"Матрёшка" на станции или Несколько слов о науке.

На своей очередной страничке блога я отвечу на вопрос, который, наверное, является для любого космонавта одним из наиболее спрашиваемых. Неважно, встреча ли это со студентами, послеполетная пресс-конференция, интервью с журналистами или просто комментарий к моему «Журналу…», как например, от Михаила из Саранска (На сайте "Роскосмоса" ежедневно сообщается об научных экспериментах проводимых Вами на станции МКС.
Я насчитал их более десятка...Надеюсь,что в будущем году Вы расскажете в своём блоге о каком-нибудь из них.Чтобы всем жителям планеты Земля было ясно:Вы трудитесь на благо всего человечества!Я,лично, в этом не сомневаюсь!Расскажите об этом популярным языком...).  Не сказать, что вопрос самый легкий, но что самый задаваемый – это точно!

Как вы поняли, речь сегодня пойдет о научных экспериментах, о той работе, которую члены космического экипажа выполняют в космосе. Если вообще говорить о рабочем времени космонавта, то его можно условно поделить на несколько основных категорий. Отбрасываем сразу время, затраченное на сон, прием пищи, т.е. все то, что относится к жизнеобеспечению, поддержанию жизнеспособности организма. Следующая категория – ремонт и техническое обслуживание станции – всегда нужно поддерживать в исправном состоянии оборудование и различные системы, которые обеспечивают безопасность экипажа и МКС. Остается самый важный временной отрезок, ради чего, в общем-то, и замышлялись полеты в космос – это научная программа, эксперименты, прикладные работы – главная цель пилотируемой космонавтики!

Прежде всего, свой рассказ хочу начать с градации. Во-первых, все эксперименты разноплановые. Они разделены на несколько групп по тематике. Есть эксперименты геофизические, астрофизические, биологические, медико-биологические, медицинские, технологические и многие другие (боюсь даже сейчас что-то пропустить). С точки зрения космонавта, некоторые исследования перекликаются, даже в чем-то похожи. Это может заключаться в исходных данных или в схожести самого процесса выполнения того или иного эксперимента.

Во-вторых, как проходит выполнение исследовательских работ? Как правило, все начинается с установки оборудования. Затем проходит проведение подготовительных операций, собственно сам эксперимент, и завершает этот процесс обработка данных или сброс этих данных на Землю (варианты бывают разные). Каждый этап важен, и к любому из них экипаж проходит подготовку на Земле до полета. Поэтому в космосе не бывает неожиданностей: оборудование знакомо, принципиальных различий в проведении эксперимента не наблюдается. И вот наступает самое интересное! На Земле существуют условия гравитации, а здесь на результат научной работы накладывает отпечаток невесомость. Мы располагаем оборудование не в тренажере, а в настоящей станции, среди реального интерьера с учетом размещения иллюминаторов, бортовых розеток, стоек с охлаждением. Это нелегкая задача – установить оборудование так, чтобы оно не мешало жизнедеятельности и работе других членов экипажа.

Итак! Мы всё достали и все приготовили, чтобы своими действиями или бездействиями (все зависит от цели исследования) продвигать науку вперед! Всегда во время экспериментальных работ на Земле, в ЦУПе, присутствует кто-то из постановщиков данного эксперимента и напряженно прислушивается к эфиру, внутренним чутьем догадываясь, какие манипуляции в этот момент проводит космонавт. Постановщик готов мгновенно ответить на любой вопрос, предоставить информации в мельчайших подробностях даже больше, чем нужно космонавту: что, как, куда и зачем... Но на самый главный вопрос они, порой, не в состоянии дать ответ, потому что не видят обстановку и не понимают, что в конкретный период времени происходит на станции. В данном случае космонавт выступает сопостановщиком эксперимента, предлагая пути оптимизации работы для получения конечного результата. И космонавт, и ученый очень переживают за успех всей работы, потому что порой бывает отдано очень много сил, средств и времени на то, чтобы конкретное исследование состоялось.

Эксперимент "Сферы"

Опять же! Эксперименты бывают простые и сложные. Эти определения необходимо рассмотреть с точки зрения оператора. Понятно, что космонавт не может быть универсальным специалистом во всех областях науки. Поэтому исследования строятся так, чтобы человек с хорошим базовым образованием был в состоянии провести эксперимент любой направленности. Поэтому работы могут быть простые в выполнении, но значимые по результативности. Предположим, если мы возьмем эксперимент, который называется «Хроматомасс», с точки зрения трудозатраты, сложности – никаких проблем! Космонавт собирает небольшую капельку слюны и промокает ею салфетку, дает высохнуть, и капельку крови – то же самое, и дает высохнуть. Все! То есть высохли такие «промокашки», убрали их в пакетик, собрали и вернули на Землю. Казалось бы, простой эксперимент. А результатом является изменение хромосомы структур тела человека во время длительного полета. То есть, здесь параллельно собираются данные о радиационной нагрузке, о виде излучения, мощности излучения, в которое попал человек во время космического полета, и это накладывается на данные, полученные об изменении ДНК, генотипа, возникновении хромосомных аберраций (т.е. изменение структуры хромосом, вызванные их разрывами, с последующим перераспределением, утратой или удвоением генетического материала). Статистика подобного эксперимента может быть крайне интересна и востребована учеными для разработки новых средств защиты человека от проникающей радиации и излучения.

Переходим к следующей секции, следующей группе экспериментов – это эксперименты радиобиологии, то есть те, которые изучают радиацию. И виды радиации, и направления, и мощность, и ее воздействие на биологические среды, в том числе, воздействие на человека, на разные ткани человека – широчайший диапазон задач для ученых и исследователей. Мы используем как индивидуальные дозиметры, так и автоматические системы радиационного контроля, научные датчики нового типа, как и наши, так и иностранные. Используем аналоги человеческого тела, он называется «Матрешка». Почему «Матрешка»? Потому что сделали пластик, который по сути своей очень схож по плотности и по биологической эквивалентности с человеческим телом. И это позволяет вставлять внутрь такого манекена дозиметры и датчики и определять мощность поглощенной дозы на разной глубине человеческого тела. То есть проводят те манипуляции, которые нельзя сделать с живым человеком. Вряд ли кто из космонавтов согласится вживить в себя датчики и посмотреть, как глубоко проникает радиация, как затухает энергия высокозаряженных частиц или излучение в теле существа разумного.

И вот, он (эксперимент «Матрешка») является не зрелищным, не показательным, в основном - датчики-датчики стоят, но он крайне интересен с точки зрения подготовки человека к длительным межпланетным перелетам. Потому что не секрет, что одна из проблем межпланетных или длительных перелетов – это полеты вне защиты электромагнитного поля Земли, вне ионосферы, снаружи. Там, где галактическое излучение становится критичным для здоровья человека.

Раскрою маленький секрет. Среди экипажей неофициально существует конкуренция за право проведения экспериментов. Во-первых, у кого-то уже есть свои предпочтения в исследовательских работах. Опять же, есть эксперименты новые, а есть повторяющиеся. В любом случае, космонавты прилетают на станцию, чтобы своей деятельностью приносить пользу обществу. Это и есть та самая прикладная программа. Поэтому хочется делать много экспериментов, новых работ, заниматься творчеством. Это гораздо интереснее, чем вытирать пыль и пылесосить наш космический дом! (Простите, вставил пару слов о нелюбимом деле))) Понятно, что без этого никуда, но лично для меня предпочтительнее заниматься наукой.

Перейдем к частности, или Кое-что о новеньком. Буквально недавно в нашей программе появился новый эксперимент. С последним грузовиком пришло оборудование для выполнения исследования под названием «Капля-2». Эксперимент создан учеными научного центра имени Келдыша. Эксперимент относится к разряду технологических и нацелен на разработку принципиально новой системы термообеспечения станции. Другими словами, возникла идея попробовать отличный от существующего принцип сброса тепла с МКС в окружающее пространство.  Для тех, кто не знаком с системой теплообеспечения международного космического дома, постараюсь объяснить суть её функционирования. Станция построена по принципу «термоса», то есть она «обернута» электровакуумной изоляцией, которая не пропускает тепло. Соответственно, все тепло, которое вырабатывается внутри станции, нагревает воздух и корпус МКС. Для поддержания нормальной температуры внутри, это тепло необходимо сбрасывать. Подобный сброс в космосе возможен только посредством излучения. Другие способы не работают. Все современные радиаторы, которые являются излучателями, построены по принципу плоских панелей, покрытых специальными покрытиями, которые излучают тепловую энергию в космическое пространство. Тут в работу включаются законы физики. Чем больше тепла нужно излучить, тем большей площади радиаторы необходимо построить. А значит, чем больше энергоемкость станции, тем больше электричества вырабатывается и, как следствие, это же электричество потребляется приборами и оборудованием – вот вам и выделение тепла, которое требуется сбросить. Круг замкнулся! Панели огромной площади прекрасно справляются с этой задачей! Но если мы будем рассуждать о перспективах полётов к другим планетам, то совершенно очевидно, что нести кораблю на себе радиаторы большой площади не очень удобно. Во-первых, это опасно с технологической точки зрения, так как нагрузка на конструкцию при манёврах будет достаточно серьёзной. Во-вторых, вероятность пробоя метеоритом тоже предельно высока.

Что же делать в таком случае? Ученым пришла в голову светлая мысль. А почему, собственно, площадь излучения должна быть плоская? Давайте возьмем жидкость, которая не испаряется в вакууме, и распылим ее на мелкие капельки. Капелька примет форму шара, который имеет максимально эффективную площадь поверхности. А если получить множество капель, то суммарная площадь будет просто колоссальная. Каплям придадим заряд и отправим их из точки А в точку Б, через космическое пространство, где они и сбросят излучение. Это общая идея нового принципа сброса энергии. В нашем случае, используя научное оборудование, мы моделируем, как капля перелетает в открытом пространстве из одной трубочки в другую  и по пути излучает тепло. А если будет много капель? А если сделать целый поток? Затем капли собираются в приемной чаше в единую жидкость, закручиваются, снова аккумулируют тепло и опять направляются в трубку, излучая энергию. И так по кругу происходит циркуляция жидкости. Площадь подобной установки по эффективности сброса тепла в десятки раз превышает площадь классических радиаторов. Задача нашей экспедиции – испытать работу данного оборудования пока внутри станции в реальном вакууме, который будет заведен в установку, и в реальной невесомости. Пожелаем нам и учёным успехов в этом деле! Уверен, что при положительных результатах данного эксперимента, польза от данного изобретения будет ощутима и в космосе, и на Земле.

Эксперимент "Капля-2"

Безусловно, стоит обратиться и к некоторым медицинским опытам. Если мы говорим о новом эксперименте, то одно из таких новых «старых» исследований называется «Спланх». Оно направлено на изучение процессов пищеварения человеческого организма. Человек достаточно давно летает в космос, уже больше 50-ти лет, при этом достаточно успешно употребляет пищу, переваривает ее. Ученые-медики интересуются: как же в условиях невесомости движется пища внутри человека, как работают стенки кишечника, как ведет себя перистальтика – соответственно, как меняется скорость усвоения питательных веществ. Ведь гравитации в космосе нет! И все начинают интересоваться – ведь никакие законы физики не заставляют глоток чая или кусочек хлеба упасть в желудок! Как же это происходит? Только движения мышц пищевода, скоординированные действия желудка и кишечника позволяют маленькому кусочку пищи двигаться по пищеварительной системе. А такие вопросы, как скорость перемещения, где он застревает, как влияет на пищеварение организма – они не совсем изучены. И «Спланх» разработан для исследования этих процессов. Он представляет собой прибор, который накладывается на живот человека с помощью датчиков, регистрирующих электрические колебания. Параллельно регистрируются биохимические данные крови: глюкоза, пищеварительные ферменты, чтобы сравнить изменение концентрации этих параметров с земными фоновыми данными до и после полета. Исследование достаточно интересное. Оно сначала проводится на голодный желудок, потом человек принимает пищу и некоторое время переваривает её под строгим «наблюдением» прибора.

Конечно, на одной страничке блога не расскажешь о ежедневной кропотливой научной работе, которая проводится на борту Международной космической станции. Наблюдения за поведением атмосферы нашей планеты, природными явлениями помогают предсказывать природные катаклизмы и стихийные бедствия. Еще я не затронул целый пласт исследований и разработок в рамках космической медицины, помогающие космонавту готовиться к полету и проводить восстановление после полугодовой экспедиции. Они с успехом помогают больным на Земле восстановить здоровье, почувствовать радость движения.

Я уверен, что труд космонавтов здесь, в космическом пространстве, и многих ученых на Земле не проходит даром, дает мощные положительные результаты и является толчком для новых открытий!

Друзья! Пока я писал пост о науке, параллельно проходила подготовка к крайнему по плану нашей экспедиции выходу в открытый космос, который запланирован на 27 января. Пожелайте нам с Сергеем Рязанским удачи и выполнения всех намеченных задач! До встречи!