В Институте истории естествознания и техники РАН в рамках Фестиваля НАУКА 0+ прошла лекция летчика-космонавта, члена-корреспондента РАН Юрия Михайловича Батурина о том, как проводятся эксперименты в космосе и как за шесть десятилетий полеты человека в космос превратились в полноценную научную работу.
История космических экспериментов началась с первых же пилотируемых полетов в космос, осуществлявшихся в начале 1960-х годов на кораблях «Восток» и «Восход». Тогда главным предметом исследования был сам человек и его адаптация к условиям невесомости, сперва находясь на борту космического корабля, а затем и при выходе в открытый космос. «Это тоже был своего рода эксперимент», — отметил Юрий Батурин.
Но проведение серьезных научных экспериментов стало действительно возможным с появлением орбитальных станций: «Уже можно было доставить аппаратуру, создавать специальные условия», — рассказал космонавт. С 1970-х годов на орбите работали станции «Салют». В 1980-е годы их сменил орбитальный комплекс «Мир»: шесть модулей расходились в разные стороны от центральной части. Из модулей были разные точки обзора, поэтому можно было наблюдать Землю и вести астрономические наблюдения, а станцию было легко ориентировать.
Опыт работы на станциях показал, что орбитальная лаборатория сильно отличается от земной. Свободного места мало, а оборудование должно проходить через люки. «Проводить эксперименты на борту станции — все равно что жить и работать в гараже. Объем — это ресурс», — говорит Юрий Батурин. На результат влияют вибрация от компрессоров, электромагнитные поля от приборов, температура и состав атмосферы. Иногда условия для опыта создают специально. Так, в экспериментах с растениями выяснилось, что без гравитации и солнца ростки ориентируются на искусственное освещение, поэтому расположение ламп для таких опытов продумывали заранее.
Сложнее оказались эксперименты с животными. На станции «Мир» из яиц вылупились перепела, но птенцы погибли. Сначала это объясняли тем, что в космосе они жить не могут. На самом деле, их погубили перегрузки при спуске на Землю: «Они просто не выдержали перегрузок, к которым специально отбирают людей». Так стало ясно, что на результат эксперимента влияет и то, как образцы доставляют обратно.
На рубеже 1990-х и 2000-х годов на орбите появилась Международная космическая станция, более чем в три раза больше «Мира». Американцы, по словам Батурина, сознательно сделали ее непохожей на «Мир»: модули выстроены в длинную цепочку. «Поначалу кажется, что гигантизм — это плюс. Но, как мы увидим дальше, это не всегда верно», — заметил космонавт. Самые точные эксперименты в невесомости нужно проводить в центре масс станции. Если проводить тот же эксперимент на расстоянии 70 сантиметров от центра масс, точность падает на два порядка. А на МКС центр масс приходится на американский сегмент, а российский модуль, с которого началась сборка, оказался на краю, поэтому результаты экспериментов, которые проводились бы в этих модулях, не имели бы научной ценности.
Тем не менее на МКС и до нее на «Мире» проводились сложные физические опыты. Один из них — «Плазменный кристалл». В нем частицы пылевой плазмы размером с пылинку под действием электрических разрядов выстраиваются в упорядоченную структуру. Такими структурами можно управлять, а значит, в будущем этот эффект можно использовать, например, для очистки микросхем от пыли. Космонавт на борту выступает лаборантом, а ход опыта контролирует физик из Центра управления полетами.
Следующим этапом развития космических лабораторий стали эксперименты за пределами околоземной орбиты. Луна — лучшее место для приема низкочастотных радиосигналов, которые не доходят до Земли через атмосферу. Это низкочастотное излучение не что иное как след Большого взрыва, через них астрофизики изучают происхождение нашей Вселенной.
Другая перспективное направление исследований связано с так называемыми точками Лагранжа — областями, где уравновешивается притяжение небесных тел. Там можно разместить телескопы, исследовательские станции или «космическую заправку». «Попасть в точку Лагранжа — это не высадиться на остров, а патрулировать океан вокруг острова», — сравнил Юрий Батурин. Первыми эти точки в системе Земля — Луна начали осваивать китайские спутники. А будущая лунная база станет новой лабораторией на орбитальной станции, для создания которой потребуются большие коллективы ученых с разными компетенциями.
