Міжнародна космічна станція (МКС) - це простір, де люди працюють над найважливішими для людства проектами незалежно від національності і віросповідання: в космосі всі рівні. Проте МКС розбита на кілька модулів, кожен з яких відноситься до певного космічному агентству: російському, американському, європейському, японському.
Роботизована «рука» Canadarm-2 захопила космічний корабель SpaceX Dragon для подальших маневрів навколо МКС і стикування. Фото: NASA.
Порівняння зразків різних матеріалів і покриттів до (вгорі) і після (внизу) п'яти років витримки під впливом космічного випромінювання під час попередніх експериментів. Фото: NASA.
Експеримент MISSE-FF (Materials ISS Experiment Flight Facility) c власниками зразків в повністю розкритою конфігурації. Зразки піддаються впливу агресивного середовища низької навколоземної орбіти (160-2000 км над поверхнею Землі; орбіта МКС знаходиться приблизно на 400 км). Середа низької навколоземної орбіти включає в себе ультрафіолетове випромінювання, атомарний кисень, іонізуюче випромінювання, космічні промені, заряджені частинки і мікрометеорити. Після закінчення експерименту у відкритому космосі все зразки повернуться на Землю для детального вивчення. Фото: Alpha Space.
Три різновиди салату, вирощеного в камері «Овочева грядка» на МКС в рамках експерименту VEG-03D. Салат був зібраний і з'їдений екіпажем під соусом, надісланим з центру управління експериментом. Наступний етап роботи - налагодження більшої «теплиці» для вирощування овочів. Фото: NASA / ISS.
Полум'я свічки на Землі і в умовах мікрогравітації. Причина явних відмінностей в тому, що на Землі гаряче повітря легше холодного і піднімається вгору, надаючи форму полум'я. Холодне повітря швидко опускається на його місце, створюючи локальні нестабільності, через що полум'я свічки зазвичай тремтить. На орбіті ж, оскільки сила тяжіння близька до нуля, цього не відбувається і процес горіння проходить зовсім інакше. Фото: NASA.
<
>
Напевно всі бачили фотографії Землі, зроблені з борту МКС, а також відео з астронавтами, які «літають» по станції в умовах невагомості або виходять у відкритий космос для зовнішніх робіт по підтримці станції в робочому стані. Але крім зйомок і космічних прогулянок астронавти зайняті проведенням численних експериментів. Велика частина досліджень спрямована на вивчення впливу мікрогравітації на найрізноманітніші об'єкти і процеси: від організму людини до зношування матеріалів і росту кристалів. Деякі експерименти мають більш «приземлені» цілі.
Золоті руки МКС
МКС - модульна станція, і вона нагадує конструктор: модулі поступово додаються, оновлюються і змінюються. Час і можливості перебування космонавтів у відкритому космосі обмежені буквально за кілька годин, тому без додаткових рук тут не обійтися.
Станція обладнана декількома роботизованими «руками» і кранами. Вони доставляють обладнання в потрібну позицію, за допомогою камер забезпечують детальний контроль за процесом і навіть «тримають» людини в скафандрі. Кожен з таких маніпуляторів - досягнення робототехніки. Але високоточна і «розумна» рука може бути корисною не тільки на орбіті. На основі технології робототехнической системи Canadarm-2, яка використовується в космосі, створений робот-асистент для хірургічних втручань: він, звичайно, не тримає скальпель, але працює на основі того ж програмного забезпечення, що і його космічний старший брат, і його камери слідують за інструментами хірурга, тим самим забезпечуючи йому оптимальний огляд того, що відбувається і полегшуючи роботу асистентам.
космічне матеріалознавство
Агресивна космічне випромінювання робить матеріали більш крихкими і ламкими. Зараз на станції проводиться тестування серії нових матеріалів MISSE-FF. Спеціальні «палетки» з зразками матеріалів, покриттів і окремих елементів розташовані в різних частинах станції з різним ступенем відкритості космічних променів, щоб після певного часу порівняти, як випромінювання впливає на мікроструктуру матеріалів і відповідно на їх механічні властивості. Грунтуючись на цій інформації, матеріалознавці можуть оптимізувати хімічний склад, процес виготовлення і подальшої обробки кожного матеріалу, а інженери - вибрати найбільш надійні матеріали для компонентів, які піддаються тривалому впливу радіації. Зносостійкі матеріали необхідні не тільки для конструкцій самої станції, але і для більш надійної роботи наземних об'єктів, схильних до радіації: атомних станцій, прискорювачів частинок для науки і медичних програм, атомних підводних човнів і криголамів.
«Прозорі» сплави - ще один експеримент в галузі матеріалознавства, який зовсім недавно почався на МКС: обладнання доставила місія SpaceX-13 в грудні 2017 року. Мета експерименту полягає у вивченні процесів затвердіння сплавів з двох або трьох компонентів в умовах мікрогравітації. Механічні властивості сплавів обумовлені їх мікроструктурою. При охолодженні рідкого матеріалу кінцева мікроструктура залежить від безлічі параметрів: хімічного складу сплаву, швидкості його охолодження, тиску, при якому воно відбувається, і так далі. На Землі гравітація викликає конвекцію рідкої фази, що теж впливає на процес кристалізації сплаву. Умови мікрогравітації дозволяють зосередитися на дифузійної складової цього процесу, обумовленої тільки швидкістю охолодження конкретної хімічної композиції. Для цього на станції встановлена спеціальна піч, в якій різні види пластика сплавляються при строгому температурному контролі. В експерименті використовують пластики замість металів, оскільки температура їх плавлення набагато нижче, а необхідне обладнання набагато менше і легше, ніж металургійні печі. Проте детальне розуміння дифузійного процесу допоможе металургам в розробці сплавів з оптимальною микроструктурой.
Ще на МКС вирощують білкові кристали. Один з найбільш поширених методів для вивчення структурної будови білків - рентгенівська кристалографія. Щоб «розшифрувати» взаємне розташування атомів в білках, їх необхідно перетворити в кристали. Не кожен білок добре реагує на таке звернення. Як виявилося, деякі з «примхливих» білків набагато простіше кристалізувати в умовах мікрогравітації, і це стало важливим напрямком роботи космічної лабораторії ще з часів станції «МИР».
Мікрогравітація представляє унікальні умови для експериментів з рідинами як на макро-, так і на мікрорівні. Дослідження процесів горіння також необхідно: динаміка згоряння палива в умовах мікрогравітації відрізняється від того, до чого ми звикли на Землі. Для надійної роботи двигунів в космосі і оптимальної витрати палива інформація про відмінності в процесах згоряння незамінна. Дані про поведінку рідин з «виключеною» гравітацією корисні і для більш точного розуміння атмосферних явищ і поведінки океанів.
Плоть, кров і космічний салат
Атрофія м'язів і втрата кісткової тканини - саме ці чинники, разом з підвищеною дозою космічного випромінювання, обмежують тривалість перебування астронавтів на орбіті. Тривала відсутність руху і мікрогравітація призводять до зростання жирових клітин в кістковому мозку, що в свою чергу зменшує здатність організму виробляти червоні кров'яні клітини. Такі дослідження корисні не тільки для планування космічних експедицій, а й для більш детального розуміння процесів в організмі людей, які змушені тривалий час дотримуватися постільного режиму - адже їх в наш час набагато більше, ніж космонавтів. Але, як показують дослідження, не тільки опорно-руховий апарат піддається змінам на орбіті, проходять експерименти і з вивчення змін в мозку.
На МКС є система для біологічних експериментів, в яких вивчають поведінку клітин, простих організмів, насіння і навіть мишей в умовах мікрогравітації. Один з недавніх ботанічних успіхів на МКС - три різних сорти салату, вирощених на космічній «грядці». Свіжі овочі допомагають астронавтам урізноманітнити раціон.
Темна матерія є?
Мабуть, самий фундаментальний з експериментів на базі МКС - це детектор AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), який намагається зловити сліди темної матерії і антиматерії в космічних променях. Ідею цього експерименту запропонував нобелівський лауреат Семюел Тінг в 1995 році. На розробку, будівництво та тестування детектора в ЦЕРН пішло 15 років, і в 2010 році AMS був готовий до польоту на орбіту. Теоретично AMS міг би бути окремим супутником, але його потреби в енергії і передачі даних у величезних обсягах зробили «сусідство» з МКС неминучим. Детектор реєструє проходження близько 30 мільярдів космічних частинок в рік. Він «бере» лише ті частинки, які потрапляють в нього під певним кутом, і вимірює їх швидкість, енергію, тип і напрямок, звідки вони потрапили в детектор. Обробка даних вже «запідозрила» надлишок позитронів, який може бути сигналом темної матерії, а також кілька атомів антигелія, але статистичний вага цих спостережень поки недостатній, щоб стверджувати щось конкретне. Фізика частинок - це завжди випробування не тільки на кмітливість і розвиненість технологій, але і на скрупульозність і терпіння.
Міжнародна космічна станція дозволяє нам бути ближче до зірок, але головне - просувати науку і технології вперед. Майже будь-яка технологія, розроблена для станції, буде корисна і на Землі: більш надійні матеріали, розвиток медичної техніки та фундаментальної науки. Будемо сподіватися, що з часом польоти в космос стануть більш доступними і у МКС з'являться сусіди. І, звичайно, хочеться вірити, що космічний туризм стане можливий і для нас з вами, адже хто не мріє побачити нашу прекрасну планету з висоти супутникового польоту?
Темна матерія є?І, звичайно, хочеться вірити, що космічний туризм стане можливий і для нас з вами, адже хто не мріє побачити нашу прекрасну планету з висоти супутникового польоту?
