Текст книги "Советско-французское сотрудничество в космосе"

Автор книги: Станислав Петрунин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 4 страниц)

Цель следующей группы экспериментов (ФК-2 и ФК-3) – получение новых магнитных материалов. Совсем недавно считалось, что наилучшими магнитными свойствами обладают никель и кобальт. Но в настоящее время в связи с использованием редкоземельных элементов появляется возможность получить качественно новые магнитные материалы. Создание материалов с повышенными магнитными характеристиками позволило бы заменить электромагниты в электродвигателях на постоянные магниты, что дало бы значительную экономию в потреблении электроэнергии. Постоянные магниты могут найти применение и в других областях техники.

Используемый в этих экспериментах магнитный материал неодим—кобальт (ФК-2) в принципе можно получить в условиях наземных лабораторий, но при этом его структура будет очень неоднородной. Другой материал, марганец—церий (ФК-3) в земных условиях получить не удается: материал разлагается на составляющие до процесса кристаллизации.

Следующая группа экспериментов – ФК-4, ФС-2 (получение кристаллов германия) и ФК-5 (получение кристаллов окиси ванадия) – посвящена изучению чрезвычайно важного процесса кристаллизации: из газообразного состояния. Если газ какого-либо вещества медленно охладить ниже точки плавления и затем в среду ввести кристалл того же вещества («затравку»), то за счет осаждающихся на кристалле частиц он будет расти. Существует и другой способ кристаллизации из газообразного состояния – путем ввода в газовую среду холодного тела (другого состава). Тогда на этом теле будет кристаллизоваться вещество из газовой фазы в точности так же, как иней на почве и на крышах домов в холодные осенние ночи.

Основная задача эксперимента ФК-6 – изучение влияния факторов космического полета на кристаллизацию полупроводников из жидкого состояния. Известно, что в невесомости жидкая масса принимает сферическую форму. При понижении температуры из этой массы образуется кристалл, который в принципе должен также иметь сферическую форму. Эксперименты, посвященные данной проблеме, проводились на космических аппаратах и раньше, но результаты получались различными. В частности, получение кристалла сферической формы было целью и советского эксперимента «Сфера», осуществленного на борту пилотируемой станции «Салют-5». Однако полученные образцы из сплава Вуда приняли форму более или менее удлиненную, со «стрелками» и были похожи на маленькие «ежики» (по выражению космонавта В. М. Жолобова).

Существует ряд возможных объяснений причин отклонения формы кристаллов от правильной сферы, но именно многочисленность таких объяснений требует настоятельной проверки и установления действительной причины явления. В эксперименте ФК-6 одновременно получали сферические кристаллы висмута, теллура, висмут—теллура и индий—сурьмы. Эти вещества в твердом состоянии находились в одном контейнере, который помещался в печь. При разогреве достигалось жидкое состояние этих веществ, которые в условии невесомости принимают форму сферы. В процессе охлаждения происходила кристаллизация образцов.

Исследованию кристаллизации из раствора были посвящены эксперименты ФК-7 и ФК-8. По мнению многих специалистов, материал Ga—As (галлий—мышьяк) представляет большой интерес как перспективный полупроводник. Используемый вместе с кремнием, он позволит получить фотоэлементы с повышенным коэффициентом полезного действия (до 25 %). Надежды специалистов связаны с возможностью получения более совершенного материала Ga—As в условиях космоса. Следует подчеркнуть, что аналогичный советский эксперимент проводился космонавтами Владимиром Коваленком и Александром Иванченковым. Небезынтересно будет сравнить результаты этих двух исследований.

Кристаллизация из раствора тройной композиции галлий—индий—фосфор, или, более точно, состава типа Ga_xIn_1–xP, определяет содержание эксперимента ФК-8. Галлий и индий относятся к III группе периодической таблицы Менделеева и близки по своим физико-химическим свойствам. Фосфор относится к V группе. Вариации соотношения галлий—индий используют для получения полупроводника с оптимальными свойствами. В предлагаемом эксперименте ставилась более скромная задача: определить степень совершенства кристаллов, получаемых в условиях невесомости.

Цикл экспериментов «ЭЛЬМА» был завершен космонавтами Владимиром Ляховым и Валерием Рюминым в начале мая 1979 г. Однако этим закончилась только космическая часть исследований. Теперь полученные образцы переданы в руки специалистов, которые в советских и французских лабораториях проведут всесторонний анализ. Это кропотливая и длительная работа. Результаты ее, несомненно, внесут полезный вклад в развитие космического материаловедения.

Прежде чем перейти к описанию последующих экспериментов нужно подчеркнуть, что всеми рассмотренными нами ранее направлениями советско-французских космических исследований занималась одна рабочая группа специалистов («космическая физика»), тогда как реализацию каждого из трех оставшихся направлений осуществляла своя автономная рабочая группа советских и французских ученых.

Метеорологические исследования. Сотрудничество между СССР и Францией в области спутниковой метеорологии началось еще в 1967 г. Выполненные за последующие годы работы внесли существенный вклад в науку о строении верхней атмосферы и ионосферы. Причем использовалась разнообразная аппаратура, устанавливаемая на спутниках, ракетах и наземных станциях.

Непосредственные спутниковые советско-французские метеорологические эксперименты начались с 1971–1972 гг., когда были проведены одновременные наблюдения облачного покрова Земли с помощью аппаратуры советского спутника «Метеор» и приборов французских привязных аэростатов «Коломб». Эта программа, получившая наименование «КОСКОЛ» (исследования из КОСмоса и с помощью «КОЛомбов»), позволила получить изображения облачного покрова с разных высот, на основе которых специалисты обеих стран разработали теорию конвекции (вертикального перемешивания) воздуха в случае сложных облаков.

В настоящее время специалисты СССР и Франции совместно работают в области изучения облачности по телевизионным и инфракрасным изображениям, полученным с метеорологических спутников. В процессе решения этой проблемы ученым удалось получить новые данные о структуре крупномасштабных вертикальных течений воздуха при различных состояниях воздушного потока и распределения температуры. Проведены расчеты, моделирующие образование облачных систем различной формы. Выяснено наиболее вероятное расположение зон интенсивных осадков в облачных вихрях.

Ведутся совместные работы и по определению параметров» земной атмосферы (также с использованием спутниковых данных). В научных организациях СССР и Франции подготавливают и проверяют различные методики восстановления высотного распределения температуры на основе спектральных измерений. Получены предварительные оценки температуры поверхности моря в разных географических районах.

Если в области спутниковой метеорологии сотрудничество ученых обеих стран проявляется в основном в решении методических вопросов и подготовке программ расчета и обработки данных, то советско-французские исследования с помощью метеорологических ракет направлены на проведение прямых измерений. Главная задача этих экспериментов состоит в – определении параметров верхней атмосферы: температуры, плотности, химического состава и других.

Еще в 1969 г. на полигоне в Ландах, недалеко от г. Бордо, были запущены четыре французские ракеты «Драгон-2Б». На них были установлены советские радиочастотные масс-спектрометры для определения химического состава атмосферы до высот порядка 430 км. Подобные советские масс-спектрометры стояли также на борту французской ракеты «Вероника», запущенной двумя годами позже во Французской Гвиане.

С находившегося поблизости научно-исследовательского судна Гидрометеослужбы СССР «Профессор Зубов» почти одновременно были запущены три советские ракеты «МР-12» с масс-спектрометрами советского и французского производства. В ходе этого эксперимента, принявшего комплексный характер, получены данные о ионном и нейтральном составах, концентрации электронов, температуре и других параметрах атмосферы в диапазоне высот 100–230 км.

Там же, во Французской Гвиане, в 1973 и 1977 гг. проводилась международная программа исследований по сравнению методов и работы приборов для измерения параметров атмосферы. В этих экспериментах участвовало советское научно-исследовательское судно «Академик Королев», с которого запускались метеорологические ракеты М-100.

Регулярно начиная с 1973 г. организуются советские экспедиции по запуску советских метеорологических ракет М-100 на о. Кергелен. В течение одной экспедиции запускают около 20 ракет. Участие французской стороны, кроме предоставления полигона для запуска ракет на о. Кергелен, состоит в проведении геомагнитных и ионосферных измерений. Только при наличии этой информации возможно установить связь геомагнитной активности с параметрами верхней атмосферы. Во время экспедиции 1978 г., шестой по счету, впервые были получены регулярные данные о зимнем режиме верхней атмосферы в средних широтах Южного полушария.

В советско-французских экспериментах в области метеорологии особое место занимают исследования полярной ионосферы. Эти эксперименты, проводимые на о. Хейса (одном из островов Земли Франца-Иосифа) посвящались в основном измерению температуры атмосферы. При этом применялся метод наблюдения резонансного свечения (под действием солнечного излучения) искусственного натриевого облака. Методика этого эксперимента впоследствии использовалась в экспериментах «УФС» и «МПГ» по исследованию ультрафиолетового излучения водорода в атмосферах планет. По ширине резонансной линии можно судить о температуре окружающей среды.

Искусственные натриевые облака создавались взрывом смеси NO₃Na и Аl, который образует облака из частиц Na и AlO. Смесь на требуемую высоту доставляется советской метеорологической ракетой.

Сравнение результатов осенних и весенних наблюдений показало, что температура атмосферы (на высоте 165 км) понижается примерно на 500 К в полярную ночь, и, следовательно, существует сезонная вариация температуры. Также была установлена связь теплового режима полярной атмосферы с 11-летним циклом солнечной активности.

Значительно расширились возможности изучения полярной мезосферы с началом работы на о. Хейса французской лазерной установки. Лазер, излучающий на резонансной частоте натрия, позволяет измерить температуру в диапазоне высот 80 – 100 км с точностью до 5 К. С 1975 г. исследования структуры и физических процессов верхней атмосферы проводились уже и масс-спектрометрическими методами, для чего советские метеорологические ракеты МР-12 оснащались соответствующей аппаратурой советского и французского производства.

Спутниковая связь. Советско-французское сотрудничество в области спутниковой связи проводится в следующих основных направлениях: 1) исследования, связанные с передачей телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения по спутниковым системам связи; 2) исследования, связанные с передачей телефонных сообщений по спутниковым системам связи; 3) исследования вопросов разработки, опытной проверки и возможности создания новых элементов спутниковой связи; 4) уточнение необходимого объема связи между СССР и Францией, изучение экономических проблем использования спутниковой связи.

По первому из этих направлений работы были начаты с организации и отработки космического канала связи для передачи сигналов телевидения, а также сигналов звукового сопровождения между Москвой и Парижем (и обратно) через советский спутник «Молния-1». Проведенные эксперименты позволили обеспечить высококачественные передачи программ цветного телевидения.

Следующим этапом стала подготовка и осуществление экспериментов по аналогичной передаче между Москвой и Парижем через спутники связи «Молния-2» и «Симфония». Следует отметить, что советские спутники «Молния-2» движутся по высокоапогейной орбите (апогей 40 000 км, перигей 500 км), тогда как франко-западногерманский экспериментальный спутник связи «Симфония» геостационарный (первая модель выведена в точку 49° в. д. вторая – 11,5° з. д.).

Во время сеансов связи через эти спутники была проведена отработка системы ручного наведения антенны французской передвижной станции в Племер-Боду и измерены основные параметры качества передачи по видеоканалу. Параметры полностью удовлетворяли международным требованиям. В 1975 г. по линии связи через «Симфонию-1» проводилась передача полной телевизионной программы, подготовленной советским телевидением для Салона авиации и космонавтики в Бурже. По отзывам зрителей, качество передачи было отличным. Одновременно специалисты обеих стран изучали различные методы совмещенной передачи изображения и звукового сопровождения в одном канале. Были экспериментально проверены несколько вариантов такого совмещения.

В области передачи телефонных сообщений ставилась задача установления устойчивой симплексной (односторонней) и дуплексной (двусторонней) телефонной связи между наземными станциями в СССР и Франции. Такая экспериментальная связь была установлена с помощью спутников связи «Молния-1».

Для решения многих из поставленных задач советские и французские специалисты нашли новые технические решения, провели доработку использовавшихся средств для обеспечения совместимости средств связи. Так, они совместно осуществили специальную настройку радиопередатчика на станции в Племер-Боду и регулировку установленного в Париже советского оборудования для модуляции и демодуляции сигналов звукового сопровождения.

На заседаниях данной рабочей группы обсуждаются перспективный необходимый объем спутниковой связи между СССР и Францией и возможность его обеспечения с помощью спутниковых систем связи обеих стран. Дальнейшее развитие советско-французского сотрудничества в области спутниковой связи будет продолжаться не только в областях, перечисленных ранее. Уже в настоящее время специалисты обсуждают новые проблемы, связанные с цифровыми методами передачи телевизионных и звуковых сигналов в спутниковой' системе связи, а также с применением для спутникового телевизионного вещания новой полосы частот – 11–14 ГГц.

Космическая биология и медицина. Сотрудничество ученых и специалистов СССР и Франции по космической биологии и медицине охватывает такие отрасли этих наук, как радиобиология, иммунология и физиология. Кроме того, проводились комплексные исследования влияния факторов космического полета на кинетику клеточного деления.

Первым экспериментом по радиобиологии, реализованным в рамках советско-французского сотрудничества, стал эксперимент «Биоблок», проведенный с использованием советского биологического спутника «Космос-782» (1975 г.). Его целью, также как и следующего эксперимента «Биоблок-2» («Космос-936», 1977 г.), было изучение воздействия космического излучения на биоматериалы. В качестве последних использовались биологические объекты различного уровня организации – дрожжи, яйца Артемия салина (рачок из отряда «Жаброноги»), семена табака, салата и другие.

Аппаратура эксперимента «Биоблок» состоит из трех контейнеров, два из которых содержат биологические объекты, а третий – приборы для регистрации космического излучения. В одном из биологических контейнеров находились при постоянной температуре (8 °C) дрожжи и семена табака. Во втором, нетермостатированном, содержались другие биоматериалы, в частности яйца Артемия салина.

Некоторые результаты, касающиеся развития последних биологических особей, весьма интересны. Оказалось, что наклевывание, вылупление и выживание этих особей (в течение 4–5 суток) остаются теми же, что и в наземном контрольном эксперименте. Кроме того, яйца, находящиеся в контрольном контейнере (вне корпуса спутника) и получившие суммарную дозу радиации порядка 30 рад (у яиц в «Биоблоке-2» – 6000 мрад), имеют практически то же наклевывание и вылупление, что и яйца в «Биоблоке-2» и в контрольном наземном эксперименте. Однако прямая экспозиция контейнера с яйцами Артемия салина в космическом пространстве привела к задержке наклевывания и вылупления (рис. 9), а также к заметному уменьшению способности к выживанию по сравнению с наземным контрольным опытом.

Зерна табака, используемые в эксперименте «Биоблок», имели после полета пониженную степень прорастания и тенденцию к повышению частоты аномалий в развитии. В результате проводимой в настоящее время обработки будет выяснено влияние космического излучения и на другие биологические объекты.

Рис. 9. Процент наклевывания (а) и вылупления (б) Артемия салина из яиц: 1 – в наземных, 2 – в полетных условиях

Совместная программа по иммунологии состоит в изучении изменения иммунологического потенциала во время и после космического полета. Использовался метод определения иммунологического потенциала с помощью клеток крови и клеток селезенки. Наземная отработка метода проводилась на животных (крысах и кроликах). Полетный эксперимент по иммунологии «Улисс» был проведен на советском биологическом спутнике «Космос-936». При этом использовались предварительно иммунизованные крысы. После полета спутника часть биологического материала была отправлена в Париж, в Институт Пастера, а другая оставлена для изучения в Москве.

В области физиологии советские и французские ученые договорились о совместной разработке проекта «Минерва» по изучению мозгового кровообращения у человека в космическом полете. Предполагается измерить линейную и объемную скорость крови в сосудах головы с помощью прибора «Кровоток», использующего эффект Доплера.

Исследованиям по клеточной биологии был посвящен эксперимент «Цитос», осуществленный на космической станции «Салют-6». Цель его – изучить влияние факторов космического полета на кинетику пролиферации (размножения делением) одного из простейших – парамеций (Paramecium aurelia, класс инфузорий). Одна парамеция помещалась в маленький пластиковый мешочек с 1,3 мл питательного раствора и с двумя ампулами, снабженными фиксатором. Блок с несколькими десятками подобных мешочков помещался в контейнер с температурой 8 ± 1 °C, т. е. с такой температурой, которая не убивает парамецию, но подавляет способность ее к размножению.

Рис. 10. Размножение парамеций: 1 – в полетных; 2 – в наземных условиях

Этот изотермический контейнер был доставлен на борт орбитальной станции «Салют-6» с помощью космического корабля «Союз-27». Затем блок с парамециями был помещен в контейнер с температурой 25 ± 0,1 °C, способствующей пролиферации. С тем чтобы получить данные о кинетике размножения клеток, через каждые 12 ч в одном из мешочков разбивалась ампула с фиксатором, который как бы «замораживал» существующее состояние. Через следующие 12 ч разбивалась ампула в другом мешочке, и так далее. Всего было выполнено восемь таких фиксаций, т. е. рассмотрен процесс пролиферации, продолжавшийся в течение 96 ч. Блок с мешочками был возвращен на Землю в спускаемом аппарате космического корабля «Союз-26». Одновременно с полетным экспериментом проводился аналогичный контрольный эксперимент на Земле.

Хотя полная обработка данных еще не проведена, уже получены некоторые интересные результаты о клеточном делении в условиях космического полета. В частности, оказалось, что эти условия стимулируют пролиферацию. Как видно из рис. 10 иногда число парамеций в мешочке на борту космической станции было почти в 2 раза больше числа парамеций в контрольном эксперименте. Кроме того, объем клеток на борту был значительно большим, нежели клеток на Земле. Последнее говорит о том, что космические условия способствуют клеточному метаболизму. Наблюдения, проведенные с помощью электронного микроскопа, указали также на более развитую систему ресничек, которая у простейших служит средством движения и отчасти способствует захвату пищи.

Учитывая все эти результаты, ученые обеих стран договорились о продолжении экспериментов по клеточной биологии в космосе, с тем чтобы выяснить относительное влияние каждого из факторов – невесомости и радиации – на развитие клеток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время Совет «Интеркосмоса» и КНЕС занимаются подготовкой ряда проектов, намеченных на ближайшие годы, среди которых наиболее важными являются «Аркад-3» и «Гамма». Основная задача проекта «Аркад-3», намеченного на первое полугодие 1981 г., – исследование физики полярной верхней атмосферы. Он продолжит программу исследований, начатых в предыдущих одноименных проектах, с использованием нового (по сравнению с проектами «Аркад-1 и -2») спутника и широкого спектра разнообразной аппаратуры для изучения корпускулярных потоков и волновых процессов.

Оригинальность проекта состоит и в сочетании принципиально новых методов и приборов, а также в применении обработки информации на борту спутника и в управлении режимами работы приборов с помощью вычислительной машины, в использовании дополнительной широкополосной французской телеметрической системы для передачи высокоопросной информации. Причем прием будет осуществляться как французскими наземными станциями (Земля Адели, о. Кергелен, Куру, Тулуза, Тромсё), так и советскими (Москва, Апатиты, Норильск).

Другой советско-французский проект, «Гамма», посвящен исследованию космического гамма-излучения в области энергий более 50 МэВ. С этой целью планируется вывод в 1982 г. на орбиту гамма-телескопа. Последний представляет собой стопку 12 искровых камер, на алюминиевых электродах которых происходит превращение гамма-квантов в электронно-позитронные пары. Для того, чтобы на электроды искровых камер высокое напряжение подавалось бы только тогда, когда приходит космический гамма-квант, а не другие частицы, будет использоваться специальная система отбора, включающая в себя комплекс различных средств.

Другим существенным элементом космического гамма-телескопа является система съема и передачи информации на Землю, разработку и создание которой взяла на себя французская сторона. Кроме того, она также подготавливает наземную аппаратуру для контрольных испытаний гамма-телескопа и обработки телеметрической информации. В настоящее время уже созданы технологические образцы искровых камер, видиконные системы передачи информации и упрощенная наземная контрольно-испытательная аппаратура.

Результаты совместных работ СССР и Франции в области изучения космоса постоянно привлекают внимание мировой научной общественности. На самых представительных научных конференциях сообщения о совместных исследованиях неизменно вызывают интерес аудитории.

Высокая оценка сотрудничеству между СССР и Францией по космосу давалась не только в документах «Большой комиссии», но и даже во время встреч и переговоров между руководителями Советского Союза и Франции. В ходе состоявшейся в апреле 1979 г. встречи Генерального секретаря ЦК КПСС, Председателя Президиума Верховного Совета СССР Л. И. Брежнева и Президента Французской республики В. Жискар д'Эстэна советская сторона в целях расширения сотрудничества в космических исследованиях предложила чтобы в одном из космических полетов принял участие французский космонавт.

Несомненно, полет французского космонавта на советском космическом корабле и орбитальной станции откроет новый этап успешно проводимого сотрудничества Советского Союза и Франции в исследовании и использовании космического пространства.

На первой странице обложки – спутник «Снег-3».

На последней странице обложки – перед началом эксперимента «Аракс».