Реферат для аспирантуры на тему История астродинамики как науки

Содержание:

Введение 3 Глава 1. Астродинамика как наука, исторические предпосылки ее появления и становления, особенности 8 Глава 2. История и этапы развития направления астродинамики, ее взаимосвязь с другими областями небесной механики 16 Заключение 28 Список использованной литературы 31

Введение:

Последние два десятилетия ознаменовались бурным развитием техники космических полетов. Созданы искусственные спутники Земли, Луны, Марса и Венеры; осуществлены полеты человека на околоземных орбитах; совершены высадки человека на поверхность Луны; интенсивно развиваются исследования Венеры, Марса, а также Меркурия, Юпитера и Сатурна при помощи сажаемых и пролетающих космических аппаратов.
Прогресс космической техники ведет к постепенному практическому освоению межпланетного пространства и планет солнечной системы.
Сегодняшняя космическая техника достигла того уровня развития, при котором имеются возможности проведения самых различных экспериментов в космосе и актуальным становится обсуждение потребностей космических кораблей и орбитальных станций.
Многие смежные области науки и техники влияют друг на друга; среди них особое место занимают наблюдение, навигация и управление, которые по скорости развития и количеству связей между ними идут впереди остальных смежных областей. Эти области деятельности связаны с определением положения и скорости космического корабля, с определением разностей между действительными и прогнозируемыми значениями этих величин, с коррекциями, необходимыми или для приведения в соответствие прогноза с действительностью, или для изменения действительных значений с целью обеспечения успешного выполнения поставленной задачи.
Коррекция наблюдаемого космического корабля, а также его навигация и управление должны быть основаны как на достоверном знании небесномеханического движения корабля, так и на привязке этого движения к астрономическим системам координат. Указанные астрономические дисциплины, связанные с практической космической навигацией (которая изучает реальные неконсервативные силы, а для проведения процессов управления и наблюдения имеет в своем распоряжении современное оборудование, в том числе и приспособления с обратной связью), сегодня получили специальное название астродинамики.
Проектирование космических полетов самым тесным образом связано с изучением поступательного и вращательного движений космического аппарата, выбором оптимального решения работы двигателя, реализацией номинальной траектории и т, п. Все эти вопросы относятся к компетенции астродинамики, охватывающей динамику космических полетов, определение орбит и космическую навигацию.
Механика межпланетных полетов отличается от классической небесной механики рядом существенных черт. Это касается, прежде всего, характера данных наблюдений – в отличие от угловых координат, измеряемых в классической астрономии, для искусственных космических объектов, как правило, мы располагаем значениями скоростей и ускорений по данным радиопрослеживания, что коренным образом меняет подход к задаче определения орбиты из наблюдений. Далее, тесная близость спутниковых орбит к центральному телу, а также необходимость облета на небольших расстояниях иначе ставит задачу об учете возмущений, чем в классической теории: теперь возмущения проще и точнее учитывать непосредственно в прямоугольных координатах, а не в элементах орбиты, что опять-таки требует иного, неклассического подхода.
Кроме того, решение динамических задач о движении космических аппаратов потребовало резкого увеличения точности измерения фундаментальных астрономических и физических постоянных, включая массы и расстояния планет, В то же время исследование движения космических аппаратов, особенно на пролетных траекториях, позволили решающим образом повысить точность измерений масс, размеров и расстояний тел солнечной системы.
Наконец, для астродинамики характерным является «оптимизационный» подход и в постановке задач, и в методах их решения, особенно с применением современных вычислительных машин. Это и определило актуальность темы реферата, которая состоит в рассматривании астродинамики как отдельной науки, и в то же время понимания ее все же, как неотъемлемой части небесной механики, что так или иначе не позволяет их разделять полностью.
Цель работы: изучить исторический аспект развития астродинамики как науки.
Объект исследования: история и философия науки.
Предмет исследования: история астродинамики.
Достижение цели будет предполагать решение следующих задач:
1. Подобрать и проанализировать научную литературу по данной проблематике;
2. Изучить исторический аспект развития астродинамики как науки.
3. Сделать соответствующие выводы.
Чтобы реализовать данные цели и задачи, нами проведен анализ астродинамики с исторического ракурса.
Исторически астродинамика зародилась на основах теории небесной механики, но со временем развилась на столько, что смогла себя позиционировать как отдельную науку о космических полетах и навигации. Причиной ее отделения можно считать научный прогресс человечества, современные информационные технологии.
Поэтому, астродинамика – это наука, которая включает в себя и небесную механику, и космическую навигацию.
Если придерживаться исторических фактов, то началом астродинамики как науки можно считать запуск космических изобретений (первого искусственного спутника Земли в 1957 году). До этого момента она рассматривала лишь методы определения и улучшения орбит.
Говоря о задачах астродинамики, стоит отметить их распространение на решение многих проблем оптимизации и управления космическими аппаратами.
Анализ научной литературы Демина В.Г. «Движение искусственного спутника в нецентральном поле тяготения», Дубошина Г.Н. «Некоторые проблемы астродинамики и небесной механики», Егорова В.А. «Пространственная задача достижения Луны», Сэмюэла Херрика «Астродинамика», «Методы Лапласианской и Гауссовой орбит», С. Эрнеста «Об аберрации и параллаксе в вычислении орбиты»; показал, что название астродинамики имеет много интерпретаций, например, «космодинамика», «небесная баллистика», «механика космического полета».
Доктор Самуэль Херрик, глубоко и всеобъемлюще понимающий астрономию и являющийся пионером астродинамики, играл и продолжает играть важную роль в создании основ науки, имеющей непосредственное отношение к космической технике; особенно велик его вклад в исключительно важную часть этой науки – астронавтическую навигацию. В его работе «Астродинамика» он без колебаний обращается, с одной стороны, к описанию классических методов и пределов их применимости, если таковые имеются, и, с другой стороны, к сравнительной оценке и применению этих методов.

Заключение:

Таким образом, проведенное исследование позволило сделать следующие выводы:
1. Возникновение астродинамики как отдельной науки – это результат развития человечества, технологий и необходимость познания космоса. Она необходима для того, чтобы правильно и точно реализовать космические перелеты, а для этого мало той точности, которая имелась до недавнего времени о движении, ее зачастую недостаточно. Отсюда и возникает необходимость в новой теории и науке, которая бы позволила уточнить массы планет и другие важные параметры космоса для успешных полетов и исследовательских миссий.
2. На протяжении многих лет ученые развивали астродинамику и ее теорию, что позволило ей превратится практически в отдельную науку, которая способна решать многие практические задачи при исследовании космоса для реализации в последующем космических полетов.
Сложно переоценить значение научной деятельности многих ученых. Среди них хотелось бы выделить: С. Херрика, Н. Коперника, Кеплера, Птолемея, Аристарха Самосского, Гиббса, Вильямса и других. Все они сделали свой клад в развитие науки.
3. Астродинамика – это наука, которая включает в себя и небесную механику, и космическую навигацию.
Небесная механика имеет дело с движением объектов в пространстве, с физическими силами, вызывающими это движение, и с математическими предположениями, условиями и алгоритмами, на основании которых определяются и предсказываются орбиты при наблюдениях и коррекциях. Небесная механика состоит из трех частей. Но любому исследователю в области небесной механики, даже если он является хорошим специалистом во всех областях этой науки, всегда ближе какая-то одна ее часть.
1) При решении задачи определения движения тела в пространстве в математической небесной механике стремятся найти не частные, а общие методы, которые можно было бы применить при решении широкого класса задач механики в целом. С другой стороны, возможна идеализация задачи для того, чтобы применить общие аналитические методы (например, потенциальные), но задача при этом может оказаться далека от реальной или ее решение будет неудобным для практического использования. После того как будет найдено математическое решение модельной задачи, оно используется, несмотря на особенности его программного воплощения, машинные ошибки и другие ловушки, которые расставляют нам современные вычислительные средства.
2) Физическая небесная механика – наука, которая занимается объяснением наблюдаемых явлений и численной оценкой физических констант, входящих в аналитические соотношения, в особенности если эти константы употребляются также и в других областях астрономии, геофизики и физики в целом. Важен результат, а не тот путь, которым он получен.
3) Астродинамика – это термин, употребляющийся для названия третьего направления небесной механики, которое связано с определением, интегрированием и уточнением реально существующих орбит. В астродинамике не только используются достижения математической и физической небесной механики, но и решаются свои собственные задачи в этих областях.
Доказательство существования решения часто является последним этапом решения задачи в математической небесной механике и началом исследования в астродинамике. Для данной задачи или класса задач в астродинамике стремятся найти и сравнить между собой все возможные решения и методы (как специальные, так и общие), чтобы в тех или иных конкретных обстоятельствах выбрать лучшие из них. В астродинамике используются и развиваются численные методы; специалисты по астродинамике крайне заинтересованы в создании надежных и быстро приводящих к цели вычислительных алгоритмов.
4. Результаты проведенного исследования показали, что поставленные вначале цель и задачи, полностью реализованные. На основе этого можно сказать, что тема реферата актуальная и требует в дальнейшем более глубокого анализа астродинамики как независимой науки. Можно в будущем показать ее практические достижения уже на основе современных технологий.
Дальнейшая история развития астродинамики тоже была направленная развития в качестве как практической дисциплины. Этому способствовали множественные труды физиков, астрономов, изобретателей, что иногда выражалось в издании трудов (нередко многотомных). Все они подводили итоги предыдущих исследований описывали перспективы в будущем. На сегодня это наука, которая определяет наше космическое будущее.
На основе работ, которые описанные в работе выше, человечество получило возможность развиваться дальше, достигать новых вершин и открытий. Поэтому не можно забывать имена тех ученых в историческом плане было бы неправильно. Они сделали весомый вклад в развитие астродинамики.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Астродинамика как наука, исторические предпосылки ее появления и становления, особенности

Астродинамика – это наука, которая включает в себя и небесную механику, и космическую навигацию .
До начала запусков первых космических изобретений (первого искусственного спутника Земли в 1957 году) она рассматривала лишь методы определения и улучшения орбит, но все кардинально изменилось после запуска. Задачи астродинамики начали распространяться на проблемы управления и оптимизации .
Также можно сказать относительно самого названия данной науки. Часто в литературных источниках можно встретить такие известные названия: «космодинамика», «небесная баллистика», «механика космического полета».
Из самого начала астродинамика была ответвлением классической небесной механики. В то время она изучала движение:
— естественных небесных тел;
— тел гипотетических, которые рассматривались при выдвижении разнообразных астрономических гипотез.
Но дальше астродинамика приобрела свои особенности, которые отличаются от положений классической небесной механики, которая ограничивается в некоторых случаях лишь учетом взаимного притяжения между небесными телами по Ньютона закону тяготения.
Астродинамика как наука пошла дальше в решении задач небесной механики. Здесь обязательно учитываются и другие факторы: сопротивление земной атмосферы, давление солнечного излучения, магнитное поле Земли .
Астродинамика основанная на исследовании явлений с помощью математического аппарата. В основном используются обыкновенные дифференциальные уравнения.
Для выражения свойств движения искусственных небесных тел астродинамика частично использует методы, которые уже хорошо развиты в классической небесной механике. Но, не смотря на то, что классическая небесная динамика учитывает лишь взаимное притяжение между небесными телами по Ньютона закону тяготения, ее принципы актуальны и для астродинамики. Разница в результате лишь в виде дифференциального уравнения. Оно гораздо больше и сложнее, поскольку есть «набор» сил, которые учитываются в задачах астродинамики.
Также для составления уравнений астродинамики применяются: аналитическая механика, аэродинамика, теория автоматического управления и т.д.
Чтобы решить и проанализировать уравнения астродинамики также соответственно новые методы. Например, очень часто используются численные методы для того, чтобы рассчитать орбиту с помощью компьютера.
Также со временем в астродинамике появилось еще много специфических задач, которые свойственны только, и не затрагивают классическую небесную механику. Сюда можно отнести проектирование орбит.