.jpg/1280px-AS11-40-5964_(21037459754).jpg)
Исследование космоса — это использование астрономии и космических технологий для исследования внешнего пространства . [1] В то время как исследование космоса в настоящее время осуществляется в основном астрономами с телескопами , его физическое исследование осуществляется как беспилотными роботизированными космическими зондами , так и пилотируемыми космическими полетами . Исследование космоса, как и его классическая форма астрономия , является одним из основных источников для космической науки .
Хотя наблюдение за объектами в космосе, известное как астрономия , предшествовало надежной зафиксированной истории , именно разработка больших и относительно эффективных ракет в середине двадцатого века позволила физическому исследованию космоса стать реальностью. Обычные обоснования для исследования космоса включают продвижение научных исследований, национальный престиж, объединение разных стран, обеспечение будущего выживания человечества и развитие военных и стратегических преимуществ по сравнению с другими странами. [2]
Ранняя эра освоения космоса была обусловлена « космической гонкой » между Советским Союзом и Соединенными Штатами . Движущей силой начала освоения космоса стала Холодная война. После возможности создания ядерного оружия, повествование об обороне/нападении покинуло сушу, и в центре внимания оказалась власть контролировать воздух. И Советский Союз, и США боролись, чтобы доказать свое превосходство в технологиях посредством исследования неизвестного: космоса. Фактически, причиной создания НАСА был ответ на Спутник-1. [3] Запуск первого искусственного объекта на орбиту Земли , советского Спутника-1 , 4 октября 1957 года и первая посадка на Луну американской миссии «Аполлон-11» 20 июля 1969 года часто считаются вехами этого начального периода. Советская космическая программа достигла многих из первых вех, включая первое живое существо на орбите в 1957 году, первый полет человека в космос ( Юрий Гагарин на борту Востока-1 ) в 1961 году, первый выход в открытый космос ( Алексей Леонов ) 18 марта 1965 года, первую автоматическую посадку на другое небесное тело в 1966 году и запуск первой космической станции ( Салют-1 ) в 1971 году. После первых 20 лет исследований акцент сместился с одноразовых полетов на возобновляемое оборудование, такое как программа «Спейс шаттл» , и с конкуренции на сотрудничество, как в случае с Международной космической станцией (МКС).
С существенным завершением строительства МКС [4] после STS-133 в марте 2011 года планы США по исследованию космоса оставались неопределенными. Программа Constellation, нацеленная на возвращение на Луну к 2020 году [5], была признана нереалистичной экспертной группой, отчитавшейся в 2009 году. [6] В конечном итоге Constellation была заменена программой Artemis , первая миссия которой состоялась в 2022 году , с запланированной посадкой экипажа на Artemis 3. [ 7] Рост частной космической отрасли также начался всерьез в 2010-х годах с разработкой частных ракет-носителей, космических капсул и производства спутников.
В 2000-х годах Китай инициировал успешную программу пилотируемых космических полетов, в то время как Индия запустила программу Chandrayaan , в то время как Европейский союз и Япония также запланировали будущие пилотируемые космические миссии. Две основные глобальные программы, набирающие обороты в 2020-х годах, — это возглавляемая Китаем Международная лунная исследовательская станция и возглавляемая США программа Artemis с ее планом строительства Lunar Gateway и базового лагеря Artemis , каждая из которых имеет свой собственный набор международных партнеров.
Говорят, что первый телескоп был изобретен в 1608 году в Нидерландах изготовителем очков по имени Ганс Липперсгей , но их первое зарегистрированное использование в астрономии было зафиксировано Галилео Галилеем в 1609 году. [8] В 1668 году Исаак Ньютон построил свой собственный рефлекторный телескоп , первый полностью функциональный телескоп такого типа и веху для будущих разработок из-за его превосходных характеристик по сравнению с предыдущим телескопом Галилея . [9]
Затем и в последующие столетия последовала череда открытий в Солнечной системе (и за ее пределами ) : горы на Луне , фазы Венеры , главные спутники Юпитера и Сатурна , кольца Сатурна , множество комет , астероиды , новые планеты Уран и Нептун и множество других спутников .
Орбитальная астрономическая обсерватория 2 была первым космическим телескопом , запущенным в 1968 году [10] , но запуск космического телескопа Хаббл в 1990 году [11] стал важной вехой. По состоянию на 1 декабря 2022 года было обнаружено 5284 подтвержденных экзопланет . По оценкам, Млечный Путь содержит 100–400 миллиардов звезд [12] и более 100 миллиардов планет . [13] В наблюдаемой Вселенной насчитывается не менее 2 триллионов галактик . [14] [15] HD1 является самым удаленным известным объектом от Земли, по сообщениям, находящимся на расстоянии 33,4 миллиарда световых лет . [16] [17] [18] [19] [20] [21]
MW 18014 — испытательный запуск немецкой ракеты V-2 , который состоялся 20 июня 1944 года в исследовательском центре Пенемюнде в Пенемюнде . Это был первый созданный человеком объект, достигший космического пространства , достигнув апогея в 176 километров, [22] что значительно выше линии Кармана . [23] Это был вертикальный испытательный запуск. Хотя ракета достигла космоса, она не достигла орбитальной скорости и поэтому вернулась на Землю в результате удара, став первым суборбитальным космическим полетом . [24]
Первый успешный орбитальный запуск состоялся в ходе советской беспилотной миссии «Спутник-1» («Спутник-1») 4 октября 1957 года. Спутник весил около 83 кг (183 фунта) и, как полагают, находился на орбите Земли на высоте около 250 км (160 миль). Он имел два радиопередатчика (20 и 40 МГц), которые издавали «пипы», которые можно было услышать по радио по всему миру. Анализ радиосигналов использовался для сбора информации об электронной плотности ионосферы, в то время как данные о температуре и давлении кодировались в длительности радиопиков. Результаты показали, что спутник не был пробит метеороидом . « Спутник-1» был запущен ракетой Р-7 . Он сгорел при входе в атмосферу 3 января 1958 года.
Первым успешным полетом человека в космос стал полет корабля «Восток-1» («East 1») с 27-летним русским космонавтом Юрием Гагариным на борту 12 апреля 1961 года. Космический корабль совершил один виток вокруг земного шара, длившийся около 1 часа 48 минут. Полет Гагарина вызвал резонанс во всем мире; он стал демонстрацией передовой советской космической программы и открыл совершенно новую эру в исследовании космоса: полет человека в космос .
Первым искусственным объектом, достигшим другого небесного тела, была Луна-2 , достигшая Луны в 1959 году. [25] Первая мягкая посадка на другое небесное тело была осуществлена Луной-9, приземлившейся на Луну 3 февраля 1966 года. [26] Луна-10 стала первым искусственным спутником Луны, выйдя на лунную орбиту 3 апреля 1966 года. [27]
Первая пилотируемая посадка на другое небесное тело была осуществлена Аполлоном-11 20 июля 1969 года, приземлившимся на Луне. Всего было шесть космических кораблей с людьми, приземлившихся на Луне, начиная с 1969 года и до последней высадки человека в 1972 году.
Первым межпланетным пролётом был пролёт Венеры 1961 года аппаратом Venera 1 , хотя первым пролётом Венеры с получением данных стал Mariner 2 1962 года (минимальное сближение 34 773 километра). Pioneer 6 был первым спутником, вышедшим на орбиту вокруг Солнца , запущенным 16 декабря 1965 года. Другие планеты были впервые пролетены в 1965 году: Марс — Mariner 4 , 1973 год: Юпитер — Pioneer 10 , 1974 год: Меркурий — Mariner 10 , 1979 год: Сатурн — Pioneer 11 , 1986 год: Уран — Voyager 2 , 1989 год: Нептун — Voyager 2. В 2015 году карликовые планеты Церера и Плутон были облетены аппаратом Dawn и пройдены аппаратом New Horizons соответственно. Это объясняет пролеты каждой из восьми планет Солнечной системы : Солнца , Луны , а также Цереры и Плутона (двух из пяти признанных карликовых планет ).
Первой межпланетной миссией по исследованию поверхности, которая вернула хотя бы ограниченные данные о поверхности с другой планеты, была посадка Венеры 7 в 1970 году , которая вернула данные на Землю в течение 23 минут с Венеры . В 1975 году Венера 9 была первой, кто вернул изображения с поверхности другой планеты, вернув изображения с Венеры. В 1971 году миссия Марс 3 совершила первую мягкую посадку на Марс, вернув данные в течение почти 20 секунд. Позже были осуществлены гораздо более продолжительные миссии по исследованию поверхности, включая более шести лет работы на поверхности Марса Викинга 1 с 1975 по 1982 год и более двух часов передачи с поверхности Венеры Венеры 13 в 1982 году, самую длительную советскую миссию по исследованию поверхности планеты. Венера и Марс — две планеты за пределами Земли, на которых люди проводили миссии на поверхности с помощью беспилотных роботизированных космических аппаратов .
«Салют-1» был первой космической станцией любого типа, запущенной на низкую околоземную орбиту Советским Союзом 19 апреля 1971 года. Международная космическая станция в настоящее время является крупнейшей и старейшей из двух действующих полностью функционирующих космических станций, постоянно обитаемой с 2000 года. Другая космическая станция, «Тяньгун», построенная Китаем, в настоящее время полностью укомплектована экипажем и находится в рабочем состоянии.
«Вояджер-1» стал первым искусственным объектом, покинувшим Солнечную систему и вышедшим в межзвездное пространство 25 августа 2012 года. Зонд пересёк гелиопаузу на расстоянии 121 а.е. и вошёл в межзвёздное пространство . [28]
Полет « Аполлона -13» прошел над обратной стороной Луны на высоте 254 километров (158 миль; 137 морских миль) над лунной поверхностью и в 400 171 км (248 655 миль) от Земли, что стало рекордом самого дальнего удаления людей от Земли в 1970 году.
По состоянию на 26 ноября 2022 года «Вояджер-1» находился на расстоянии 159 а.е. (23,8 млрд км; 14,8 млрд миль) от Земли. [29] Это самый удалённый от Земли объект, созданный человеком. [30][обновлять]
Начиная с середины 20-го века зонды, а затем и пилотируемые миссии были отправлены на орбиту Земли, а затем на Луну. Кроме того, зонды были отправлены по всей известной Солнечной системе и на орбиту Солнца. Беспилотные космические аппараты были отправлены на орбиту вокруг Сатурна, Юпитера, Марса, Венеры и Меркурия к 21-му веку, и самые дальние активные космические аппараты, Вояджер 1 и 2, преодолели расстояние, превышающее 100 расстояний от Земли до Солнца. Однако инструментов было достаточно, чтобы, как полагают, покинуть гелиосферу Солнца, своего рода пузырь частиц, созданный в Галактике солнечным ветром Солнца .
Солнце является основным объектом исследования космоса. Находясь выше атмосферы, в частности, и магнитное поле Земли, дает доступ к солнечному ветру, а также инфракрасному и ультрафиолетовому излучению, которые не могут достичь поверхности Земли. Солнце генерирует большую часть космической погоды , которая может влиять на системы генерации и передачи электроэнергии на Земле, а также мешать и даже повреждать спутники и космические зонды. Было запущено множество космических аппаратов, предназначенных для наблюдения за Солнцем, начиная с Apollo Telescope Mount , а другие имели солнечное наблюдение в качестве вторичной цели. Parker Solar Probe , запущенный в 2018 году, приблизится к Солнцу на расстояние в 1/9 орбиты Меркурия.
Меркурий остается наименее изученной из планет земной группы . По состоянию на май 2013 года миссии Mariner 10 и MESSENGER были единственными миссиями, которые провели близкие наблюдения за Меркурием. MESSENGER вышел на орбиту вокруг Меркурия в марте 2011 года, чтобы дополнительно изучить наблюдения, сделанные Mariner 10 в 1975 году (Munsell, 2006b). Третья миссия к Меркурию, прибытие которой запланировано на 2025 год, BepiColombo , должна включать два зонда . BepiColombo — это совместная миссия Японии и Европейского космического агентства . MESSENGER и BepiColombo предназначены для сбора дополнительных данных, которые помогут ученым понять многие загадки, обнаруженные в ходе пролетов Mariner 10 .
Полеты к другим планетам Солнечной системы осуществляются с затратой энергии, которая описывается чистым изменением скорости космического корабля, или delta-v . Из-за относительно высокой delta-v для достижения Меркурия и его близости к Солнцу, его трудно исследовать, а орбиты вокруг него довольно нестабильны.
Венера была первой целью межпланетных пролетов и миссий с высадкой и, несмотря на одну из самых враждебных поверхностных сред в Солнечной системе, на нее было отправлено больше посадочных аппаратов (почти все из Советского Союза), чем на любую другую планету в Солнечной системе. Первым пролетом был Венера 1 в 1961 году , хотя Маринер 2 в 1962 году был первым пролетом, который успешно передал данные. За Маринером 2 последовало несколько других пролетов несколькими космическими агентствами, часто в рамках миссий, использующих пролет Венеры для обеспечения гравитационной помощи на пути к другим небесным телам. В 1967 году Венера 4 стала первым зондом, который вошел и напрямую исследовал атмосферу Венеры. В 1970 году Венера 7 стала первым успешным посадочным аппаратом, достигшим поверхности Венеры, а к 1985 году за ней последовали восемь дополнительных успешных советских посадочных аппаратов на Венеру, которые предоставили изображения и другие прямые данные о поверхности. Начиная с 1975 года с запуском советского орбитального аппарата «Венера-9» к Венере было отправлено около десяти успешных миссий, включая более поздние миссии, в ходе которых удалось составить карту поверхности Венеры с помощью радара, проникающего сквозь затемняющую атмосферу.
Исследование космоса использовалось как инструмент для понимания Земли как небесного объекта. Орбитальные миссии могут предоставить данные о Земле, которые может быть трудно или невозможно получить из чисто наземной точки отсчета.
Например, существование радиационных поясов Ван Аллена было неизвестно до их открытия первым искусственным спутником США Explorer 1. Эти пояса содержат излучение, захваченное магнитными полями Земли, что в настоящее время делает строительство обитаемых космических станций на высоте более 1000 км нецелесообразным. После этого раннего неожиданного открытия было развернуто большое количество спутников наблюдения за Землей специально для исследования Земли с космической точки зрения. Эти спутники внесли значительный вклад в понимание различных земных явлений. Например, дыра в озоновом слое была обнаружена искусственным спутником, который исследовал атмосферу Земли, и спутники позволили обнаружить археологические памятники или геологические формации, которые было трудно или невозможно идентифицировать иным способом.
Луна была первым небесным телом, которое стало объектом исследования космоса. Она имеет отличительные черты: это первый удаленный небесный объект, мимо которого пролетел, который облетел и на который совершил посадку космический корабль, и единственный удаленный небесный объект, который когда-либо посещали люди .
В 1959 году Советы получили первые изображения обратной стороны Луны , никогда ранее не видимой для людей. Американское исследование Луны началось с ударного аппарата Ranger 4 в 1962 году. Начиная с 1966 года Советы успешно развернули ряд посадочных аппаратов на Луне, которые смогли получить данные непосредственно с поверхности Луны; всего четыре месяца спустя Surveyor 1 ознаменовал дебют успешной серии американских посадочных аппаратов. Советские беспилотные миссии достигли кульминации в программе Луноход в начале 1970-х годов, которая включала первые беспилотные марсоходы, а также успешно доставила образцы лунного грунта на Землю для изучения. Это стало первым (и на сегодняшний день единственным) автоматизированным возвращением образцов внеземного грунта на Землю. Беспилотное исследование Луны продолжается, и различные страны периодически отправляют лунные орбитальные аппараты. Китайские Chang'e 4 в 2019 году и Chang'e 6 в 2024 году совершили первую в мире посадку и возврат образцов на обратную сторону Луны . Индийский Chandrayaan-3 в 2023 году совершил первую в мире посадку в районе южного полюса Луны .
Исследование Луны с экипажем началось в 1968 году с миссии Apollo 8 , которая успешно облетела Луну, став первым случаем, когда люди облетели внеземной объект. В 1969 году миссия Apollo 11 ознаменовала первую высадку людей на поверхность другого мира. Исследование Луны с экипажем продолжалось недолго. Миссия Apollo 17 в 1972 году ознаменовала шестую посадку и последнее посещение Луны человеком. Artemis 2 должен завершить пилотируемый облет Луны в 2025 году, а Artemis 3 выполнит первую посадку на Луну после Apollo 17, его запуск запланирован не ранее 2026 года. Роботизированные миссии по-прежнему активно реализуются.
Исследование Марса было важной частью программ по исследованию космоса Советского Союза (позже России), Соединенных Штатов, Европы, Японии и Индии. Десятки роботизированных космических аппаратов , включая орбитальные аппараты , посадочные аппараты и марсоходы , были запущены к Марсу с 1960-х годов. Эти миссии были направлены на сбор данных о текущих условиях и ответы на вопросы об истории Марса. Ожидается, что вопросы, поднятые научным сообществом, не только дадут лучшее представление о Красной планете, но и дадут дальнейшее представление о прошлом и возможном будущем Земли.
Исследование Марса потребовало значительных финансовых затрат: примерно две трети всех космических аппаратов, направлявшихся на Марс, терпели неудачу до завершения своих миссий, а некоторые терпели неудачу еще до их начала. Такой высокий уровень отказов можно объяснить сложностью и большим количеством переменных, вовлеченных в межпланетное путешествие, и это заставило исследователей в шутку говорить о Великом Галактическом Упыре [31] , который существует на диете из марсианских зондов. Это явление также неофициально известно как « Проклятие Марса ». [32] В отличие от общего высокого уровня отказов в исследовании Марса, Индия стала первой страной, добившейся успеха своей первой попытки. Миссия индийского Mars Orbiter Mission (MOM) [33] [34] [35] является одной из наименее дорогих межпланетных миссий, когда-либо предпринятых, с приблизительной общей стоимостью ₹ 450 крор ( US$ 73 миллиона ). [36] [37] Первая миссия на Марс, осуществленная арабской страной, была предпринята Объединенными Арабскими Эмиратами. Названная Emirates Mars Mission , она была запущена 19 июля 2020 года и вышла на орбиту вокруг Марса 9 февраля 2021 года. Беспилотный исследовательский зонд был назван «Hope Probe» и был отправлен на Марс для детального изучения его атмосферы. [38]
Российская космическая миссия «Фобос-Грунт» , запущенная 9 ноября 2011 года, потерпела неудачу, в результате чего она застряла на низкой околоземной орбите . [39] Она должна была начать исследование Фобоса и марсианской околоземной орбиты, а также изучить, могут ли луны Марса или, по крайней мере, Фобос стать «перевалочным пунктом» для космических кораблей, направляющихся на Марс. [40]
До появления космических путешествий объекты в поясе астероидов были всего лишь точками света даже в самых больших телескопах, их формы и рельеф оставались загадкой. Несколько астероидов уже посетили зонды, первым из которых был Галилео , который пролетел мимо двух: 951 Гаспра в 1991 году, а затем 243 Ида в 1993 году. Оба они лежали достаточно близко к запланированной траектории Галилео к Юпитеру, чтобы их можно было посетить по приемлемой цене. Первая посадка на астероид была выполнена зондом NEAR Shoemaker в 2000 году после орбитального обзора объекта 433 Эрос . Карликовая планета Церера и астероид 4 Веста , два из трех крупнейших астероидов, были посещены космическим аппаратом НАСА Dawn , запущенным в 2007 году.
Hayabusa — роботизированный космический аппарат, разработанный Японским агентством аэрокосмических исследований для доставки образца материала с небольшого околоземного астероида 25143 Итокава на Землю для дальнейшего анализа. Hayabusa был запущен 9 мая 2003 года и встретился с Итокавой в середине сентября 2005 года. После прибытия на Итокаву Hayabusa изучил форму астероида, его вращение, топографию, цвет, состав, плотность и историю. В ноябре 2005 года он дважды приземлился на астероиде для сбора образцов. Космический аппарат вернулся на Землю 13 июня 2010 года.
Исследование Юпитера состояло исключительно из нескольких автоматических космических аппаратов НАСА, посещавших планету с 1973 года. Значительное большинство миссий были «пролетами», в ходе которых проводились подробные наблюдения без посадки зонда или выхода на орбиту; например, в программах Pioneer и Voyager . Космические аппараты Galileo и Juno являются единственными космическими аппаратами, которые вышли на орбиту планеты. Поскольку считается, что у Юпитера есть только относительно небольшое каменистое ядро и нет настоящей твердой поверхности, посадочная миссия исключена.
Для достижения Юпитера с Земли требуется дельта-v в 9,2 км/с, [41] что сопоставимо с дельта-v в 9,7 км/с, необходимой для достижения низкой околоземной орбиты. [42] К счастью, гравитационные усилия посредством пролетов планет могут быть использованы для уменьшения энергии, необходимой при запуске для достижения Юпитера, хотя и за счет значительно большей продолжительности полета. [41]
У Юпитера 95 известных спутников , о многих из которых известно сравнительно мало.
Сатурн исследовался только посредством беспилотных космических аппаратов, запущенных NASA, включая одну миссию ( Cassini–Huygens ), спланированную и выполненную в сотрудничестве с другими космическими агентствами. Эти миссии включают пролеты в 1979 году Pioneer 11 , в 1980 году Voyager 1 , в 1982 году Voyager 2 и орбитальную миссию космического аппарата Cassini , которая длилась с 2004 по 2017 год.
У Сатурна есть по крайней мере 62 известных луны , хотя точное число является спорным, поскольку кольца Сатурна состоят из огромного количества независимо вращающихся объектов разных размеров. Самая большая из лун — Титан , который отличается тем, что является единственной луной в Солнечной системе с более плотной и толстой атмосферой, чем у Земли. Титан отличается тем, что является единственным объектом во Внешней Солнечной системе, который был исследован с помощью посадочного модуля, зонда Гюйгенс , запущенного космическим аппаратом Кассини .
Исследование Урана полностью проводилось с помощью космического аппарата Voyager 2 , и никаких других визитов на данный момент не запланировано. Учитывая наклон его оси в 97,77°, а также то, что его полярные регионы в течение длительных периодов подвергались воздействию солнечного света или темноты, ученые не были уверены, чего ожидать от Урана. Самый близкий подход к Урану произошел 24 января 1986 года. Voyager 2 изучал уникальную атмосферу и магнитосферу планеты . Voyager 2 также исследовал ее кольцевую систему и луны Урана, включая все пять ранее известных лун, а также открыл еще десять ранее неизвестных лун.
Изображения Урана оказались очень однородными, без каких-либо признаков драматических штормов или атмосферных полос, которые можно было бы наблюдать на Юпитере и Сатурне. Потребовалось приложить немало усилий, чтобы хотя бы идентифицировать несколько облаков на изображениях планеты. Однако магнитосфера Урана оказалась уникальной, поскольку на нее сильное влияние оказал необычный наклон оси планеты. В отличие от безликого вида самого Урана, были получены поразительные изображения лун Урана, включая доказательства того, что Миранда была необычайно геологически активна.
Исследование Нептуна началось с пролета «Вояджера-2» 25 августа 1989 года , единственного визита в систему по состоянию на 2024 год. Обсуждалась возможность создания орбитального аппарата «Нептун» , но никакие другие миссии серьезно не рассматривались.
Хотя чрезвычайно однородный вид Урана во время визита Вояджера-2 в 1986 году привел к ожиданиям, что на Нептуне также будет мало видимых атмосферных явлений, космический аппарат обнаружил, что на Нептуне есть очевидная полосатость, видимые облака, полярные сияния и даже заметная антициклоническая штормовая система, соперничающая по размеру только с Большим Красным Пятном Юпитера . На Нептуне также оказались самые быстрые ветры среди всех планет Солнечной системы, достигающие 2100 км/ч. [43] Вояджер-2 также исследовал систему колец и лун Нептуна . Он обнаружил 900 полных колец и дополнительные частичные кольцевые «дуги» вокруг Нептуна. В дополнение к исследованию трех ранее известных лун Нептуна, Вояджер-2 также обнаружил пять ранее неизвестных лун, одна из которых, Протей , оказалась последней по величине луной в системе. Данные, полученные с Вояджера-2, подтверждают точку зрения, что крупнейший спутник Нептуна, Тритон , является захваченным объектом пояса Койпера . [44]
Карликовая планета Плутон представляет собой значительную проблему для космических аппаратов из-за ее большого расстояния от Земли (требующего высокой скорости для разумного времени полета) и малой массы (что делает захват на орбиту очень сложным в настоящее время). Voyager 1 мог бы посетить Плутон, но диспетчеры вместо этого выбрали близкий пролет мимо спутника Сатурна Титана, что привело к траектории, несовместимой с пролетом мимо Плутона. Voyager 2 никогда не имел правдоподобной траектории для достижения Плутона. [45]
После напряженной политической борьбы миссия к Плутону, названная New Horizons, получила финансирование от правительства Соединенных Штатов в 2003 году. [46] New Horizons был успешно запущен 19 января 2006 года. В начале 2007 года аппарат использовал гравитационный маневр Юпитера . Его максимальное сближение с Плутоном произошло 14 июля 2015 года; научные наблюдения за Плутоном начались за пять месяцев до максимального сближения и продолжались в течение 16 дней после встречи.
Миссия New Horizons также совершила пролет мимо небольшой планетезимали Аррокот в поясе Койпера в 2019 году. Это была ее первая расширенная миссия. [47]
Хотя многие кометы изучались с Земли, иногда с помощью многовековых наблюдений, только несколько комет были близко посещены. В 1985 году Международный исследователь комет провел первый пролет кометы ( 21P/Giacobini-Zinner ), прежде чем присоединиться к Армаде Галлея, изучающей знаменитую комету. Зонд Deep Impact врезался в 9P/Tempel, чтобы узнать больше о ее структуре и составе, а миссия Stardust вернула образцы хвоста другой кометы. Посадочный модуль Philae успешно приземлился на комете Чурюмова-Герасименко в 2014 году в рамках более широкой миссии Rosetta .
Исследование дальнего космоса — раздел астрономии , астронавтики и космических технологий , занимающийся исследованием отдалённых областей космического пространства. [48] Физическое исследование космоса осуществляется как с помощью пилотируемых космических полётов (дальняя космонавтика), так и с помощью автоматических космических аппаратов .
Некоторые из лучших кандидатов на будущие технологии двигателей для дальнего космоса включают антиматерию , ядерную энергию и лучевое движение . [49] Последнее, лучевое движение, по-видимому, является лучшим кандидатом для исследования дальнего космоса из имеющихся в настоящее время, поскольку оно использует известную физику и известную технологию, которая разрабатывается для других целей. [50]
Breakthrough Starshot — это научно-исследовательский и инженерный проект Breakthrough Initiatives по разработке экспериментального флота космических кораблей с легким парусом под названием StarChip [51] , который сможет совершить путешествие к звездной системе Альфа Центавра, находящейся на расстоянии 4,37 световых лет . Он был основан в 2016 году Юрием Мильнером , Стивеном Хокингом и Марком Цукербергом [52] [53 ]
Статья в научном журнале Nature предложила использовать астероиды в качестве шлюза для исследования космоса, а конечным пунктом назначения должен быть Марс. Чтобы сделать такой подход жизнеспособным, необходимо выполнить три требования: во-первых, «тщательное обследование астероидов для поиска тысяч близлежащих тел, пригодных для посещения астронавтами»; во-вторых, «расширение продолжительности полета и дальности полета до все больших расстояний вплоть до Марса»; и, наконец, «разработка более совершенных роботизированных транспортных средств и инструментов, которые позволят астронавтам исследовать астероид независимо от его размера, формы или вращения». Кроме того, использование астероидов обеспечит астронавтам защиту от галактических космических лучей, а экипажи миссий смогут приземляться на них без большого риска радиационного облучения.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST или «Уэбб») — космический телескоп , являющийся преемником космического телескопа Хаббла . [54] [55] JWST обеспечит значительно улучшенное разрешение и чувствительность по сравнению с Хабблом и позволит проводить широкий спектр исследований в областях астрономии и космологии , включая наблюдение некоторых из самых далеких событий и объектов во Вселенной , таких как образование первых галактик . Другие цели включают понимание формирования звезд и планет , а также прямую съемку экзопланет и новых звезд . [56]
Главное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба, Optical Telescope Element , состоит из 18 шестиугольных зеркальных сегментов, изготовленных из позолоченного бериллия , которые объединяются, чтобы создать зеркало диаметром 6,5 метров (21 фут; 260 дюймов), которое намного больше, чем 2,4-метровое (7,9 футов; 94 дюйма) зеркало Хаббла. В отличие от Хаббла, который наблюдает в ближнем ультрафиолетовом , видимом и ближнем инфракрасном (от 0,1 до 1 мкм) спектрах, JWST будет наблюдать в более низкочастотном диапазоне, от длинноволнового видимого света до среднего инфракрасного (от 0,6 до 27 мкм), что позволит ему наблюдать объекты с высоким красным смещением , которые слишком старые и слишком далеки для наблюдения Хаббла. [57] Телескоп должен поддерживаться в очень холодном состоянии , чтобы вести наблюдения в инфракрасном диапазоне без помех, поэтому он будет развернут в космосе вблизи точки Лагранжа L 2 Земля-Солнце , а большой солнцезащитный экран из покрытого кремнием и алюминием каптона будет поддерживать его зеркало и инструменты при температуре ниже 50 К (−220 °C; −370 °F). [58]
Программа «Артемида» — это продолжающаяся программа пилотируемых космических полетов, реализуемая НАСА , американскими коммерческими космическими компаниями и международными партнерами, такими как ЕКА , [59] с целью высадки «первой женщины и следующего мужчины» на Луну, в частности, в районе южного полюса Луны к 2024 году. «Артемида» станет следующим шагом на пути к долгосрочной цели создания устойчивого присутствия на Луне, закладывания фундамента для частных компаний по созданию лунной экономики и, в конечном итоге, отправки людей на Марс .
В 2017 году лунная кампания была санкционирована Директивой о космической политике 1 , в которой использовались различные текущие программы космических аппаратов, такие как Orion , Lunar Gateway , Commercial Lunar Payload Services , а также был добавлен неразработанный пилотируемый посадочный модуль. Space Launch System будет служить основным средством запуска для Orion, в то время как коммерческие средства запуска планируется использовать для запуска различных других элементов кампании. [60] NASA запросило 1,6 миллиарда долларов дополнительного финансирования для Artemis на 2020 финансовый год, [61] в то время как Комитет по ассигнованиям Сената запросил у NASA пятилетний бюджетный профиль, [62] который необходим для оценки и утверждения Конгрессом . [63] [64] По состоянию на 2024 год первая миссия Artemis была запущена в 2022 году, а вторая миссия, пилотируемый облет Луны, запланирована на 2025 год. [65] Строительство Lunar Gateway ведется с начальными возможностями, установленными на временной период 2025-2027 годов. [66] Первый посадочный модуль CLPS приземлился в 2024 году, став первым американским космическим аппаратом, совершившим посадку после Аполлона-17 . [67]
Исследования, проводимые национальными агентствами по исследованию космоса, такими как НАСА и Роскосмос , являются одной из причин, на которые ссылаются сторонники для оправдания государственных расходов. Экономический анализ программ НАСА часто показывал продолжающиеся экономические выгоды (например, побочные продукты НАСА ), приносящие во много раз больше дохода, чем стоимость программы. [68] Также утверждается, что исследование космоса приведет к добыче ресурсов на других планетах и особенно астероидах, которые содержат минералы и металлы на миллиарды долларов. Такие экспедиции могут принести большой доход. [69] Кроме того, утверждается, что программы исследования космоса помогают вдохновлять молодежь изучать науку и технику. [70] Исследование космоса также дает ученым возможность проводить эксперименты в других условиях и расширять знания человечества. [71]
Другое утверждение заключается в том, что исследование космоса необходимо человечеству и что пребывание на Земле приведет к вымиранию . Некоторые из причин — нехватка природных ресурсов, кометы, ядерная война и всемирная эпидемия. Стивен Хокинг , известный британский физик-теоретик, сказал, что «я не думаю, что человеческая раса выживет в течение следующей тысячи лет, если мы не распространимся в космосе. Слишком много несчастных случаев может произойти с жизнью на одной планете. Но я оптимист. Мы достигнем звезд». [72] Артур Кларк (1950) представил краткое изложение мотивов исследования космоса человеком в своей научно-популярной полутехнической монографии « Межпланетный полет » . [73] Он утверждал, что выбор человечества по сути заключается между экспансией с Земли в космос и культурной (и в конечном итоге биологической) стагнацией и смертью. Эти мотивы можно отнести к одному из первых ученых-ракетчиков в НАСА, Вернеру фон Брауну , и его видению людей, выходящих за пределы Земли. Основой этого плана было:
Разработать многоступенчатые ракеты, способные выводить в космос спутники, животных и людей.
Разработка большого крылатого космического корабля многоразового использования, способного доставлять людей и оборудование на околоземную орбиту таким образом, чтобы доступ в космос стал обычным и экономически эффективным.
Строительство большой постоянно действующей космической станции, которая будет использоваться как платформа для наблюдения за Землей, так и для запуска экспедиций в дальний космос.
Запуск первых полетов человека вокруг Луны, приведших к первой высадке людей на Луну с целью исследования этого тела и создания постоянных лунных баз.
Сборка и заправка космических кораблей на околоземной орбите с целью отправки людей на Марс с целью последующей колонизации этой планеты. [74]
Известный как парадигма фон Брауна, план был сформулирован, чтобы вести людей в исследовании космоса. Видение фон Брауна об исследовании космоса человеком послужило моделью для усилий по исследованию космоса вплоть до двадцать первого века, и НАСА включило этот подход в большинство своих проектов. [74] Шаги были выполнены не по порядку, как это было видно по программе «Аполлон», достигшей Луны до начала программы «Спейс шаттл», которая, в свою очередь, была использована для завершения Международной космической станции. Парадигма фон Брауна сформировала стремление НАСА к исследованию человеком в надежде, что люди откроют дальние уголки Вселенной.
НАСА выпустило серию видеороликов социальной рекламы, поддерживающих концепцию освоения космоса. [75]
В целом общественность по-прежнему в значительной степени поддерживает как пилотируемое, так и беспилотное исследование космоса. Согласно опросу Associated Press, проведенному в июле 2003 года, 71% граждан США согласились с утверждением, что космическая программа является «хорошей инвестицией», по сравнению с 21%, которые этого не сделали. [76]
Космическая пропаганда и космическая политика [77] регулярно ссылаются на исследование как на человеческую природу . [78]
Космический полет — это использование космических технологий для осуществления полета космического аппарата в космическое пространство и через него.
Космические полеты используются в исследовании космоса, а также в коммерческих целях, таких как космический туризм и спутниковая связь . Дополнительные некоммерческие применения космических полетов включают космические обсерватории , разведывательные спутники и другие спутники наблюдения за Землей .
Космический полет обычно начинается с запуска ракеты , которая обеспечивает начальную тягу для преодоления силы тяжести и отталкивает космический корабль от поверхности Земли. После попадания в космос движение космического корабля — как без двигателя, так и с двигателем — рассматривается в области изучения, называемой астродинамикой . Некоторые космические корабли остаются в космосе неопределенно долго, некоторые распадаются при входе в атмосферу , а другие достигают поверхности планеты или Луны для посадки или удара.
Спутники используются для множества целей. Распространенные типы включают военные (шпионские) и гражданские спутники наблюдения за Землей, спутники связи, навигационные спутники, метеорологические спутники и исследовательские спутники. Космические станции и пилотируемые космические аппараты на орбите также являются спутниками.
Коммерциализация космоса впервые началась с запуска частных спутников НАСА или другими космическими агентствами. Текущие примеры коммерческого использования космоса с помощью спутников включают спутниковые навигационные системы , спутниковое телевидение и спутниковое радио . Следующим шагом коммерциализации космоса считались полеты человека в космос. Безопасные полеты людей в космос и обратно стали обычным делом для НАСА. [79] Многоразовые космические корабли были совершенно новой инженерной задачей, которую можно было увидеть только в романах и фильмах, таких как «Звездный путь» и «Война миров». Такие великие имена, как Базз Олдрин, поддерживали использование многоразового транспортного средства, такого как космический челнок. Олдрин считал, что многоразовые космические корабли являются ключом к тому, чтобы сделать космические путешествия доступными, заявляя, что использование «пассажирских космических путешествий — это огромный потенциальный рынок, достаточно большой, чтобы оправдать создание многоразовых ракет-носителей». [80] Как общественность может пойти против слов одного из самых известных героев Америки в исследовании космоса? В конце концов, исследование космоса — это следующая великая экспедиция, следуя примеру Льюиса и Кларка. Космический туризм — это следующий шаг многоразовых транспортных средств в коммерциализации космоса. Целью данного вида космических путешествий является использование людьми в целях личного удовольствия.
Частные космические компании, такие как SpaceX и Blue Origin , а также коммерческие космические станции , такие как Axiom Space и Bigelow Commercial Space Station, кардинально изменили ландшафт освоения космоса и продолжат делать это в ближайшем будущем.
Астробиология — это междисциплинарное изучение жизни во Вселенной, объединяющее аспекты астрономии , биологии и геологии. [81] Она сосредоточена в первую очередь на изучении происхождения , распространения и эволюции жизни. Она также известна как экзобиология (от греч. έξω, exo , «внешний»). [82] [83] [84] Термин «ксенобиология» также использовался, но это технически неверно, поскольку его терминология означает «биология иностранцев». [85] Астробиологи также должны учитывать возможность жизни, которая химически полностью отличается от любой жизни, обнаруженной на Земле. [86] В Солнечной системе некоторые из основных мест для современной или прошлой астробиологии находятся на Энцеладе, Европе, Марсе и Титане. [87]
На сегодняшний день самым длительным пребыванием человека в космосе является Международная космическая станция , которая непрерывно используется уже 23 года и 322 дня. Рекордный однократный космический полет Валерия Полякова , длившийся почти 438 дней на борту космической станции «Мир» , не был превзойден. Влияние космоса на здоровье было хорошо задокументировано в ходе многолетних исследований, проведенных в области аэрокосмической медицины . Аналогичные среды, аналогичные тем, которые можно испытать во время космических путешествий (например, глубоководные подводные лодки), использовались в этом исследовании для дальнейшего изучения связи между изоляцией и экстремальными условиями. [88] Крайне важно поддерживать здоровье экипажа, поскольку любое отклонение от базового уровня может поставить под угрозу целостность миссии, а также безопасность экипажа, поэтому астронавты должны проходить строгие медицинские обследования и тесты перед началом любых миссий. Однако не требуется много времени, чтобы экологическая динамика космического полета начала оказывать свое воздействие на организм человека; например, космическая болезнь движения (SMS) — состояние, которое влияет на нейровестибулярную систему и достигает кульминации в легких или тяжелых признаках и симптомах, таких как вертиго, головокружение, усталость, тошнота и дезориентация — мучает почти всех космических путешественников в течение их первых нескольких дней на орбите. [88] Космические путешествия также могут оказать глубокое влияние на психику членов экипажа, как описано в анекдотичных записях, написанных после их выхода на пенсию. Космические путешествия могут отрицательно влиять на естественные биологические часы организма ( циркадный ритм ); режим сна, вызывающий лишение сна и усталость; и социальное взаимодействие; следовательно, проживание в среде низкой околоземной орбиты (LEO) в течение длительного периода времени может привести как к умственному, так и физическому истощению. [88] Длительное пребывание в космосе выявляет проблемы с потерей костной ткани и мышц в условиях низкой гравитации, подавлением иммунной системы и воздействием радиации. Отсутствие гравитации заставляет жидкость подниматься вверх, что может вызвать повышение давления в глазах, что приводит к проблемам со зрением; потере минералов и плотности костей; ухудшению состояния сердечно-сосудистой системы; и снижение выносливости и мышечной массы. [89]
Радиация представляет собой коварную опасность для здоровья космических путешественников, поскольку она невидима и может вызывать рак. Когда космические корабли находятся над магнитным полем Земли, они больше не защищены от солнечной радиации; опасность радиации еще более сильна в глубоком космосе. Опасности радиации можно уменьшить с помощью защитного экранирования на космических кораблях, оповещений и дозиметрии . [90]
К счастью, благодаря новым и быстро развивающимся технологическим достижениям, те, кто находится в Центре управления полетами, могут более внимательно следить за здоровьем своих астронавтов , используя телемедицину . Возможно, полностью избежать физиологических эффектов космического полета не получится, но их можно смягчить. Например, медицинские системы на борту космических кораблей, таких как Международная космическая станция (МКС), хорошо оборудованы и спроектированы для противодействия эффектам отсутствия гравитации и невесомости; бортовые беговые дорожки могут помочь предотвратить потерю мышечной массы и снизить риск развития преждевременного остеопороза. [88] [90] Кроме того, для каждой миссии МКС назначается врач экипажа, а летный хирург доступен круглосуточно и без выходных через Центр управления полетами МКС, расположенный в Хьюстоне, штат Техас. [90] Хотя предполагается, что взаимодействие будет происходить в режиме реального времени, связь между космическим и наземным экипажем может задерживаться — иногда на целых 20 минут [90] — по мере увеличения их расстояния друг от друга, когда космический корабль удаляется от НОО; из-за этого экипаж обучен и должен быть готов реагировать на любые медицинские чрезвычайные ситуации, которые могут возникнуть на судне, поскольку наземный экипаж находится в сотнях миль. Как можно видеть, путешествие и, возможно, жизнь в космосе создают множество проблем. Многие прошлые и нынешние концепции для продолжения исследования и колонизации космоса фокусируются на возвращении на Луну как на «трамплин» к другим планетам, особенно Марсу. В конце 2006 года НАСА объявило, что они планируют построить постоянную лунную базу с постоянным присутствием к 2024 году. [91]
Помимо технических факторов, которые могли бы сделать жизнь в космосе более распространенной, было высказано предположение, что отсутствие частной собственности , невозможность или сложность установления прав собственности в космосе, были препятствием для развития космоса для проживания людей. С появлением космических технологий во второй половине двадцатого века право собственности на собственность в космосе было неясным, с сильными аргументами как за, так и против. В частности, предъявление национальных территориальных претензий в космическом пространстве и на небесных телах было специально запрещено Договором о космосе[обновлять] , который был ратифицирован всеми космическими странами по состоянию на 2012 год . [92] Космическая колонизация, также называемая космическим поселением и космической гуманизацией, будет постоянным автономным (самодостаточным) проживанием людей в местах за пределами Земли, особенно на естественных спутниках или планетах, таких как Луна или Марс , с использованием значительных объемов использования ресурсов на месте .
Участие и представительство человечества в космосе является проблемой с самого начала освоения космоса. [93] Некоторые права стран, не осуществляющих космические полеты, в основном были защищены международным космическим правом , объявляющим космос « достоянием всего человечества », трактующим космические полеты как его ресурс, хотя совместное использование космоса для всего человечества по-прежнему критикуется как империалистическое и недостающее. [93] Помимо международного включения, также не хватало включения женщин и цветных людей . Чтобы достичь более инклюзивного космического полета, в последние годы были созданы некоторые организации, такие как Justspace Alliance [93] и IAU, представляющая инклюзивную астрономию [94] .
Первой женщиной, отправившейся в космос, была Валентина Терешкова . Она полетела в 1963 году, но только в 1980-х годах другая женщина снова побывала в космосе. В то время все астронавты должны были быть военными летчиками-испытателями, и женщины не могли присоединиться к этой карьере, это одна из причин задержки с разрешением женщинам присоединяться к космическим экипажам. [ необходима цитата ] После изменения правила Светлана Савицкая стала второй женщиной, отправившейся в космос, она также была из Советского Союза . Салли Райд стала следующей женщиной в космосе и первой женщиной, полетевшей в космос по программе Соединенных Штатов.
С тех пор еще одиннадцать стран разрешили женщинам-астронавтам. Первый выход в открытый космос полностью женщин состоялся в 2018 году, включая Кристину Кох и Джессику Меир . Они обе ранее участвовали в космических прогулках с NASA. Первая женщина, которая полетит на Луну, запланирована на 2024 год.
Несмотря на эти разработки, женщины по-прежнему недостаточно представлены среди астронавтов и особенно космонавтов. Проблемы, которые блокируют потенциальных кандидатов от программ и ограничивают космические миссии, в которых они могут участвовать, включают:
Искусство в космосе и из космоса варьируется от сигналов, фиксации и аранжировки материалов, таких как селфи Юрия Гагарина в космосе или изображение «Голубой шарик» , до рисунков, таких как первый в космосе рисунок космонавта и художника Алексея Леонова , музыкальных клипов, таких как кавер Криса Хэдфилда на песню Space Oddity на борту МКС, и постоянных инсталляций на небесных телах, таких как Луна .
Индия стала первой азиатской страной, достигшей Красной планеты, когда ее беспилотный космический корабль собственного производства вышел на орбиту Марса в среду
Миссия индийского Mars Orbiter успешно вышла на орбиту Марса в среду утром, став первой страной, которая достигла Марса с первой попытки, и первой азиатской страной, которая достигла Красной планеты.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
