Loty w kosmos

Już od początku istnienia cywilizacji ludzie pragnęli poznać niebo. Pierwotnie ograniczało się to do oglądania nieba najpierw gołymi oczyma, później za pomocą lunet i teleskopów. Jednak samo oglądanie kosmosu nie wystarczało. Ludzie zapragnęli być w kosmosie, patrzeć na niego z bliska. Ta chęć oglądania kosmosu przyczyniła się do rozpoczęcia badań nad lotami w kosmos. To, czego ludzie mogli doświadczyć tylko czytając powieści science fiction stało się rzeczywistością w drugiej połowie XX wieku.

Aby energia kinetyczna dowolnego ciała pokonała grawitację Ziemi i oddaliła je się na odległość umożliwiającą pozostawanie w przestrzeni kosmicznej bez dodatkowego napędu musi osiągnąć tzw. Pierwszą prędkość kosmiczną równą 7,91 km/s, druga prędkość kosmiczna to prędkość, jaką należy nadać obiektowi, aby wyrwał się z grawitacji danego ciała kosmicznego i jest dla ziemi równa 11,19 km/s pozwala osiągnąć orbitę okołosłoneczną, trzecia równa16,7 km/s pozwala opuścić Układ Słoneczny (Prędkość ta przy powierzchni Ziemi wynosi ok. 42 km/s, lecz wobec jej ruchu obiegowego wokół Słońca wystarczy przy starcie z jej powierzchni w kierunku zgodnym z tym ruchem nadać obiektowi prędkość 16,7 km/s, by opuścił on Układ Słoneczny.), a czwarta równa 130km/s (wynosi ok. 350 km/s, lecz wykorzystując fakt ruchu Słońca dookoła środka Galaktyki, wystarczy obiektowi nadać prędkość około 130 km/s w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu obiegowego Słońca względem centrum Galaktyki, by mógł on ją opuścić). Druga, trzecia i czwarta prędkość kosmiczna są prędkościami początkowymi ciała liczonymi przy założeniu, iż na poruszający się obiekt nie działają żadne siły (w szczególności - siły oporu). By uciec z pola grawitacyjnego danej planety, wcale nie trzeba przekraczać II prędkości kosmicznej - przykładowo: Komar potrafi się wznosić z prędkością 20 cm/sek., mimo iż ta prędkość jest wielokrotnie niższa od drugiej prędkości kosmicznej (11,19 km/sek.), teoretycznie, więc, komar byłby w stanie dolecieć nawet do Księżyca, o ile pomiędzy nim a Ziemią istniałaby atmosfera. Jest tak, ponieważ na komara działa siła ciągu jego skrzydeł.

Pierwszy sztuczny satelita Ziemi został wystrzelony przez Związek Radziecki w 1957 roku był to Sputnik 1.Pierwszym statkiem, który opuścił ziemskie pole grawitacyjne był amerykański statek Pioneer 3. miało to miejsce 6 grudnia 1958 roku. Wzbił się na wysokość 102360 km nad powierzchnię ziemi, ale uległ awarii i już na nią nie wrócił.

2 grudnia 1959 roku na misję wyruszyła radziecka sonda o nazwie Łuna 1 lub Mieczta. Sonda była pierwszym ziemskim ciałem, które osiągnęło II prędkość kosmiczną i znalazło się na orbicie okołosłonecznej.

Pierwszy załogowy lot człowieka w kosmos odbył się 12 kwietnia 1961 roku. O godzinie 6:07 czasu uniwersalnego tego dnia, Jurij Gagarin wystartował z kosmodromu Bajkonur na statku kosmicznym Sputnik 11 typu Wostok. Lot trwał 1h i 48 minut. Lot Wostoka 1 był kierowany całkowicie z Ziemi, ponieważ nie wiedziano jak zachowa się organizm astronauty w przestrzeni kosmicznej. Przyrządy kontrolne były zablokowane, a kod odblokowujący umieszczono w zalakowanej kopercie na Ziemi. Lot nie przebiegał bez zakłóceń. Nastąpiła awaria silnika hamującego TDU-1, w wyniku której nastąpił wyciek utleniacza, co spowodowało niezaplanowaną 10 minutową rotację statku. Zaś po wyhamowaniu statku i próbie odłączenia kapsuły powrotnej od reszty statku, okazało się, że pozostają one nadal połączone bliżej nieokreślonym przewodem. Dopiero po wejściu w atmosferę przewód uległ spaleniu, powodując odłączenie się członu napędowego i normalne, bezpieczne, wykonanie deorbitacji kapsuły. Statek bezpiecznie powrócił na Ziemię. Gagarin został katapultowany z kapsuły powrotnej przed jej lądowaniem (na wys. około 7 km) i wylądował, tak jak kapsuła, na spadochronie. Kapsuła dotknęła ziemi o 7:47 GMT. Gagarin, 8 minut później.
Władze ZSRR wiele lat zaprzeczały katapultowaniu Gagarina, bowiem powrót astronauty wraz ze statkiem był warunkiem koniecznym do uznania rekordów (prędkości, wysokości i długości lotu).

2 lutego 1964 roku udało się uderzyć w powierzchnię księżyca amerykańskiej sondzie Ranger 6. Ranger 7 wykonał pierwsze zdjęcia księżyca 31 lipca 1964 roku.

Amerykański statek Gemini 8 to pierwszy statek, który połączył się na orbicie z innym obiektem - członem Agena. Po połączeniu statek wpadł w niekontrolowany ruch wirowy, co zmusiło do przerwania lotu i awaryjnego lądowania. Działo się to w marcu 1966r.

20 lipca 1969 roku miało miejsce przełomowe wydarzenie w historii lotów kosmicznych. Na księżycu po raz pierwszy wylądowali ludzie. Na pokładzie amerykańskiego statku Apollo 11 znajdowali się Neil Armstrong, Edwin Aldrin i Michael Collins. Start nastąpił w dniu 16 lipca 1969 r. z Centrum Lotów Kosmicznych na Przylądku Canaveral. Początek lotu Apollo 11 spędził na orbicie okołoziemskiej, następnie udał się w trasę licząca 384400 km. Ponieważ lądownik znajdował się pod modułem załogowym, wykonano operację polegającą na tymczasowym odłączeniu modułu księżycowego, obrocie reszty statku o 180° i ponownym przyłączeniu lądownika, który teraz umieszczony był z przodu. Po trzech dniach Apollo 11 wszedł na orbitę Księżyca. Armstrong i Aldrin przeszli do modułu księżycowego, który został odłączony i rozpoczął historyczne lądowanie. Obaj astronauci przeprowadzili badania naukowe, ustawili amerykańską flagę i zebrali ok. 20 kilogramów skał księżycowych. Umieścili też tabliczkę z następującymi słowami: "W tym miejscu ludzie z planety Ziemia po raz pierwszy postawili stopę na Księżycu. Lipiec 1969. Przybywamy w pokoju dla dobra całej ludzkości." Po 21 godzinach spędzonych na Księżycu astronauci weszli do lądownika i powrócili do modułu załogowego, gdzie czekał na nich Michael Collins. Droga powrotna minęła bez przeszkód; 24 lipca 1969 r. Statek Apollo 11 osiadł na Oceanie Spokojnym, i obecnie jest eksponatem w National Air and Space Museum w Waszyngtonie. Po misji Apollo 11 na Księżycu lądowało jeszcze pięć statków z załogą ludzką, ostatnia misja odbyła się w 1972 roku. Od tamtego czasu nikt nie lądował na "srebrnym globie".

W Archiwach Narodowych w Waszyngtonie znajduje się kopia notatki z 18 czerwca 1969 roku, zatytułowanej Na wypadek katastrofy na Księżycu. Notatka zawiera tekst orędzia, które prezydent Richard Nixon miał wygłosić, gdyby astronauci nie byli w stanie powrócić na Ziemię.

Przedstawiano wiele argumentów potwierdzających tezę, że amerykanie nie wylądowali na księżycu, oto kilka z nich:
- Na żadnym ze zdjęć z Księżyca nie widać gwiazd. (Czasy naświetlania używane przez astronautów nie pozwalają na zarejestrowanie światła gwiazd na kliszy)
- Zdjęcia z Księżyca są podejrzanie dobrej jakości, jak na robione w niewygodnych skafandrach kosmicznych. (Trening astronautów przed odlotem obejmował także i zagadnienie robienia jak najlepszych zdjęć w skafandrach. Niemniej jednak istnieje duża kolekcja niezbyt udanych zdjęć, o których istnieniu zwolennicy tej teorii nie mają pojęcia)
- Napełnione powietrzem skafandry kosmiczne w atmosferze Księżyca byłyby zbyt sztywne, by umożliwiać poruszanie się astronautom. (Skafandry kosmiczne mają kilka warstw właśnie po to, by temu zapobiegać)
- Na wielu zdjęciach cienie rzucane przez stojących blisko siebie astronautów są różnej długości. (Wynika to z nierówności powierzchni Księżyca)
- Na filmie z misji widać, jak amerykańska flaga łopocze na wietrze. (Flaga "łopocze" tylko wtedy, gdy jest poruszona przez astronautę. W szczególności są na filmie momenty, gdy astronauta przechodzi tuż obok flagi, która pozostaje nieruchoma. Na Ziemi spowodowany przez astronautę ruch powietrza musiałby nią poruszyć.)
- Astronauci na Księżycu podskakują zbyt nisko. W grawitacji Księżyca powinni być w stanie skakać wyżej. (W misji Apollo 11 astronautom nie pozwolono na wykonywanie bardziej ryzykownych manewrów z obawy, że ich skafandry kosmiczne mogą się rozedrzeć. Pomimo tego akrobacje przez nich wykonane byłyby niemożliwe do odtworzenia w warunkach ziemskiej grawitacji)
- Odrzut silnika rakietowego modułu księżycowego powinien był zostawić pod sobą krater. (Ciąg silnika odrzutowego był zbyt słaby, by utworzyć krater)
- Na jednym ze zdjęć widać wyraźnie literę C na jednym z księżycowych kamieni, co sugeruje, że jest to jedynie rekwizyt. (Na powiększeniach widać, że "literą" jest tak naprawdę włos, który przyczepił się do zdjęcia i został razem z nim powielony. Ponadto, "litery" nie widać na innych zdjęciach tego samego kamienia).

NASA (National Aeronautics and Space Administration) pełni ważną rolę w eksplorowaniu kosmosu. Jest amerykańska agencja rządowa powstała 29 lipca 1958 roku w celu realizacji narodowego programu kosmicznego.

Obecnie NASA prowadzi badania powierzchni Marsa i Saturna, a także obserwację Słońca. Inne sondy są aktualnie w trakcie lotu na Merkurego i Plutona. Misje mające na celu badanie Jowisza znajdują się dopiero w fazie planowania.

Natomiast należąca do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie organizuje misję lądownika Phoenix, który został wystrzelony 4 sierpnia 2007 r., a na Marsie wylądował 27 maja 2008 r. Misja ta ma na celu odnalezienie przypuszczalnych koryt rzecznych na biegunie Marsa. Oprócz tego lądownik ma wykonać również kilka eksperymentów (w tym niektórych zaplanowanych wcześniej dla nieudanego projektu Mars Polar Lander z 1999 r.). Z kolei łazik Mars Science Laboratory, który znajduje się obecnie w trakcie budowy, ma zostać wystrzelony na czerwoną planetę w 2009 r.

W ramach misji New Horizons NASA wystrzeliła w 2006 r. sondę kosmiczną, która planowo ma w 2015 r. dotrzeć do Plutona. Sonda uzyskała tzw. asystę grawitacyjną od Jowisza w lutym 2007 r. i rozpoczęła przeszukiwanie niektórych z księżyców planety oraz sprawdzanie niektórych urządzeń wewnętrznych podczas trwania lotu.

NASA przyznaje również odznaczenia. Najwyższym odznaczeniem jest Congressional Space Medal of Honor, którym zostało uhonorowanych 28 osób (17 pośmiertnie). Przyznawany jest "każdemu astronaucie, który podczas wykonywania swoich obowiązków wyróżnił się merytoryczną i wnoszącą wkład w bogactwo narodu i ludzkości pracą".

Kosmos obserwujemy obecnie nie tylko poprzez obecność w kosmosie, ale również za pomocą teleskopów. Najsłynniejszym teleskopem jest teleskop Hubble`a. Umiejscowienie poza ziemską atmosferą daje mu znaczącą przewagę nad teleskopami naziemnymi - zdjęcia nie są rozmazane oraz podatne na skutki zanieczyszczenia świetlnego. Hubble jest w stanie prowadzić obserwacje światła ultrafioletowego, pochłanianego przez ozonosferę.
Od momentu wystrzelenia w 1990 roku, teleskop stał się jednym z najważniejszych przyrządów w historii astronomii. Był odpowiedzialny za wiele przełomowych obserwacji oraz pomógł astronomom w lepszym zrozumieniu wielu fundamentalnych problemów astrofizyki. Ultragłębokie Pole Hubble'a jest najdalej sięgającym astronomicznie zdjęciem jakie kiedykolwiek wykonano w świetle widzialnym.

Oprócz najsłynniejszej organizacji badającej kosmos-NASA, badaniami zakresu astronomii i astronautyki zajmują się wiele organizacji z wielu państw np.: JAXA, ISAS(obie japońskie) CNSA (chińska) ESA(europejska do której wstąpi również Polska po ratifikowaniu przez polski parlament traktatu członkowskiego) i wiele innych.
W USA astronautami nazywane są osoby, które odbyły lot na wysokości 50 mil (ok. 79 km), jednakże Międzynarodowa Federacja Lotnicza (FAI) definiuje loty kosmiczne jako rozpoczynające się od wysokości 100 km nad ziemią. Do 14 października 2004, 437 ludzi podróżowało w przestrzeń kosmiczną (443 według definicji amerykańskiej), z co najmniej 32 krajów.

Turystyka kosmiczna jest ostatnio zaobserwowanym fenomenem indywidualnego podróżowania w przestrzeń kosmiczną dla przyjemności.

Od roku 2007 turystyka kosmiczna osiągalna jest w sferze finansowej wyłącznie dla bogatych osób oraz instytucji. Transport realizowany jest dzięki rosyjskiemu programowi podboju kosmosu. Popularność turystyki kosmicznej jest na tyle duża, że nawet biorąc pod uwagę ceny biletów na poziomie 20 milionów dolarów amerykańskich, rosyjska agencja kosmiczna ma wystarczającą ilość rezerwacji do roku 2009[1]. Istnieją osoby faworyzujące termin "osobisty lot kosmiczny", korzystając chociażby z nazwy federacji Personal Spaceflight Federation w miejsce "turystyki kosmicznej".

Minimalny lot orbitalny wymaga znacznie większych prędkości, niż minimalny lot suborbitalny, a więc jest on technologicznie trudniejszy do osiągnięcia. Dla uzyskania lotu orbitalnego, kątowa prędkość wokół ziemi jest tak samo istotna jak pułap lotu. Aby możliwy był stabilny, długotrwały lot kosmiczny, pojazd musi osiągnąć minimalną prędkość orbitalną wymaganą dla zamkniętej orbity.

Podczas startu pojazdu kosmicznego wydzielane do atmosfery są olbrzymie ilości gazów spalinowych, które reagując z pojazdem nadają mu prędkość. Przed wyjściem z atmosfery statki odrzucają zbiorniki paliwowe, by zmniejszyć ciężar pojazdu, siły oporu oraz ryzyko wybuchu paliwa pod wpływem dużych temperatur. Zbiorniki paliwowe służą do nabrania przez pojazd jak największej szybkości. Po wyczerpaniu paliwa nie są już potrzebne.

Pojazdy na orbicie mają bardzo dużą energię kinetyczną. Energia ta musi być wytracona aby pojazd mógł wylądować bezpiecznie, bez wyparowania w atmosferze. Zazwyczaj ten proces wymaga specjalnych metod ochrony przed nagrzewaniem aerodynamicznym. Teoria powrotu do atmosfery została stworzona przez Harry'ego Allena. Na podstawie tej teorii, pojazdy powrotne mają kształty tępe. Zastosowanie tępych kształtów powoduje, że mniej niż 1% energii kinetycznej wraca do pojazdu w postaci energii cieplnej. Zamiast tego energia ta oddawana jest do atmosfery.

Kapsuły Mercury, Gemini i Apollo lądowały w morzu. Zostały zaprojektowane tak, aby zderzenie z powierzchnią morza następowało przy względnie niewielkich prędkościach. W rosyjskich kapsułach Sojuz stosuje się rakiety hamujące pozwalające na lądowanie na twardym gruncie. Promy kosmiczne szybują do pasa startowego, na którym lądują z dużą prędkością.

Po pomyślnym lądowaniu pojazdu, załoga i ładunek mogą zostać odzyskane. W niektórych przypadkach odzyskanie następuje przed lądowaniem - w czasie, kiedy pojazd opada na spadochronie, może być złapany przez specjalnie przystosowany samolot lub helikopter. Technika ta była stosowana do odzyskiwania zasobników z kliszami z satelitów szpiegowskich Corona.