Космическая газодинамика

Косми'ческая газодина'мика,раздел астрофизики, в котором движение газовых масс в космических условиях изучается с помощью методов газовой динамики.Сформировалась в самостоятельный раздел в 40-х гг. 20 в. Применяется при исследованиях движений в атмосферах Солнца и звёзд, в межзвёздном газе, в солнечном и звёздном ветрах, в метагалактической среде. Наиболее характерное газодинамическое явление - ударная волна.В солнечной атмосфере ударные волны создаются хромосферными вспышками; проходя через корону, они дают всплески радиоизлучения, а дойдя до Земли, производят магнитные бури и связанные с ними геофизические явления. Сильные ударные волны образуются в межзвёздной среде под влиянием расширяющихся оболочек новых и сверхновых звёзд. Ударные волны, по-видимому, создаются также галактиками, движущимися в межгалактической среде.

  Специфика ударных волн и др. газодинамических феноменов в космических условиях обусловлена тем, что космическая среда представляет собой частично ионизованный газ - плазму.�з-за большого различия масс электронов и ионов в ней преобладает электронная теплопроводность; тепловая волна, порожденная ударной волной, обгоняет ударный фронт, газ перед фронтом прогревается, что влияет на свойства волны. На движение частиц ионизованного газа существенно влияет магнитное поле; в частности оно ограничивает пробег частиц поперёк силовых линий, уменьшая теплопроводность в этом направлении. Поле создаёт давление, которое складывается с давлением газа. В плазме играют большую роль коллективные процессы, взаимодействие частиц не с отдельными частицами, а с полями, создаваемыми совокупным движением большого числа их. Это определяет специфику К. г.

  Работы по К. г. ведутся в СССР в Физическом институте АН СССР, в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга, институте прикладной математики АН СССР, научно-исследовательском радиофизическом институте Горьковского университета и в др. астрономических и физических учреждениях. Статьи по этим вопросам печатаются в «Астрономическом журнале», в журнале «Астрофизика» (СССР), в зарубежных журналах «Astrophysical Journal» (США), «Cosmic Electrodynamics» (международный журнал) и др.

  Лит.:Каплан С. А., Межзвёздная газодинамика, М., 1958; Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда, М., 1963; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966; Симпозиум по космической газодинамике, [Материалы, пер. с англ.], М., 1960; Космическая газодинамика, [пер. с англ.], М., 1972.

  С. Б. Пикельнер.

Космическая геодезия

Косми'ческая геоде'зия,раздел геодезии,в котором изучаются методы определения взаимного положения точек на земной поверхности, размеров и фигуры Земли, параметров её гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звёзд Луной, фотографирования (на фоне звёзд) Луны, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20-30 км,и искусственных спутников Земли (�СЗ), а также измерения расстояний до �СЗ. Первые работы, относящиеся к К. г., были опубликованы во 2-й половине 18 в.; к середине 20 в. «лунные» методы К. г. получили наибольшее развитие. Однако начиная с 60-х гг. 20 в. работы по К. г. опираются исключительно на позиционные и дальномерные наблюдения �СЗ (этот раздел К. г. обычно назывался спутниковой геодезией) и наблюдения баллонов. При наблюдениях искусственных и естественных космических объектов и небесных явлений для решения задач К. г. широко применяются методы фотографической астрометрии.

 Одним из основных методов решения геометрических задач К. г. является одновременное (синхронное) наблюдение космического объекта (Луны, �СЗ) из нескольких пунктов на земной поверхности. Если в некоторой системе координат, связанной с Землёй, известны положения двух (или более) из числа этих пунктов, то путём математического решения пространственных треугольников с одной из вершин в точке нахождения космического объекта можно вычислить положения также и др. пунктов, из которых проводились наблюдения. Такой метод установления геодезической связи между пунктами на земной поверхности называется космической (спутниковой) триангуляцией. В случае одновременных позиционных и дальномерных (выполняемых с помощью радиотехнических средств или спутниковыми лазерными дальномерами) наблюдений �СЗ геодезические связи могут быть осуществлены и при одном пункте с известным положением методом геодезического векторного хода. В описанных методах К. г. космический объект лишь обозначает точку, фиксированную в пространстве в некоторый момент времени. К орбитальным методам К. г. относят способы установления геодезической связи между пунктами, предусматривающие определение положения �СЗ в пространстве с помощью законов его движения в гравитационном поле Земли; применение этого метода освобождает от необходимости проведения наблюдений во всех пунктах в один и тот же момент времени.

  К динамическим задачам К. г. относят определение параметров гравитационного поля Земли путём исследования изменений некоторых элементов орбит �СЗ, вычисляемых по результатам систематических позиционных и дальномерных наблюдений �СЗ.

  Лит.:Меллер �., Введение в спутниковую геодезию, пер. с англ., М., 1967; Бурша М., Основы космической геодезии, пер. с чеш., ч. 1, М., 1971; Построение, уравнивание и оценка точности космических геодезических сетей, М., 1972.

  Н. П. Ерпылёв.

Космическая магнитогидродинамика

Косми'ческая магнитогидродина'мика,раздел астрофизики, сформировавшийся в 40-х гг. 20 в., в котором методы магнитной гидродинамики применяются при исследованиях космических объектов: Солнца, звёзд, межзвёздного газа, межпланетной среды, вещества околоземного пространства, содержащих ионизованный проводящий газ (плазму) и магнитные поля. Законы магнитной гидродинамики описывают взаимодействие магнитного поля и движений проводящей жидкости или газа. В проводящем веществе, движущемся поперёк силовых линий, индуцируются токи, поле которых, складываясь с исходным, меняет его структуру. В случае большой проводимости или больших масштабов явления это изменение таково, что силовые линии практически следуют за веществом, проходят через те же частицы (т. н. «приклеенность», или «вмороженность» поля в вещество). В случае, когда между двумя противоположно направленными полями расположен тонкий слой газа, силовые линии поля быстро проходят через газ и, взаимодействуя с противоположно направленными линиями, исчезают, аннигилируют. Поле, в свою очередь, влияет на движение плазмы; это взаимодействие описывается как натяжение и поперечная упругость силовых линий. При этом возникают силы, оказывающие сопротивление движениям, ведущим к поперечному сжатию и растяжению силовых линий, которые увеличивают магнитную энергию. В плазме могут распространяться низкочастотные магнитогидродинамические и магнитозвуковые волны.

  Законы магнитной гидродинамики применимы к космическим явлениям, т. к. вследствие их больших масштабов условие «приклеенности» поля к веществу в них выполняется достаточно точно. Конвективные движения на Солнце увлекают и запутывают силовые линии, протуберанцы висят над поверхностью Солнца, поддерживаемые полем, поле увлекается солнечным ветром в межпланетное пространство, магнитное поле Галактики препятствует сжатию газового слоя, определяя его толщу, и т. п. Одной из важных задач К. м. является вопрос о происхождении и усилении поля: при известных обстоятельствах движения газа могут привести к усилению начального слабого поля (динамо-эффект). Это начальное поле, в свою очередь, может быть создано диффузией электронов, возникающей под действием флуктуаций плотности и температуры, или трением электронов о фотонный газ реликтового излучения. Теория динамо-эффекта лежит в основе современного объяснения происхождения магнитного поля Земли (см. Земной магнетизм ) .

  Лит.:Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г., Космическая электродинамика, 2 изд., пер. с англ., М., 1967; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966.

  С. Б. Пикельнер.

Космическая медицина

Косми'ческая меди'цина,комплекс наук, охватывающий медицинские, биологические, инженерные и др. научные исследования и мероприятия, направленные на обеспечение безопасности и создание оптимальных условий жизнедеятельности человека в космическом полёте и при выходе в космическое пространство. Разделы К. м.: исследование влияния условий и факторов космического полёта на организм человека, устранение неблагоприятных влияний и разработка соответствующих профилактических мер и средств; обоснование и разработка медицинских (физиолого-гигиенических) требований к системам жизнеобеспечения космических кораблей и различных космических сооружений и к средствам спасения экипажей при возникновении аварийных ситуаций; профилактика и лечение заболеваний; разработка медицинского обоснования для рационального построения систем управления космического корабля и его оборудования; разработка медицинских (психо-физиологических и клинических) методов отбора и подготовки космонавтов; разработка и обоснование критериев оценки эффективности системы медицинской подготовки космонавтов к полёту.

  Выдающимся событием в развитии К. м было успешное осуществление первого орбитального полёта человека - Ю. А. Гагарина - на космическом корабле (КК) «Восток» 12 апреля 1961. Наиболее важными этапами в освоении космоса явились также первый выход человека из кабины корабля в космическое пространство (А. А. Леонов, полёт КК «Восход-2» 18-19 марта 1965) и достижение американскими астронавтами поверхности Луны (Н. Армстронг, Э. Олдрин, полёт КК «Аполлон-11» 20 июля 1969; см. «Аполлон» ). К началу 1972 в СССР и США было осуществлено около 40 полётов пилотируемых КК, что позволило оценить системы медицинского обеспечения космических полётов и накопить данные для их совершенствования. В ходе освоения космоса возникли новые проблемы, требующие своего решения. �сследованием влияний на организм условий и факторов полёта в космос занимается космическая физиология.На организм человека (или животного) в космическом полёте могут оказывать влияние три основные группы факторов. 1) Факторы, характеризующие космическое пространство как своеобразную среду обитания, - крайние степени разрежения, ионизирующее космическое излучение, особенности теплового режима, метеорное вещество и т. д. 2) Факторы, связанные с динамикой полёта ракетных летательных аппаратов, - ускорение, вибрация, шум, невесомость.3) Факторы, связанные с длительным пребыванием в искусственной среде герметичных кабин малого объёма, - изоляция, адинамия, эмоциональное напряжение, особенности суточной периодики, режим работы и отдыха и т. п. При расчёте и проектировании систем жизнеобеспечения учитываются численность и состав членов экипажа, продолжительность полёта, характер задания, ограничения возможного использования энергии, массы и объёма необходимого оборудования и бортовых запасов.

  По последним данным, для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности одного члена экипажа космического корабля в сутки, ориентировочно, требуется: 640 гполностью усвояемой пищи (сухой массы), 2200 г воды, 882 г кислорода, 2 г солей, витаминов и др. дополнительных факторов питания. Для защиты человека от неблагоприятного воздействия некоторых факторов космического пространства и космического полёта необходимо изучить их биологическое действие, что осуществляется воспроизведением их в лабораторных условиях на специальных установках и стендах (центрифуги, вибростенды, барокамеры, ядерные ускорители). Однако в наземных условиях воспроизвести длительное состояние невесомости, воздействие тяжёлых ядер космического излучения и т. п. пока не удаётся.

  По мере совершенствования космической техники большое значение приобретает участие К. м. в осуществлении медицинской части программы отбора и подготовки космонавтов. Серьёзной проблемой является изучение влияния на организм человека длительного пребывания в состоянии невесомости во время полёта и проблема реадаптации организма к нормальной гравитации после возвращения экипажа на Землю. Разработаны комплексы физических упражнений, препятствующих развитию детренированности сердечно-сосудистой системы, созданы костюм для космонавтов, обеспечивающий постоянную нагрузку на определённые группы мышц при ограниченной двигательной активности, аппаратура для приложения отрицательного давления на нижнюю половину тела, что способствует сохранению ортостатической переносимости после воздействия факторов космического полёта. Вопрос создания искусственной гравитации на борту КК ещё не имеет практического решения. Требуют своего дальнейшего изучения такие вопросы, как обмен веществ в условиях космического полёта, изменение функции сердечно-сосудистой системы, обмен электролитов (в т. ч. калия и кальция) и т. п.