В этом году отмечается 65-летие со дня первого полета человека в космос. Эта знаковая дата стала поводом для обобщения результатов многолетних исследований, проводившихся на орбите Земли, и обсуждения перспективных планов. 6 апреля, в первый день Российской недели космоса, приуроченной к юбилею, в Институте космических исследований РАН состоялась пленарная сессия под названием «Наука на пилотируемых орбитальных станциях», в которой приняли участие ведущие ученые и представители космической индустрии.
С приветственным словом к участникам обратился руководитель научной деятельности ИКИ РАН, член президиума РАН и академик Лев Матвеевич Зеленый. Ученый подчеркнул, что еще одна причина для обсуждения успехов и перспектив российской космонавтики — стартовавшая 2 апреля запланирован старт американской пилотируемой миссии на Луну Artemis II.
«В рамках национального проекта «Космос» на период с 2026 по 2036 год не предусмотрены пилотируемые миссии в дальний космос и разработки, необходимые для создания сверхтяжелой ракеты-носителя, которая бы обеспечила такие полеты. Вместе с тем, приоритетом российской пилотируемой космонавтики является решение важной задачи – создание и ввод в эксплуатацию Российской орбитальной станции, – отметил Л.М. Зеленый. По его словам, это влечет за собой две ключевые задачи. Прежде всего, необходимо организовать работу на РОС таким образом, чтобы максимально использовать ценный опыт, полученный в ходе исследований на Международной космической станции. Кроме того, важно не допустить повторения ошибок в организации экспериментов, которые имели место на МКС».
Член Российской академии наук, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт Михаил Валентинович Ковальчук рассказал о вкладе центра в освоение космического пространства. Так, здесь были созданы ядерные энергетические установки «Бук» и «Топаз» для космических аппаратов. Усовершенствованный преемник «Топаза» — «Енисей» — в прошлом году был продемонстрирован президенту России. Интересная разработка Курчатовского института — атомная станция малой мощности «Елена», предназначенная в том числе для использования на Северном морском пути. На ее основе создается прототип лунной атомной станции «Селена». Ученый затронул и многие другие исследования Курчатовского института, важные для освоения космоса: развитие аддитивных технологий, создание нейроморфных процессоров, применение водорослей в замкнутых биорегенеративных системах жизнеобеспечения, эксперименты на приматах.
В отдельном разделе доклада М.В. Ковальчук рассмотрел вопросы космического материаловедения, отмечая, что космос даёт возможность создавать уникальные структуры с полезными характеристиками. Ярким примером является выращивание полупроводниковых кристаллов на орбите. Совместные с Японией эксперименты по получению белков и белковых комплексов также были успешно реализованы Курчатовским институтом. М.В. Ковальчук подчеркнул, что эффективность подобных исследований можно определить ещё до вывода аппаратуры на орбиту: «У нас имеются установки, где проводятся тысячи экспериментов по кристаллизации, и это позволяет нам точно предсказать, будет ли сформирован кристалл. Таким образом, в космос направляются только те образцы, которые предварительно отобраны на Земле с уверенностью в получении ожидаемого результата».
Доклад о текущих успехах российских научных экспериментов, проводимых на Международной космической станции, сделал генеральный конструктор пилотируемых космических систем и комплексов РКК «Энергия», летчик-космонавт и академик Владимир Алексеевич Соловьев. «В настоящее время выполняется 83 научных исследования: 57 из них проводятся непосредственно на борту МКС, а еще 26 – на разных этапах наземной подготовки. На российском сегменте МКС к настоящему моменту завершено 162 космических эксперимента, сообщил он. Академик поделился информацией о большом количестве увлекательных исследований, которые уже были проведены и продолжают осуществляться на станции. В частности, на высоте полета МКС были выявлены живые микроорганизмы, что дало возможность уточнить границы биосферы Земли. В настоящее время на станции реализуется эксперимент «Экран-М», направленный на выращивание полупроводниковых пленок в условиях открытого космоса – первые результаты были доставлены на Землю в декабре, а завершение второго этапа планируется летом текущего года. Значительный интерес представляют исследования с использованием гиперспектрометра МФТИ, которые позволяют изучать поверхность Земли из космоса, вне зависимости от погодных условий, что особенно важно для северных регионов России. Академик также коснулся вопроса космического материаловедения: «На российском модуле “Наука” установлено современное оборудование, которое позволяет осуществлять и высокотемпературный синтез материалов, и анализ кристаллов белков, полученных в космических условиях».
О том, какие исследования проводятся на Международной космической станции Институтом космических исследований РАН, корреспонденту «Научной России» сообщил директор ИКИ РАН, академик Анатолий Алексеевич Петрукович.
«Каждый наш эксперимент имеет свою неповторимость и играет значимую роль. В период с 2011 по 2015 год Институт космических исследований РАН провел на МКС ряд успешных экспериментов. Среди них – запуск малого спутника “Чибис-М”, разработанного в нашем Специальном конструкторском бюро при поддержке РАН. Спутник функционировал в течение трех лет, поскольку срок его эксплуатации был ограничен постепенным снижением орбиты и сопутствующим трением об атмосферу. Этот аппарат был спроектирован для изучения молний “сверху”. Молниевые разряды, наблюдаемые с поверхности Земли, также генерируют радиосигналы, что является удобным способом их отслеживания. В тот же период велись исследования, направленные на наблюдение парниковых газов и электромагнитных помех ионосферы, — отметил А.А. Петрукович. — В настоящее время на станции проводятся два значительных эксперимента Института космических исследований РАН. Один из них, “Монитор всего неба”, был запущен в 2024 году. Это рентгеновский спектрометр, предназначенный для непрерывного исследования всего неба. В отличие от, например, “Спектр-РГ”, станция не способна нацеливаться на отдельные источники излучения, однако данный прибор охватывает всю небесную сферу, что позволяет с высокой точностью и качеством измерять параметры космического рентгеновского фона. Этот эксперимент дает возможность выявлять источники рентгеновского излучения, невидимые для нас — черные дыры, нейтронные звезды. Анализируя создаваемый ими рентгеновский фон, мы можем, среди прочего, установить количество таких скрытых объектов. Это весьма интересная задача, требующая сложного подхода — посредством наблюдения не самих объектов, а лишь рассеянного излучения.
Следует также упомянуть два прибора: спектрометр нейтронов, который эксплуатируется на внешней поверхности МКС с 2007 года, и аналогичный прибор, размещенный внутри станции в 2024 году. Нейтроны являются частью космического излучения, и эти частицы не могут быть доставлены из отдаленных регионов, так как их время жизни составляет всего 17 минут. В большинстве случаев нейтроны исходят либо от Земли как вторичное излучение, возникающее при взаимодействии протонов высокой энергии, либо от самой станции, которая также способна их генерировать. Таким образом, это является весьма необычным элементом космического излучения, создавая искусственный радиационный фон. Его необходимо с высокой точностью измерять для корректного прогнозирования радиационного воздействия на космонавтов. Кроме того, в прибор, установленный на станции, можно устанавливать стенки, имитирующие различные типы радиационной защиты, что позволяет успешно оценивать фактический радиационный фон как снаружи, так и внутри станции в различных условиях.
В дальнейшем также предусмотрено внедрение эксперимента «Дриада» – спектрометра нового поколения, предназначенного для изучения парниковых газов в земной атмосфере. Разработка этого прибора опирается на накопленный отечественный опыт проведения подобных измерений на Марсе. К удивлению, в настоящее время на орбите Земли не функционируют российские устройства, выполняющие аналогичные задачи, и наши знания о составе малых газов в атмосфере Марса превосходят информацию об их содержании в атмосфере Земли. С целью устранения этой несоответствия планируется размещение прибора на МКС. Прототип уже практически завершен, и сейчас идет подготовка к производству полноценного, готового к полету образца».
Внедрение космонавтов-ученых, которые сосредоточатся преимущественно на научных исследованиях, а не на решении технических вопросов, может стать принципиально новым шагом для повышения эффективности пилотируемых космических полетов. Такое мнение озвучил главный эксперт РКК «Энергия», летчик-космонавт Российской Федерации Александр Юрьевич Калери. Он выделил такую классификацию: космонавт-испытатель (универсал, основной задачей которого является техническое обслуживание станции), космонавт-исследователь (в основном универсальный специалист, но с акцентом на научно-исследовательскую деятельность) и космонавт-ученый — профессионал с узкой научной специализацией, способный не только проводить эксперименты по методичке, но и самостоятельно заниматься научными поисками. Для таких специалистов предполагается снижение требований к физической подготовке и осуществление полетов только в рамках специализированных программ. Также необходимо улучшение технологий космических полетов для уменьшения нагрузки на космонавтов-ученых, имеющих меньший уровень физической подготовки. А.Ю. Калери отметил, что РОС предоставляет возможности для внедрения данной концепции.
Международное взаимодействие и обмен знаниями имеют ключевое значение для развития космической отрасли. Заместитель директора Центра по полезным нагрузкам, профессор из Китая ( CSU) Китайской академии наук Лю Цунминь рассказал о многочисленных исследованиях в рамках китайской пилотируемой космической программы: от экспериментов на мышах до выращивания полупроводниковых кристаллов. Исследователь рассказал и о китайских проектах, разрабатываемых в настоящее время. Один из них — телескоп CSST, аппарат, который будет двигаться по орбите, параллельной китайской космической станции «Тяньгун», предназначен для изучения звезд, черных дыр и галактик, а также для исследования природы темной энергии и поиска экзопланет. Профессор отметил, что китайские ученые готовы к совместной работе с российскими коллегами в рамках проекта по эксплуатации китайской космической станции.
Профессор Лю Цунминь, ведущий инженер и координатор международных проектов ИКИ РАН Дмитрий Сергеевич Зарубин в ходе обсуждения отметили, что уже происходит совместное рассмотрение научных идей и экспериментов, которые могут быть реализованы параллельно, на станциях двух стран.
О космическом эксперименте «Плазменный кристалл» сообщил директор Объединенного института высоких температур РАН, академик Олег Федорович Петров и заместитель генерального директора «Роскосмоса» по пилотируемым и автоматическим комплексам, летчик-космонавт СССР Сергей Константинович Крикалев, участвовавший в этих исследованиях на орбите. Многолетний проект посвящен изучению уникальных эффектов самоорганизации частиц в пылевой плазме в условиях микрогравитации. Эти работы начинались еще на советской орбитальной станции «Мир» и активно развивались на МКС, а в перспективе могут стать частью научной программы РОС. Результаты этих исследований интересны не только с точки зрения фундаментальной науки — например, они помогли в разработке технологий космической 3D-печати. С.К. Крикалев добавил, что «Плазменный кристалл» — пример того, как должен организовываться космический эксперимент: космонавты были активно вовлечены в постановку испытаний и творчески подходили к делу, а план работы менялся прямо по ходу исследования в зависимости от получаемых результатов.
Исследования, осуществляемые на Международной космической станции, должны успешно продолжиться на Российской орбитальной станции. Анатолий Алексеевич Петрукович поделился планами научных исследований на РОС, уделив основное внимание экспериментам по изучению нашей планеты и космического пространства. Перечень предлагаемых проектов огромен: измерение концентраций парниковых газов в атмосфере Земли, оперативное отслеживание экологического состояния различных объектов, мониторинг космической радиации, изучение нейтронных звезд и черных дыр, исследования полярных сияний и многое другое. Ярким событием должно стать продолжение эксперимента «Чибис-М» — запуск микроспутника «Чибис-АИ». Предполагается, что микроспутник будет «выстреливать» из контейнера, прикрепленного к грузовому космическому кораблю. А.А. Петрукович подчеркнул, что при планировании работы на РОС нужно будет учитывать нюансы текущей геофизической обстановки, такие как охлаждение верхних слоев атмосферы и смещение Южно-Атлантической магнитной аномалии — зоны, где повышена космическая радиация.
«На РОС мы намерены завершить ряд экспериментов, которые первоначально разрабатывались для МКС, однако не будут реализованы на ней из-за необходимости длительной подготовки. В частности, это продолжение исследований атмосферного электричества, которые ранее уже проводились с использованием небольшого спутника “Чибис-М”. Среднеширотная орбита оптимальна для изучения атмосферного электричества, поскольку именно в средних широтах регистрируется большая часть молний. Тем не менее, аппарат потребуется вывести на более высокую орбиту, чтобы избежать быстрого разрушения из-за трения об атмосферу. Нам удалось осуществить это с первым “Чибисом”, и мы надеемся на аналогичный успех со вторым, — сообщил корреспонденту «Научной России» Л.М. Зеленый. Еще один эксперимент, запланированный к проведению на РОС, — “Дриада”, который посвящен изучению парниковых газов. Кроме того, я хотел бы еще раз вернуться к теме космического материаловедения: В.А. Соловьев упомянул о специальной печи для проведения этих экспериментов, которая будет размещена на РОС. Ее размеры настолько велики, что ее транспортировка отдельно нецелесообразна, поэтому предполагается доставка на станцию непосредственно внутри одного из ее модулей. Эта установка позволит не только решать прикладные задачи космического материаловедения, но и проводить фундаментальные исследования в этой области».
На Земле космонавты совершенствуют не только свои технические умения, но и отрабатывают запланированные научные эксперименты, которые будут проводиться во время космических полетов. Заместитель начальника по науке и развитию Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина Андрей Николаевич Бабкин рассказал, как ведется эта работа: «У нас есть целый комплекс таких тренажеров. В первую очередь, это комплексные тренажеры российского сегмента МКС. Сюда также относятся тренажерные образцы научной аппаратуры, которые поставляются для подготовки к конкретным экспериментам, и функционально-моделирующий стенд “Наука” <…>. Если мы говорим об имитации специфических условий невесомости, то для этого используются самолет-лаборатория, гидролаборатория <…>, а также стенд “Выход-2”, позволяющий тренировать навыки установки оборудования, которое нельзя погружать в водную среду».
В рамках пленарного заседания были вручены награды работникам Института космических исследований РАН, в том числе молодым специалистам.
В интервью, предоставленном корреспонденту «Научной России», Л.М. Зеленый сделал обзор прошедшего мероприятия».
«На околоземной орбите открываются широкие перспективы для проведения разнообразных экспериментов. Несколько лет назад эта тема была детально рассмотрена на крупной конференции «Наука на МКС», — отметил ученый. — Прогресс не стоит на месте, и отечественная пилотируемая космонавтика нуждается в существенных улучшениях. Следует учитывать, что орбита РОС теперь будет соответствовать орбите МКС, а не высокоширотной, как задумывалось ранее. Это позитивный момент, поскольку космонавты уже привыкли к данной орбите и смогут быстрее адаптироваться к новым условиям, тогда как высокоширотная орбита могла бы стать для них источником неожиданностей. Если значительная часть времени в полете расходуется на поддержание работы систем жизнеобеспечения, а меньшая – на выполнение задач, то это свидетельствует о неоптимальном балансе. Заслушав содержательный доклад А.Ю. Калери, посвященный вопросам эффективной организации труда космонавтов на орбите».
Л.М. Зеленый подчеркнул важность космического материаловедения, отметив, что космическая станция должна не только получать ресурсы с Земли, но и предоставлять результаты своей деятельности, пусть даже в ограниченном объеме – например, белки, выращенные в условиях невесомости, или полупроводниковые кристаллы. По его мнению, космос должен выполнять функцию не только исследовательской лаборатории, но и выступать в роли уникального, малосерийного производства. Ученый также указал на необходимость определения тех видов работ, которые в настоящее время действительно требуют участия человека. В качестве примера задачи, требующей контроля со стороны космонавтов, был назван процесс создания новых материалов.
«Необходимо выявить области, где участие человека является целесообразным и экономически обоснованным, а не продиктовано политическими соображениями. Космическое пространство представляет угрозу для человека во всех аспектах: как старт, так и пребывание в нем, и посадка связаны с риском. К счастью, большинство миссий проходят без серьезных происшествий, хотя имели место и весьма сложные ситуации. В частности, по имеющимся сейчас данным, полет Юрия Гагарина не был столь безоблачным, как сообщалось ранее, — заключил Л.М. Зеленый. Люди находят способы справляться с трудностями, однако важно помнить, что полеты в космос должны осуществляться тогда, когда это действительно необходимо. Я полагаю, что многие научные исследования, ранее проводившиеся на МКС, возможно, будет проще и выгоднее выполнять на автоматических космических аппаратах с использованием различных телескопов и исследовательского оборудования — особенно если речь идет о более удаленных и рискованных орбитах. Вместе с тем, для решения задач, связанных с космической металлообработкой, на мой взгляд, важно наличие человека. Вероятно, со временем будут определены и другие подобные направления. Но вопрос о необходимости участия человека в каждом конкретном случае должен всегда рассматриваться».