satelity a automatické meziplanetární stanice . Kromě toho se Japonsko účastní ISS vypuštěním modulu Kibo . Iluzorní „vesmírnou“ politiku se však stále nepodařilo plně uplatnit v praxi; neustálé neúspěchy a finanční problémy vedly ke zpomalení, i když to obyvatelstvo na rozdíl od Evropanů více zajímá.
Od roku 2002 plánuje Jižní Korea postavit vlastní nosnou raketu s označením „ KSLV-1 “ na bázi výzkumné vysokohorské rakety pro vynášení malých satelitů do 100 kg do vesmíru. Jihokorejská vláda ale rozhodla, že do roku 2015 by Jižní Korea měla patřit do první desítky vesmírných národů. Za účelem naplnění ambiciózních plánů byl program KSLV omezen. Poté byl koncem roku 2004 ruský podnik GKNPTs pojmenovaný po M. V. Khruničevovi pověřen vývojem prvního stupně KSLV-1, který by měl vycházet z mnohem větší Angary . První start KSLV-1 se uskutečnil 25. srpna 2009 .
Jižní Korea chce posunout vývoj dále a postavit výkonnější navazující modely KSLV-2 a KSLV-3 . Kromě toho je ve výstavbě nový kosmodrom .
První oblastí vesmíru, která se stala komercializovanou, byla satelitní komunikace a DTH . První experimentální komunikační satelit byl vojenský SCORE . První civilní komunikační satelit byl pasivní Echo a první aktivní byl Telstar . Pasivní komunikační satelity se ukázaly jako nevhodné pro komerční využití. Telstar měl nízkou oběžnou dráhu, takže jeho použití bylo iracionální. Proto byly systémy na nízkých oběžných drahách na západě nahrazovány geostacionárními družicemi . První fungující, ještě experimentální, byl Syncom 2 .
Satelitní firma Intelsat byla poté založena telekomunikačními firmami a úřady západního světa pro komerční využití komunikačních satelitů . Ve Spojených státech se v následujících letech objevily zcela soukromé satelitní firmy. V Evropě , také v některých zemích, státní telekomunikační správy organizovaly satelitní komunikační systémy, které později přestaly fungovat nebo byly převedeny do soukromého vlastnictví . Veřejná satelitní televize v Evropě se nikdy nemohla řádně rozvíjet, protože od samého počátku dominoval soukromý systém Astra . Po privatizaci Intelsatu se státní organizace stále ve výjimečných případech zabývají komunikačními družicemi, například vojenskými komunikačními družicemi nebo experimentálními. Také většinu služeb vypouštění satelitů nabízejí soukromé firmy. Ale nosné rakety, které používají, jsou stále vyvíjeny za peníze z daní od organizací kosmického průmyslu nebo je vývoj dotován. Plně soukromě financovaných nosných raket je velmi málo. Většina je stále ve fázi plánování nebo vývoje.
Kombinovaná letecká a kosmická loď nebo vesmírný výtah by měly snížit náklady na start a poskytnout větší ekonomické výhody. Díky nanotechnologii bylo možné vyrobit raketový motor z nových surovin, kterých je velké množství ( voda , hliník ), což umožňuje létat s relativně neškodnými emisemi. Podle Eugena Sengera má fotonový motor superinženýrské schopnosti , se kterými by bylo možné dosáhnout dalších hvězd a galaxií .
Hledání života mimo Zemi je v posledních letech stále více v centru pozornosti, ale věci nepřekročí studium základů, například pomocí teleskopu Jamese Webba nebo vesmírné antény laserového interferometru .
NASA plánuje vyslat lidi na Mars po roce 2030 . Přitom cena a složitost jsou nesrovnatelně větší než u letu na Měsíc.
Vesmírná turistika označuje rekreační nebo vzdělávací cestování na suborbitální nebo blízkozemní oběžné dráze. Cíle jsou aktuálně nízká oběžná dráha Země a lety na ISS na návštěvu. Americká společnost Space Adventures se chystá v budoucnu spolupracovat s Ruskem na nabídce letů kolem Měsíce. Od roku 2012 společnost Virgin Galactic plánovala nabízet suborbitální komerční lety za 200 000 $ [22] .
Měsíční základnaNASA v současné době vyvíjí rodinu nosných raket Ares . Cílem je opět přistát na Měsíci . Místo krátkých letů by tentokrát měla být postavena měsíční základna . Měly by se tak otevřít nové směry výzkumu.
Vesmírný hotelProjekt nejblíže dokončení patří společnosti Bigelow Aerospace , kterou v roce 1999 založil majitel hotelu a realitní makléř Robert Bigelow . 12. června 2006 Rusko vypustilo jednu z prvních experimentálních družic Bigelow Aerospace nazvanou Genesis-1 za účelem testování technologie. 28. června 2007 byl po několika přesunech vypuštěn Genesis-2 na nosné raketě Dněpr . Smyslem je přenést živý modul s nafukovací skořepinou do vesmíru. Toto je technologie, kterou NASA zpočátku vyvíjí . Po vývoji R. Bigelow koupil patent na tuto technologii.
Těžba surovinMnoho asteroidů obsahuje kovy, jako je platina , železo nebo nikl . Měsíc má také zásoby prvku helium-3 vhodného pro řízenou termonukleární fúzi. Vzhledem k poklesu pozemských zdrojů by mohlo mít smysl těžit suroviny na jiných nebeských tělesech .
Kolonizace vesmíruKolonizace vesmíru je koncept lidského obydlí mimo Zemi. To je velké téma pro sci-fi a také z dlouhodobého hlediska pro různé národní vesmírné programy. Takové kolonie by se mohly dostat na povrch planet a měsíců nebo do hlubin asteroidů . Ve vesmíru můžete také postavit velké kolo nebo trubku, která se točí a vytváří umělou gravitační sílu.