Орієнтування в космосі й Всесвіті

Історичною датою 4 жовтня 1957 року, коли був запущений перший радянський штучний супутник Землі, відкривається епоха завоювання космосу.

Створено системи автоматичного керування ракетою в польоті, що забезпечують стабілізацію положення її в просторі й точне проходження по заданій траєкторії на ділянці розгону. Для виведення штучного супутника на орбіту із заданими параметрами або для здійснення космічного польоту заданого призначення необхідна надзвичайно висока точність, з якої повинні бути витримані розрахункові значення координат і компонент швидкості наприкінці розгінної ділянки. Успішне рішення цієї найскладної проблеми при запусках радянських супутників і космічних ракет є видатним досягненням сучасної автоматики.

Гіроскоп, назва якого можна перевести як «спостерігач обертань», був запропонований в 1852 році французьким ученим Леоном Фуко для винайденого їм приладу, призначеного для демонстрації обертання Землі навколо своєї осі. Фуко помістив обертовий маховик у якийсь пристрій, називаний кардановим підвісом, тому довге час слово «гіроскоп» використалося для позначення швидко закрученого обертового симетричного твердого тіла.

Р озвиток гіроскопічної техніки привело до того, що так стали називати дуже широкий клас приладів, і зараз термін «гіроскоп» використається для позначення пристроїв, що містять матеріальний об’єкт, що робить швидкі періодичні обертання.

У наш час ні одні геодезично-маркшейдерські роботи, жоден рухливий об’єкт, будь це рибальське судно або складний космічний корабель, не обходиться без гіроскопічних приладів.

Основні області їхнього застосування – судноплавство, авіація й космонавтика. Майже кожне морське судно далекого плавання постачено гірокомпасом для ручного або автоматичного керування судном, деякі обладнані гіростабілізаторами.

Орієнтація потрібна для рішення багатьох наукових завдань. Так, для ряду досліджень, пов’язаних із Сонцем, бажано, щоб супутник був орієнтований на Сонце. Для досліджень, пов’язаних із Землею й атмосферою, найбільш підходящої є, очевидно, орієнтація, коли одна з осей супутника спрямована до Землі, а інша збігається з напрямком руху його по орбіті. Для астрофізичних досліджень, видимо, розумно мати супутник, що зберігає незмінне положення щодо зірок.

Магнітометр, установлений на третьому супутнику, дозволив крім виміру магнітного поля Землі одержати дані про орієнтацію супутника в просторі й вивчити рух його щодо центра ваги. Ці дані необхідні при розшифровці результатів більшості експериментів, що одночасно проводилися на супутнику.

Слідом за першими населеними кораблями-супутниками в космос вийшов тримісний космічний корабель. На ньому Костянтин Феоктистов перевіряв можливість орієнтування корабля по зірках, вимірюючи висоту зірок над видимим обрієм. Тим самим доводилася можливість у майбутніх міжпланетних польотах робити автономне, з борта корабля, визначення його положення в космосі, робити розрахунки траєкторії руху.

Космічний корабель, летячи по орбіті, увесь час змінює своє положення в просторі, обертаючись у різних напрямках. Оскільки екіпаж перебуває в стані невагомості, це обертання невідчутно. Його можна помітити тільки по кутовому переміщенню корабля щодо зірок, Сонця й Землі. Але в будь-який момент командир екіпажа, користуючись ручним керуванням, міг зорієнтувати корабель так, як вимагає обстановка. Якщо в попередніх польотах це можна було зробити тільки на ділянках орбіти, освітлених Сонцем, то «Схід» мав у своєму розпорядженні нову систему керування, що дозволяла орієнтувати його й над затіненою частиною планети.

Кілька разів за час польоту Володимир Комарів орієнтував корабель по Землі, по зірках, по обрії, по Сонцю, оцінюючи свої дії й роботу нової системи керування з погляду льотчика й інженера. Коли було потрібно Феоктистову, що працював із секстантом, командир корабля Комарів, управляючи «Сходом», подольше втримував у поле ілюмінатора те або інше сузір’я.

І от чергове досягнення в космосі: на автоматичній станції «Зонд-2» працюють електричні реактивні плазмові двигуни, використовувані як органи керування системи орієнтації.

Більшість об’єктів, запущених у космічний простір, має потребу в орієнтуванні й стабілізації. Супутник повинен «бачити» Сонце так, щоб на поверхню сонячних батарей сонячні промені падали під прямим кутом. Для цих цілей автоматичні космічні зонди забезпечуються спеціальною системою орієнтації, що має у своєму складі реактивні двигуни для поворотів космічної станції в просторі. Звичайно система орієнтації містить у собі трохи пара таких двигунів. Завдання орієнтування на автоматичній станції «Зонд-2» була вирішена за допомогою системи, що використає як звичайні, так і плазмові двигуни.

На великій відстані від Землі система орієнтації була переключена на плазмові двигуни, протягом тривалого часу вони підтримували необхідне положення станції щодо Сонця.

Посаду радянської станції на Місяць, перший у світі штучний супутник Місяця й інші космічні експерименти вимагали дуже точного орієнтування апаратів.

У результаті ж польоту «Сходу-2» отриманий досвід автономної навігації космічного корабля. Командир корабля Павло Бєляєв зорієнтував корабель, виконав необхідні операції по підготовці до включення гальмівної рухової установки й у потрібний момент включив гальмівну рухову установку. Корабель приземлився благополучно. Космонавти корабля «Схід-2» одержали чудову можливість досліджувати факторів космічного простору як середовища перебування, не тільки усередині корабля, але й за його межами.

Біомеханіка рухів в умовах невагомості є новою проблемою. Більше того, уперше представилася можливість вивчати біомеханіку у вільному безопорному просторі, позбавленому повітряного середовища, в умовах, коли людина не має звичайних зорових відчуттів, що допомагають йому орієнтуватися в просторі. Перебуваючи поза кораблем, космонавт А. А. Леонов обстежив зовнішню поверхню корабля, включив кінокамеру й провів візуальні спостереження Землі й космічного простору. Створення космічного скафандра наближає нас до рішення проблеми автономного існування й активної діяльності людини в різних умовах космічного простору й на небесних тілах.

Після робіт Коперника Земля зайняла своє скромне місце у вселеної лише як одна із планет, що обертаються навколо Сонця. Точка на екваторі нашої планети мчиться щодо навколишнє Сонце зірок із заходу на схід зі швидкістю 465 м/сек, а на широті 60° — зі швидкістю 233 м/сек.

Уявлення про всесвіт розширилися після того, як удалося визначити відстань до зірок. Вони виявилися настільки величезними, що для їхнього виміру астрономи прийняли спеціальні одиниці виміру довжини. Світло за одну секунду проходить відстань в 300 тис. км. За один рік промінь світла проходить відстань приблизно в 1013 км. Ця відстань приймається астрономами за одиницю довжини й називається світловим роком.

Від Сонця до Землі світло йде 8Уз хвилини. Розміри нашої Сонячної системи величезні. Щоб світла пройти її від одного краю до іншого, потрібно 11 годин. Найближчі від нас зірки перебувають на відстані приблизно чотирьох світлового років.

Сонце – член великого зоряного сімейства, що складає з багатьох мільйонів зірок, називаного галактикою. Її поперечник становить близько 100 тис. світлового років. Наша Сонячна система відстоїть від центра галактики на відстані 30 тис. світлового років, тобто приблизно на 2/з її радіуси. При цьому Сонці разом з іншими зірками галактики обертається навколо її центра. Період обігу Сонця навколо центра галактики становить близько 200 млн. сонячного років і називається галактичним роком.

Наша галактика не є єдиною; на величезних відстанях від її розташовані інші острови вселеної, що також складаються з багатьох мільйонів зірок. Так, спіральна туманність у сузір’ї Андромеда – це найближча до нас спіральна галактика. Її діаметр 50 тис. світлового років, розташована ж вона від нас на відстані 750 тис. світлового років.

Весь досліджений астрономами мир галактик називається метагалактикою. Як далеко вона простирається й що її оточує, поки не відомо. Від самих віддалених галактик, доступних найбільш потужним сучасним телескопам, світло йде до нас близько 500 млн. світлового років. Цей побачений нами промінь пройшов 0,999 частини свого шляху за те час, коли на Землі ще не було людини. Як писав радянський астроном П. П. Паренаго, лише після того, як світла залишалося пройти всього 0,001 частина свого шляху, на Землі з’явилася людина й, давши приблизно 17 тис. поколінь, пройшов весь період свого розвитку, створив астрономію, побудував той потужний телескоп і виготовив ту фотографічну пластинку, за допомогою якої цей промінь світла й був відзначений.

Життя людей протікає протягом багатьох тисяч поколінь. Протягом ще більшого проміжку часу на Землі відбувався розвиток різних форм життя. Вік океанів і гірських порід обчислюється вже сотнями мільйонів і мільярдів років. Ще більше вік самої Землі. Проміжки часу, протягом яких відбувається розвиток зірок, грандіозні. Усього кілька сотень сонячного років – тільки одна галактична хвилина – належать астрономічній науці в довгій історії Землі й всесвіту, але за цей час люди проникнули в таємні таємниці природи. Перебуваючи на маленькій планеті, що належить середній зірці – Сонцю, люди зуміли досліджувати зірки не тільки своєї галактики, але й багатьох інших островів всесвіту. У вивченні світового простору зроблений тільки перший крок, але він викликає почуття законної гордості за геній людського розуму.

Постійне спілкування із природою дає нам уявлення про красу пейзажів, розмаїтості рельєфу, клімату, рослинного й тварини миру, знайомить нас із більшою кількістю природних орієнтирів і розвиває чудову здатність у людини «почувати» природу, розуміти її складна мова. Наведені матеріали далеко не вичерпують усього різноманіття миру орієнтирів. Але й вони дають можливість розширити знання про прийоми й способи спостереження й орієнтування в природі й намічають шляхи, по яких кожний може їх доповнити.