Классный час "Химики – космосу"

Предварительная работа.

За 3 недели до проведения мероприятия, из числа желающих была сформирована рабочая группа, состоящая из студентов III курса различных групп. Главное условие – добровольность. Для данных студентов было проведено теоретическое занятие, на котором были поставлены цели и задачи, выбраны методы.

Для осуществления указанной цели перед рабочей группой ставятся следующие задачи:

1) Подобрать и изучить литературу об ученых-химиках, принимавших участие в развитии космической техники.
2) Познакомиться с деятельностью ученых, пользуясь трудами самих ученых.
3) Раскрыть научно-теоретическое и практическое значение трудов ученых.
4) Выполнить презентацию по выбранной теме.

Приложение. Пояснительная записка.

Проведение классного часа.

Ведущий: 2011 год ООН провозгласила Международным Годом Химии, и в 2011 году весь мир отмечает полувековой юбилей первого полета человека в космос. Соединив эти два эпохальных события, мы решили посвятить свою творческую работу исследованию деятельности химиков в области космонавтики.

(На фоне показ презентации “Химики-космосу”.)

Ведущий: Наша Родина стала пионером в освоении космического пространства, а ее ученые, инженеры, рабочие, космонавты – первыми, кто проложил дорогу человечеству в космос. Наши исследователи были первооткрывателями, а на долю первооткрывателей, как известно, падает основная тяжесть, самые трудные испытания. И тем дороже для нас история развития отечественной космонавтики, наши победы в освоении космоса [1].

Химия имеет прямое отношение ко многим достижениям человека в освоении космоса. Без усилий многочисленных ученых– химиков, технологов, инженеров– химиков не были бы созданы одежда космонавтов, удивительные конструкционные материалы, которые позволяют космическим кораблям преодолеть земное притяжение, двигателям развить необходимую мощность, точнейшие приборы, инструменты и устройства, которые обеспечивают работу орбитальных космических станций.

Химический гений сплавов авиационной и космической промышленности.

Ведущий: Важнейшей составляющей космических кораблей являются конструкционные материалы. В создании конструкционных материалов и их сплавов принимало участие большое количество ученых-химиков, металлургов. Наибольший вклад в развитие авиационной и космической промышленности страны внес ученый-химик Иван Корнилов. Главной темой его работы стали твердые сплавы[5].

В годы войны он внедрял на оборонных предприятиях жароупорные сплавы. В мирное время разработки химиков внедрялись в авиационную и космическую промышленность. Особое внимание академик уделял новому тогда в промышленности металлу-титану.

Титан сегодня – важнейший конструкционный материал. Это связано с редким сочетанием легкости, прочности и тугоплавкости данного металла. На основе металла создано множество высокопрочных сплавов для авиации, ракетной техники и космических кораблей.

Удивительное свойство титановых сплавов с никелем – способность “запоминать” свою форму. Проволока из такого материала может быть использована для изготовления радиоантенны или каркаса солнечной батареи космического корабля. На холоде это изделие можно сжать в небольшой шар. А при нагревании материал “вспоминает” свою первоначальную форму и разворачивается в то изделие, которое было изготовлено вначале.

Благодаря его работам, сплавы с этим легким, прочным и жароупорным металлом начали использовать в промышленности. За изучение природы титана и свойств его сплавов ему была присуждена Ленинская премия. А в 1973 году от президента Академии наук Мстислава Келдыша Иван Корнилов получил золотую медаль, учрежденную в честь металлурга Чернова за комплекс работ по соединению металлов. Корнилову была присуждена Государственная премия СССР– за разработку нового метода исследования жаропрочности сплавов.

“Модельер” Гагарина.

Ведущий: Кроме конструкционных материалов для создания космических кораблей необходим был синтез новых материалов для одежды космонавтов. Одним из создателей скафандра Юрия Гагарина была ученый – химик Варвара Васильевна Черная-Чичагова.

В годы войны выпускница вечернего отделения института тонкой химической технологии вместе с четырьмя другими инженерами вернула в рабочее состояние демонтированный московский завод “Каучук”, изготавливавший резиновые детали для танков, самолетов и машин. Позднее, окончив аспирантуру, она возглавила лабораторию в научно-исследовательском институте резиновой промышленности и занялась разработкой синтетической резины – латекса.

В.В.Черной-Чичаговой была разработана технология получение особо тонкой мягкой резины, которая легла в основу производства медицинских изделий, высотных радиозондовых оболочек, материалов для изготовления средств защиты космонавтов и других специалистов, работающих в условиях излучений, опасных для здоровья.

С семидесятых годов прошлого столетия ее стали посылать за границу на разные конференции и симпозиумы. Она объехала весь земной шар, делая доклады на английском языке, организовала три больших международных конференции в Советском Союзе.На ее счету – более 150 печатных трудов, 36 авторских свидетельств на изобретения. Ей было присвоено звание заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, она стала лауреатом Государственной премии СССР, награждена Орденами Трудового Красного Знамени и Октябрьской Революции, многочисленными медалями

В конце жизни она стала настоятельницей Новодевичьего монастыря [4].

Металлические компоненты ракетных топлив.

Ведущий: Выбор ракетного топлива представляет собой проблему исключительной важности.

Пока наиболее эффективным горючим считается керосин, окисляемый жидким кислородом. Его теплопроводность составляет 9600 кДж/кг.

Теорию и методику использования металлов в качестве топлива для ракетных двигателей разработали советские ученые Ю.В.Кондратюк (1897–1942)и Ф.А.Цандер (1887–1933) – ученые-изобретатели, пионеры, отечественной ракетной техники. Наиболее подходящим металлом для этой цели является литий. При сгорании 1 кг. лития выделяется почти 43000 кДж!

В процессе работы ракетных двигателей литий выступает против… лития, он позволяет развивать в топливе колоссальные температуры, а обладающие высокой термостойкостью и жароупорностью литиевые керамические материалы, используемые как покрытия сопел и камер сгорания, предохраняют их от разрушительного действия горючего [5].

Главный химик космонавтики Н.Г. Чернышев.

Ведущий: В процессе развития космонавтики велась постоянная работа по усовершенствованию ракетных топлив. В ряду крупных ученых в области космонавтики находится исследователь химии ракетного топлива Николай Гаврилович Чернышев-доктор технических наук, инженер-полковник. Его именем назван один из кратеров на Луне. Но, к сожалению, о нем нет ни одной публикации не только в энциклопедических изданиях, но и в исторических трудах. Имя Н.Г. Чернышева упоминается лишь в связи с работами первых ракетных организаций страны (Газодинамическая лаборатория (ГДЛ), Реактивный НИИ, КБ-7, НИИ-4), где о нем говорят как о выдающемся деятеле отечественного ракетостроения и космонавтики.

Один из наших пионеров ракетной техники И.А. Меркулов назвал Н.Г. Чернышева “главным химиком космонавтики”. Н.Г. Чернышев был первым, кто посвятил себя целиком изучению и опытам по синтезированию ракетного топлива.

В годы учебы в институте Николай увлекся идеями К.Э. Циолковского и решил посвятить жизнь воплощению их в реальность. Вскоре он становится одним из ведущих сотрудников в области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Чернышеву удалось создать в научно-исследовательском институте химическую лабораторию для изучения проблем кислородных ЖРД. В 1934–1935 гг. он работает над доработкой двигателя ОР-2 для пилотируемого ракетного самолета и К12для крылатых ракет С.П. Королева. Н.Г. Чернышев принимает участие и в организации моторной лаборатории.

В конце 1942 г. Николай Гаврилович был отозван с фронта и приступил к работе по тематике жидкостных ракет в научно-исследовательском институте № 3 СНК СССР. Н.Г. Чернышева назначили начальником химической лаборатории. Основными направлениями его научной деятельности стали исследования новых видов жидкого топлива. В поле его внимания были проблемы использования жидкого водорода в жидкостных ракетных двигателях. Работа над созданием видов ракетного топлива в НИИ-4 велась весьма успешно. Она получила обобщение в монографии “Химия ракетных топлив” (1948 г.), долгое время остававшейся единственным пособием для подготовки специалистов. Монография была представлена Николам Гавриловичем как диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Во время защиты в Институте нефти Академии наук СССР. Ученый совет присудил ему ученую степень доктора технических наук. Позднее ученым была создана своя научная школа [5].

Еще одно направление творческого ученого-поиск методов противовоздушной обороны (ПВО) районов страны. Пятнадцать лет он разрабатывал эту идею. К середине 1952 г. проблема ПВО была проработана до такой степени конкретизации и убедительности, что он решил написать письмо И.В. Сталину: “В течение многих лет, одновременно с основной работой я трудился и над проблемой защиты крупных городов страны и важных объектов фронтовой полосы от налетов вражеской авиации. Я ставил задачу разработать такие меры защиты, которые обеспечивали бы 100% изоляцию объектов от проникновения к ним... самолетов противника, независимо от массовости налета. В настоящее время пути решения этой задачи мною найдены. Они оказались достаточно простыми и опирающимися на легкореализуемые и недорогие технические средства”...[5].Идеи Чернышева были реализованы уже после его смерти.

Ракетное топливо.

Ведущий: Традиционные жидкие ракетные топлива, как правило, состоят из двух компонентов – горючего и окислителя. Соответственно, на ракету необходимо устанавливать по 2 комплекта баков, систем подачи, управления расходом. Первое в мире однобаковое топливо изобрели китайцы, а называлось оно “черный порох”. Боевые пороховые ракеты летают еще со времен средневековья, а в ХХ веке во всем мире развернулись работы по созданию жидкостных ракет.

Под руководством С. П. Королеваи В. П. Глушкобыли реализованы идеи русского самородка К. Э. Циолковского – создание жидкостной ракеты и жидкостного ракетного двигателя на двухбаковом топливе кислород – водород. Существенную роль в развитии мирового ракетостроения сыграла немецкая ракета “Фау-2” на трехбаковом топливе кислород – этиловый спирт – высококонцентрированная перекись водорода (ВПВ).

Исследуя трофейные “Фау”, советские инженеры многое узнали о свойствах ВПВ. Перекись очень понравилась тогда и Королеву, и Глушко. Она до сих пор применяется в качестве однобакового топлива в двигательной установке, обеспечивающей мягкую посадку спускаемого аппарата космических кораблей семейства “Союз”. Разработчикам советской ракетной техники необходимо было однобаковое топливо с высоким тяговым импульсом.

Был поставлен очередной опыт по созданию однобакового топлива. В металлической бочке смешали окислитель – азотную кислоту и горючее – керосин. Перед этим вырыли траншею, куда поместили “оператора”, задачей которого было качание бочки путем дергания за привязанную к ней длинную веревку. Якобы так имитировался полет реальной ракеты. В течение примерно часа, пока бочка качалась, ничего не происходило, и исследователи начали уже радоваться своей удаче. Но когда бочку перестали качать, прогремел взрыв. По-видимому, качание бочки прерывало все время возникающие цепные реакции[5].

В 1995 году была доказана возможность создания однобакового пульпообразного монотоплива, состоящего из жидкого компонента и твердого компонента в виде микрокапсул, которые тоже могут быть как горючим, так и окислителем.

Особенно привлекла их возможность капсулировать озон, обладающий высокими энергетическими характеристиками. Озон взрывоопасен во всех агрегатных состояниях, но не взрывоопасен, если он размещается в капсюле диаметром не более 2,5 мм. Кроме того, его можно смешивать с жидким кислородом, но в количестве не более 24%, тогда эта смесь также будет взрывобезопасна. Также была освоена технология микрокапсулирования толуола в желатине, который в жидком кислороде обладает феноменальной прочностью[5].

Согласно последним результатам исследований, монотопливо, использующее наиболее перспективные металлические компоненты (Al, Be),будет и нанотопливом, так как частицы металлических компонентов имеют размеры порядка 100 нм. Современные ракетные носители на базе новейших технических решений обеспечат сборку на орбите космических солнечных электростанций, захоронение на Солнце радиоактивных и других опасных отходов, экспедицию в систему Юпитера, космический туризм.

Нанотопливо и последние достижения нанотехнологий в космонавтике.

Ведущий: Химики разработали новый вид ракетного топлива на основе замороженной смеси льда и порошка алюминия. Этот новый метод не только экологически чист, но и может быть произведен и на Луне, и на Марсе, и вообще везде, где можно найти воду. Во время запуска испытательной модели ученые НАСА выяснили, что инверсионный след от ракеты оказался на 78% меньше, чем от обычного жидкого топлива. Сгорание нанотоплива происходит за счет реакции между водой и алюминием. Алюминий воспламеняется, что приводит к разложению воды на кислород и водород и последующему их сгоранию. Преимуществом топлива является высокая безопасность его хранения. В настоящее время ученые работают над созданием топлива в виде геля. Преимуществом геля является возможность регулировать скорость его подачи в камеру сгорания и тем самым регулировать тягу [6].

Нанотопливо для перспективных космических ракет – носителей было предложено в 1995 г. и запатентовано в России в 1999 году. Проведенные уже в новом столетии термодинамические расчеты показали, что выгоднее применять не топливные микрокапсулы, а топливные микрогранулы, которые проще в изготовлении, более надежные в эксплуатации и дают более высокие значения энергетических параметров топлива. Мировое научное сообщество работает над договором о совместном развитии и применении высоких технологий, и, в частности, нанотехнологий для исследования космического пространства. Ученые всего мира объединили свои усилия над проблемой выведения космических аппаратов на орбиту с помощью “космического лифта”.Теоретические идеи создания космического лифта были предложены К.Э. Циолковским еще в 1895 г. Космический лифт – это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на орбите Земли в космосе на высоте 100000 км. Гравитационное притяжение нижнего конца ленты компенсируется силой, вызванной центростремительным ускорением верхнего конца и таким образом лента постоянно находится в натянутом состоянии.

Изменяя длину ленты можно достигать разных орбит. Космическая капсула, содержащая полезный груз, будет передвигаться вдоль ленты. Скорость капсулы будет составлять 11 км/сек. Этой скорости достаточно для того, чтобы начать путешествие к Марсу и другим планетам. Основой ленты лифта служат однослойные углеродные нанотрубки. Они прочнее стали в 100 раз[6]. Кроме этого, нанотрубки характеризуются высокой жесткостью, и поэтому материалы на их основе могут вытеснить большинство современных аэроконструкционных материалов. Композиты на основе нанотрубок позволят уменьшить вес современных космических аппаратов почти вдвое.

Ведущий: Космонавтика – грандиозный и могучий инструмент изучения Вселенной, Земли, Человека. Расширяется сфера прикладного использования космонавтики: служба погоды, навигация, спасение людей, лесов, всемирное телевидение, связь, сверхчистые лекарства и полупроводники с орбиты, самые передовые технологии – это уже сегодняшний день. А впереди – электростанции в космосе, удаление вредных производств с поверхности планеты, заводы на околоземной орбите и Луне. Все это было бы невозможно без вклада ученых-химиков в развитие космонавтики.

Литература.

1. Гильберг Л.А. От самолета к орбитальному комплексу/Л.А. Гильберг. -М.: Просвящение,1992. – 287 с.
2. Попович П.Р. Космос-моя работа/П.Р. Попович, Е.Е. Малаховская, Н.Г.Поливин-М.: Профиздат, 1989. – 240 с.
3. Романов А.П. Конструкторы/А.П. Романов, В.С. Губарев-М.: Политиздат,1989. – 367с.
4. http:www.pravmir.ru/kosmicheskoe-snaryazhenie-ot monaxini
5. mttml: file//D:/Kocmoc/Известия науки – «Хрустальная мечта» С.П. Королева.
6. http:// nanodigest.ru/content/view/336/