Космонавтика

ОРБИТАЛЬНАЯ ПЛОЩАДКА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Научные исследования, проведенные на Международной космической станции (МКС) в течение последних десяти лет, стали важнейшим этапом в освоении человечеством околоземного пространства. Так оценивают их заместитель генерального директора ФГУП ЦН И Имаш, председатель Координационного научно-технического совета Роскосмоса, академик Николай Анфимов и директор Института космических исследований РАН, академик Лев Зеленый в статье "Наука на российском сегменте МКС", опубликованной в журнале "Полет".

Прежде всего они напомнили: предшественницами МКС являлись наши отечественные пилотируемые станции первого поколения "Салют-1" и "Салют-5", второго - "Салют-6" и "Салют-7", третьего - "Мир"*. Уже тогда был получен богатый опыт создания и эксплуатации орбитальных комплексов с практически непрерывным пребыванием экипажей в космосе и реализацией программ научно-прикладных исследований. Авторы подчеркнули и еще одну особенность: вслед за выполнением программы "Интеркосмос" и блестящим осуществлением проекта "Союз-Аполлон" на орбитальных станциях, которые были разработаны и построены в нашей стране, получили дальнейшее развитие принципы международного сотрудничества в такой сложной сфере, как пилотируемая космонавтика. Кстати, только на "Мире" зарубежных представителей побывало больше, чем отечественных.

Идея объединения национальных программ создания орбитальных комплексов, управляемых человеком, возникла в результате успешной реализации совместного проекта "Мир" - "НАСА", для осуществления которого наша страна и США заключили в 1992 г. соглашение о сотрудничестве в исследовании околоземного пространства. А в марте 1993 г. генеральный директор Российского космического агентства Юрий Коптев и генеральный конструктор НПО "Энергия" Юрий Семенов предложили руководителю НАСА Даниэлю Голдину создать МКС. В ходе дальнейших переговоров выяснилось, что в этой программе, кроме России и США, примут участие Канада, Япония и государства - члены Европейского космического агентства (ЕКА), ибо она выгодна всем, так как значительно сокращает затраты каждой стороны, предоставляя ей доступ к самым передовым технологиям.

В марте 1995 г. был утвержден эскизный проект МКС, спустя год - ее конфигурация. Станция должна была состоять из двух сегментов - российского и американского (с участием партнеров США).

20 ноября 1998 г. наша страна запустила первый элемент МКС - функционально-грузовой блок "Заря", через месяц американский шаттл "Индевор" пристыковал к станции модуль Unity. 26 июля 2000 г. к российскому блоку "припарковался" еще один служебный модуль "Звезда". И, наконец, 21 ноября 2000 г. транспортный корабль "Союз ТМ-3" доставил на борт МКС экипаж первой основной экспедиции. С этого момента началось непрерывное пребывание людей на станции, ее целевое использование.

Выполнение программы на МКС лишь однажды оказалось под угрозой, когда произошла катастрофа американского космического корабля "Колумбия" при возвращении на Землю (1 февраля 2003 г.). И только реальные возможности российской стороны спасли весь проект, что в очередной раз продемонстрировало преимущество международного сотрудничества в освоении Вселенной.

За десять лет функционирования МКС на ней побывало 17 российских космонавтов, трое из них - дважды и 20 астронавтов НАСА, причем один из них (женщина) - дважды. Еще семь человек из России и 85 из США работали в экспедициях посещения. В этих визитах, помимо американцев, принял участие 21 гражданин из других стран и шесть космических туристов на коммерческой основе, используя российскую квоту.

В феврале 2008 г. к МКС пристыковался европейский модуль "Коламбус", в марте того же года к ней причалил отсек японского "Кибо". Одновременно с "Коламбусом" шаттл "Индевор" доставил на станцию детище канадских специалистов - орбитальный робот-монтажник.

По контракту 1994 г. в российском сегменте МКС должны были работать три человека, в американском - четверо из разных стран пропорционально их вкладам в строительство всего комплекса (США - около 76% времени, Япония - 13, ЕКА - 8 и Канада - 3%). До настоящего времени такой численности экипажа станции по ряду причин достичь не удалось.

Для поддержания функционирования МКС, обеспечения работы экспедиций используются российские космические корабли серий "Союз" и "Прогресс", а также многоразовые американские "Спейс Шаттл". Доставку грузов и топлива на станцию осуществляет также автоматический грузовой корабль ЕКА ATV "Жюль Берн". Первый его запуск состоялся 9 марта 2008 г. с космодрома Куру. 3 апреля того же года он был пристыкован к российскому сегменту МКС. Ожидается, что с 2009 г. войдет в строй японский автоматический грузовой корабль Н-II Transport Vehicle (полезный груз - 6 т). К 2010 г. должна быть завершена модернизация российских "Союзов", в результате чего их эксплуатационные возможности возрастут.

Что касается американских шаттлов, то их использование после 2010 г. предполагается прекратить. Для обеспечения независимого доступа к МКС в США разрабатывают новый корабль "Орион". Однако первый его полет состоится в лучшем случае в 2014 г. В связи с этим НАСА, возможно, станет применять для транспортировки грузов и доставки на борт астронавтов конструкцию частной фирмы Space X - космический корабль Dragon. По самым оптимистическим прогнозам, первая его стыковка со станцией состоится в 2009 г. Кстати, к настоящему времени окончательно не решены юридические аспекты использования американской стороной наших "Союзов" после закрытия программы "Шаттл".

В рассматриваемой статье Анфимов и Зеленый глубоко анализируют и опыт наших научно-прикладных исследований, которыми с августа 1994 г. руководит Координационный научно-технический совет. Он включает в себя более десяти секций, занимающихся проблемами космических энергосистем и двигательных установок**, технологий и материаловедения, биотехнологий, геофизическими, медико-биологическими исследованиями***, экологическим мониторингом, изучением космических лучей, природных ресурсов Земли, планет и малых тел**** Солнечной системы*****, внеатмосферной астрономии, осуществлением на станции технических и иных экспериментов.

При оценке возможности постановки последних на МКС учитываются требования по массе и количеству грузов как доставляемых на орбиту, так и спускаемых с нее. Рассматриваются и ресурсы, которые необходимы для исследований (запасы электроэнергии, времени работы экипажа с аппаратурой и другими техническими средствами в полете), оперативность и объем передаваемых на Землю данных.

В целом же за годы работы МКС в пилотируемом режиме на ее борту по национальной программе было проведено 75 научно-прикладных исследований и экспериментов. Из них 17 полностью завершены. По ходу изложения материала авторы статьи пояснили, что любой эксперимент на орбите - не разовое мероприятие. Он состоит из десятков, а бывает и сотен сеансов, порой длится годами. Так, для успешной работы космонавтов на российский сегмент станции доставили около 1500 единиц аппаратуры и укладок с расходными материалами, суммарная масса которых составила почти тонну. Общий вес возвращенных грузов с результатами экспериментов превысил 200 кг.

Многие опыты, выполняемые на МКС, были направлены прежде всего на уточнение характеристик ее устройства, условий эксплуатации (режимов микрогравитации, акустического и резонансного воздействия), соответствия этим условиям выбранных конструкционных материалов и покрытий.

Приоритетным направлением научной программы станции стало изучение человека, процессов его жизнедеятельности и работоспособности в космосе. Медико-биологические эксперименты, в основном, были направлены на совершенствование медицинского обеспечения пилотируемых космических полетов, получение новых данных о механизмах адаптации живого организма, отработку методов и средств его защиты от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Достигнутые результаты свидетельствуют о значительном влиянии факторов космического полета на рост, репродукцию и биологические свойства бактерий и грибов. Установлен рост активности ферментов, характеризующих уровень потенциала патогенности, а также устойчивости микроорганизмов к антимикробным средствам.

Среди работ по космической технологии и материаловедению, выполняемых на МКС, наибольший интерес, как отметили Анфимов и Зеленый, имели эксперименты с явно выраженной прикладной направленностью. В частности, изучали кристаллизацию биологических макромолекул, получили биокристаллические пленки в условиях микрогравитации. Их цель - оценка возможности организации в будущем производства в космосе твердых тел с качеством, недостижимым в наземных условиях из-за влияния гравитации.

Весомым вкладом в фундаментальную науку стал цикл экспериментов "Плазменный кристалл". Они начались еще на орбитальном комплексе "Мир" (там собрали данные о пылевой плазме, индуцированной ультрафиолетовым излучением Солнца, и аналогичном веществе тлеющего разряда постоянного тока). В настоящее время соответствующие эксперименты продолжают для исследования низкотемпературной плазмы, в которой помимо электронов и ионов присутствуют пылевые частицы микронных размеров. Это существенно расширит представления ученых о различных состояниях материи и станет основой для разработки перспективных высокоэффективных плазменно-коллоидных технологий, создания наноматериалов, в том числе сверхтвердых.

Существенные успехи достигнуты и с помощью доставленной на МКС спектрозональной оптико-электронной системы "Фиалка-МВ-Космос". Были обнаружены неизвестные ранее процессы взаимодействия атомов и молекул в гиперскоростных разреженных газовых потоках, проведены уникальные наблюдения ультрафиолетового излучения плазменных образований, возникающих при спуске аппаратов в

атмосферу Земли. Пожалуй, наиболее "зрелищно" выглядел эксперимент "Ураган", направленный на изучение возможностей предсказания природных катастроф. В ходе первого этапа этих исследований космонавты собрали большой массив фото- и видеоматериалов с различным уровнем разрешения. Он позволил обнаружить районы потенциально опасных явлений, которые могли привести ко многим бедам с тяжелыми последствиями - вулканическим извержениям, сходу ледников и др.

Позади еще один опыт, названный нашими специалистами "Диатомеей", - он решал задачу наблюдения за океаническими акваториями******, где так или иначе проявляется активная деятельность водных биосистем.

Надо упомянуть и об эксперименте "Русалка" - речь идет о ручном спектральном анализаторе компонентов атмосферы; с его помощью впервые с борта космических аппаратов отрабатывали методику определения содержания углекислого газа и метана в атмосфере Земли********. Такой мониторинг позволит разделить вклады человеческой деятельности и природных процессов (извержений вулканов, лесных пожаров и пр.) в парниковый эффект, усиление которого в последние годы, как полагают некоторые ученые, является причиной глобального потепления на Земле*********.

Российским специалистам в ближайшее время предстоит осуществить ряд работ (в широкой международной кооперации), нацеленных на решение проблем взаимосвязи плазменно-волновых явлений в системе "магнитосфера-наносфера-атмосфера-литосфера" нашей планеты с параметрами "космической погоды". В частности, предусмотрен экологический мониторинг низкочастотных электромагнитных излучений антропогенного характера, а также вызванных глобальными природными катаклизмами. И выполняя непрерывные измерения в ходе всего срока службы МКС, в идеале можно будет получить значительный объем информации.

Одновременно с наблюдениями экипажа МКС будет осуществляться мониторинг окружающей небесной среды электромагнитно-чистыми микроспутниками "Чибис", аппаратурой БТН-М 1 (телескоп нейтронов высоких энергий), созданными в Институте космических исследований РАН. Это первый и пока единственный прибор, подключенный к бортовым системам станции, обслуживается ими и работает в автоматическом режиме. Если все остальные эксперименты - технологические, биомедицинские и прочие - проводятся без какой-либо связи с "бортом" и выполняются космонавтами, то БТН М 1 - по сути, первая автономная научная составляющая МКС.

Кстати, аналогичный российский нейтронный детектор ХЕНД* установлен на американском космическом аппарате MARS Odyssey и успешно функционирует уже около семи лет. Синхронные наблюдения с околоземной и околомарсианской орбит обеспечивают проведение сравнительного анализа нейтронного компонента радиационного фона, возникающего под воздействием космических лучей в верхней атмосфере Земли и на поверхности Марса как в условиях спокойного Солнца, так и во время его мощных вспышек. Более того, ХЕНД и БТН-М 1 ведут непрерывный мониторинг космических гамма-всплесков для определения их координат на небесной сфере. Наконец, совместные измерения одновременно двумя приборами из двух точек межпланетного пространства позволяют экспериментально оценить нейтронный компонент радиационного фона космического аппарата в полете по трассе Земля-Марс-Земля, знания о котором важны для планирования будущих межпланетных экспедиций.

Словом, успехи в фундаментальных и научно-прикладных исследованиях на российском сегменте станции бесспорны. Но останавливаться на достигнутом, утверждают авторы, отечественные ученые, космонавты и специалисты не собираются.

* См.: В. Сенкевич. Российская космонавтика на рубеже веков. - Наука в России, 2001, N 1; Ю. Марков. Главный конструктор межпланетных станций. - Наука в России, 2004, N 6.

** См.: К. Фролов. Кислородно-водородные двигатели ракетно-космических комплексов. - Наука в России, 2003, N 5.

*** См.: О. Газенко и др. Космическая медицина: вчера, сегодня, завтра. - Наука в России, 2006, N 3, 4.

**** См.: А. Финкельштейн. Мир малых планет. - Наука в России, 2004, N 2; Э. Галимов. Перспективы планетоведения. - Наука в России, 2004, N 6.

***** См.: Моделирование солнечных вспышек. - Наука в России. 2003, N 6.

****** См.: Н. Новикова и др. Земля: взгляд с орбиты. - Наука в России, 2008, N 4.

******* См.: "Болотный газ". - Наука в России, 2006, N 1; Метан вырабатывают растения. - Наука в России, 2006. N 4.

******** См.: И. Мохов. Глобальное потепление: наблюдения и модельные расчеты. - Наука в России, 2006, N 1; Климат Земли: проблемы сохраняются. - Наука в России, 2006, N 6.

********* См.: И. Митрофанов. От лунной гонки - к освоению Луны. - Наука в России. 2006, N 6.


Анфимов Н., Зеленый Л., материал подготовил Ярослав РЕНЬКАС

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD