КОСМОНА́ВТИКА

КОСМОНА́ВТИКА (от кос­мос и греч. ναυτιϰή  – ис­кус­ство мо­ре­пла­ва­ния, ко­раб­ле­во­ж­де­ние), со­во­куп­ность от­рас­лей нау­ки и тех­ни­ки, обес­пе­чи­ваю­щих соз­да­ние ра­кет и кос­ми­че­ских ап­па­ра­тов, их по­лёт в кос­мич. про­стран­ст­ве и пре­бы­ва­ние на вне­зем­ных объ­ек­тах с це­лью изу­че­ния и ос­вое­ния кос­мо­са для нужд че­ло­ве­ка. К. со­че­та­ет фун­дам. ис­сле­до­ва­ния (не­бес­ная ме­ха­ни­ка, аэ­ро­ди­на­ми­ка, га­зо­вая ди­на­ми­ка, тео­рия го­ре­ния и др.) и ис­сле­до­ва­ния (а так­же раз­ра­бот­ки) при­клад­но­го ха­рак­те­ра (ра­ке­то­строе­ние, управ­ле­ние по­лё­том КА, обес­пе­че­ние жиз­не­дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка в кос­мо­се, со­зда­ние кос­мо­дро­мов, на­зем­ных сис­тем управ­ле­ния по­лё­том и др.).

Историческая справка

Стрем­ле­ние к по­лё­там в кос­мос при­су­ще че­ло­ве­ку с глу­бо­кой древ­но­сти. В ми­фо­ло­гии мн. на­ро­дов встре­ча­ют­ся рас­ска­зы о по­лё­тах в не­бо (напр., в ас­си­ро-ва­ви­лон­ском эпо­се, др.-иран. и греч. ле­ген­дах). По­пыт­ки по­лё­та с ис­поль­зо­ва­ни­ем ра­кет­ных дви­га­те­лей опи­сы­ва­ют­ся в др.-кит. ле­ген­дах. В др.-инд. эпо­се «Ма­хаб­ха­рата» со­дер­жат­ся на­став­ле­ния для по­лё­та на Лу­ну.

Тео­ре­тич. обос­но­ва­ние воз­мож­но­сти по­лё­тов в кос­мич. про­стран­ст­во впер­вые бы­ло да­но К. Э. Ци­ол­ков­ским, ко­то­рый счи­та­ет­ся ос­но­во­по­лож­ни­ком совр. К. В ст. «Исследование мировых про­странств реактивными приборами» (1903) и в по­сле­до­вав­ших её про­дол­же­ни­ях (1911–1912, 1914; 2-е изд. под назв. «Ра­ке­та в кос­ми­че­ское про­стран­ст­во», 1924) он тео­ре­ти­че­ски обос­но­вал воз­мож­ность ис­поль­зо­ва­ния ра­кет­ных ап­па­ра­тов для меж­пла­нет­ных со­об­ще­ний, ис­сле­до­вал влия­ние си­лы со­про­тив­ле­ния воз­ду­ха на дви­же­ние ра­кеты и мн. др. Ана­ло­гич­ные вы­во­ды бы­ли сде­ла­ны Ю. В. Кон­д­ра­тю­ком в 1919 в ру­ко­пи­си «Тем, кто бу­дет чи­тать, что­бы стро­ить». Во­про­сам К. по­свя­ще­ны ра­бо­ты Ф. А. Цан­де­ра, Н. А. Ры­ни­на и др. рос. учё­ных. За ру­бе­жом ран­ние тру­ды по К. бы­ли опуб­ли­ко­ва­ны Г. Ган­свинд­том (1891–99, Гер­ма­ния), Р. Год­дар­дом (1907, США), Р. Эно-Пельт­ри (1913, Фран­ция), Г. Обер­том (1923, Гер­ма­ния) и др. В 1920-х – нач. 1930-х гг. во мно­гих стра­нах ос­но­ва­ны пер­вые об­ще­ст­ва кос­мо­са [в СССР (1924), Ав­ст­рии (1926), Гер­ма­нии (1927), США и Ве­лико­бри­та­нии (1930)], це­лью ко­то­рых бы­ла про­па­ган­да идей ос­вое­ния кос­мо­са, а так­же со­дей­ст­вие в ре­ше­нии прак­тич. про­блем кос­мо­нав­ти­ки.

В Рос­сии для про­ве­де­ния прак­тич. ра­бот в об­лас­ти К. в Мо­ск­ве в 1921 бы­ла ос­но­ва­на Га­зо­ди­на­мич. ла­бо­ра­то­рия (ГДЛ), в 1931 – Груп­па изу­че­ния ре­ак­тив­но­го дви­же­ния (ГИРД). С 1928 в ГДЛ про­во­ди­лись лёт­ные ис­пы­та­ния по­ро­хо­вых ра­кет (Н. И. Ти­хо­ми­ров). Пер­вые ис­пы­та­ния элек­трич. и жид­ко­ст­ных РД про­ве­де­ны со­от­вет­ствен­но в 1929 и 1931 (В. П. Глуш­ко). Пер­вые пус­ки ра­кет с ЖРД про­ве­де­ны С. П. Ко­ро­лё­вым в 1933 в ГИРД. В 1933 на ба­зе ГДЛ и ГИРД был ос­но­ван Ре­ак­тив­ный ин­сти­тут (РНИИ).

В США пус­ки ра­кет на ЖРД про­из­во­ди­лись с 1926 (Р. Год­дард), в Гер­ма­нии с 1931 (И. Винк­лер). В 1939–42 в Гер­ма­нии соз­да­на од­но­сту­пен­ча­тая бое­вая ра­ке­та с даль­но­стью по­лё­та до 300 км (В. фон Бра­ун).

Г. М. Гречко перед выходом в космос.

Ю. Сернан управляет луноходом («Аполлон-17»).

Запуск ракеты-носителя с космическим кораблём «Союз-11».

Орбитальная станция «Мир».

На­ча­лом кос­мич. эры при­ня­то счи­тать 4.10.1957 – день за­пус­ка в СССР пер­во­го ИСЗ, соз­дан­но­го под рук. С. П. Ко­ро­лё­ва. Вслед за СССР ра­ке­ты-но­си­те­ли (РН) и КА бы­ли соз­да­ны в США (1958), Фран­ции (1965), Япо­нии и Ки­тае (1970), Ве­ли­ко­бри­та­нии (1971), Ин­дии (1980) и др. Од­на­ко ос­но­во­по­ла­гаю­щий вклад в раз­ви­тие К. вне­сли СССР (Рос­сия) и США, дос­ти­же­ния ко­то­рых со­став­ля­ют осн. ве­хи совр. кос­мич. эры. 4.10.1959 в СССР про­из­ве­дён за­пуск ав­то­ма­тич. меж­пла­нет­ной стан­ции «Лу­на-3» (впер­вые по­лу­че­ны и пе­ре­да­ны на Зем­лю фо­то­гра­фии об­рат­ной сто­ро­ны Лу­ны). 12.4.1961 пер­вый по­лёт че­ло­ве­ка в кос­мос со­вер­шил Ю. А. Га­га­рин на КК «Вос­ток» (СССР). С 1962 эта да­та от­ме­ча­ет­ся в СССР и РФ как День кос­мо­нав­ти­ки (с 1968 по ре­ше­нию Меж­ду­нар. ави­ац. фе­де­ра­ции 12 ап­ре­ля объ­яв­ле­но Все­мир­ным днём авиа­ции и кос­мо­нав­ти­ки). 16.6.1963 про­из­ве­дён по­лёт пер­вой жен­щи­ны-кос­мо­нав­та В. В. Те­реш­ко­вой на КК «Вос­ток-6». 18.3.1965 пер­вый вы­ход в от­кры­тый кос­мос осу­ще­ст­вил А. А. Ле­о­нов («Вос­ход-2», СССР); 31.1.1966 за­пу­щен КА «Лу­на-9» (СССР), ко­то­рый про­из­вёл мяг­кую по­сад­ку на Лу­ну и пе­ре­дал на Зем­лю изо­бра­же­ние лун­ной по­верх­но­сти. 12.6.1967 со­вер­шён за­пуск КА «Ве­не­ра-4» (СССР) к пла­не­те Ве­не­ра, ко­то­рый, пре­одо­лев рас­стоя­ние ок. 350 млн. км, впер­вые осу­ще­ст­вил плав­ный спуск в ат­мо­сфе­ре др. пла­не­ты. 30.10.1967 про­ве­де­на пер­вая в ми­ре ав­то­ма­тич. сты­ков­ка бес­пи­лот­ных КК «Кос­мос-186» и «Кос­мос-188» (СССР). 16.7.1969 за­пу­щен КА «Апол­лон-11» (США), ко­то­рый 20 ию­ля дос­тиг Лу­ны, на её по­верх­ность бы­ла осу­ще­ст­в­ле­на пер­вая вы­сад­ка лю­дей (Н. Арм­ст­ронг, Э. Ол­д­рин). 17.11.1970 со­вер­шил по­сад­ку и на­чал ра­бо­тать на Лу­не пер­вый в ми­ре полу­ав­то­ма­тич. са­мо­ход­ный ап­па­рат «Лу­но­ход-1» (СССР), управ­ляе­мый с Зем­ли. 19.4.1971 вы­ве­де­на на ор­би­ту пер­вая ор­би­таль­ная стан­ция-ла­бо­ра­то­рия «Са­лют» (СССР). 3.3.1972 за­пу­щен КК «Пио­нер-10» (США) – пер­вый КК, по­ки­нув­ший пре­де­лы Сол­неч­ной сис­те­мы (4.12.1973 он про­ле­тел на рас­стоя­нии 131 тыс. км от Юпи­те­ра и про­вёл пер­вые ис­сле­до­ва­ния этой пла­не­ты с «близ­ко­го» рас­стоя­ния). 17.7.1975 про­из­ве­де­на сты­ков­ка пи­ло­ти­руе­мых КК раз­ных стран – «Со­юз-19» (СССР, А. А. Ле­о­нов, В. Н. Ку­ба­сов) и «Апол­лон» (США, Т. Стаф­форд, Д. Слей­тон, В. Бранд). 20.8.1975 за­пу­щен КА «Ви­кинг-1» (США), ко­то­рый впер­вые со­вер­шил ус­пеш­ную мяг­кую по­сад­ку на пла­не­ту Марс 20.7.1976 и пе­ре­дал на Зем­лю ТВ-изо­бра­же­ние мар­си­ан­ской по­верх­но­сти. 20.1.1978 вы­ве­ден на ор­би­ту пер­вый гру­зо­вой ко­рабль «Про­гресс-1» (СССР), ко­то­рый 22 янв. в ав­то­ма­тич. ре­жи­ме при­сты­ко­вал­ся к ор­би­таль­ной стан­ции «Са­лют-6». 12.4.1981 вы­ве­ден на ор­би­ту пер­вый транс­порт­ный КК мно­го­ра­зо­во­го ис­поль­зо­ва­ния «Спейс шаттл» («Ко­лум­бия», США) с эки­па­жем (Дж. Янг, Р. Крип­пен). 30.6.1982 вы­ве­ден на ор­би­ту пер­вый спут­ник-спа­са­тель «Кос­мос-1383» (СССР) ме­ж­ду­нар. сис­те­мы «Кос­пас-Сар­сат», ко­то­рый по­зво­лял не толь­ко при­ни­мать сиг­на­лы тер­пя­щих бед­ст­вие (SOS), но и оп­ре­де­лял их ко­ор­ди­на­ты. 20.2.1986 вы­ве­ден на око­ло­зем­ную ор­би­ту ба­зо­вый блок рос. ор­би­таль­ной стан­ции мно­го­ра­зо­во­го ис­поль­зо­ва­ния «Мир» (мас­са с мо­ду­ля­ми 124,34 т); стан­ция на­хо­ди­лась на ор­би­те до 23.3.2001. На «Ми­ре» по­бы­ва­ло 28 осн. экс­пе­ди­ций, 9 экс­пе­ди­ций по­се­ще­ния (105 кос­мо­нав­тов, в т. ч. 62 ино­стран­ных из 11 стран ми­ра), вы­пол­не­но бо­лее 22 тыс. экс­пе­ри­мен­тов и ис­сле­до­ва­ний. 15.11.1988 со­вер­шил по­лёт КК мно­го­ра­зо­во­го ис­поль­зо­ва­ния «Бу­ран» (СССР). 20.11.1998 на­ча­лось строи­тель­ст­во в кос­мо­се Ме­ж­ду­нар. кос­мич. стан­ции (МКС). 28.4–6.5.2001 со­вер­шил по­лёт пер­вый кос­мич. ту­рист Д. Ти­то (США). 14.1.2005 зонд «Гюй­генс» (Ев­роп. кос­мич. агент­ст­во) осу­ще­ст­вил по­сад­ку на по­верх­ность Ти­та­на, спут­ни­ка пла­не­ты Са­турн.

Теория космических полётов

Совр. тео­рия кос­мич. по­лё­тов ос­но­ва­на на не­бес­ной ме­ха­ни­ке. Но­вое на­прав­ле­ние клас­сич. не­бес­ной ме­ха­ни­ки, на­зы­вае­мое ди­на­ми­кой кос­мич. по­лё­та, рас­смат­ри­ва­ет по­лёт КА на всех эта­пах: взлёт с по­верх­но­сти Зем­ли (или др. пла­не­ты), вы­ве­де­ние на ор­би­ту, по­лёт по ор­би­те и/или меж­пла­нет­ный по­лёт, спуск и по­сад­ка на Зем­лю (или др. пла­не­ту). Ди­на­ми­ка кос­мич. по­лё­та учи­ты­ва­ет не толь­ко воз­дей­ст­вия при­род­ных сил (гра­ви­та­ции, дав­ле­ния сол­неч­но­го све­та, ат­мо­сфе­ры пла­нет и др.), но и ак­тив­ные це­ле­на­прав­лен­ные воз­дей­ст­вия са­мо­го КА (ра­бо­ту дви­гат. ус­та­нов­ки, аэ­ро­ди­на­мич. ор­га­нов управ­ле­ния и т. п.). Раз­дел ди­на­ми­ки кос­мич. по­лё­та, свя­зан­ный с ана­ли­зом и рас­чё­том тра­ек­то­рий КА по ор­би­там и/или в меж­пла­нет­ном про­стран­ст­ве, на­зы­ва­ют ас­т­ро­ди­на­ми­кой. Оп­ре­де­ле­ние ак­тив­ных воз­дей­ст­вий, на­прав­лен­ных на вы­пол­не­ние це­ле­вых за­дач по­лё­та КА (напр., сбли­же­ние на ор­би­те, об­лёт пла­не­ты и др.), тре­бу­ет оп­ти­ми­за­ции тра­ек­то­рий по­лё­та с учё­том боль­шо­го ком­плек­са про­блем (разл. воз­му­щаю­щие фак­то­ры, дли­тель­ность по­лё­та, ус­ло­вия свя­зи и пе­ре­да­чи те­ле­мет­рич. ин­фор­ма­ции и т. п.).

Важ­ный раз­дел ас­т­ро­ди­на­ми­ки – тео­рия кор­рек­ции тра­ек­то­рий по­лё­та. Фак­тич. тра­ек­то­рии КА все­гда име­ют от­кло­не­ния от рас­чёт­ных, что обу­слов­ле­но ис­ка­же­ни­ем тра­ек­то­рии разл. воз­му­щаю­щи­ми воз­дей­ст­вия­ми (ко­то­рые не­воз­мо­ж­но учесть за­ра­нее), а так­же ошиб­ка­ми при оп­ре­де­ле­нии тра­ек­то­рии и при ис­пол­не­нии ма­нёв­ров КА. Кор­рек­ции тра­ек­то­рии КА про­во­дят­ся при дос­ти­же­нии не­ко­то­ро­го пре­дель­но­го уров­ня от­кло­не­ний пу­тём вы­пол­не­ния ма­лых ма­нёв­ров (напр., крат­ко­вре­мен­ном вклю­че­нии дви­гат. ус­та­нов­ки с тем, что­бы со­об­щить КА не­об­хо­ди­мый им­пульс для ис­прав­ле­ния тра­ек­то­рии). Кор­рек­ции про­во­дят­ся, как пра­ви­ло, оп­ти­маль­ным об­ра­зом с ми­ни­ми­за­ци­ей за­трат то­п­ли­ва и чис­ла ма­нёв­ров КА и рас­счи­ты­ва­ют­ся на ос­но­ве оп­ре­де­ле­ния тра­ек­то­рии КА на­зем­ны­ми и/или бор­то­вы­ми сред­ст­ва­ми из­ме­ре­ний. Ряд КА име­ет пол­но­стью ав­то­ном­ные сред­ст­ва на­ви­га­ции (звёзд­ные дат­чи­ки, ак­се­ле­ро­мет­ры, ап­па­ра­ту­ру спут­ни­ко­вой на­ви­га­ции и т. п.), и рас­чёт кор­рек­ти­рую­щих ма­нёв­ров про­из­во­дит­ся с по­мо­щью бор­то­вых вы­чис­ли­тель­ных ком­плек­сов.

Транспортные средства и космические аппараты

Для пре­одо­ле­ния зем­но­го тя­го­те­ния и даль­ней­ше­го дви­же­ния по инер­ции КА не­об­хо­ди­мо раз­вить на­чаль­ную ско­рость, ве­ли­чи­на ко­то­рой оп­ре­де­ля­ет­ся на ос­но­ве за­ко­нов не­бес­ной ме­ха­ни­ки. Ми­ним. на­чаль­ная ско­рость, при ко­то­рой те­ло ста­но­вит­ся спут­ни­ком Зем­ли (т. н. пер­вая кос­мич. ско­рость), рав­на 7,9 км/с у по­верх­но­сти Зем­ли. При на­чаль­ной ско­ро­сти 7,9–11,2 км/с те­ло дви­жет­ся по эл­лип­тич. ор­би­те во­круг Зем­ли. Пре­вы­ше­ние ско­ро­сти 11,2 км/с (вто­рая кос­мич. ско­рость) при­во­дит к по­лё­ту по па­ра­бо­лич. тра­ек­то­рии за пре­де­лы зем­но­го тя­го­те­ния. На­чаль­ная ско­рость 16,7 км/с (тре­тья кос­мич. ско­рость) дос­та­точ­на для вы­хо­да КА за пре­де­лы Сол­неч­ной сис­те­мы.

Для дос­тав­ки КА на их ра­бо­чие тра­ек­то­рии, око­ло­зем­ные ор­би­ты или от­лёт­ные меж­пла­нет­ные тра­ек­то­рии слу­жит сис­те­ма кос­мич. транс­порт­ных средств, вклю­чаю­щая РН, раз­гон­ные бло­ки и кос­мич. бук­си­ры. Соз­да­ние совр. РН – слож­ная на­уч.-тех­нич. за­да­ча. Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность РН – вы­со­кая тя­го­во­ору­жён­ность (от­но­ше­ние тя­ги к ве­су ра­ке­ты, ко­то­рое при вер­ти­каль­ном стар­те долж­но быть боль­ше 1), а так­же прак­ти­че­ски не­пре­рыв­ная ра­бо­та дви­га­те­лей и срав­ни­тель­но ко­рот­кое вре­мя вы­ве­де­ния (де­сят­ки ми­нут). Как пра­ви­ло, ра­ке­ты со­сто­ят из 2–3 ра­кет­ных сту­пе­ней (РС), дос­ти­га­ют 100 м в дли­ну и ве­сят бо­лее 3000 т. То­п­ли­во со­став­ля­ет 90% пол­ной мас­сы ра­ке­ты. В по­лё­те, по ме­ре рас­хо­до­ва­ния то­п­ли­ва, РС с опо­рож­нён­ны­ми ба­ка­ми по­сле­до­ва­тель­но от­бра­сы­ва­ют­ся и на­чи­на­ет (про­дол­жа­ет) ра­бо­тать оче­ред­ная сту­пень. Ка­ж­дая РС бла­го­да­ря ра­бо­те сво­их дви­га­те­лей обес­пе­чи­ва­ет раз­гон ра­ке­ты на оп­ре­де­лён­ном уча­ст­ке тра­ек­то­рии по­лё­та. Во из­бе­жа­ние за­со­ре­ния око­ло­зем­но­го кос­мич. про­стран­ст­ва по­след­ние от­ра­бо­тав­шие од­но­ра­зо­вые сту­пе­ни, как пра­ви­ло, на­прав­ля­ют­ся для по­то­п­ле­ния в от­да­лён­ные рай­оны Ми­ро­во­го ок. При воз­рас­таю­щей ин­тен­сив­но­сти ис­поль­зо­ва­ния кос­мич. транс­порт­ных средств осо­бое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся раз­ра­бот­кам РН мно­го­ра­зо­во­го ис­поль­зо­ва­ния на эко­ло­ги­че­ски чис­тых ком­по­нен­тах то­п­ли­ва.

В ка­че­ст­ве дви­гат. ус­та­но­вок РН ис­поль­зу­ют­ся жид­ко­ст­ные или твер­до­то­п­лив­ные ра­кет­ные дви­га­те­ли, дос­ти­гаю­щие тя­ги в неск. ты­сяч кН и мощ­но­сти в млн. кВт. Раз­ра­бот­ка дви­гат. ус­та­но­вок на­прав­ле­на как на вы­бор энер­ге­ти­че­ски оп­ти­маль­ных то­п­лив и обес­пе­че­ние их пол­но­го сго­ра­ния при вы­со­ких дав­ле­ни­ях и тем­пе­ра­ту­рах, так и на соз­да­ние эко­но­ми­че­ски бо­лее вы­год­ных про­ек­тов.

В за­ви­си­мо­сти от по­став­лен­ных за­дач по­лез­ный груз (для ра­ке­ты) в об­щем слу­чае вклю­ча­ет в се­бя, кро­ме од­но­го или не­сколь­ких КА, раз­гон­ные бло­ки или кос­мич. бук­си­ры. Раз­гон­ные бло­ки слу­жат для даль­ней­ше­го пе­ре­во­да КА на бо­лее вы­со­кие ор­би­ты: сред­нюю (до 20000 км), вы­со­кую (в осн. гео­ста­цио­нар­ную) или на от­лёт­ные тра­ек­то­рии за пре­де­лы зем­но­го тя­го­те­ния. Раз­гон­ные бло­ки ма­ло от­ли­ча­ют­ся от РН, од­на­ко вре­мя их ра­бо­ты мо­жет дос­ти­гать не­сколь­ких ча­сов или дней. Очень час­то раз­гон­ные бло­ки обес­пе­чи­ва­ют по­лёт КА вплоть до его воз­вра­ще­ния в по­ле зем­но­го тя­го­те­ния. Кос­мич. бук­си­ры слу­жат для транс­порт­но­го об­слу­жи­ва­ния КА. В ря­де слу­ча­ев бук­си­ры мо­гут со­вер­шать чел­ноч­ные опе­ра­ции ме­ж­ду ор­би­та­ми, пе­ре­прав­ляя КА или др. по­лез­ный груз на др. ор­би­ту во­круг Зем­ли, к Лу­не или пла­не­там Сол­неч­ной сис­те­мы. Кон­ст­рук­ции бук­си­ров долж­ны обес­пе­чи­вать воз­мож­ность сбор­ки (в т. ч. сты­ков­ки) с об­слу­жи­вае­мым ап­па­ра­том.

Дви­гат. ус­та­нов­ки на кос­мич. бук­си­рах или КА мо­гут ис­поль­зо­вать энер­гию хи­мич. ре­ак­ций, сол­неч­ных ба­та­рей или ядер­ную энер­гию. Для обес­пе­че­ния ра­ди­ац. безо­пас­но­сти КА или бук­си­ры, ис­поль­зую­щие ус­та­нов­ки с ядер­ны­ми ре­ак­то­ра­ми, до­лж­ны эк­сплу­а­ти­ро­вать­ся на до­ста­точ­но вы­со­ких ор­би­тах (не ме­нее 800 км), где да­же пос­ле окон­ча­ния ра­бо­ты они мо­гут на­хо­дить­ся до­ста­точ­но дол­го (до 300 лет), что­бы ра­дио­ак­тив­ность сни­зи­лась до до­пу­сти­мых норм. Те­п­ло­вые ядер­ные ра­кет­ные дви­га­те­ли (с на­гре­вом ра­бо­че­го те­ла в ре­ак­то­ре и с га­зо­ди­на­мич. со­плом) при ис­поль­зо­ва­нии во­до­ро­да в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го те­ла обес­пе­чи­ва­ют удель­ный им­пульс (ха­рак­те­ри­сти­ка ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля, рав­ная от­но­ше­нию его тя­ги к мас­со­во­му рас­хо­ду то­п­ли­ва) до 9000 м/с.

Для пе­ре­ме­ще­ния КА пер­спек­тив­ным счи­та­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние элек­трич. РД (элек­тро­тер­ми­че­ских, элек­тро­маг­нит­ных, элек­тро­ста­ти­че­ских и др.), обес­пе­чи­ваю­щих удель­ный им­пульс вы­ше 20000 м/с. Элек­тро­ра­кет­ные бук­си­ры при су­ще­ст­вую­щих ядер­ных и сол­неч­ных ис­точ­ни­ках элек­тро­энер­гии по­зво­ля­ют уве­ли­чить мас­су по­лез­но­го гру­за, дос­тав­ляе­мо­го на гео­ста­цио­нар­ную ор­би­ту или ор­би­ту Лу­ны, в 2–4 раза (по срав­не­нию с раз­гонны­ми бло­ка­ми на хи­мич. то­п­ли­ве). Од­на­ко зна­чи­тель­но уве­ли­чи­ва­ет­ся вре­мя транс­пор­ти­ров­ки, по­это­му электрич. РД це­ле­со­об­раз­но ис­поль­зо­вать (на бук­си­рах или КА) в слу­чае, ко­гда вре­мя пе­ре­лёта не ли­ми­ти­ру­ет­ся и мо­жет со­став­лять от не­сколь­ких ме­ся­цев до го­да.

В кон. 20 – нач. 21 вв. во мно­гих стра­нах соз­да­ны КА для разл. це­лей: изу­чения око­ло­зем­но­го про­стран­ст­ва, по­верх­но­сти Зем­ли, Солн­ца и пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы, кос­мич. сре­ды, звёзд и га­лак­тик; для обес­пе­че­ния свя­зи, пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции, те­ле- и ра­дио­ве­щания, для на­ви­гац. обес­пе­че­ния, для про­гно­за по­го­ды и т. п. (см. Ис­кус­ст­вен­ный спут­ник Зем­ли, Кос­ми­че­ский ап­па­рат).

Од­но из центр. мест в К. за­ни­ма­ют по­лё­ты че­ло­ве­ка в кос­мос, ко­то­рые ста­ли воз­мож­ны бла­го­да­ря пла­но­мер­ным фун­да­мен­таль­ным и при­клад­ным ис­сле­до­ва­ни­ям в об­лас­ти кос­мич. био­ло­гии и ме­ди­ци­ны – но­вой об­лас­ти ес­те­ст­во­зна­ния, изу­чаю­щей осо­бен­но­сти жиз­не­дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка и др. ор­га­низ­мов при дей­ст­вии на них фак­то­ров кос­мич. про­стран­ст­ва. Пи­ло­ти­руе­мые КК и ор­би­таль­ные кос­мич. стан­ции обес­пе­чи­ва­ют воз­мож­ность без­о­пас­но­го и ком­форт­ного пре­бы­ва­ния кос­мо­нав­тов на бор­ту (см. Жиз­не­обес­пе­че­ния сис­те­ма). В КК пре­ду­смат­ри­ва­ет­ся оп­ре­де­лён­ный за­пас про­дук­тов пи­та­ния и во­ды. При дли­тель­ном пре­бы­ва­нии пи­ща и во­да дос­тав­ля­ют­ся гру­зо­вы­ми ко­раб­ля­ми, бук­си­ра­ми. При по­лё­те к даль­ним пла­не­там, ко­гда дос­тав­ка гру­зов мо­жет ока­зать­ся про­бле­ма­тич­ной, про­из-во про­дук­тов пи­та­ния, ре­ге­не­ра­ция во­ды и ат­мо­сфе­ры долж­ны осу­ще­ст­в­лять­ся на бор­ту КК.

Ис­то­рия пи­ло­ти­руе­мых кос­мич. по­лётов на­ча­лась с раз­ра­бот­ки од­но­ра­зо­вых ко­раб­лей («Вос­ток», «Вос­ход», «Мер­ку­рий», «Дже­ми­ни», «Со­юз», «Апол­лон»). Но­вые тех­но­ло­гии по­зво­ля­ют со­з­да­вать мно­го­ра­зо­вые спус­кае­мые КА как с со­хра­не­ни­ем внеш­ней фор­мы од­но­ра­зо­вых ап­па­ра­тов (тор­мо­же­ние у по­верх­но­сти Зем­ли осу­ще­ст­в­ля­ет­ся дви­га­тель­ной ус­та­нов­кой или управ­ляе­мым па­рашю­том), так и кры­ла­тые спус­кае­мые ап­па­ра­ты в фор­ме пла­нё­ра («Спейс шаттл», «Бу­ран»).

Крат­ко­вре­мен­ные по­лё­ты в кос­мос не по­зво­ля­ли про­во­дить дли­тель­ные экс­пе­ри­мен­ты, по­это­му бы­ли соз­да­ны но­вые кос­мич. со­ору­же­ния боль­ших раз­ме­ров – ор­би­таль­ные кос­мич. стан­ции, к ко­то­рым мо­гут при­сты­ко­вы­вать­ся др. КА (для то­го что­бы при­вез­ти гру­зы, сме­нить эки­паж, дос­та­вить на Зем­лю ре­зуль­та­ты экс­пе­ри­мен­тов и др.). Соз­да­ние ор­би­таль­ных кос­мич. стан­ций на­ча­лось в 1971 с вы­во­да на ор­би­ту стан­ции «Са­лют» (СССР). Пер­вые стан­ции пре­вы­ша­ли обыч­ные КК свои­ми раз­мера­ми и мас­сой все­го в 3–4 раза, по­сле­дую­щие («Мир», МКС) пред­став­ля­ют со­бой сто­тон­ные со­ору­же­ния дли­ной в де­сят­ки мет­ров. Стан­ции со­би­ра­ют из дос­тав­ляе­мых бло­ков ав­то­ма­ти­че­ски (ав­то­ма­тич. сты­ков­ка) ли­бо с по­мо­щью эки­па­жа (руч­ная сты­ков­ка). На стан­ци­ях обес­пе­чи­ва­ет­ся по­сто­ян­ное пре­бы­ва­ние че­ло­ве­ка на бор­ту (с пе­рио­дич. сме­ной эки­па­жа), дос­тав­ка гру­зов, не­об­хо­ди­мо­го обо­ру­до­ва­ния, на­уч. ап­па­ра­ту­ры и др. В пер­спек­ти­ве пред­по­ла­га­ет­ся соз­да­ние ор­би­таль­ных стан­ций (ав­то­ма­ти­че­ских или по­се­щае­мых) на бо­лее вы­со­ких зем­ных ор­би­тах, на ор­би­тах Лу­ны и пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы.

К от­бо­ру эки­па­жа КК предъ­яв­ля­ют по­вы­шен­ные тре­бо­ва­ния. При ре­ше­нии ме­ди­ко-био­ло­гич. про­блем осн. вни­ма­ние уде­ля­ет­ся изу­че­нию влия­ния на ор­га­низм че­ло­ве­ка не­ве­со­мо­сти, по­вы­шен­ных пе­ре­гру­зок при взлё­те и по­сад­ке, дли­тель­но­го на­хо­ж­де­ния в замк­ну­том про­стран­ст­ве, пси­хо­ло­гич. со­вмес­ти­мо­сти с др. чле­на­ми эки­па­жа и т. д. В цен­трах под­го­тов­ки кос­мо­нав­тов, в ин­сти­ту­тах ме­ди­ко-био­ло­гич. про­блем и т. п. соз­да­ют­ся спец. ус­та­нов­ки и тре­на­жё­ры, ими­ти­рую­щие кос­мич. по­лёт (в т. ч. с ис­поль­зо­ва­ни­ем средств авиа­ции), раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся спец. обо­ру­до­ва­ние и ме­ди­ко-био­ло­гич. пре­па­ра­ты для улуч­ше­ния са­мо­чув­ст­вия и про­дле­ния сро­ка пре­бы­ва­ния че­ло­века в кос­мо­се. На­ко­п­лен­ный боль­шой объ­ём зна­ний о жиз­не­дея­тель­но­сти че­ло­ве­че­ско­го ор­га­низ­ма в ус­ло­ви­ях воз­дей­ст­вия фак­то­ров кос­мич. про­стран­ст­ва, ди­на­мич. фак­то­ров по­лё­та и ис­кусств. сре­ды оби­та­ния, а так­же дос­ти­же­ния кос­мич. тех­ни­ки ста­но­вят­ся ре­аль­ны­ми пред­по­сыл­ка­ми для даль­ней­ше­го ин­тен­сив­но­го ос­вое­ния кос­мич. про­стран­ст­ва.

Наземная инфраструктура

На­зем­ная ин­фра­струк­ту­ра соз­да­ёт­ся для под­го­тов­ки РН и КА к за­пус­ку, про­ве­де­ния са­мо­го за­пус­ка, для управ­ле­ния по­лё­том КА, осу­ще­ст­в­ле­ния по­сад­ки воз­вра­тив­ших­ся КА и гру­зов, а так­же для про­ве­де­ния по­ис­ко­во-спа­сат. ра­бот при при­зем­ле­нии КА в штат­ных и не­штат­ных си­туа­ци­ях.

Ком­плекс средств, зда­ний, со­ору­же­ний, обес­пе­чи­ваю­щих под­го­тов­ку и пуск РН и КА, на­зы­ва­ет­ся кос­мо­дро­мом. В нач. 21 в. на Зем­ле по­строе­но бо­лее де­сят­ка кос­мо­дро­мов, вклю­чая космодром «Мор­ской старт», обес­пе­чи­ваю­щий пуск ра­кет и КА с пла­ваю­щей плат­фор­мы из лю­бой точ­ки Ми­ро­во­го ок. Для по­сад­ки мно­го­ра­зо­вых спус­кае­мых КА стро­ят­ся спец. по­са­доч­ные пло­щад­ки (аэ­ро­дро­мы), для спус­ка од­но­ра­зо­вых КА вы­би­ра­ют­ся рав­нин­ные без­люд­ные мес­та по­сад­ки и обес­пе­чи­ва­ют­ся по­ис­ко­во-спа­сат. ра­бо­ты с уча­сти­ем вер­то­лё­тов и са­мо­лё­тов (при по­сад­ке на во­ду ис­поль­зу­ют­ся мор. ко­раб­ли). По­ис­ко­во-спа­сат. служ­ба за­ни­ма­ет­ся эва­куа­ци­ей по­са­доч­но­го ап­па­ра­та и эки­па­жа (при пи­ло­ти­руе­мых по­лё­тах), в слу­чае не­об­хо­ди­мо­сти ока­зы­ва­ет­ся мед. по­мощь. Для управ­ле­ния КА и по­лу­че­ния те­ле­мет­рич. ин­фор­ма­ции об их со­стоя­нии на Зем­ле стро­ят­ся цен­тры управ­ле­ния по­лё­том и на­зем­ные пунк­ты приё­ма ин­фор­ма­ции. По­сколь­ку прак­ти­че­ски ка­ж­дый КА яв­ля­ет­ся слож­ной ки­бер­не­тич. сис­те­мой, про­це­ду­ра управ­ле­ния им воз­ла­га­ет­ся на сис­те­му управ­ле­ния, пред­став­ляю­щую со­бой со­во­куп­ность функ­цио­наль­ных бор­то­вых и на­зем­ных сис­тем средств приё­ма и пе­ре­да­чи ин­фор­ма­ции, ин­фор­ма­ци­он­но-вы­чис­лит. и ис­пол­нит. уст­ройств бор­то­во­го и на­зем­но­го ба­зи­ро­ва­ния, ра­бо­таю­щих в рам­ках еди­но­го со­гла­со­ван­но­го пла­на, ко­то­рый обес­пе­чи­ва­ет вре­менну́ю, про­стран­ст­вен­ную и функ­цио­наль­ную син­хро­ни­за­цию, при­во­дя­щую к дос­ти­же­нию по­став­лен­ных це­лей. Для осу­ще­ст­в­ле­ния управ­ле­ния так­же ис­поль­зу­ют­ся спут­ни­ки свя­зи.

Научные исследования и практическое применение

Кос­мич. ис­сле­до­ва­ния да­ют ог­ром­ный тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ма­те­ри­ал для раз­ви­тия на­ших зна­ний о Все­лен­ной, Зем­ле, про­ис­хо­ж­де­нии пла­нет, строе­нии ве­ще­ст­ва и др. Впер­вые бла­го­да­ря КА уда­лось по­смот­реть на Зем­лю из кос­мо­са, ис­сле­до­вать пла­не­ты, звёз­ды и га­лак­ти­ки во всём диа­па­зо­не элек­тро­маг­нит­ных волн, от­крыть ра­ди­ац. поя­са Зем­ли, по­лу­чить важ­ные дан­ные о по­ве­де­нии в не­ве­со­мо­сти всех ви­дов био­ло­гич. объ­ек­тов (от мо­ле­кул бел­ков, ви­ру­сов и бак­те­рий до по­зво­ноч­ных жи­вот­ных, вклю­чая че­ло­ве­ка), изу­чить осо­бен­но­сти про­те­ка­ния в кос­мо­се фи­зич. про­цес­сов в жид­ко­стях, га­зах, ме­тал­лах, по­лу­про­вод­ни­ках, разл. но­вых кон­ст­рук­ци­он­ных ма­те­риа­лах и по­кры­ти­ях.

Ис­сле­до­ва­ния око­ло­зем­но­го кос­мич. про­стран­ст­ва по­зво­ли­ли вы­пол­нить де­таль­ное изу­че­ние об­ще­го маг­нит­но­го по­ля Зем­ли (спут­ни­ки се­рии «Кос­мос») и вы­со­ко­ши­рот­ной маг­ни­то­сфе­ры («Элек­трон», «Про­гноз»), ис­сле­до­вать ди­на­ми­ку струк­тур­ных из­ме­не­ний ио­но­сфе­ры («Ко­ро­нас»). На­блю­де­ния за рент­ге­нов­ским из­лу­че­ни­ем Солн­ца на про­тя­же­нии не­сколь­ких 11-лет­них цик­лов сол­неч­ной ак­тив­но­сти (спут­ни­ки се­рии «Ин­тер­кос­мос», «Гам­ма», об­сер­вато­рия «Гра­нат») вме­сте с др. ис­сле­до­ва­ния­ми да­ли воз­мож­ность со­брать ма­те­ри­ал, по­зво­лив­ший по­стро­ить мо­де­ли, опи­сы­ваю­щие маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. про­цес­сы при та­ких яв­ле­ни­ях в ио­но­сфе­ре, как маг­нит­ные бу­ри, суб­бу­ри и по­ляр­ные сия­ния. Воз­ник­ло но­вое на­уч. на­прав­ле­ние – ис­сле­до­ва­ние «кос­ми­че­ской по­го­ды».

Дан­ные, по­лу­чен­ные в ре­зуль­та­те по­лё­тов КА к пла­не­там и др. те­лам Сол­неч­ной сис­те­мы, лег­ли в ос­но­ву ком­плек­са но­вых на­уч. дис­ци­п­лин, та­ких как фи­зи­ка пла­нет­ных недр, фи­зи­ка и хи­мия пла­нет­ных ат­мо­сфер, ас­т­ро­био­ло­гия и др.

Ос­но­ва про­грес­са астро­фи­зи­ки и кос­мо­ло­гии – раз­ви­тие на­блю­дат. кос­мич. тех­ни­ки. КА по­зво­ля­ют про­во­дить ас­т­ро­фи­зич. ис­сле­до­ва­ния да­лё­ких объ­ек­тов с по­мо­щью те­ле­ско­пов, вы­не­сен­ных за пре­де­лы зем­ной ат­мо­сфе­ры (за­труд­няю­щей или ис­клю­чаю­щей воз­мож­ность мн. ви­дов на­блю­де­ний с по­верх­но­сти Зем­ли). Со­вокуп­ность ас­тро­но­мич. и ас­т­ро­фи­зич. на­блю­де­ний на мно­го­тон­ных кос­мич. об­сер­ва­то­ри­ях («Ас­трон», «Гра­нат», мо­дуль «Квант» стан­ции «Мир», «Хаббл», «Спит­цер», «Чан­д­ра», «Нью­тон», «Ин­те­грал» и др.) по­зво­ли­ла учёным сде­лать вы­во­ды, что наш мир бо­лее чем на 90% со­сто­ит из тём­ной ма­те­рии и тём­ной энер­гии, од­на­ко при­ро­да их до сих пор не­из­вест­на. От­кры­ты круп­но­мас­штаб­ная струк­ту­ра Все­лен­ной (кон. 1970-х – нач. 1980-х гг.) и ани­зо­тро­пия ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния [спут­ни­ки «Про­гноз-9» (1983) и СОВЕ (1989)].

К. по­влия­ла на мно­гие при­клад­ные нау­ки, на её ос­но­ве сфор­ми­ро­вал­ся це­лый ряд но­вых на­уч. на­прав­ле­ний, напр. кос­мич. зем­ле­ве­де­ние (ис­сле­до­ва­ние Зем­ли из кос­мо­са ме­то­дом дис­тан­ци­он­но­го зон­ди­ро­ва­ния). При­ме­не­ние средств К. по­зво­ля­ет ре­шать на прин­ци­пи­аль­но но­вом уров­не за­да­чи с. х-ва, при­ро­до­поль­зо­ва­ния, эко­ло­гич. кон­тро­ля, свя­зи, на­ви­га­ции и др. По­лу­чае­мая со спут­ни­ков ин­фор­ма­ция по­мо­га­ет су­дить о рас­пре­де­ле­нии и со­стоя­нии рас­ти­тель­но­сти (вклю­чая со­стоя­ние по­се­вов), из­ме­не­нии снеж­но­го и ле­дя­но­го по­кро­ва, раз­ли­ва рек, ре­ги­ст­ри­ро­вать лес­ные по­жа­ры и т. п. Со спут­ни­ков ве­дут­ся океа­ноло­гич. и гид­ро­ло­гич. ис­сле­до­ва­ния. В ме­тео­ро­ло­гии ИСЗ при­ме­ня­ют­ся для по­лу­че­ния кар­ти­ны рас­пре­де­ле­ния и дви­же­ния об­ла­ков, пре­ду­пре­ж­де­ния о при­бли­же­нии ци­кло­нов, тай­фу­нов, со­став­ле­ния карт те­п­ло­во­го из­лу­че­ния Зем­ли; спут­ни­ки так­же ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в гео­де­зии (см. Гео­де­зи­че­ский спут­ник). Кос­мич. сред­ст­ва иг­ра­ют осо­бую ин­тег­ри­рую­щую роль в фор­ми­ро­ва­нии еди­но­го ин­фор­мац. про­стран­ст­ва (напр., мо­биль­ная те­ле­фон­ная связь). Они обес­пе­чи­ва­ют пер­со­наль­ный дос­туп к ми­ро­вым ин­фор­мац. ре­сур­сам, ин­те­гра­цию ус­луг циф­ро­во­го ве­ща­ния, свя­зи, на­ви­га­ции и мо­ни­то­рин­га (см. Спут­ни­ко­вая связь, Спут­ни­ко­вая сис­те­ма по­зи­цио­ни­ро­ва­ния). Спут­ни­ки за­дей­ст­во­ва­ны для дис­пет­че­ри­за­ции воз­душ­но­го, мор­ско­го и на­зем­но­го дви­же­ния, для обес­пе­че­ния оп­ти­ми­за­ции мар­шру­тов, уве­ли­чи­вая про­пу­ск­ную спо­соб­ность и безо­пас­ность дви­же­ния.

КА ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в це­лях кол­лек­тив­ной и ме­ж­ду­нар. безо­пас­но­сти (напр., на­блю­де­ния за пред­по­ла­гае­мым аг­рес­со­ром, в це­лях пре­дот­вра­ще­ния тер­ро­риз­ма). КА оп­то­элек­трон­ной, ра­дио­ло­ка­ци­он­ной и ра­дио­тех­нич. раз­вед­ки по­зво­ля­ют по­лу­чать ин­фор­ма­цию о рас­по­ло­же­нии тер­ро­ри­стич. груп­пи­ро­вок, кон­цен­тра­ции войск, бое­вых мор­ских ко­раб­лей и са­мо­лё­тов. Спут­ни­ки обес­пе­чи­ва­ют на­блю­де­ние за под­виж­ны­ми це­ля­ми и точ­ное оп­ре­де­ле­ние ко­ор­ди­нат ра­дио­из­лу­чаю­щих и ра­дио­пе­ре­даю­щих уст­ройств, вплоть до пор­та­тив­ных ра­дио­стан­ций и мо­биль­ных те­ле­фо­нов. Ра­кет­ные и авиа­ци­он­ные вы­со­ко­точ­ные сред­ст­ва по­ра­же­ния снаб­жа­ют­ся не­об­хо­ди­мой ин­фор­ма­ци­ей с кос­мич. сис­тем.

В 21 в. К. пре­вра­ти­лась в мощ­ный ин­ст­ру­мент ми­ро­вой эко­но­ми­ки, спо­соб­ст­вую­щий обес­пе­че­нию нац. безо­пас­но­сти, тех­но­ло­гич. не­за­ви­си­мо­сти и бла­го­со­стоя­ния гра­ж­дан пла­не­ты. В со­от­вет­ст­вии с Фе­де­раль­ной кос­мич. про­грам­мой Рос­сии на пе­ри­од 2006–15 при­ори­тет­ны­ми на­прав­ле­ния­ми кос­мич. дея­тель­но­сти яв­ля­ют­ся: мо­ни­то­ринг ок­ру­жаю­щей сре­ды и око­ло­зем­но­го про­стран­ства, кон­троль чрез­вы­чай­ных си­туа­ций и эко­ло­гич. бед­ст­вий, ис­сле­до­ва­ние при­род­ных ре­сур­сов Зем­ли; обес­пе­че­ние спут­ни­ко­вой свя­зи и ве­ща­ния на всей тер­ри­то­рии РФ; реа­ли­за­ция кос­мич. про­ек­тов в ин­те­ре­сах рас­ши­ре­ния зна­ний о Зем­ле, Сол­неч­ной сис­те­ме и Все­лен­ной, про­ве­де­ние фун­дам. на­уч. ис­сле­до­ва­ний в об­лас­ти ас­т­ро­фи­зи­ки, пла­не­то­ло­гии, фи­зи­ки Солн­ца и сол­неч­но-зем­ных свя­зей; от­ра­бот­ка тех­но­ло­гий про­из-ва в кос­мо­се но­вых ма­те­риа­лов и вы­со­ко­чис­тых ве­ществ и др. США, стра­ны Ев­ропы, Ки­тай ак­ти­ви­зи­ро­ва­ли ра­бо­ты по под­го­тов­ке пи­ло­ти­руе­мых по­лё­тов к Лу­не, Мар­су, а так­же по по­сле­дую­ще­му их ос­вое­нию.

Кос­мич. по­лё­ты за­тра­ги­ва­ют ин­те­ре­сы всех стран, по­это­му бы­ли вы­ра­бо­та­ны нор­мы ме­ж­ду­нар. пра­ва, ре­гу­ли­рую­щие кос­мич. дея­тель­ность (см. Кос­ми­че­ское пра­во меж­ду­на­род­ное).