Тест по астрономии: Межпланетные полёты (10-11 класс)
Тест по астрономии «Межпланетные полёты» для 10-11 классов — это проверочная работа, охватывающая теоретические и практические аспекты космонавтики. Вопросы касаются истории освоения космоса, небесной механики, расчетов траекторий, принципов работы ракетных двигателей и законов Кеплера.
1
Какое историческое событие, произошедшее 4 октября 1957 года, ознаменовало начало космической эры?
Правильный ответ:
Запуск СССР первого в мире искусственного спутника ЗемлиПояснение:
4 октября 1957 года Советский Союз успешно вывел на орбиту «Спутник-1». Это событие стало отправной точкой для всей мировой космонавтики, доказав правильность теоретических расчетов и техническую возможность достижения первой космической скорости и орбитального полета.2
Кто из российских ученых считается основоположником теоретической космонавтики, впервые предложившим в 1903 году конструкцию ракеты на жидком топливе?
Правильный ответ:
Константин Эдуардович ЦиолковскийПояснение:
Константин Эдуардович Циолковский в своей работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» заложил научные основы космонавтики. Он вывел уравнение движения ракеты, обосновал использование жидкостных ракетных двигателей и предсказал многие особенности космических полетов.3
Каким законам подчиняется движение космического аппарата после выключения ракетных двигателей?
Правильный ответ:
Законам небесной механики (законам Кеплера и Ньютона)Пояснение:
Как только двигатели выключаются, космический аппарат становится небесным телом, движение которого определяется гравитационными полями. Он движется по инерции в соответствии с законами небесной механики, аналогично планетам, кометам и астероидам.4
Какая форма траектории считается наиболее оптимальной с энергетической точки зрения для перелета между орбитами двух планет?
Правильный ответ:
Полуэллиптическая орбита, касающаяся орбит планет (гомановская траектория)Пояснение:
Наиболее экономичной является полуэллиптическая орбита, перигелий которой касается орбиты отправления (например, Земли), а афелий — орбиты назначения (например, Марса). Такая траектория требует минимального изменения скорости (характеристической скорости) для перехода.5
Где находится Солнце относительно полуэллиптической орбиты межпланетного перелета согласно Первому закону Кеплера?
Правильный ответ:
В одном из фокусов эллиптической орбитыПояснение:
Согласно Первому закону Кеплера, орбитой тела в гравитационном поле звезды является коническое сечение (в данном случае эллипс), в одном из фокусов которого находится притягивающий центр — Солнце. Это справедливо и для планет, и для космических аппаратов.6
Почему запуск межпланетных станций стараются производить в сторону орбитального движения Земли?
Правильный ответ:
Чтобы использовать орбитальную скорость Земли (около 30 км/с) для разгонаПояснение:
Земля движется вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с. Запуская аппарат в ту же сторону, мы суммируем скорость ракеты с орбитальной скоростью планеты, что позволяет существенно сэкономить топливо. При запуске в противоположную сторону эту огромную скорость пришлось бы гасить.7
Какое условие необходимо выполнить для успешного полета к Марсу по оптимальной траектории?
Правильный ответ:
Дождаться определенной конфигурации планет (окна запуска), когда Марс находится в нужной точке впереди ЗемлиПояснение:
Поскольку планеты движутся с разными скоростями, полет возможен только при определенном взаимном расположении Земли и Марса. Необходимо рассчитать упреждение: к моменту, когда корабль долетит до орбиты Марса, сама планета должна оказаться в той же точке пространства.8
Какому закону Кеплера нужно следовать, чтобы рассчитать время полёта космического аппарата к другой планете?
Правильный ответ:
Третьему закону КеплераПояснение:
Третий закон Кеплера связывает период обращения тела (TTT) с большой полуосью его орбиты (aaa). Зная параметры перелетной орбиты, можно найти полный период обращения по ней. Время полёта в одну сторону составит ровно половину от этого периода.9
Чему примерно равна продолжительность полета к Марсу по оптимальной энергетической траектории?
Правильный ответ:
Около 8,5 месяцев (255-260 суток)Пояснение:
Расчеты по Третьему закону Кеплера для гомановской траектории перехода с орбиты Земли на орбиту Марса показывают, что время полета в одну сторону составляет приблизительно 259 суток. Это минимально возможное время при использовании современных химических двигателей без гравитационных маневров.10
Какова точность по скорости, необходимая для успешного попадания ракеты в Луну (при скорости запуска около 11 км/с)?
Правильный ответ:
Ошибка не должна превышать нескольких метров в секунду (около 0,02%)Пояснение:
Межпланетные полеты требуют ювелирной точности. Даже ничтожная ошибка в скорости на старте (например, 2 м/с при общей скорости почти 11 000 м/с) приведет к тому, что на огромном расстоянии промах составит тысячи километров, и аппарат пролетит мимо цели.11
В какой точке орбиты межпланетного аппарата, летящего к внешней планете (например, к Юпитеру), находится Земля в момент старта?
Правильный ответ:
В перигелии переходной орбитыПояснение:
При полете к внешним планетам (орбиты которых больше земной) космический аппарат должен удаляться от Солнца. Следовательно, точка старта у Земли является самой близкой к Солнцу точкой его траектории, то есть перигелием. Точка встречи с планетой будет афелием.12
Что такое «синодический период» в контексте межпланетных полетов?
Правильный ответ:
Промежуток времени, через который повторяется взаимное расположение Земли и планеты (окна запуска)Пояснение:
Синодический период — это время, за которое планета возвращается в то же положение относительно Земли и Солнца. Для полетов к Марсу этот период составляет около 780 суток (примерно 2 года и 2 месяца), именно с такой периодичностью открываются «окна запуска».13
Как влияет ошибка в направлении скорости запуска на траекторию полета?
Правильный ответ:
Даже малейшее отклонение в направлении приведет к значительному промаху мимо целиПояснение:
Вектор скорости имеет не только величину, но и направление. Ошибка в направлении запуска даже на доли градуса на расстояниях в миллионы километров превращается в огромное линейное отклонение, из-за которого аппарат может пройти мимо планеты.14
Какую роль играет Солнце в полете космического аппарата к другой планете?
Правильный ответ:
Его гравитационное поле определяет основную часть траектории полета (движение по эллипсу)Пояснение:
На большей части межпланетной траектории космический аппарат движется в сфере гравитационного влияния Солнца. Именно притяжение Солнца искривляет путь корабля, заставляя его двигаться по эллипсу, параболе или гиперболе согласно законам Кеплера.15
С именем какого конструктора связаны основные достижения советской космонавтики, включая запуск первого спутника и полет Гагарина?
Правильный ответ:
Сергей Павлович КоролевПояснение:
Сергей Павлович Королев был Главным конструктором ракетно-космической техники. Под его непосредственным руководством были созданы первые баллистические ракеты, запущен первый спутник, осуществлен полет Юрия Гагарина и первые миссии к Луне, Венере и Марсу.16
Чему равна большая полуось гомановской орбиты при полете к планете?
Правильный ответ:
Среднему арифметическому радиусов орбит Земли и планеты-целиПояснение:
Большая ось переходного эллипса равна сумме расстояний от Солнца до точки старта (Земля) и до точки финиша (планета). Следовательно, большая полуось (половина большой оси) равна среднему арифметическому радиусов орбит Земли и целевой планеты: a=(a1+a2)/2a = (a_1 + a_2) / 2a=(a1+a2)/2.17
Что произойдет, если космический аппарат не наберет расчетную вторую космическую скорость при старте к Марсу?
Правильный ответ:
Он останется на эллиптической орбите вокруг Земли или перейдет на орбиту, не достигающую МарсаПояснение:
Если скорость аппарата будет недостаточной, он не сможет преодолеть гравитационный «колодец» Земли или, выйдя из него, не будет иметь достаточной энергии, чтобы поднять афелий своей орбиты до орбиты Марса. В результате миссия будет провалена.18
Какую скорость используют для характеристики движения планеты по орбите при расчетах полетов?
Правильный ответ:
Гелиоцентрическую (орбитальную) скоростьПояснение:
При расчетах межпланетных перелетов ключевую роль играет гелиоцентрическая скорость — скорость движения планеты вокруг Солнца. Для Земли она составляет около 30 км/с. Эта скорость является начальной «базой» для любого аппарата, стартующего с Земли.19
В каком случае полет к внутренней планете (например, к Венере) считается оптимальным?
Правильный ответ:
Когда аппарат запускают в сторону движения Земли, но с импульсом, направленным против движения, чтобы уменьшить орбитальную скоростьПояснение:
Для полета к внутренней планете нужно приблизиться к Солнцу. Для этого необходимо уменьшить орбитальную скорость аппарата относительно Солнца (которая изначально равна скорости Земли). Тормозной импульс переводит корабль на эллипс с перигелием у орбиты Венеры.20
Что такое «сфера действия» (или сфера Хилла) планеты в контексте расчета траекторий?