Школьная энциклопедия. Где начинается граница космоса? Дроны и стратостаты - альтернатива ракетам и спутникам

Границы

Чёткой границы не существует, потому что атмосфера разрежается постепенно по мере удаления от земной поверхности, и до сих пор нет единого мнения, что считать фактором начала космоса. Если бы температура была постоянной, то давление бы изменялось по экспоненциальному закону от 100 кПа на уровне моря до нуля. Международная авиационная федерация в качестве рабочей границы между атмосферой и космосом установила высоту в 100 км (линия Кармана), потому что на этой высоте для создания подъёмной аэродинамической силы необходимо, чтобы летательный аппарат двигался с первой космической скоростью , из-за чего теряется смысл авиаполёта .

Солнечная система

В НАСА описывают случай, когда человек случайно оказался в пространстве, близком к вакууму (давление ниже 1 Па) из-за утечки воздуха из скафандра. Человек оставался в сознании приблизительно 14 секунд - примерно такое время требуется для того, чтобы обеднённая кислородом кровь попала из лёгких в мозг. Внутри скафандра не возник полный вакуум, и рекомпрессия испытательной камеры началась приблизительно через 15 секунд. Сознание вернулось к человеку, когда давление поднялось до эквивалентного высоте примерно 4,6 км. Позже попавший в вакуум человек рассказывал, что он чувствовал и слышал, как из него выходит воздух, и его последнее осознанное воспоминание состояло в том, что он чувствовал, как вода на его языке закипает.

Журнал «Aviation Week and Space Technology» 13 февраля 1995 г. опубликовал письмо, в котором рассказывалось об инциденте, произошедшем 16 августа 1960 года во время подъёма стратостата с открытой гондолой на высоту 19,5 миль для совершения рекордного прыжка с парашютом (Проект «Эксельсиор»). Правая рука пилота оказалась разгерметизирована, однако он решил продолжить подъём. Рука, как и можно было ожидать, испытывала крайне болезненные ощущения, и ею нельзя было пользоваться. Однако при возвращении пилота в более плотные слои атмосферы состояние руки вернулось в норму.

Границы на пути к космосу

• Уровень моря - 101,3 кПа (1 атм .; 760 мм рт. ст;) атмосферного давления .
• 4,7 км - МФА требует дополнительного снабжения кислородом для пилотов и пассажиров.
• 5,0 км - 50% от атмосферного давления на уровне моря.
• 5,3 км - половина всей массы атмосферы лежит ниже этой высоты.
• 6 км - граница постоянного обитания человека.
• 7 км - граница приспособляемости к длительному пребыванию.
• 8,2 км - граница смерти.
• 8,848 км - высочайшая точка Земли гора Эверест - предел доступности пешком.
• 9 км - предел приспособляемости к кратковременному дыханию атмосферным воздухом.
• 12 км - дыхание воздухом эквивалентно пребыванию в космосе (одинаковое время потери сознания ~10-20 с); предел кратковременного дыхания чистым кислородом; потолок дозвуковых пассажирских лайнеров.
• 15 км - дыхание чистым кислородом эквивалентно пребыванию в космосе.
• 16 км - при нахождении в высотном костюме в кабине нужно дополнительное давление. Над головой осталось 10 % атмосферы.
• 10-18 км - граница между тропосферой и стратосферой на разных широтах (тропопауза).
• 19 км - яркость тёмно-фиолетового неба в зените 5% от яркости чистого синего неба на уровне моря (74,3-75 против 1500 свечей на м² ), днём могут быть видны самые яркие звёзды и планеты.
• 19,3 км - начало космоса для организма человека - закипание воды при температуре человеческого тела. Внутренние телесные жидкости на этой высоте ещё не кипят, поскольку тело генерирует достаточно внутреннего давления, чтобы предотвратить этот эффект, но могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.
• 20 км - верхняя граница биосферы : предел подъёма в атмосферу спор и бактерий воздушными потоками.
• 20 км - интенсивность первичной космической радиации начинает преобладать над вторичной (рождённой в атмосфере).
• 20 км - потолок тепловых аэростатов (монгольфьеров) (19 811 м) .
• 25 км - днём можно ориентироваться по ярким звёздам.
• 25-26 км - максимальная высота установившегося полёта существующих реактивных самолётов (практический потолок).
• 15-30 км - озоновый слой на разных широтах.
• 34,668 км - рекорд высоты для воздушного шара (стратостата), управляемого двумя стратонавтами.
• 35 км - начало космоса для воды или тройная точка воды : на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде.
• 37,65 км - рекорд высоты существующих турбореактивных самолётов (динамический потолок).
• 38,48 км (52 000 шагов) - верхняя граница атмосферы в 11 веке : первое научное определение высоты атмосферы по продолжительности сумерек (араб. учёный Альгазен , 965-1039 гг.) .
• 39 км - рекорд высоты стратостата, управляемого человеком (Red Bull Stratos).
• 45 км - теоретический предел для прямоточного воздушно-реактивного самолёта.
• 48 км - атмосфера не ослабляет ультрафиолетовые лучи Солнца.
• 50 км - граница между стратосферой и мезосферой (стратопауза).
• 51,82 км - рекорд высоты для газового беспилотного аэростата .
• 55 км - атмосфера не воздействует на космическую радиацию.
• 70 км - верхняя граница атмосферы в 1714 г. по расчёту Эдмунда Холли (Галлея) на основе данных альпинистов, законе Бойля и наблюдений за метеорами .
• 80 км - граница между мезосферой и термосферой (мезопауза).
• 80,45 км (50 миль) - официальная высота границы космоса в США .
• 100 км - официальная международная граница между атмосферой и космосом - линия Кармана , определяющая границу между аэронавтикой и космонавтикой . Аэродинамические поверхности (крылья) начиная с этой высоты не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат становится космическим спутником .
• 100 км - зарегистрированная граница атмосферы в 1902 г. : открытие отражающего радиоволны ионизированного слоя Кеннелли - Хевисайда 90-120 км.
• 118 км - переход от атмосферного ветра к потокам заряжённых частиц.
• 122 км (400 000 футов) - первые заметные проявления атмосферы во время возвращения на Землю с орбиты: набегающий воздух начинает разворачивать Спейс Шаттл носом по ходу движения.
• 120-130 км - спутник на круговой орбите с такой высотой сможет сделать не более одного оборота.
• 200 км - наиболее низкая возможная орбита с краткосрочной стабильностью (до нескольких дней).
• 320 км - зарегистрированная граница атмосферы в 1927 г. : открытие отражающего радиоволны слоя Эплтона .
• 350 км - наиболее низкая возможная орбита с долгосрочной стабильностью (до нескольких лет).
• 690 км - граница между термосферой и экзосферой .
• 1000-1100 км - максимальная высота полярных сияний , последнее видимое с поверхности Земли проявление атмосферы (но обычно хорошо заметные сияния происходят на высотах 90-400 км).
• 2000 км - атмосфера не оказывает воздействия на спутники и они могут существовать на орбите многие тысячелетия.
• 36 000 км - считавшийся в первой половине 20-го века теоретический предел существования атмосферы. Если бы вся атмосфера равномерно вращалась вместе с Землёй, то с этой высоты на экваторе центробежная сила вращения будет превосходить над притяжением и частички воздуха, вышедшие за эту границу, будут разлетаться в разные стороны.
• 930 000 км - радиус гравитационной сферы Земли и максимальная высота существования её спутников. Выше 930 000 км притяжение Солнца начинает преобладать и оно будет перетягивать поднявшиеся выше тела.
• 21 миллион км - на таком расстоянии практически исчезает гравитационное воздействие Земли .
• Несколько десятков миллиардов км - пределы дальнобойности солнечного ветра .
• 15-20 триллионов км - гравитационные границы Солнечной системы, максимальная дальность существования планет.

Условия для выхода на орбиту Земли

Для того, чтобы выйти на орбиту, тело должно достичь определённой скорости. Космические скорости для Земли:

• Первая космическая скорость - 7.910 км/с
• Вторая космическая скорость - 11.168 км/с
• Третья космическая скорость - 16.67 км/с
• Четвёртая космическая скорость - около 550 км/с

Если же какая-либо из скоростей будет меньше указаной, то тело не сможет выйти на орбиту. Первым, кто понял, что для достижения таких скоростей при использовании любого химического топлива нужна многоступенчатая ракета на жидком топливе, был Константин Эдуардович Циолковский .

См. также

Ссылки

• Галерея фотографий, полученных при помощи телескопа Хаббл (англ.)

Примечания

Наверное, многие из нас в детстве рассматривали звездное небо, особенно в теплые августовские ночи. Загадочное черное пространство всегда вызывало у людей интерес. Мы, как и наши предки, пытаемся понять, что же этот неизвестный мир таит в себе? На этот и многие другие вопросы, которые очень часто задают дети своим родителям, порой трудно дать ответ. А что такое космос для нас, взрослых? Что мы знаем о нем?

Порядок и гармония

Из толковых словарей можно узнать, что в переводе с греческого слово "космос" означает "стройность", "порядок". под этим словом подразумевали все Мироздание, рассматривая его как упорядоченную систему, которая отличалась, в противоположность беспорядку и хаосу, гармонией. Было время, когда в это понятие ученые включали всю природу Земли, все, что на ней происходит. Также сюда входили небесные светила, планеты, звезды, галактики. Известен титанический труд под названием "Космос". Автор Александр Гумбольдт заключил в свои пять томов всю известную на тот момент информацию о природе. То есть здесь было все о космосе.

Вселенная

Что такое космос в наше время? Понятие это наделено, пожалуй, истинным своим смыслом и означает "Вселенная". Ведь космос включает в себя звезды, кометы, самые разные космические светила, а также все И эти составляющие связаны между собой. Они существуют, подчиняясь известным только им законам, и эти законы человек всегда пытался разгадать. Попытки понять, что такое космос, наверное, не прекратятся никогда. Эта загадка будоражит умы людей.

Ближний и дальний космос

Условно все пространство Вселенной разделено на дальний и ближний космос (околоземное пространство). Территория, которая находится непосредственно вблизи нашей планеты, активно изучается с помощью спутников. Это специальные транспортные средства, позволяющие человеку принять активное участие в исследовании космоса. Большое количество спутников исследуют околоземное пространство самостоятельно.

Дальний космос для человека недоступен. Но, будем надеяться, что только временно. Эта территория когда-нибудь также будет занята человеком.

Млечный путь

Ученые считают, что космос состоит из большого числа галактик. Слово "галактика" происходит от греческого "galaktikos" и означает "молочный". Именно поэтому название нашей, в которой находятся Земля, Солнечная система и все видимые звезды - "Млечный Путь".

У каждой из галактик - свое специфическое строение, и они, в свою очередь, состоят из разных систем звезд. Наша Солнечная система - это главная звезда Солнце и планеты, вращающиеся вокруг нее. Здесь присутствует и разных а также космическая пыль. Магнитное поле позволяет всему этому держаться вместе и вращаться вокруг Солнца. У каждой планеты есть свой путь или орбита. Многие из них имеют свои природные спутники, вращающиеся вокруг них.

Думая о том, что такое космос, мы всегда приходим к выводу: он настолько загадочен и таинственен, что говорить о нем можно до бесконечности. Каждое из уникально и, в свою очередь, может стать темой для дискуссии. И человек будет исследовать все это безграничное пространство, пока сам существует и является его маленькой частицей.

КОСМИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО, космос (от греческого ϰόσμος - упорядоченность, красота; мироздание, включая Землю; редко - небесный свод; в советской терминологии синоним английского outer space - внепланетное пространство), пространство, простирающееся в основном за пределами атмосферы Земли. Включает околоземное, межпланетное, межзвёздное и межгалактическое космическое пространство. Наиболее исследованным и освоенным является околоземное космическое пространство.

Околоземное космическое пространство ограничивается сферой земного притяжения, в пределах которой воздействие гравитационного поля Земли на полёт КА является определяющим по сравнению с воздействием гравитационных полей Солнца и планет. Условия полёта в околоземном космическом пространстве определяются главным образом характеристиками верхних слоёв земной атмосферы и различного рода полей (гравитационного, магнитных и электрических), радиационной обстановкой и возможностью встречи с метеоритными телами. Околоземное космическое пространство по своим физическим условиям разделяется на приземный космос (75-150 км), ближний (150-2000 км), средний (2-50 тысяч км) и дальний (свыше 50 тысяч км) космос. Приземный космос расположен ниже естественных радиационных поясов Земли и характеризуется сравнительно высокой плотностью атмосферы, что делает практически невозможным длительный орбитальный полёт только за счёт сил инерции, а также требует значительной тепловой защиты КА. В то же время здесь можно использовать аэродинамическую подъёмную силу (например, для маневрирования). Ближний космос имеет малую плотность атмосферы, что позволяет КА существовать от нескольких часов до нескольких лет. Здесь расположены нижние области внутреннего радиационного пояса Земли. На высотах 500-1000 км полёт КА в наименьшей степени подвержен внешним возмущениям. Средний космос характеризуется очень малой плотностью среды, что определяет продолжительность инерционного полёта КА от одного года до сотен лет. В нём располагаются практически все области радиационных поясов Земли. В среднем космосе возможно создание группировок КА, неподвижных относительно земной поверхности. Дальний космос ныне практически не освоен. Здесь расположены орбита Луны, точки либрации в системе Земля - Луна, в которых отсутствуют гравитационные возмущения Солнца, планет и Луны, что позволяет использовать их для создания космических систем длительного существования и научных исследований.

Космическое пространство активно используется в различных целях обеспечения жизнедеятельности человека. Здесь созданы и функционируют системы космической связи и ретрансляции, средства навигационного, метеорологического и топогеодезического обеспечения, разведки природных ресурсов Земли и непрерывного наблюдения за их состоянием, исследования Земли и её атмосферы. В перспективе предусматривается развёртывание в космическое пространство производства энергоресурсов, сырья и новых (сверхчистых) материалов. Космическое пространство с начала освоения рассматривалось ведущими державами мира как потенциальный ТВД, что обусловлено возможностью реализации глобальных навигационных систем и систем связи, оперативного получения глобальной разведывательной, топогеодезической, метеорологической и другой информации; государственной экстерриториальностью, позволяющей получать разведывательную информацию в мирное время по всему земному шару, не нарушая суверенитета государств; возможностью максимально приблизить космические наступательные и оборонительные системы к противнику и воздействовать на его объекты на любых ТВД, а также применять оружие на новых физических принципах. С середины 1980-х годов начались исследовательские и другие подготовительные работы по реализации Стратегической оборонной инициативы США (предусматривавшей создание космического противоракетного оружия, в том числе орбитального базирования), по результатам которых в конце 2001 года было принято решение о создании национальной системы ПРО, а в 2002 о выходе США из Договора об ограничении систем ПРО 1972. Российская Федерация, согласно принятой военный доктрине, выступает против милитаризации космического пространства, но вместе с тем, исходя из принципа соответствия уровня технической оснащённости Вооруженных Сил потребностям обеспечения военной безопасности, в России созданы Космические войска (2001).

Международно-правовой режим космического пространства определяется космическим правом международным. Национальная программа космических исследований входит в сферу внутренней компетенции каждого государства, регулируемой нормами его национального права. Исследование и использование космического пространства в России осуществляются в соответствии с Законом Российской Федерации «О космической деятельности» (1993), который устанавливает правовые и организационные основы космической деятельности при решении социально-экономической, научно-технической и оборонных задач.

Лит.: Бурдаков В. П., Зигель Ф. Ю. Физические основы космонавтики. Физика космоса. М., 1975; Авдеев Ю. Ф. Космос, баллистика, человек М., 1978; Космос и право. М., 1980.

В основе всех процессов, происходящих во Вселенной, несомненно, лежат законы механики, поскольку механическое движение является фундаментальным свойством всех без исключения объектов микро- и макромира, начиная от электронов в атоме и кончая гигантскими звездами.

Всякое завершенное научное исследование должно давать ответ на два вопроса: «Что происходит?» и «Почему происходит». Зачастую же случается так, что мы знаем ответ лишь на первый вопрос, тогда как более важным представляется знание ответа на второй из них.

Сакральными вопросами, в тайны ответов на которые испокон веков стремится проникнуть пытливый человеческий разум, остаются: «Как устроен Космос и какие силы заставляют совершать сложные механические движения различные объекты Ближнего Космоса», «Как взаимодействуют между собой космические объекты и что является источником их возмущения», «Какие причины заставляют все планеты двигаться вокруг Солнца по орбитам, плоскости которых лишь незначительно отклонены от плоскости эклиптики, и в том же направлении, в котором наше светило вращается вокруг собственной оси», «Какова физическая природа солнечной и геомагнитной активности».

Происхождение важнейших параметров орбитального движения планет и их спутников – природа обращения, расстояния до центра вращения, эксцентриситета орбиты – также таит в себе неясность. Возможно, эти параметры зависят от начальной скорости и начального угла наклона, которые имел космический объект в тот момент, когда он входил в сферу притяжения Солнца или планеты?

Если обратиться к нашей родной планете – Земле, то невольно на мысль приходит крылатая фраза Галилея: «И все-таки она вертится!» Но ведь до сих пор нет однозначного ответа на вопрос: «А почему она вертится».

Достаточно известно, что у Земли есть собственное магнитное поле: в этом легко убедиться, взглянув на положение стрелки компаса. Но если есть магнитное поле, то должны быть токи, его создающие. А коль скоро есть токи, то что служит их генератором и где скрыт таинственный невидимка? В связи с этим возникает и более глобальный вопрос: «Какова роль электро- и магнитодинамики в формировании процессов, происходящих в Космосе, и какова доля вклада в эти процессы электромагнитных и гравитационных полей».

Если обратиться к процессам, происходящим внутри нашей планеты, то количество неясных вопросов еще более возрастает: по каким законам происходит смена геологических эпох, какие причины движут горообразованием, сменой биологических видов, обусловлены ли землетрясения и извержения вулканов исключительно эндогенными факторами или в этом повинны и идущие извне возмущения.

Фундаментально обоснованных ответов на большинство поставленных вопросов пока что не существует. Тем не менее, известно немало научных теорий и концепций, стремящихся сделать это. Попытаемся и мы* дать разъяснения по некоторым из поставленных вопросов, а также покажем, что Ближний Космос представляет собой единую колебательную самовозбуждающуюся и самоорганизующуюся систему автоматического регулирования .

Современные представления о солнечной и геомагнитной активности

По сравнению с другими звездами Солнце настолько близко от нас, что мы можем разглядеть и изучить его поверхность непосредственно с Земли. С помощью оптических приборов удается обнаружить окутывающие Солнце слои и проследить во всех подробностях происходящие в его атмосфере процессы.

Условно солнечную атмосферу подразделяют на несколько слоев, переходящих один в другой: наружный, самый разреженный слой – корону, лежащие под ней хромосферу – красного цвета и фотосферу – светящийся слой. Фотосфера – слой газа не более 200 км толщиной, видимая ослепительная поверхность

Слова "дальний космос" вызывают образы исследования и разведки дальних уголков галактики. Эта романтическая идея немного верна; дальний космос относится к космосу за пределами нашей . Дальний космос может иногда относиться к межзвездному пространству, которое является любым пространством снаружи звезды и ее планетной системы. - это пространство в планетной системе до , где межпланетное пространство сменяется межзвездным пространством. Гелиопауза - это часть гелиосферы, которая является своего рода щитом, защищающим Солнечную Систему от излучений (). Дальний космос - это сочетание межзвездного пространства и межпланетного пространства от всех других солнечных систем, за исключением нашей.

Межзвездное пространство, и дальний космос для той материи, - это не пустой вакуум, в который картины заставляют нас поверить. Оно заполнено межзвездной средой (МЗС). Межзвездная среда - это газ и пыль, которые занимают межзвездное пространство. Это очень разреженная смесь космических излучений, магнитных полей, ионов, пылинок и других молекул. Плотность материи изменяется в зависимости от того, где она находится. Она плотнее ближе к планетной системе со средней плотностью миллион частиц на каждый кубический метр. Газ в межзвездной среде состоит приблизительно из 89% водорода, 9% гелия и 2% других более тяжелых веществ, в том числе крошечных количеств металлов.

Астрономы пытались определить природу межзвездного пространства в течение веков - по крайней мере с 1600-х годов - но их усилиям препятствовали ограниченные инструменты и технологии, которые им были доступны. Межзвездная среда важна для астрофизиков, потому что она помогает им определить, как быстро солнечная система расходует свои газы, и из этого, насколько долгая продолжительность ее звездообразования.

В дополнение к межзвездному пространству, дальний космос включает межгалактическое пространство. Межгалактическое пространство относится к пространству (космосу) между галактиками. Межгалактическое пространство почти совершенно пустое и очень близко к абсолютному вакууму (абсолютной пустоте). Плотность вещества в межгалактическом пространстве - межгалактической среде - отличается в различных местах. Есть более высокая плотность межгалактической среды ближе к звездным системам, потому что большая часть среды приходит от солнечных ветров и других обломков (космического мусора) из планетной системы. Астрономы полагают, что газ в межгалактической среде - это ионизированный газ, в результате его относительно высоких температур. Дальний космос имеет определенную привлекательность, намекая на неизвестное и загадочное, одну из причин, почему он всегда привлекал людей.