СССР. Технические науки
СССР. Технические науки
Технические науки
Авиационная наука и техника
В дореволюционной России был построен ряд самолётов оригинальной конструкции. Свои самолёты создали (1909—1914) Я. М. Гаккель, Д. П. Григорович, В. А. Слесарев и др. Был построен 4-моторный самолёт-гигант «Русский витязь» И. И. Сикорского (1913). Опыт применения самолётов в 1-й мировой войне 1914—18 продемонстрировал потенциальные возможности авиации и способствовал бурному её развитию. Наряду с использованием иностранных самолётов (главным образом французских и английских) в России применялись и самолёты отечественных конструкций. В 1913—18 Сикорский разработал несколько вариантов тяжёлых 4-моторных самолётов «Илья Муромец» (выпускались серийно). Малые производственные мощности полукустарных авиазаводов, необходимость покупать самолёты за границей, отсутствие собственного моторостроения сказывались на общем состоянии авиации в России.
В начале 20 в. проводились теоретические исследования и экспериментальные работы в области аэродинамики и прочности самолёта. Основополагающие труды Н. Е. Жуковского оказали значительное влияние на развитие авиационной науки (им выведена формула для определения подъёмной силы, создана теория винта и т. д.). С. А. Чаплыгин заложил основы аэродинамики больших скоростей, развил теорию крыла. Их труды, а также работы их учеников (А. Н. Туполева, Б. Н. Юрьева, В. П. Ветчинкина, К. А. Ушакова, Г. М. Мусинянца, Г. Х. Сабинина) позволили начать конструирование самолётов на научной основе.
В первые годы после победы Октябрьской революции 1917 на авиационных заводах налаживалось производство самолётов по трофейным образцам, одновременно приобретались лицензии на постройку самолётов иностранных марок. Коммунистическая партия и Советское правительство уделяли большое внимание развитию авиации. В Народном комиссариате по военным и морским делам была создана Коллегия воздушного флота, при которой в апреле 1918 по указанию В. И. Ленина организован Отдел по применению авиации в народном хозяйстве; в мае создано Главное управление рабоче-крестьянского Красного воздушного флота, а в июне СНК издал декрет о национализации авиационных предприятий. В том же году в Москве основан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), который возглавил Жуковский; ЦАГИ стал научной базой для строительства самолётов. В 1919 создан Московский авиационный техникум, преобразованный в 1922 в военно-воздушную инженерную академию им. Н. Е. Жуковского. В феврале 1923 СТО при СНК СССР принял постановление «О возложении технического надзора за воздушными линиями на Главное управление воздушного флота и об организации Совета по гражданской авиации». Это постановление положило начало планомерному строительству социалистического Гражданского воздушного флота. На механическом факультете Московского высшего технического училища (МВТУ) было создано аэромеханическое отделение (1925), преобразованное последовательно в аэромеханический факультет, Высшее аэромеханическое училище, а затем в Московский авиационный институт (МАИ) им. С. Орджоникидзе (1930). В 20-х гг. были организованы первые КБ по самолётостроению: Туполева (в ЦАГИ), Н. Н. Поликарпова и Григоровича (при заводе «Дукс»). Первыми советскими самолётами были АНТ-1, И-1 (1923), АК-1 «Латышский стрелок» (1924).
Конструкция самолётов была деревянная, с полотняной обшивкой крыльев и оперения. Переход с дерева на металл явился важным этапом в развитии авиации. Была создана специальная комиссия по металлическому самолётостроению (Туполев, И. И. Сидорин, В. М. Петляков, А. И. Путилов, И. И. Погосский и др.). Несмотря на трудности становления в условиях 20-х гг. цельнометаллических самолётостроения, были созданы первый цельнометаллический самолёт ЛНТ-2 (1924) и первый серийный самолёт из нового материала — кольчугалюминия АНТ-З (1925).
Создание авиационной промышленности явилось одной из главных задач 1-го пятилетнего плана (1929—32). Для развёртывания научно-исследовательских работ из ЦАГИ были выделены: отдел авиационных материалов, преобразованный затем во Всесоюзный институт авиационных материалов (ВИАМ); винтомоторный отдел (после слияния с авиационным отделом Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института стал Центральным институтом авиационной моторостроения — ЦИАМ). Наряду с крупными КБ Туполева и Поликарпова имелись небольшие КБ К. А. Калинина, Григоровича, Путилова, А. С. Яковлева, В. Б. Шаврова, Г. М. Бериева и др. Советские лётчики на самолётах отечеств. конструкций совершили перелёты, прославившие Советский Союз (В. П. Чкалов, М. М. Громов, В. К. Коккинаки, М. В. Водопьянов, В. С. Гризодубова и др.).
В 30-х гг. в самолётостроении произошли важные качественные изменения. Существенно улучшились лётные данные, решены проблемы флаттера и выхода из штопора; создание Поликарповым самолёта И-16 положило начало распространению в авиации истребителей монопланной схемы. Стали применяться убирающиеся в полёте шасси, герметичная кабина, турбокомпрессор для повышения высотности, механизация крыла, усовершенствованная винтомоторная установка, пушка, стреляющая через винт, потайная клёпка, новые высокопрочные материалы и т. д. Конструкторы ЦАГИ продолжали начатые в 1925—26 работы по созданию вертолётов (ЦАГИ 1-ЭА). Было построено несколько опытных аппаратов одновинтовой схемы под общим руководством Юрьева, а затем И. П. Братухина («Омега» и др.); наметился путь дальнейшего прогресса и усовершенствования вертолётов и создания машин, пригодных к практической эксплуатации.
В 1939 ЦК ВКП(б) и правительство приняли постановление «О реконструкции существующих и строительстве новых самолётных заводов»; был организован Народный комиссариат авиационной промышленности. Конструирование самолётов поручили КБ А. А. Архангельского, С. В. Ильюшина, С. А. Лавочкина, Ар. И. Микояна, Петлякова, П. О. Сухого. В результате теоретических и экспериментальных исследований (в аэродинамических трубах и других установках) были определены более совершенные формы многих элементов самолётов, обеспечивающие малое лобовое сопротивление, хорошие пилотажные и взлётно-посадочные качества; построены истребители ЛаГГ-3, МиГ-3, Як-1, бомбардировщики Пе-2, Пе-8, Су-2, Ил-4, С Б, штурмовик Ил-2 с высокими лётно-техническими характеристиками.
В конце 30-х гг. при крупных моторных заводах были созданы КБ (ставшие позднее самостоятельными опытными организациями), которые возглавили А. А. Микулин, В. Я. Климов, С. К. Туманский, А. Д. Швецов, В. А. Добрынин и др. Эти коллективы сосредоточили усилия на разработке и доводке новых конструкций авиационных моторов, а ЦИАМ обеспечивал научно-техническая помощь в их проектировании. К началу Великой Отечественной войны 1941—45 скорость истребителей достигла 600—650 км/ч, потолок — 11—12 км; скорость бомбардировщиков 550 км/ч, дальность полёта 3—4 тыс. км, бомбовая нагрузка 4 т.
В годы войны, несмотря на трудности, возникшие вследствие эвакуации, авиационная промышленность успешно снабжала фронт самолётами. Появились лёгкие, манёвренные, хорошо вооружённые истребители, штурмовики и бомбардировщики (Як-3, Ла-5, Ил-6, Ил-8, Пе-3, Ту-2 и др.). При разработке конструкций новых самолётов учитывалась потребность их серийного производства и возможность последующих модификаций, исходя из требований военной обстановки и условий эксплуатации. Обеспечивая нужды фронта, авиационная промышленность только в 1943, например, дала армии 35 тыс. боевых самолётов.
После войны в военной и гражданской авиации наметился переход от поршневых двигателей к реактивным. В СССР разработка воздушно-реактивных двигателей (ВРД) была начата ещё в конце 30-х гг. (Б. С. Стечкин создал теорию ВРД). В 1943—44 А. М. Люлька разработал проект первого советского турбореактивного двигателя (ТРД). Проводились эксперименты с применением жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) — полёты ракетоплана РП-318 в 1940 (С. П. Королев) и самолёта БИ-1 (А. Я. Березняк и А. М. Исаев) в 1942. В 1945 начались полёты самолётов И-250 (ОКБ Микояна) и Су-5 с мотокомпрессорным двигателем. Но эти два направления не получили дальнейшего развития из-за большого удельного расхода топлива в ЖРД и из-за ограниченных возможностей мотокомпрессорных двигателей. Применение ТРД обеспечило быстрый прогресс авиации. Созданием самолётов МиГ-9 и Як-15 (1946) было положено начало практическому применению реактивных двигателей в советской авиации. С 1947 началось серийное производство реактивных истребителей МиГ-15.
Одновременно велись работы по снижению веса конструкции и улучшению аэродинамического качества, снижению потерь на охлаждение и т. д. Создание стреловидного крыла — важный этап в развитии реактивной авиации. Большое значение для развития авиационной науки имело получение в аэродинамической трубе с перфорированными стенками рабочей части околозвуковой скорости потока с непрерывным переходом через скорость звука (ЦАГИ, 1947). Особенно важными для практики были результаты исследований аэродинамики стреловидных крыльев и крыльев малого удлинения, а также устойчивости и управляемости самолётов с крыльями и оперением новых форм, что в сочетании с использованием ТРД обеспечило достижение околозвуковых скоростей, а в дальнейшем и значительно превышающих их. Ла-160 (1947) — первый советский экспериментальный самолёт со стреловидным крылом (скорость до 1050 км/ч). Ла-176, на котором в 1948 была достигнута скорость звука, имел крыло увеличенной стреловидности (45°).
В конце 40 — начале 50-х гг. в области исследования больших скоростей работали М. В. Келдыш, С. А. Христианович, Г. И. Петров, М. Д. Миллионщиков, Л. И. Седов. Исследования В. В. Струминского, Г. П. Свищева, А. А. Дородницына, Г. С. Бюшгенса и других учёных позволили разработать новые формы крыльев, органы управления, оперение околозвуковых самолётов. В области прочности самолётных конструкций работали А. И. Макаревский, В. Н. Беляев, А. М. Черёмухин и др.
В начале 50-х гг. были созданы самолёты: Ил-28 — тактический бомбардировщик, Як-25 — всепогодный истребитель-перехватчик; М-4, М-6 (В. М. Мясищев), Ту-16 — дальние стратегические бомбардировщики. Появились вертолёты конструкции М. Л. Миля — Ми-1 и Ми-4, Н. И. Камова — Ка-15, Ка-16 и др., в конце 50 — начале 60-х гг.— Ми-6, Ми-8, Ми-10, в конце 60-х гг.— Ми-12, Ка-25, Ка-26. В 50-х гг. благодаря успехам в аэродинамике и двигателестроении авиация стала сверхзвуковой. Для экспериментальных исследований рациональной компоновки сверхзвуковых самолётов были построены новые аэродинамические трубы и специальные установки для изучения сверхзвуковых диффузоров, сопел и испытаний моделей на флаттер. Необходимые аэродинамические характеристики достигались применением тонких треугольных крыльев и крыльев большой стреловидности. Первый советский серийный сверхзвуковой самолёт Миг-19 имел скорость до 1450 км/ч. Учёные приступили к решению проблемы т. н. теплового барьера и обеспечения длит. полёта на гиперзвуковых скоростях. В 1954 впервые в СССР был применен титан в элементах крыла и других теплонапряжённых агрегатах, а также освоена технология изготовления титановых конструкций.
50—60-е гг. ознаменовались дальнейшим повышением лётно-тактических данных боевых самолётов, что было обусловлено достижениями отечественной авиационной науки в области аэрогазодинамики, прочности, систем управления, технологических процессов, в создании конструкционных материалов и развитием двигателестроения, приборостроения и ряда смежных отраслей промышленности. Сверхзвуковые самолёты оснащаются мощными, лёгкими, экономичными двигателями, созданными в коллективах, руководимых Туманским, Люлькой, Добрыниным, Н. Д. Кузнецовым, П. А. Соловьевым, А. Г. Ивченко. На воздушных парадах в Тушине (1961) и Домодедове (1967) были продемонстрированы новейшие образцы боевой авиационной техники, среди них сверхзвуковые: истребитель МиГ-21, многоцелевой Як-28, истребитель-бомбардировщик Су-7, стратегический бомбардировщик-ракетоносец М-50 (Мясищев). Были впервые показаны самолёты вертикального взлёта и посадки и лёгкие истребители с изменяемой геометрией крыла в полёте. К середине 60-х гг. скорость полёта самолётов достигла 3000— 3500 км/ч, потолок — свыше 30 км, дальность — свыше 10 тыс. км (с дозаправкой горючего в воздухе она стала ещё больше).
В 50-е гг. количеств. и качеств. изменения произошли в гражданской авиации. Начиная с 1958, увеличиваются темпы роста и объём пассажирских перевозок на самолётах с ТРД, одновременно растет самолётный парк. Так, например, 88% перевозок в 1958 было выполнено на самолётах с поршневыми двигателями, в 1965 такой же объём перевозок был выполнен на самолётах с реактивными двигателями. Существенные изменения претерпели лётно-технические и экономические показатели пассажирских самолётов, особенно скорости полёта (увеличились примерно в 2 раза) и теоретической производительности (в 4—5 раз). К началу 60-х гг. в СССР эксплуатировались 7 типов пассажирских самолётов с реактивными двигателями: в 1955 совершил первый полёт пассажирский самолёт Ту-104 с двигателями Микулина, в 1957—61 появились самолёты Ил-18, Ан-10, Ан-24 с двигателями Ивченко, Ту-114 с двигателями Кузнецова, Ту-124 и Ту-134 с двигателями Соловьева. В 1965 был построен один из самых больших в мире транспортных самолётов конструкции О. К. Антонова Ан-22 («Антей»). Важным направлением повышения надёжности и безопасности полётов пассажирских самолётов явилось внедрение указателей и ограничителей опасных режимов, резервирование и дублирование в системах управления самолётами, автоматический систем слепой посадки. Большое внимание уделяется также улучшению взлётно-посадочных характеристик и созданию аварийных задерживающих систем на аэродромах. В начале 70-х гг. на трассы Аэрофлота вышли новые воздушные лайнеры Ту-154, Ил-62М, Ту-134А, Як-40. В декабре 1975 состоялся первый эксплуатационный полёт сверхзвукового пассажирского самолёта Ту-144. В конце 1976 состоялся первый полёт самолёта Ил-86 («аэробуса») — одного из крупнейших пассажирских самолётов мира. Одновременно с развитием пассажирской авиации, с созданием грандиозного воздушного пути над всей страной интенсивно развивается авиация специального применения: сельскохозяйственная, противопожарная, санитарная, метеорологическая и др.
Крупнейшие конструкторские коллективы возглавляют ныне О. К. Антонов, Р. А. Беляков (ОКБ им. Ар. И. Микояна), В. М. Мясищев, Г. В. Новожилов (ОКБ им. С. В. Ильюшина), А. А. Туполев (ОКБ им. А. Н. Туполева), А. С. Яковлев, М. Н. Тищенко (ОКБ им. М. Л. Миля), В. А. Лотарёв (ОКБ А. Г. Ивченко), А. К. Константинов (ОКБ Г. М. Бериева), С. В. Михеев (ОКБ им. Н. И. Камова) и др. В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—80 гг.» предусматривается проведение экспериментальных и научно-исследовательских работ по созданию новых самолётов и вертолётов с лётно-техническими и экономическими характеристиками, соответствующими перспективным требованиям гражданской авиации.
Периодические издания. Результаты исследований в области аэродинамики и прочности самолётов и других летательных аппаратов публикуются в печатных изданиях ЦАГИ: «Трудах», «Учёных записках» и др.; вопросы развития воздушного транспорта, экономики и технического прогресса гражданской авиации, применения авиации в народном хозяйстве освещаются в журнале министерства гражданской авиации СССР «Гражданская авиация» (с 1931), опыт освоения и боевого применения авиационной техники — в журнале Советских ВВС «Авиация и космонавтика» (с 1918) и других изданиях. См. также Авиация.
А. А. Архангельский.
Ракетостроение и космонавтика
В 19 в. в русской армии с успехом применялись боевые пороховые ракеты (А. Д. Засядко, К. И. Константинов и др.). С середины 19 в. отечественные изобретатели и конструкторы начали работать над возможностью применения принципа реактивного движения к летательным аппаратам (И. И. Третеский, Н. М. Соковнин, Н. А. Телешов). В их проектах аппараты нуждались в атмосфере как в опорной среде и предназначались лишь для полётов в низших её слоях.
Совершенно на ином принципе был основан летательный аппарат Н. И. Кибальчича: подъёмная сила создавалась при помощи порохового ракетного двигателя, действие которого практически не зависело от состава окружающей среды. Предложенный им «воздухоплавательный прибор» (1881) был, по существу, первым в России проектом ракетного летательного аппарата, принципиально пригодного для полётов в безвоздушном пространстве.
Первым, кто научно доказал возможность использования реактивного движения для полётов в космосе, был К. Э. Циолковский. В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903) и в последующих работах он обосновал реальность технического осуществления космических полётов, указал пути развития ракетостроения и космонавтики, дал схемы жидкостных ракет и ракетных двигателей (ЖРД). Высказанные Циолковским технические идеи находят применение при создании современных ракетных двигателей, ракет и других космических аппаратов. Помимо работ Циолковского, вопросам теории реактивного движения были посвящены исследования Н. Е. Жуковского (с 1882), И. В. Мещерского (с 1897) и других учёных. К концу 19 в. в России было предложено свыше 10 проектов реактивных летательных аппаратов (Ф. Р. Гешвенд, А. П. Федоров и др.).
После Октябрьской революции 1917 экспериментальные работы в области ракетной техники стали проводиться с 1921 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ), в которой создавались и с 1928 испытывались в полёте ракеты на бездымном порохе (Н. И. Тихомиров, В. А. Артемьев, Г. Э. Лангемак, Б. С. Петропавловский), а с 1929 начаты работы по электрическим и жидкостным ракетным двигателям (В. П. Глушко). В 1926—29 Циолковский дополнил свои исследования по космонавтике; проблемой динамики ракетного полёта занимался В. П. Ветчинкин; многие вопросы теории космического полёта и ракетостроения нашли новое решение в трудах Ю. В. Кондратюка (1919—29); разработкой межпланетных полётов и проектированием космических летательных аппаратов занимался Ф. А. Цандер (1924—33). В 1932 в Москве была создана Группа изучения реактивного движения (ГИРД), осуществившая под руководством С. П. Королева в 1933 первые пуски советских жидкостных ракет конструкции М. К. Тихонравова и Цандера. В конце 1933 на базе ГДЛ и ГИРД был основан Реактивный институт научно-исследовательский (РНИИ), в котором развернулась широкая программа исследований, завершившаяся созданием многих экспериментальных управляемых и неуправляемых баллистических и крылатых ракет с жидкостными, твёрдотопливными, гибридными и комбиниров. ракетными двигателями, а также воздушно-реактивных двигателей. В 1937—39 была завершена проводившаяся в ГДЛ разработка твёрдотопливных реактивных снарядов (Лангемак, Артемьев, И. Т. Клейменов и др.); были созданы многозарядные самоходные пусковые установки с этими снарядами — «Катюши» (И. И. Гвай, В. Н. Галковский,А. П. Павленко и др.) и изготовлены их опытные образцы. В предвоенные годы в Советском Союзе сформировались основные направления в ракетостроении: создание ракет на жидких топливах (низкокипящих и высококипящих) и твёрдом топливе. В период Великой Отечественной войны 1941—45 был создан серийный образец «Катюши» и разработан ряд новых типов пусковых установок для Советской Армии и ВМФ (В. П. Бармин, В. А. Рудницкий, А. Н. Васильев и др.); велись также работы по созданию жидкостных ракетных ускорителей для серийных боевых самолётов (Глушко, Королев).
Современное ракетостроение фактически создано в годы первых послевоенных пятилеток (1946—55). Необходимость развития этой отрасли техники и производства отмечалась на 1-й сессии Верховного Совета СССР 2-го созыва в марте 1946. Разработку образцов ракет нового типа приходилось вести одновременно с решением многих организационных задач. Наряду с расширением и реконструкцией действующих заводов был построен ряд крупных НИИ, КБ, заводов, полигонов, были привлечены институты АН СССР, ЦАГИ и другие научные центры.
В короткие сроки, используя отечеств. и зарубежный опыт, была создана и 10 октября 1948 успешно стартовала первая советская управляемая баллистическая ракета с дальностью около 300 км (Р-1). В конце 40-х гг. над вопросами проектирования и изготовления ракет работали 13 НИИ и КБ, 35 заводов. На базе Р-1 было разработано несколько вариантов высотных научно-исследовательских геофизических ракет. С 1949 начала осуществляться последовательная программа изучения верхних слоев атмосферы с помощью зондирующих ракет, получивших название «академических». Организованная при Президиуме АН СССР Комиссия (председатель А. А. Благонравов) определила содержание этой программы и руководила практическими мероприятиями по её реализации. В 1951 состоялся первый запуск специальной вертикально стартующей зондирующей ракеты. В полёте впервые участвовали живые существа (две подопытные собаки). В этом же году созданы метеорологические ракеты типа МР-1. Планомерное изучение верхней атмосферы Земли стало первым шагом на пути подготовки комплекса исследований космического пространства и его освоения; для этих целей применялись ракеты 1РА-Е, В2А, В5В и др.
В связи с развернувшимися в начале 50-х гг. работами по созданию межконтинентальных баллистических ракет (МБР) и ракет-носителей (РН) 15 мая 1955 было принято решение о строительстве космодрома Байконур — одного из крупнейших космодромов Советского Союза. 21 августа 1957 прошла испытание первая в мире МБР (Р-7), а 4 октября того же года модифицированным вариантом этой ракеты был запущен первый искусств. спутник Земли (ИСЗ) — началась космическая эра. Запуск первого ИСЗ показал, что выбраны правильные пути решения таких проблем космического полёта, как создание ракетных двигателей, систем управления и автоматики РН, баллистики полёта. Принципиальным достижением советской космонавтики явилось получение первой космической скорости (около 8 км/сек). На 2-м ИСЗ (выведен на орбиту 3 ноября 1957) впервые в космосе были проведены биологические исследования, а также исследования космических лучей и коротковолновой радиации Солнца. Возникла новая область науки — космическая физика. 15 мая 1958 запущен 3-й ИСЗ — первая автоматическая научная станция. Впервые проведены прямые измерения магнитного поля Земли, мягкой корпускулярной радиации Солнца, химического состава и давления атмосферы, электронной концентрации ионосферы, плотности распределения метеорного вещества вокруг Земли. В качестве источника энергии впервые в СССР применены солнечные батареи.
После запусков первых ИСЗ и начавшегося развития исследований околоземного космического пространства одним из важнейших шагов космонавтики явилась подготовка к осуществлению полётов человека в космос (с этой целью с 15 мая 1960 по 25 марта 1961 на орбиту вокруг Земли было выведено 5 кораблей-спутников). 12 апреля 1961 — день первого космического полёта Ю. А. Гагарина на корабле «Восток», начало эпохи непосредственного проникновения человека в космос. С каждым последующим полётом увеличивалась их продолжительность, возрастал и объём работ, выполнявшихся космонавтами. Суточный полёт вокруг Земли совершил Г. С. Титов, трое суток продолжался совместный групповой полёт космонавтов А. Г. Николаева и П. Р. Поповича.
В июне 1963 были совершены многосуточные полёты В. Ф. Быковского и первой женщины-космонавта В. В. Терешковой. Одновременно велись работы по созданию многоместного корабля «Восход», первые испытания которого (октябрь 1964) провели В. М. Комаров, К. П. Феоктистов, Б. Б. Егоров. В марте 1965 на орбиту выведен корабль «Восход-2», пилотируемый П. И. Беляевым и А. А. Леоновым, совершившими первый эксперимент по выходу человека в космос. Необходимость тщательной отработки техники маневрирования в космосе привела к созданию космических аппаратов, способных совершать заданный маневр (помимо посадки). Запуски таких аппаратов («Полёт-1» и «Полёт-2») осуществлены в 1963—64. Развитие космической техники на всех этапах опиралось на исследования в области механики космического полёта и прикладной небесной механики. Выполнены исследовательские работы по динамике движения космических аппаратов, навигации и управлению, баллистическому проектированию. Проведено уточнение ряда астрономических постоянных по данным наземных наблюдений за движением спутников.
Полёты космических ракет к Луне и планетам Солнечной системы в СССР начаты 2 января 1959, когда первая автоматическая межпланетная станция (АМС) вышла из поля тяготения Земли, прошла на расстоянии около 7500 км от поверхности Луны и вышла на орбиту вокруг Солнца, став его первым искусств. спутником. Впервые была достигнута вторая космическая скорость (около 11,2 км/сек). На 1 января 1977 выведено в космос 24 АМС серии «Луна», с помощью которых впервые получены фотографии обратной стороны Луны, совершена первая мягкая посадка, переданы панорамы поверхности, создан первый искусственный спутник Луны, трижды доставлены на Землю образцы лунного грунта, а на Луну — самоходные аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2». С помощью АМС, запускаемых в сторону Венеры (с 1961) и Марса (с 1962), а также аппаратов серии «Зонд» (1964—70) собран обширный материал, необходимый для обеспечения надёжности, конструирования и управления АМС и их радиосвязи с Землёй в дальних и продолжит, полётах. На станции «Зонд-2» в системе ориентации испытаны электроракетные плазменные двигатели. На АМС «Зонд-3, -6, -7, -8» были получены высококачественные изображения лунной поверхности. АМС «Марс-2» и «Марс-3» выполнили ряд научных исследований космического пространства на трассе Земля — Марс, Марса и околопланетного пространства с орбиты искусственного спутника планеты. Отделившаяся от «Марса-2» капсула впервые достигла этой планеты, а спускаемый аппарат «Марса-3» совершил мягкую посадку и передал сигналы с её поверхности. В 1973 впервые полёт по межпланетной трассе одновременно совершили 4 АМС; станция «Марс-5» стала 3-м советским искусственным спутником Марса, а АМС «Марс-6» достигла его поверхности.
Крупные успехи получены в изучении Венеры. Наземные наблюдения планеты велись регулярно, но основными характеристики её атмосферы, поверхности и облачного слоя оставались неизвестными. С появлением космических аппаратов открылись новые возможности: АМС «Венера-4» (1967) впервые провела прямые исследования атмосферы планеты (создана модель атмосферы), «Венера-5» и «Венера-6» (1969) вновь произвели зондирование венерианской атмосферы, что позволило уточнить её физико-химические характеристики. В 1970 «Венера-7» совершила первую мягкую посадку на планету и передала информацию с её поверхности. В эксперименте на «Венере-8», опустившейся на освещенной Солнцем стороне, впервые была решена задача исследования венерианского грунта в районе посадки, определения физических характеристик поверхностного слоя и распределения освещённости по высоте. С помощью АМС «Венера-9» и «Венера-10» получены первые телевизионные изображения поверхности и выведены первые искусств. спутники Венеры. Интенсивные исследования Венеры, Марса и Луны заложили основы новой науки — сравнительной планетологии.
Советские учёные провели исследования околоземного космического пространства многими ИСЗ серии «Космос» (запускаемыми с 16 марта 1962), при помощи космической системы «Электрон» (1964), тяжёлых спутников серии «Протон» (1965—68) и высокоапогейных спутников «Прогноз» (с 1972). Одной из задач, которые возлагались на первые спутники серии «Космос», являлось изучение космического пространства с точки зрения радиационной опасности для полётов человека. На основании проведённых измерений потоков заряженных частиц подробно изучена трасса полётов космических кораблей и построены радиационные карты для различных высот. Выполнен цикл исследований ионосферы, получены данные об ионной и электронной концентрации, температуре ионов и электронов. Эти данные имели большое значение для изучения свойств ионосферной плазмы и вопросов связи между космическими кораблями. В течение длительного времени ведётся изучение галактических и солнечных космических лучей, их энергии и других параметров в окрестности Земли. Проводятся исследования инфракрасного и ультрафиолетового излучения Земли, необходимые для решения ряда геофизических вопросов, а также для отработки систем ориентации спутников. Осуществлен ряд запусков по программе мировой магнитной съёмки. Комплекс космических и геофизических исследований, выполненных с применением средств ракетно-космической техники, вызвал интенсивное развитие нового научного направления — физики солнечно-земных связей, занимающейся изучением механизмов воздействия Солнца на процессы в околоземном космическом пространстве, атмосфере и биосфере Земли.
В середине 60-х гг. начата разработка многоместных пилотируемых космических кораблей-спутников «Союз», предназначенных для маневрирования, сближения и стыковки на орбите ИСЗ. С 1967 на орбиты выведено 23 корабля «Союз», в том числе 21 с космонавтами. Новый этап в развитии космонавтики начался с 19 апреля 1971, после запуска первой тяжёлой орбитальной станции «Салют». Их создание и эксплуатация позволяют проводить длительные эксперименты в космосе с участием специалистов и решать важные народно-хозяйственные и научные задачи. На 1 января 1977 полёты совершили 38 советских космонавтов на 30 кораблях (один полёт суборбитальный) и 4 орбитальных станциях типа «Салют». Многие космонавты совершили по два полёта, а В. А. Шаталов и А. С. Елисеев — по три.
Для выполнения советской космической программы создано несколько типов 2-, 3- и 4-ступенчатых РН различной грузоподъёмности (от нескольких сотен кг до десятков т на околоземной орбите): «Восток» (эксплуатируется с 1960), «Космос» (с 1962), «Протон» (с 1965) и др., запускаемых с нескольких космодромов Советского Союза. Эти РН эксплуатируются в различных модификациях.
Для сообщения РН космических скоростей разработаны мощные ЖРД с уменьшенными габаритами. Их создание стало возможным благодаря реализации в камерах сгорания повышенных давлений за счёт использования принципиальных схем, практически исключающих потери на привод турбонасосных агрегатов. Разработка РН и ЖРД способствовала развитию термо-, гидро- и газодинамики, теории теплопередачи и прочности, металлургии высокопрочных и жаростойких материалов, химии топлив, измерит. техники, вакуумной и плазменной технологии .
Требования космической программы обусловили необходимость конструирования комплексных автоматический устройств при жёстких ограничениях, вызванных грузоподъёмностью РН и окружающими условиями космического пространства, что явилось дополнительным стимулом для развития совершенно новой отрасли техники — микроэлектроники и создания лёгких электронных систем. Новые методы компоновки электронной аппаратуры, миниатюризации габаритов, массы и потребления энергии этой аппаратурой были развиты для её использования в космосе. Быстрый прогресс теории управления способствовал решению сложнейших проблем динамики полёта, стабилизации ракеты. Были созданы разнообразные комплексы систем автоматического регулирования, ультраточные гироскопические и гироинерциальные системы с применением цифровых и аналоговых управляющих машин. К достижениям космической техники относятся также системы, обеспечивающие ориентацию с весьма высокой точностью космических аппаратов, системы жизнеобеспечения, комплекс средств мягкой посадки, солнечные батареи и др. Потребности в связи и дистанционном управлении на больших расстояниях привели к развитию высококачественных и высокоточных систем связи, которые способствовали развитию технических методов прослеживания и измерения движущихся космических аппаратов на межпланетных расстояниях, открыв новые области применения ИСЗ. Советские учёные впервые разработали системы космического телевидения и космической связи. Высокоинформативные телеметрические системы позволяют надёжно контролировать работу космических аппаратов и передачу научной информации с их борта на Землю.
Большое практическое значение имеют ИСЗ в народном хозяйстве. С помощью спутников связи «Молния-1» (запускаются с 1965), «Молния-2» (с 1971), «Молния-1С», «Молния-3» (с 1974), «Радуга» (с 1975), телевизионного спутника «Экран» (с 1976) и сети наземных приёмных станций «Орбита» осуществляются передачи телевидения и многоканальная радиосвязь, успешно установлена международная телефонная связь. Создана специальная система приёма, оперативной обработки и распространения поступающей метеорология, информации («Метеор»). Практическое использование космической техники включает также географические, геологические и геофизические исследования, поиски полезных ископаемых, использование спутников для контроля за уровнем загрязнения атмосферы, Мирового океана, для навигации, сельского, лесного хозяйства и т. д.
С 1957 развивается международное сотрудничество в области космических исследований. В 1966 для координации деятельности различных министерств и ведомств по разработке и выполнению международных программ решением Советского правительства был создан Совет по международному сотрудничеству в области исследования и использования космического пространства при АН СССР («Интеркосмос»). Наиболее крупные программы совместных работ СССР осуществляет со странами социалистического содружества, а также с Францией, США, Индией и др. В 1969—76 запущено 16 спутников серии «Интеркосмос». Свыше 10 французских и советско-французских научных экспериментов было выполнено на советских космических аппаратах типа «Луноход», «Марс», «Прогноз» и «Ореол». В апреле 1975 советской РН был запущен индийский спутник «Ариабата». В июле 1975 был проведён первый международный эксперимент с участием пилотируемых кораблей СССР и США по программе ЭПАС («Союз — Аполлон»), который явился важным шагом в развитии международного сотрудничества в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях. На основе договорённости, достигнутой в 1976, в 1978—83 граждане социалистических стран, участвующих в программе «Интеркосмос», совершат полёты совместно с советскими космонавтами на советских космических кораблях и орбитальных станциях.
В разработке и реализации программы изучения околоземного космического пространства, Луны и планет Солнечной системы участвуют многие научные учреждения АН СССР — Физический институт им. П. Н. Лебедева, Институт прикладной математики, Институт земного магнетизма, ионосферы и распределения радиоволн, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, Институт проблем управления, а также созданный в 1965 Институт космических исследований АН СССР. Выдающийся вклад в разработку теоретических проблем космонавтики, в решение принципиальных вопросов, касающихся реализации советской космической программы, в создание новых методов и средств исследования космического пространства внёс М. В. Келдыш. Пионером освоения космоса стал С. П. Королев. В 1957 под его рук. был создан первый ракетно-космический комплекс и запущен первый ИСЗ. Не ограничивая свою деятельность созданием РН и космических аппаратов, Королев осуществлял общее техническое руководство работами по первым космическим программам и стал инициатором развития ряда прикладных научных направлений, обеспечивающих дальнейший прогресс в создании РН и космических аппаратов.
Большое значение для разработки средств изучения околоземного космического пространства имела деятельность виднейшего конструктора космических аппаратов и ракетно-космических систем М. К. Янгеля. Он и руководимый им коллектив внесли существенный вклад в развитие и создание базы международного сотрудничества социалистических стран в области спутниковых исследований. Разработка АМС серий «Луна», «Венера», «Марс», начатая под рук. Королева, была успешно продолжена Г. Н. Бабакиным, создавшим последующие конструкции этих сложнейших космических автоматов. Становление и развитие отечественного жидкостного ракетного двигателестроения, создание силовых установок современных космических ракет связано с именем одного из пионеров ракетно-космической техники В. П. Глушко. Мощные ЖРД, разработанные под его руководством, применяются на всех советских РН.
В создание ЖРД космических станций и кораблей большой вклад сделан А. М. Исаевым, ЖРД верхних ступеней РН — С. А. Косбергом, систем управления многих РН — Н. А. Пилюгиным, стартовых комплексов многих РН — В. П. Барминым. Для развития и совершенствования космической техники важное значение имеют работы В. Н. Челомея.
Значительный вклад в разработку и реализацию советской космической программы внесён также учёными Ю. А. Ишлинским, Б. Н. Петровым, Г. И. Петровым и др.; в изучение Луны и планет — А. П. Виноградовым; в осуществление программы медико-биологических космических исследований — В. В. Лариным, Н. М. Сисакяном, О. Г. Газенко и др.
О масштабах работ, ведущихся по космонавтике в СССР, можно судить по количеству запущенных искусств. спутников Земли, Солнца, Луны, Марса и Венеры, число которых на 1 января 1977 составило около 1100.
Периодические издания. Теоретические работы в области космической физики и астрономии, биологии и медицины, описания приборов для космических исследований и конструкций космических аппаратов публикуются в научных журналах АН СССР «Космические исследования» (с 1963), в «Вестниках АН СССР» (с 1931), вопросы космической науки и техники — в журналах «Земля и Вселенная» (с 1965), «Природа» (с 1912), «Авиация и космонавтика» (с 1918) и др.
См. также Космонавтика, «Луна», «Марс», «Венера», «Восток», «Восход», «Союз», «Салют», «Молния», «Орбита», Лунный самоходный аппарат, ЭПАС, Космодром.
Б. В. Раушенбах, Г. А. Назаров.
Энергетическая наука и техника
В дореволюционной России научные исследования, направленные на освоение и использование огромных энергетических ресурсов страны, носили разрозненный характер и часто были результатом инициативы и усилий отдельных учёных и инженеров. Например, в 1910—11 Г. О. Графтио разработал проект Волховской ГЭС. В 1913 Г. М. Кржижановский выдвинул идею создания крупной ГЭС на Волге около Самары, а накануне Октябрьской революции 1917 выполнил ряд работ, в которых обосновал значение проблемы строительства мощных районных электростанций на базе местного топлива и гидроэнергии и их объединения сетями высокого напряжения в крупные электроэнергетические системы. Из-за технической отсталости царской России многие проекты и предложения оставались нереализованными. До Октябрьской революции 1917 в стране была сооружена (1914) единственная крупная районная электростанция («Электропередача» в Московской области). Построенная под руководством Р. Э. Классона, эта станция была первой в мире ТЭС, работающей на торфе.
Передовые идеи русских учёных-энергетиков нашли практическое воплощение лишь после Октябрьской революции. Научная энергетическая школа в СССР, основанная в 20-х гг. Г. М. Кржижановским, ведёт своё начало от исторического плана ГОЭЛРО. Этот план был первым творческим опытом долгосрочного планирования развития народного хозяйства на базе его электрификации. Трудами Кржижановского, Е. А. Руссаковского, А. Е. Пробста началась систематическая разработка комплексных проблем энергетики, таких, как: единый энергетический баланс страны; основы развития электроэнергетических систем; основы энергетики и электрификации отраслей народного хозяйства; энергоресурсы и их комплексное использование с учётом развития энергетики, промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Под редакцией А. В. Винтера и Кржижановского был издан «Атлас энергетических ресурсов СССР» (1933—35). Были исследованы вопросы рациональной структуры и экономического режима эксплуатации сложных электроэнергетических систем; даны методы энергоэкономического изучения режима и параметров эксплуатации в электроэнергетических системах электростанций различного типа; исследованы вопросы теплофикации и роли теплоэлектроцентралей как составной части электроэнергетических систем.
Узловые вопросы комплексной электрификации народного хозяйства изучались в тесной связи с вопросами электроснабжения промышленных и сельскохозяйственных районов на базе местных энергоресурсов. Большой заслугой энергетической науки было создание получившего широкое практическое применение метода комплексных исследований, рассматривающего каждый элемент энергетики во взаимодействии с другими элементами и окружающей средой. В 60-х гг. получила теоретическое завершение научная концепция Единой электроэнергетической системы (ЕЭЭС) страны, что имело важное значение для планомерной электрификации народного хозяйства.
Возможности использования ЭВМ и вычислительных математических методов позволили развивать энергетическую науку в направлении системных исследований. На этой основе изучены общие закономерности развития энергетики как совокупности больших энергетических систем с иерархичным построением; исследованы вопросы оптимального управления системами (планирование, проектирование, эксплуатация) при неполной начальной информации; путём многовариантных расчётов выбраны оптимальные структуры систем, а также наилучшие пропорции развития топливно-энергетического комплекса страны в целом с учётом развития единой системы газоснабжения и системы нефтеснабжения; созданы методы долгосрочного прогнозирования и др.
Электроэнергетика. Для развития советской электроэнергетики характерна постоянная тенденция к централизации электроснабжения, созданию мощных электрических станций, объединённых в электроэнергетические системы и использующих местные энергоресурсы (5 энергосистем в 1928, 28 к 1937). К 1935 Московская электроэнергетическая система стала крупнейшей в Европе, объединив тепловые конденсационные и теплофикационные электростанции, работавшие преимущественно на подмосковном угле и торфе. С 1937 к этой системе подсоединены 2 ГЭС (Иваньковская и Сходненская). Ленинградская система к 1935 объединяла все типы станций — ГЭС и ТЭС (конденсационные и теплофикационные, потреблявшие исключительно местное топливо).
С увеличением мощности электроэнергетических систем и дальности линий электропередачи (ЛЭП) стала актуальной проблема устойчивости электроэнергетических систем и повышения надёжности параллельной работы электростанций. Интенсивное исследование этой проблемы было начато в СССР в 1926—27. В 30-х гг. опубликован ряд работ, посвященных методам расчёта устойчивости (С. А. Лебедев, П. С. Жданов и др.).
С ростом мощности электроэнергетических систем возрастали напряжения ЛЭП. В 30-х гг. были освоены напряжения 110, 150 и 220 кв — сооружены воздушные линии электропередачи, трансформаторные подстанции, создана аппаратура защиты. В связи с усложнением электроэнергетических систем и строительством протяжённых ЛЭП большое значение приобрели исследования с использованием расчётных электрических моделей, особенно динамических, позволяющих воспроизводить сложные физические процессы и явления. Работы по моделированию электроэнергетических систем проводились в Энергетическом институте АН СССР (с 1961 Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского, ЭНИН, Москва) в 1936—41, затем в Ленинградском политехническом институте, а начиная с 1944 — в Московском энергетическом институте (МЭИ).
С середины 40-х гг. важное место в научных исследованиях начинает занимать изучение проблемы объединения крупных районных электроэнергетических систем линиями электропередач высокого напряжения — 330, 400 и 500 кв. К 1976 общая протяжённость электрических сетей напряжением свыше 35 кв превысила 600 тыс. км. Успехи в области электропередачи позволили приступить к решению проблемы объединения электроэнергетических систем и создания ЕЭЭС страны. С этой целью в ЭНИН АН СССР в 1945—60 были разработаны: методика определения технико-экономической эффективности объединения электроэнергетических систем; методика расчёта использования мощности ГЭС с учётом графиков электрических нагрузок электроэнергетических систем; метод определения режима нагрузок ЕЭЭС Европейской части СССР; вопросы структуры и энергобаланса объединения электроэнергетических систем Центра и Поволжья; перспективы развития ЕЭЭС Сибири.
В конце 60-х гг. было завершено создание ЕЭЭС Европейской части СССР и сформированы мощные энергообъединения в Сибири и Средней Азии. В середине 70-х гг. в СССР создана крупнейшая в мире ЕЭЭС, объединяющая свыше 70 районных электроэнергетических систем и работающая совместно с электроэнергетическими системами стран — членов СЭВ. Общая установленная мощность электростанций, входящих в эту систему, превышает 150 Гвт, в то время как мощность всех электростанций СССР составляет около 220 Гвт.
Советская электроэнергетика занимает передовые позиции в мире. Основные направления её развития — концентрация генерирования электроэнергии и повышение пропускной способности высоковольтных ЛЭП. К 1976 в СССР насчитывалось более 60 крупных ТЭС и ГЭС мощностью от 1 до 6 Гвт. Их общая установленная мощность составляет почти половину всех энергетических мощностей страны.