Полеты по программе «Интеркосмос»: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

2 марта 1978 г. — знаменательная дата в истории программы «Интеркосмос», в истории научно-технической кооперации стран социалистического содружества. В этот день в 18 ч 28 мин по московскому времени с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель с космическим кораблем «Союз-28», на борту которого находился экипаж в составе командира корабля летчика-космонавта СССР А. А. Губарева и космонавта-исследователя, гражданина ЧССР В. Ремека.

Ракета-носитель вывела «Союз-28» на орбиту с начальными параметрами: перигей 198 км, апогей 276 км, наклонение 51,6°, период обращения 88,95 мин. На первых трех витках полета «Союза-28» космонавты провели контроль состояния и работоспособности систем и агрегатов корабля, проверили герметичность его отсеков, а затем сняли скафандры. На последующих витках началось формирование монтажной орбиты.

На 4-м и 5-м витках «Союза-28» был проведен первый двухимпульсный маневр для подъема орбиты корабля. Двигаясь по новой орбите, корабль догонял станцию «Салют-6», которая в момент старта «Союза-28» находилась впереди по полету корабля, на расстоянии около 10 тыс. км. При первом импульсе двигательная установка корабля проработала 4 с и увеличила его скорость на 1,3 м/с, при втором импульсе — 55 с и увеличила скорость корабля на 31,6 м/с. В результате двухимпульсного маневра «Союз-28» перешел на орбиту с перигеем 269 км, апогеем 309 км и периодом обращения 90 мин.

На 6 — 12-х витках, в период, когда корабль совершал полет вне зон видимости наземных станций слежения, космонавты спали, при этом контроль за полетом корабля осуществлялся измерительными пунктами, расположенными на морских судах.

3 марта, на 17-м витке полета корабля «Союз-28», формирование его монтажной орбиты было продолжено — был выполнен второй двухимпульсный корректирующий маневр. Он позволил сблизить космический корабль с орбитальным комплексом «Салют-6» — «Союз-27» до такого расстояния, когда дальнейшее сближение могло уже осуществляться автоматически (с помощью аппаратуры автономного наведения). После включения этой аппаратуры, на 18-м витке, произошло сближение «Союза-28» с комплексом, причаливание к нему, и в 20 ч 10 мин по московскому времени корабль «Союз-28» состыковался с научным орбитальным комплексом «Салют-6» — «Союз-27». Причем стыковка была осуществлена к узлу, расположенному на агрегатном отсеке станции.

После проверки герметичности стыковочного узла и выравнивания давления между кораблем и станцией экипаж «Союза-28» открыл переходные люки и в 23 ч 10 мин по московскому времени перешел в помещение станции «Салют-6», где их встретили космонавты Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко — «долгожители» космического «дома», работавшие на станции уже с 11 декабря 1977 г. Таким образом, с 3 марта 1978 г. на околоземной орбите на борту научного орбитального комплекса «Салют-6» — «Союз-27» — «Союз-28» приступил к совместной работе международный экипаж в составе космонавтов Ю. В. Романенко, Г. М. Гречко, А. А. Губарева и В. Ремека.

Программа работ международного экипажа предусматривала проведение в течение 7 сут научно-технических исследований и экспериментов, а также осуществление ряда других мероприятий (телевизионные репортажи, кинофотосъемки с целью документирования деятельности международного экипажа на борту «Салюта-6», бортовая пресс-конференция и т. п.). Эти эксперименты были подготовлены чехословацкими специалистами совместно с их советскими коллегами.

Уже на исходе 3 марта космонавты А. А. Губарев и В. Ремек приступили к выполнению первого советско-чехословацкого эксперимента «Хлорелла». Он проводился с целью изучения влияния невесомости на рост одноклеточной водоросли. Хлорелла получила широкую известность как «космическая водоросль». Эти одноклеточные организмы способны поглощать углекислый газ и давать взамен кислород, которым может пользоваться экипаж в длительных космических полетах. Кроме того, хлорелла может использоваться как продукт питания, поскольку она примерно на 60 % состоит из белка. Наконец, эта одноклеточная водоросль является удобным объектом для исследования особенностей биологии растений при воздействии невесомости.

В эксперименте «Хлорелла» культура водорослей применялась исключительно как модель быстрорастущего организма. В оптимальных условиях роста количество клеток удваивается через каждые 4 ч. Таким образом, в течение одной недели космического полета образуется несколько поколений водорослей. Основное значение эксперимента заключалось в том, что специалисты смогли получить данные об организмах, несколько поколений которых последовательно развивалось в условиях невесомости. При этом следует подчеркнуть, что пока самые длительные космические полеты человека представляют собой лишь незначительную часть средней продолжительности жизни одного поколения людей.

Космонавты А. А. Губарев и В. Ремек доставили на борт «Салюта-6» четыре контейнера с популяциями водорослей (в запаянных ампулах) и органической питательной средой. В первых трех контейнерах помещалось по две ампулы с одним и тем же видом водорослей. Причем водоросли были доставлены на орбиту в нерастущем, покоящемся состоянии и только на станции космонавты осуществили подачу к ним подготовленной питательной среды.

Эксперимент «Хлорелла» начался с того, что в каждом из трех контейнеров было раздавлено по одной ампуле, тем самым культура водорослей была введена в питательную среду, в которой она в дальнейшем размножалась в отсутствие света. Другие ампулы в контейнерах остались для контроля в нераздавленном состоянии: находившиеся в них в неактивном состоянии водоросли были возвращены на Землю. Контрольные варианты водорослей были одновременно засеяны в наземной лаборатории, по возможности в идентичных условиях, за исключением, естественно, фактора невесомости.

Сразу после завершения полета в каждом из контейнеров часть суспензии водорослей была законсервирована специальным фиксатором для дальнейшего подробного анализа состояния культуры (в конце сравнительного эксперимента), а часть транспортировалась в наземные лаборатории в живом состоянии для изучения разного рода воздействий факторов космического полета на культуры водорослей. Это позволило в отличие от ранее проводившихся в космосе экспериментов с хлореллой непосредственно сравнить результаты воздействия невесомости как на активно растущие, так и на покоящиеся клетки водорослей. В значительной степени такое сравнение стало возможным благодаря тому, что космонавты принимали активное участие в проведении эксперимента во время полета.

В четвертом контейнере находились три ампулы с разными видами водорослей, которые использовались и в первых трех контейнерах. На «Салюте-6» все три ампулы были раздавлены одновременно, и в питательной среде оказалась культура, состоящая из трех различных видов водорослей. При этом предполагалось изучить проявление конкуренции различных форм в процессе их роста и возможное в конечном итоге преобладание одних форм над другими.

Завершения эксперимента «Хлорелла» ожидали с особым интересом, учитывая, что эвкариотическая клетка данной водоросли обладает структурой и физиологией, очень близкой клеткам высших растений и всех животных, в то время как прокариотическая отличается от клеток других организмов. Результаты этого эксперимента освещались в научной печати, о них докладывалось на международных конференциях. В частности, они показали, что состояние невесомости никак не влияет на скорость роста популяции водорослей. Принципиальных различий между свойствами популяций, выращенных из этих клеток и из тех, которые сохранялись во время полета в состоянии покоя на Земле, также не было обнаружено.

На следующий день после выполнения эксперимента «Хлорелла» космонавты приступили к выполнению других советско-чехословацких экспериментов, в частности технологических экспериментов «Морава», открывших серию исследований в области космического материаловедения, которые были продолжены в ходе полетов последующими международными экипажами. О перспективности этого направления космических исследований, сулящего в будущем буквально революционные преобразования в технологии изготовления традиционных и новых материалов, писалось достаточно много. Отметим только, что цель космической технологии — использование факторов космического полета для получения полезных и подавления вредных влияний на процесс изготовления веществ и создание новых, технически перспективных материалов.

Начало космической технологии было положено экспериментами, проведенными на борту советского космического корабля «Союз-6» в 1969 г. и американской орбитальной станцией «Скайлэб» в 1973–1974 гг., а также в ходе совместного экспериментального полета космических кораблей «Союз-19» (СССР) и «Аполлон» (США) в 1975 г. В дальнейшем эти эксперименты неоднократно проводились на борту советских научных орбитальных станций «Салют». Задача серии технологических экспериментов под общим названием «Морава» состояла в исследовании новых материалов, полученных в состоянии почти полной невесомости (микрогравитации), в выяснении связи между этими условиями и условиями кристаллизации, в выявлении воздействия микрогравитации на структуру и другие физические характеристики конденсированных систем.

Специалисты Института физики твердого тела АН ЧССР и ряда советских научных организаций совместно разработали методику проведения экспериментов. Причем чехословацкие коллеги выбрали и подготовили для них материалы, кварцевые ампулы и металлические капсулы. Перед доставкой капсул с ампулами на борт «Союза-28» аналогичные им опытные экземпляры были подвергнуты всесторонним испытаниям на Земле: тряске на вибростенде, ударным нагрузкам до 100 g, нагреву, имитирующему ход эксперимента. И лишь успешно сдав эти «экзамены», комплексный эксперимент «Морава» получил путевку в космос.

Первый эксперимент в данной серии — изучение процесса затвердевания расплава двух веществ, представляющего собой эвтектику[3]. При этом один из компонентов содержался в расплаве в избытке. В этом случае процесс затвердевания проходил в два этапа: кристаллизация из расплава основного компонента и последующее отвердевание остаточной эвтектики.

В качестве основного компонента был выбран анизотропный кристалл хлористого свинца, поскольку на нем проще проследить влияния температурного перепада и гравитационного поля. Вторым изучаемым веществом стал кристалл бромида ртути, обладающий чрезвычайно высокими значениями параметра связи в кристаллической решетке. Изучение этих двух веществ составляло содержание первого этапа технологического эксперимента «Морава».

Второй этап эксперимента состоял в изучении анизотропного оксихлорида висмута, приготовленного методом выращивания из жидкой фазы в условиях невесомости, а третий этап — в исследовании затвердевания и образования стекловидной системы, представленной полупроводниковым стеклом с тетраэдрической структурой решетки (в состав которой входят атомы германия, сурьмы и серы). Цель последнего исследования заключалась не только в определении условий образования стекла в состоянии невесомости, но также в изучении процессов зародышеобразования и разделения фаз, протекающих в стеклянной матрице, и определении влияния этих процессов на основные физические характеристики получаемых материалов.

Эксперимент проходил следующим образом. Чехословацкий космонавт В. Ремек поместил контейнер с исследуемыми веществами в электронагревательную установку «Сплав», доставленную на орбитальную станцию «Салют-6» с помощью грузового транспортного корабля «Прогресс-1». Установка «Сплав» была размещена вблизи корпуса орбитальной станции, неподалеку от центра тяжести всего научного комплекса. В ходе эксперимента весь орбитальный комплекс ориентировался так, чтобы его продольная ось была направлена к центру Земли.

Для повышения «чистоты» эксперимента в наиболее ответственные периоды кристаллизации на орбитальном комплексе выключались все системы и агрегаты, вызывающие колебания станции, сводились к минимуму даже перемещения космонавтов. Поэтому в эти решающие для эксперимента периоды времени сила тяжести по всем трем направлениям была несущественной и составляла не более 10–6 — 10–7g.

В контейнере, представляющем собой герметический стальной цилиндр длиной 172 мм и диаметром 17 мм, находились в кварцевых ампулах (в условиях вакуума) образцы исследуемых материалов. После помещения контейнера в цилиндрическую полую печь начиналось нагревание образцов с таким расчетом, чтобы температура в контейнере росла до тех пор, пока не достигала величины выше точки плавления исследуемых материалов (в первой серии это были системы «хлористый свинец — хлористая медь» и «хлористый свинец — хлористое серебро»).

Максимальный нагрев в экспериментах «Морава» достигал 500 °C. После достижения максимальной температуры началось ее регулируемое снижение. Причем максимальная температура достигалась примерно через 24 ч после начала эксперимента, а затем в режиме охлаждения возникал процесс затвердевания. Охлаждение длилось около 20 ч со скоростью примерно 11 °C в 1 ч. Таким образом, весь рабочий цикл составлял около двух суток.

Одновременно в ЦПК им. Ю. А. Гагарина специалисты СССР и ЧССР провели наземную часть эксперимента. Она по своей сути обратна космической: если в космосе нужно было свести к минимуму силу земного тяготения, то здесь с помощью центрифуги исследовались рост и направленное затвердевание кристаллических материалов при различных перегрузках. Располагая контейнер с исходным веществом то по вектору углового ускорения, то перпендикулярно ему, специалисты сравнивали структуру и свойства материалов, полученных при различных взаиморасположениях направления перегрузки с осью кристаллизации.

Наземный эксперимент на центрифуге был осуществлен на установке «Кристалл», работающей по методу направленной кристаллизации. Однако в отличие от установки «Сплав» процесс здесь происходит в условиях фиксированного теплового поля, а изменение зон нагрева достигается перемещением ампулы с материалом, которое осуществляется механически в соответствии с требуемой программой. Сопоставление результатов всего комплекса экспериментов «Морава» помогло определить зависимость свойств материалов от гравитационных условий их получения и выработать рекомендации по созданию перспективных технологических соединений.

Микроскопическое исследование структуры материалов, полученных одновременно в условиях космического полета и на Земле (при прочих идентичных условиях), показывает, что кристаллы, выращенные в космосе, меньше, чем аналогичные кристаллы, полученные на Земле. Причина заключается в том, что в космосе миграция ионов в расплаве происходит лишь путем диффузии: именно такое влияние оказывает невесомость на процесс зародышеобразования и роста кристаллов из жидкой фазы. Влияние же невесомости на эвтектические растворы противоположно: кристаллы обеих фаз эвтектики больше, чем полученные на Земле.

Процесс затвердевания кристаллов в космосе подвержен влиянию микрогравитации. И хотя она была мала в данном эксперименте, но все же на внешней поверхности образца можно заметить следы воздействия радиальной составляющей микрогравитации, зарегистрированной в ходе эксперимента. Оказывается, что поле тяготения порядка 10–6g достаточно, чтобы повлиять на конфигурацию атомов в исследованной расплавленной системе, а также на процесс затвердевания.

Следующий эксперимент относился к медико-биологическим. С целью изучения кислородного режима в тканях человека, находящегося в условиях невесомости, был проведен советско-чехословацкий эксперимент «Кислород». Он выполнялся с помощью прибора «Оксиметр», разработанного специалистами ЧССР.

У человека и животных для сохранения и поддержания достаточного количества энергии непрерывно должны протекать процессы окисления, требующие постоянного притока кислорода. Длинный и сложный путь поступления кислорода в ткани организма определяется согласованной функцией легочного дыхания и кровообращения. И если динамика поступления кислорода в легкие и его перенос кровью изучены достаточно хорошо, то наука мало что знает о том, где и как происходит «стыковка» кислорода с тканями живого организма и как используется кислород тканевыми ферментами. Важнейшим показателем взаимодействия этих двух процессов является так называемый уровень напряжения в тканях организма.

[3] Эвтектика — сплав в жидком состоянии, находящийся в равновесии с кристаллами исходных компонентов и кристаллизующийся при постоянной температуре (в так называемой эвтектической точке). В твердом состоянии представляет собой механическую смесь кристаллов-компонентов.