Космічні технології в побуті. Космічна технологія і виробництво

космічні технологіїв побуті землян

Почувши словосполучення «космічні технології», більшість жителів Землі, швидше за все, представлять собі злітає ракету, можливо, Міжнародну космічну станцію або, на худий кінець, фантастичний космічний корабель, Неспішно пливе в кадрі через порожнечу космосу. Так уже повелося, що більшість наших асоціацій з цією галуззю ми отримали з художнього кінематографа або книг. Ті, хто цікавиться космонавтикою, знають, що завдяки реальним «космічними технологіями» люди можуть дістатися до орбіти високо над Землею або навіть запустити станцію до сусідньої планеті.

Хтось, можливо, згадає про GPS, супутникове телебаченняі інтернет або навіть про метеорологію, а інший просто запитає: навіщо все це потрібно, адже космос так далеко? На щастя, реальність цікавіше: космос набагато ближче до нас, ніж ви думаєте. Спадщина космонавтики подарувало нам сотні невеликих речей, які щодня оточують нас у побуті і спрощують наше життя. Сьогодні ми розповімо про декілька з них.

Міжконтинентальні ракети і ваш автомобіль

У 1953 році Норман Ларсен, засновник Rocket Chemical Company, виконував замовлення аерокосмічного підрядника США компанії Convair і розробляв нове водовідштовхувальне речовина. Популярна корпоративна легенда говорить, що тридцять дев'ять спроб були невдалими, але сороковий дала необхідний результат, на честь чого нову чудо-формулу так і назвали - WD-40 ( «Водоізместітель-40»).

Convair використовували нову мастило для захисту надтонких стінок паливних баків і електроніки ракет Atlas під час перевезення і зберігання. Міжконтинентальні балістичні ракети Atlas, звичайно, розроблялися як грізну зброю і навіть стояли на бойовому чергуванні під час Карибської кризи, але поступово списувалися військовими, коли їх місце займали більш досконалі знаряддя знищення. Замінні на ракети Titan і Minuteman, вони передавалися NASA для цілей цілком наукових, а в рамках програми Mercury в 1962 році забезпечили перший американський орбітальний політ астронавта Джона Гленна.

Зліва - запуск міжконтинентальної балістичної ракети Atlas B. Праворуч - Atlas D з кораблем Mercury Friendship 7 і Джоном Гленном на борту. Фото: USAF \ NASA.

Джон Гленн на орбіті. Фото: NASA

Політ космічного корабля Mercury в поданні художника

Формула водооталкивающая мастила Нормана Ларсена виявилася настільки вдалою, що конструктори Convair використовували її і в своїх інтересах, обробляючи запчастини особистих автомобілів. Усвідомивши потенційний комерційний успіх, в 1958 році Rocket Chemical Company починають продажі нового речовини в локальних магазинах в Сан Дієго. А в 1969-му компанія перейменовується, взявши назву найважливішого на той момент пропозиції в своєму портфелі - WD-40. Сьогодні чудо-мастило продається в більш ніж половині країн світу і знайома, мабуть, майже кожного автомобіліста (і просто міцному господарник). А в спектрі можливих способів її використання і рекомендацій щодо застосування вже неможливо відрізнити міф від реальності: від очищення заржавілих деталей до видалення собачих екскрементів або навіть виведення жуйки з волосся.

Вінтажна упаковка WD-40 і сучасна

Міжпланетні станції та цифрова фотографія

У 1992 році Деніел Голдін, призначений на місце адміністратора NASA (до слова, який прослужив на цій посаді при трьох президентах США), змалював новий принцип роботи агентства через три простих слова: «Швидше, краще, дешевше».Цей принцип поставив перед інженерами місій конкретні завдання (наприклад, мініатюризація цифрових камер з CCD-матрицею, використовуваних в міжпланетних місіях, без втрати наукової цінності одержуваних знімків).

В результаті інженер лабораторії реактивного руху NASA Ерік Фоссум представив CMOS Active-Pixel Sensors. Саме по собі використання метал-оксидних напівпровідників до дев'яностих років XX століття не було чимось новим, як і теоретична можливість використовувати їх світлочутливість укупі з APS, але практична реалізація Голдіна зробила переворот на ринку цифрової фотографії. Нові сенсори потенційно були дешевші у виробництві, менш енерговитратних і давали великі можливості в мініатюризації камери і роботі з зображенням.

Перший 10-мегапіксельний CMOS-сенсор Aptina Imaging для компактних цифрових камер. Aptina - правовласник технологій Photobit. Зображення: Aptina Imaging

Фоссум зрозумів, що його розробка буде затребувана і на Землі. У 1995-му він заснував компанію Photobit і запатентував нову технологію. Надалі історія компанії Photobit - це історія поглинань і перейменувань, а в результаті в 2017-м CMOS-матриці використовуються майже повсюдно - починаючи від мобільних телефоніві закінчуючи камерами автомобілів і медичних приладів. Хочете зробити «Селфі»? Ви просто космос!

CMOS-сенсори використовуються в камерах ваших смартфонів ...

... в ваших зеркалках ...

... автомобільних камерах заднього виду ...

... і навіть медичних камерах і ендоскопії - і взагалі скрізь, де важливі невеликий розмір і енергоспоживання

До речі, використання слова «піксель» вперше було зафіксовано в 1965 році в роботі інженера лабораторії реактивного руху Фредеріка Биллингсли. Він використовував це слово для опису мінімальних елементів зображень, одержуваних від станцій, відправлених до Місяця і Марса.

Марсіанські бульбашки в земній пиві

Складно уявити собі щось більш земне, ніж келих пива в кінці важкого дня. До речі, це задоволення недоступно космонавтам на орбіті, але, можливо, це справедлива ціна за кращий певною всесвіту вид з вікна на нашу планету. Роберт Зубрин - НЕ астронавт, але американський інженер, засновник «марсіанського суспільства» і, мабуть, один з найбільш яскравих прихильників негайної колонізації землянами сусідніх світів.

Довгий час він працював над концептами планів доставки людей на Марс і інструментами, які дозволять майбутнім поселенцям отримувати частину необхідних ресурсів прямо з атмосфери Червоної планети: кисень або пальне для ракетних двигунів і роверів. Деякі з розроблених його командою технологій знайшли застосування на Землі - наприклад, у видобутку нафти і природного газу. Але і Зубрин не чуже все земне - з «приземленою» технології народилася ще більш «приземлена».

Майбутнім колоністам Марса доведеться використовувати ресурси планети для розвитку колонії. Зображення: NASA

При виробництві пива вуглекислий газ утворюється природним чином, але більша його частина розсіюється в повітрі ще в процесі приготування. Великі виробники можуть дозволити собі установку досить дорогих систем, що затримують CO 2 для подальшого повторного збагачення. Невеликі пивоварні закуповують додатковий обсяг у сторонніх постачальників, що в підсумку збільшує собівартість кінцевого продукту. Раптово на допомогу приходять технології, які розробляються для майбутніх колоністів Марса! Компанія Зубрин Pioneer Energy представляє досить незвичайний для своєї діяльності продукт - систему збагачення вуглекислим газом для крафтового пивоварень. Компактний комплекс затримує вироблений при приготуванні CO 2 і, за підрахунками виробника, може зберігати близько 5 тонн вуглекислого газу на місяць і заощадити до $ 15 тис. На рік для невеликої пивоварні.

ВСТУП

У наші дні багато досягнень космонавтики знаходять широке застосування в різних галузях народного господарства. Використання штучних супутників Землі для потреб зв'язку, телебачення, метеорології, картографії, навігації, для вивчення природних ресурсів, в інтересах геології, сільського, лісового, рибного господарства міцно увійшло в повсякденну діяльність людства. Однак безперервне вдосконалення космічних засобів відкриває все нові і нові можливості їх застосування в народному господарстві і науці. Одним з перспективних напрямків космонавтики є виробництво в «осмосі нових матеріалів. Практичне розв'язання цієї важливої ​​науково-технічної проблеми стало можливим в останні роки завдяки досягнутим успіхам у створенні довготривалих пілотованих орбітальних станцій і транспортних кораблів, призначених для доставки на ці станції і повернення на Землю космонавтів разом з необхідними матеріалами, що витрачаються (фотоплівка, паливо, запаси продовольства і т. п.).

Дослідження в області виробництва матеріалів в космосі обумовлені прагненням використовувати в технологічних процесах незвичайні умови, що створюються при русі космічних апаратівз навколоземних орбітах: перш за все - тривалий стан невагомості, а також навколишній глибокий вакуум, високі і низькі температури і космічну радіацію.

В умовах невагомості ряд відомих фізичних процесів протікає інакше, ніж в звичних для нас земних умовах (при впливі сили тяжіння). Так, в невагомості відсутня сила Архімеда, що викликає в звичайних земних умовах розшарування рідких речовин з різною щільністю, ослаблена природна конвекція, яка веде в земних умовах до перемішування шарів рідин і газів, що мають різні температури. Це відкриває принципові можливості як для отримання в невагомості якісно нових матеріалів, так і для поліпшення властивостей існуючих матеріалів.

В невагомості можливо бесконтейнерное утримання в просторі рідкого металу, завдяки чому вдається уникнути його забруднення за рахунок попадання домішок зі стінок контейнера і отримати в результаті надчисті речовини. В невагомості поведінку рідин визначається силами поверхневого натягу, і це необхідно враховувати навіть при виконанні таких звичайних технологічних процесів, як зварювання, пайка, плавлення і т. Д.

В СРСР перші технологічні експерименти були виконані в 1969 р На борту пілотованого космічного корабля «Союз-6» в умовах тривалої невагомості льотчик-космонавт СРСР В. Н. Кубасов за допомогою установки «Вулкан», виготовленої в Інституті електрозварювання ім. Е. О. Патона АН УРСР, відпрацьовував різні способи зварювання металів. Була підтверджена практична можливість виконання різних зварювальних робіт в умовах космічного простору. Технологічні експерименти були проведені в 1975 р під час польоту орбітальної станції«Салют-4», а також при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон». Деякі технологічні експерименти виконувалися на вертикально стартують висотних ракетах при їх пасивному (з відключеними двигунами) польоті в верхніх шарах атмосфери (в цьому випадку стан невагомості забезпечується протягом невеликого часу - близько десяти хвилин).

Новий крок в напрямку створення наукових основ космічного виробництва був зроблений під час польоту орбітальної наукової станції«Салют-5», коли льотчиками-космонавтами СРСР Б. В. вольтової, В. М. Жолобова, В. В. Горбатов і Ю. Н. Глазкова був здійснений цикл технологічних експериментів за допомогою комплекту приладів «Кристал», «Потік» , «Сфера», «Дифузія» і «Реакція».

Дослідження по космічної технології проводяться також в США та інших країнах. Різні технологічні експерименти здійснювалися на кораблях «Аполлон-14, -16, -17», на орбітальній станції «Скайлеб», при запусках висотних ракет «Блек Брант».

У брошура дається Загальна характеристикасучасного стану досліджень в галузі космічної технології і космічного виробництва. Розповідається про перспективні напрями космічного виробництва, таких, як отримання металів, напівпровідникових матеріалів, оптичного скла, кераміки, медико-біологічних препаратів і т. П.

Фізичні умови на борту космічних апаратів

При польоті космічних апаратів з навколоземних орбітах на їх борту виникають умови, з якими на Землі людина зазвичай не стикається. Перше з них - тривала невагомість.

Як відомо, вага тіла - це сила, з якою воно діє на опору. Якщо і тіло, і опора вільно рухаються під дією сили тяжіння з однаковим прискоренням, т. Е. Вільно падають, то вага тіла зникає. Це властивість вільно падаючих тіл встановив ще Галілей. Він писав: «Ми відчуваємо вантаж на своїх плечах, коли намагаємося заважати його вільному падінню. Але якщо станемо рухатися вниз з такою ж швидкістю, як і вантаж, що лежить на нашій спині, то як же може він тиснути і обтяжувати нас? Це подібно до того, як якщо б ми захотіли вразити списом кого-небудь, хто біжить попереду нас з такою ж швидкістю, з якою рухається спис ».

Коли космічний апарат рухається по навколоземній орбіті, Він знаходиться в стані вільного падіння. Апарат весь час падає, але не може досягти поверхні Землі, тому що йому повідомлена така швидкість, яка змушує його нескінченно обертатися навколо неї (рис. 1). Це так звана перша космічна швидкість(7,8 км / с). Природно, що всі предмети, що знаходяться на борту апарату, втрачають свою вагу, іншими словами, настає стан невагомості.

Мал. 1. Виникнення невагомості на космічному апараті

Стан невагомості можна відтворити і на Землі, але тільки на короткі проміжки часу. Для цього використовують, наприклад, вежі невагомості - високі споруди, всередині яких вільно падає дослідний контейнер. Такий же стан виникає і на борту літаків, що виконують політ з вимкненими двигунами за спеціальними еліптичних траєкторіях. У вежах стан невагомості триває кілька секунд, на літаках - десятки секунд. На борту космічного апарату цей стан може тривати як завгодно довго.

Такий стан повної невагомості являє собою ідеалізацію умов, які в дійсності існують під час космічного польоту. Насправді це стан порушується через різних малих прискорень, що діють на космічний апарат при орбітальному польоті. Відповідно до 2-м законом Ньютона поява таких прискорень означає, що на всі предмети, що знаходяться на космічному апараті, починають діяти малі масові сили, і, отже, стан невагомості порушується.

Діючі на космічний апарат малі прискорення можна розділити на дві групи. До першої групи належать прискорення, пов'язані зі зміною швидкості руху самого апарату. Наприклад, за рахунок опору верхніх шарів атмосфери при русі апарату на висоті близько 200 км він відчуває прискорення близько 10 -5 g 0 (g 0 - прискорення сили тяжіння поблизу поверхні Землі, рівне 981 см / с 2). Коли на космічному апараті включають двигуни, щоб перевести його на нову орбіту, то він також відчуває вплив прискорень.

До другої групи належать прискорення, пов'язані зі зміною орієнтації космічного корабля в просторі або з переміщеннями маси на його борту. Ці прискорення виникають при роботі двигунів системи орієнтації, при переміщеннях космонавтів і т. Д. Зазвичай величина прискорень, що створюються двигунами орієнтації, становить 10 -6 - 10 -4 g 0. Прискорення, що виникають внаслідок різної діяльності космонавтів, лежать в діапазоні 10 -5 - 10 -3 g 0.

Говорячи про невагомості, автори деяких популярних статей, присвячених космічній технології, користуються термінами «мікрогравітація», «світ без тяжкості» і навіть «гравітаційна тиша». Оскільки в стані невагомості відсутня вага, але присутні сили тяжіння, ці терміни слід визнати помилковими.

Розглянемо тепер інші умови, що існують на борту космічних апаратів при їх польоті навколо Землі. Перш за все це глибокий вакуум. Тиск верхньої атмосфери на висоті 200 км близько 10 -6 мм рт. ст., а на висоті 300 км - близько 10 -8 мм рт. ст. Такий вакуум вміють отримувати і на Землі. Однак відкритий космічний простір можна уподібнити вакуумному насосу величезної продуктивності, здатному дуже швидко відкачувати газ з будь-якої ємності космічного апарату (для цього достатньо її разгерметизировать). При цьому, правда, необхідно враховувати дію деяких факторів, що призводять до погіршення вакууму поблизу космічного апарату: витік газу з його внутрішніх частин, руйнування його оболонок під дією випромінювання Сонця, забруднення навколишнього простору внаслідок роботи двигунів систем орієнтації і корекції.

Типова схема технологічного процесу виробництва будь-якого матеріалу полягає в тому, що до вихідної сировини підводиться енергія, що забезпечує проходження тих чи інших фазових перетворень або хімічних реакцій, які і ведуть до отримання потрібного продукту. Найбільш природне джерело енергії для обробки матеріалів в космосі - це Сонце. На навколоземній орбіті щільність енергії випромінювання Сонця становить близько 1,4 кВт / м 2, причому 97% цієї величини припадає на діапазон довжин хвиль від 3 · 10 3 до 2 × 10 4 ×. Однак безпосереднє використання сонячної енергії для нагрівання матеріалів пов'язано з рядом труднощів. По перше, сонячну енергіюне можна використовувати на затемненому ділянці траєкторії космічного корабля. По-друге, потрібно забезпечувати постійну орієнтацію приймачів випромінювання на Сонце. А це, в свою чергу, ускладнює роботу системи орієнтації космічного апарату і може повести до небажаного збільшення прискорень, що порушують стан невагомості.

Що стосується інших умов, які можуть бути реалізовані на борту космічних апаратів (низькі температури, використання жорсткої компоненти сонячної радіації і т. Д.), То використання їх в інтересах космічного виробництва в даний час не передбачено.

Поведінка речовини в невагомості

Агрегатні і фазові стану речовини.При розгляді особливостей поведінки речовини в космічних умовах часто використовуються такі поняття, як агрегатний і фазовий стану, фаза і компоненти. Дамо визначення цих понять.

Агрегатні стани речовини розрізняються за характером теплового руху молекул або атомів. Зазвичай говорять про трьох агрегатних станах - газоподібному, твердому і рідкому. У газах молекули майже не пов'язані силами тяжіння і рухаються вільно, заповнюючи весь посудину. Структура кристалічних твердих тіл характеризується високою впорядкованістю - атоми розташовані в вузлах кристалічної решітки, біля яких вони здійснюють лише теплові коливання. В результаті кристалічні тіла мають строго обмежену форму, а при спробі якимось чином змінити її виникають значні пружні сили, які протидіють такій зміні.

Поряд з кристалами відома й інша різновид твердих тіл - аморфні тіла. Головна особливість внутрішньої будови аморфних твердих тіл - відсутність повної впорядкованості: лише в розташуванні сусідніх атомів дотримується порядок, який змінюється хаотичним розташуванням їх один щодо одного на більш значних відстанях. Найбільш важливий приклад аморфного стану - це скло.

Тим же самим властивістю - ближнього порядку в розташуванні сусідніх атомів - володіє речовина в рідкому агрегатному стані. З цієї причини зміна обсягу рідини не викликає в ній виникнення значних пружних сил, і в звичайних умовах рідина приймає форму судини, в якому вона знаходиться.

Якщо речовина складається з декількох компонентів (хімічних елементів або сполук), то його властивості залежать від відносної концентрації цих компонентів, а також від температури, тиску та інших параметрів. Для характеристики кінцевого продукту, що утворюється при такому комбінуванні компонентів, використовується поняття фази. Якщо розглядається речовина складається з межують один з одним однорідних частин, фізичні або хімічні властивості яких різні, то такі частини називаються фазами. Наприклад, суміш льоду і води являє собою двофазну систему, а вода, в якій розчинений повітря, - однофазную, тому що в цьому випадку відсутній межа розділу між компонентами.

Фазовий стан - поняття, засноване на структурному поданні терміна «фаза». Фазовий стан речовини визначається тільки характером взаємного розташування атомів або молекул, а не їх відносним рухом. Наявність далекого порядку (повна упорядкованість) відповідає кристалічному фазовому стану, близького порядку - аморфному фазового стану, повна відсутність порядку - газоподібному фазовому стану.

Фазовий стан не обов'язково збігається з агрегатним. Наприклад, аморфному фазового стану відповідає звичайне рідке агрегатний стан і тверде склоподібний стан. Твердому агрегатному стані відповідають два фазових - кристалічний і аморфний (склоподібний).

Мал. 2. Діаграмар-Т рівноваги однокомпонентной системи

Перехід речовини з одного фазового стану в інше називається фазовим переходом, або перетворенням. Якщо дві або більше різних фаз речовини при даній температурі і тиску існують одночасно, стикаючись один з одним, то говорять про фазовий рівновазі. На рис. 2 як приклад приведена діаграма фазового рівноваги однокомпонентной системи, побудована в координатах тиск ( р) - температура ( T). Тут ізобара (т. Е. Пряма постійного тиску) а-авідповідає прямим переходах тверде тіло - рідина (плавлення і затвердіння) і рідина - газ (випаровування і конденсація), ізобара с-с- переходу тверде тіло - газ (сублімація), а ізобара в-в- співіснування всіх трьох фаз в так званій потрійний точці, при певних значеннях рі Т.

Вплив невагомості на рідину.Як впливає тяжіння на поведінку речовини в різних агрегатних станах? У твердих тілах атоми і молекули розташовуються в строго визначеному порядку, і сила тяжіння не може істотно впливати на процеси, що відбуваються в цьому стані.

На процеси в газах ця сила може вплинути більш значно. Відомо, наприклад, що в умовах нерівномірного нагрівання різних верств газу в атмосфері виникає під дією сили тяжіння вільна конвекція, т. Е. Упорядкований обмін газу між цими шарами. В умовах невагомості цей ефект може не виникнути.

Але особливо сильний вплив сила тяжіння надає на рідину. При переході до невагомості в рідини зникає сила Архімеда, яка діє на компоненти різної щільності і яка веде до їх поділу, змінюється характер конвекційних течій, зростає відносна роль міжмолекулярних взаємодій в рідини і стає можливим її вільне утримання поза судини (явище левітації). Розглянемо з цих причин докладніше процеси, що відбуваються в рідині.

Як і в газі, в рідині молекули незберігають постійного положення, а за рахунок теплової енергії переміщуються з місця на місце. Якщо в будь-якому місці рідини переважають частки одного сорту, то за рахунок більш частих зіткнень між собою вони поступово переходять в зону, де їх концентрація менше. Цей процес називається дифузією. Внаслідок дифузії за час tвідбувається зміщення частинок на відстань х = (2Dt) 1/2, де D- коефіцієнт дифузії. Якщо розглядати частки як сфери з радіусом r, то D = W · (?? r) -1. тут W- теплова енергія частинок,? - в'язкість рідини, яка сильно залежить від її температури. Коли рідина охолоджується, то в'язкість зростає і відповідно сповільнюються процеси дифузії.

Якщо зміна концентрації частинок одного сорту на відстані ? xвсередині рідини дорівнює ? з, То через одиничну площадку в 1 з має проходити число частинок I = - D? c/? x.

Рідина може містити кілька компонентів одночасно. Якщо зміст одного з компонентів мало, то такий компонент розглядають як домішка. Якщо в початковий момент домішка розподілена в рідини нерівномірно, то дифузійні процеси в рідині ведуть до встановлення рівномірного розподілу (гомогенізація).

У деяких випадках рідина може містити компоненти різної щільності. На Землі під дією сили Архімеда поступово відбувається поділ цих компонентів (наприклад, з молока утворюються вершки і обрат). В невагомості цього поділу немає, і після затвердіння таких рідин можуть бути отримані речовини з унікальними властивостями. Рідина може також містити фази, які не змішуються між собою, наприклад, гас і воду. На Землі між ними утворюються чіткі межі розділу. В невагомості шляхом перемішування можна отримати стійку суміш, що складається з дрібних крапель тієї та іншої фаз. Після затвердіння з подібних сумішей різних фаз можна отримати однорідні композиційні матеріали, пенометалли і т. П.

Виникнення кордонів розділу між різними фазами в рідини пов'язано з наявністю сили поверхневого натягу, або капілярної сили, яка виникає через взаємодію між молекулами рідини. Поверхневий натяг можна уподібнити силі, яка повертає в початковий стан струну, коли музикант намагається відтягнути її в сторону. Саме сила поверхневого натягу призводить до того, що з погано закритого крана падають краплі, а не ллється тоненька цівка води. Але на Землі ці краплі невеликі: сила тяжіння багато більше сил поверхневого натягу і розриває на частини занадто великі з них. В невагомості ніщо не може перешкоджати утворенню досить великих крапель, і рідке тіло, надане саме собі, буде приймати сферичну форму.

Насправді на борту космічного апарату через різного роду малих прискорень стан невагомості порушується. якщо r- радіус сфери, форму якої приймає рідина, то діюча на неї капілярна сила приблизно дорівнює? r, Де? - коефіцієнт поверхневого натягу. Величина інерційних масових сил, що діють на рідину, дорівнює? gr 3, де? - щільність рідини, g- мале прискорення. Очевидно, ефекти поверхневого натягу будуть відігравати головну роль, коли? · (? gr 2) -1> 1. Цим умовою визначається можливість отримання в стані, близькому до невагомості, рідких сфер з радіусом r. Такі рідкі сфери на борту космічних апаратів можуть перебувати в вільно плаваючому стані, коли для їх утримання не потрібні судини. Якщо це рідкий розплав, то при його затвердінні на Землі зі стінок посудини надходять шкідливі домішки. У космосі можна обійтися без судини і, отже, отримувати більш чисті речовини.

Тепло- і масообмін в невагомості.Істотний вплив перехід до невагомості надає також на процеси тепло- і массобмена в рідинах і газах. Перенесення тепла може здійснюватися теплопровідністю, конвекцією або випромінюванням, а також будь-яким поєднанням цих механізмів. Теплопровідність - це процес перенесення тепла із зони з більш високою температурою в зону, де температура нижче, шляхом дифузії молекул середовища між цими зонами. З цієї причини коефіцієнт теплопровідності пропорційний коефіцієнту дифузії.

Теплообмін випромінюванням характерний головним чином для твердих і рідких тіл і відбувається при досить високих температурах. Процеси променистого теплообміну і теплопровідності не залежать ні від сили тяжіння, ні від малих масових сил, що діють на борту космічних апаратів.

Інша річ конвективний теплообмін. Конвекція - це перенесення тепла в рідкому або газоподібному середовищі шляхом макроскопічного переміщення речовини цього середовища. Вище вже наводився найпростіший прикладконвекції - вільна (або природна) конвекція, що виникає внаслідок нерівномірного розподілу температури в середовищі, підданого дії масових сил (наприклад, сили тяжіння або інерційних сил, викликаних малими прискореннями на борту космічного апарату). Це явище кожен може легко спостерігати у себе вдома в будь-яких кип'ятильниках, коли шари рідини, які мають більш високу температуру і внаслідок цього більш низьку щільність, будуть спливати вгору і переносити з собою теплоту, а на їх місце, на гаряче дно кип'ятильника, будуть опускатися більш холодні і щільні шари.

Відносна роль теплообміну за рахунок вільної конвекції і теплопровідності визначається числом Релея:

тут g- чинне на систему прискорення, L- характерний розмір системи,? - коефіцієнт об'ємного розширення, ? T- перепад температури в середовищі,? - коефіцієнт теплопровідності, ? - в'язкість середовища. Звідси випливає, що в умовах, що наближаються до невагомості ( g -> 0), Ra-> 0, і, отже, роллю конвекції, що веде до ефективного перемішування середовища, можна знехтувати.

Цей висновок має двояке значення. По-перше, зменшується внесок конвекції в процеси теплообміну, і передача тепла здійснюється більш повільним процесом теплопровідності. По-друге, виключення конвекційних струмів в середовищі призводить до того, що основну роль в масообмінних гратимуть не макроскопічні переміщення речовини, а процеси дифузії. А це, в свою чергу, відкриває можливість отримання речовин, розподіл домішок в яких буде значно більш однорідним, ніж на Землі.

Крім вільної конвекції, існує цілий ряд Інших конвекційних ефектів, одна частина яких залежить від масових сил, а інша ні. Відома також вимушена конвекція, яка відбувається під дією якого-небудь зовнішнього фактора (наприклад, мішалки, насоса і т. П.). В космічних умовах цей вид конвекції використовують, щоб забезпечити потрібну швидкість відводу тепла від працюючих агрегатів.

Як приклад конвекції, що не залежить від масових сил, вкажемо термокапіллярную конвекцію, яка виражається в тому, що на кордоні рідкої фази можуть виникати і поширюватися хвилі. Капілярні хвилі обумовлені перепадами температури, через наявність яких величина коефіцієнта поверхневого натягу непостійна уздовж поверхні. Цей тип конвекційного течії, очевидно, не залежить від величини g і може призводити до погіршення однорідності матеріалів, отриманих в космічних умовах. Спосіб компенсації шкідливих наслідків цього ефекту полягає в зменшенні фактичних перепадів температури уздовж поверхні розділу фаз.

Космічні апарати і спеціальне обладнання для космічного виробництва

Устаткування для космічних експериментів.Говорячи про проблему виробництва в космосі нових матеріалів, зазвичай мають на увазі п'ять напрямків досліджень і розробок:

1. Космічна металургія.

2. Напівпровідникові матеріали.

3. Скло і кераміка.

4. Медико-біологічні препарати.

5. Дослідження фізичних ефектів в умовах невагомості.

Перші чотири напрямки безпосередньо націлені на отримання нових або поліпшених матеріалів і виробів на борту космічних апаратів (КА). Завдання п'ятого напрямку полягає у розвитку науки про поведінку речовини в космічних умовах з метою створення теоретичних основкосмічного виробництва.

Проведення досліджень у всіх цих напрямках вимагає розробки спеціальних бортових установок. Тому перед тим як перейти до розбору конкретних напрямків, доцільно розглянути, як йде справа зі створенням спеціального обладнання для космічних експериментів. При цьому ми обмежимося в даному розділі розглядом найбільш універсальних типів установок, які можуть бути використані для вирішення ряду різних завдань. Про ті експериментальні установки, які мають більш вузьке призначення або призначені для виконання конкретних досліджень, зручніше розповісти, обговорюючи самі ці дослідження.

Для всіх практичних напрямків, за винятком отримання біологічних препаратів, основна схема виробничого процесу полягає в наступному. Вихідний матеріал (сировина) піддається на борту КА тепловій обробці, плавиться або випаровується. Потім він твердне. Оскільки цей процес відбувається в умовах невагомості, то відповідно до аналізу, виконаним в попередньому розділі, можна очікувати поліпшення характеристик кінцевого продукту. З цих причин основний варіант технологічного обладнання для обробки неорганічних матеріалів - це нагрівальні установки різних типів.

Для нагріву вихідного матеріалу можна використовувати тепло екзотермічніреакцій. Типовий нагрівач такого типу складається з циліндричного патрона, заповненого сумішшю хімічних речовин, і ампули з досліджуваним матеріалом, яка розміщується по осі патрона. Для ініціювання хімічної реакції зазвичай використовується малопотужний електричний імпульс. Перевага подібних установок полягає в тому, що в них за порівняно малі часи (секунди або десятки секунд) можуть бути отримані досить високі температури. Тому такі нагрівальні установки знаходять застосування в першу чергу в тих випадках, коли тривалість стану невагомості обмежена.

Інший різновид нагрівальних пристроїв для обробки матеріалів - електронагревние печі. Відомо кілька конструктивно різних варіантів таких печей. У робочій зоні ізотермічної печі підтримується температура 1200-2400 ° C. Для зниження витрат електроенергії ця зона оточена многофольговой ізоляцією, виготовленої зі спеціальних матеріалів.

Для вирощування кристалів необхідно, щоб в печі була зона з перепадом температури. На рис. 3 представлена ​​одна з можливих схем установок подібного типу. Через зону з перепадом температури простягається ампула, яка містить досліджувану речовину. У точці, де досягається температура плавлення, сировина плавиться, а коли розплавлений матеріал потрапляє в область більш низьких температур, він починає кристалізуватися. Існуючі установки такого типу забезпечують температуру 1050-1150 ° C, в проектованих установках передбачається підняти її до 2000 ° C.

Мал. 3. Схема вирощування монокристалів з розплаву (1 - розплав; 2 - початковий кристал; 3 - механізми витягування і обертання; 4 - шток; 5 - тигель; 6 - індуктор для нагріву розплаву)

Недолік установок подібної зображеної на рис. 3 полягає в тому, що зі стінок ампули (тигля) в розплав можуть надходити домішки, що забруднюють одержуваний матеріал і погіршують його якість. На рис. 4 показана схема електронагревной печі, в якій використаний метод зонного плавлення, що дає можливість частково усунути цей недолік. У цій установці речовина також піддається переплаву в зоні з перепадом температури, але при цьому воно не контактує безпосередньо зі стінками ампули. Нагрівання може здійснюватися за допомогою струмів високої частоти, джерел інфрачервоного випромінювання або дугових джерел світла, забезпечених фокусирующими дзеркалами і т. Д. В останньому випадку ампула виготовляється з прозорого матеріалу, наприклад з кварцу. Метод зонного плавлення дозволяє також забезпечити отримання більш високих температур. Розплавлене речовина не стосується стінок тигля і утримується силами поверхневого натягу. Тому максимальні розміризони визначаються з умови балансу діючих на розплав масових сил і сил поверхневого натягу. Масові сили на борту КА, обумовлені малими прискореннями, багато менше сили тяжіння. Це означає, що розміри розплавленої зони в космічних умовах і відповідно розміри кристалів, одержуваних в таких установках, можуть бути значно більше, ніж на Землі.

Мал. 4. Метод зонного плавлення (1 - розплавлена ​​зона; 2 - індуктор; 3 - стінка печі; 4 - ампула; 5 - стрижень досліджуваної речовини; 6 - механізм протягування і обертання стрижня)

На рис. 5 представлена ​​схема вирощування кристалів з парової фази. Ампула розміщується в печі з перепадом температури таким чином, щоб вихідний матеріал виявився в гарячій зоні. Массоперенос здійснюється в паровій фазі, а на холодному кінці ампули відбувається його конденсація з утворенням кристалів. Парофазная методи використовуються, наприклад, для отримання епітаксійних плівок, які широко застосовуються в електротехніці.

Епітаксия - це осадження монокристалічних плівок на монокристаллической підкладці. Епітаксіальна плівка як би повторює структуру підкладки і являє собою щось на зразок двовимірного кристала. Її досконалість визначається, зокрема, процесами конвекції в паровій фазі. Конвекція веде до неконтрольованих умов на поверхні зростаючого шару і в кінцевому рахунку до дефектів кристалічної решітки. У космосі можна розраховувати на обмеження ролі конвекції і відповідно на підвищення якості одержуваних матеріалів.

Мал. 5. Схема вирощування кристалів з парової фази

Раніше зазначалося, що в космічних умовах можливо бесконтейнерное утримання рідин. Установки, в яких здійснюється цей процес, називаються левітатор. Оскільки на борту КА діють прискорення близько 10 -5 - 10 -4 g 0, в левітатор повинні бути вжиті заходи по утриманню вільно плаваючою рідини в центрі робочої камери. Для цієї мети можна використовувати ультразвукові поля, аеродинамічний утримання або змінне електромагнітне поле. Останній метод придатний лише для провідних матеріалів і не годиться, наприклад, для роботи зі склом. Нагрівання матеріалів в левітатор можна здійснити за допомогою оптичних нагрівачів, струмів високої частоти, електронних пучків і т. Д. Установки цього типу, очевидно, відрізняються особливою складністю, але дозволяють практично реалізувати таке важливе перевагу виробництва матеріалів в космосі, як їх бесконтейнерная обробка. Левітатор різних типів в даний час знаходяться в стадії розробки.

Експерименти в області космічної технології.Вперше технологічні космічні експерименти були здійснені в 1969 р в Радянському Союзі. З цією метою в Інституті електрозварювання ім. Е. О. Патона була розроблена спеціальна установка «Вулкан», призначена для вивчення і відпрацювання методів зварювання і різання металів на борту космічних апаратів. Установка «Вулкан» була розміщена на борту космічного корабля «Союз-6», і 16 жовтня 1969 р екіпаж корабля - льотчики-космонавти СРСР Г. С. Шонін і В. Н. Кубасов - успішно провели її випробування.

У 1973-1974 рр. серія технологічних експериментів була здійснена на американській космічної станції«Скайлеб». Для проведення цих експериментів в США була розроблена спеціальна установка для обробки матеріалів. Ця установка включала в себе вакуумну камеру, електронну гармату для плавки зразків, електронагревную піч та інше обладнання. Розроблена для станції «Скайлеб» універсальна піч забезпечувала максимальну температуру 1050 ° C і дозволяла працювати в різних температурних режимах (постійна висока температура, перепад температури по довжині ампули, программированное охолодження). Досліджувані зразки розміщувалися в ампулах, які встановлювалися в печі космонавтами.

Наступним кроком на шляху розгортання робіт в області технологічних експериментів в космосі з'явилася спільна радянсько-американська програма «Союз» - «Аполлон» (ЕПАС). Під час польоту цих кораблів в липні 1975 з допомогою модифікованої електронагревной печі і установок для дослідження методів отримання чистих медико-біологічних препаратів було здійснено ряд нових технологічних експериментів.

Проведення технологічних експериментів було включено також в програму досліджень на радянської космічної станції «Салют-5». З цією метою був розроблений спеціальний комплект приладів - «Кристал», «Дифузія», «Потік», «Сфера», «Реакція» (рис. 6), призначений для дослідження широкого кола питань в галузі наук про речовину в космосі, а також для відпрацювання методів пайки в космічних умовах.

Технологічні експерименти з цими приладами були успішно виконані в липні - серпні 1976 р льотчиками-космонавтами СРСР Б. В. вольтової і В. М. Жолобова і в лютому 1977 року - В. В. Горбатко Ю. Н. Глазкова.

Поряд з дослідженнями, що проводилися на борту пілотованих космічних станцій і кораблів, як в Радянському Союзі, так і в США технологічні експерименти здійснювалися в автоматичному режимі при запусках висотних ракет.

Відмінна риса цих експериментів - порівняно обмежена тривалість стану невагомості (5-7 хв на американських ракетах, близько 10 хв - на радянських). Тому для проведення таких експериментів в Радянському Союзі розроблені установки, в яких для плавлення зразків використовується тепло екзотермічніреакцій.

На американських висотних ракетах застосовується електронагрівальна ампульне піч, яка не може забезпечити настільки ж швидкого розігріву заготовок і яку тому доводиться включати завчасно, до старту ракети.

Дослідження на висотних ракетах дозволяють виконувати космічні експерименти більш оперативно і на більш простому обладнанні, і тому їх слід розглядати як корисне доповнення до робіт на космічних станціях і кораблях.

Мал. 6. Прилади для проведення технологічних експериментів на станції «Салют-5» (а - прилад «Кристал»; б - прилад «Реакція»)

Космічні апарати і технологічні модулі. Перспектива розвитку робіт в області технології обробки матеріалів в космосі полягає в тому, що від експериментальних досліджень буде здійснено поступовий перехід до напівпромислового виробництва на борту КА деяких матеріалів, а потім і до виробництва в промисловому масштабі. Згідно зарубіжним оцінками, можна очікувати, що до 1990 р вантажопотік продукції космічного виробництва, а також необхідного обладнання досягне декількох десятків тонн на рік.

Створення в СРСР довготривалої орбітальної станції «Салют» і економічної системи її транспортного забезпечення за допомогою пілотованих кораблів «Союз» і автоматичних кораблів «Прогрес» відкриває нові великі можливості для проведення технологічних експериментів, відпрацювання необхідного обладнання, а також аналізу технологічних процесів в умовах тривалої невагомості .

Розробка і вдосконалення орбітальних пілотованих комплексів, призначених для вирішення завдань наукового і прикладного характеру, як відомо, є магістральним напрямом розвитку вітчизняної космонавтики. Одна з основних завдань пов'язана при цьому з розвитком наук про поведінку речовини в умовах невагомості і з забезпеченням потреб виробництва матеріалів в космосі.

В рамках цієї програми в Радянському Союзі був здійснений найтриваліший в історії космонавтики політ орбітального науково-дослідного комплексу «Салют-6» - «Союз», що тривав 96 діб і успішно завершений 16 березня 1978 г. На борту цього комплексу льотчики-космонавти СРСР Ю . В. Романенко, Г. М. Гречко, А. А. Губарєв і льотчик-космонавт ЧССР В. Ремек здійснили нові важливі технологічні експерименти.

Надалі, у міру зростання вантажопотоків, засоби постачання орбітальних наукових комплексів будуть удосконалюватися. З'являться нові вантажні кораблі для доставки устаткування, приладів і заготовок з різних матеріалів на борт орбітальних комплексів. Вироби і матеріали, отримані в космосі, будуть доставлятися в космос і повертатися на Землю за допомогою (багаторазових космічних кораблів. До складу орбітальних комплексів будуть входити спеціалізовані технологічні модулі.

Деякі технологічні операції в космосі, наприклад отримання матеріалів надвисокої чистоти, вимагають забезпечення глибокого вакууму. З цією метою в поєднанні з ДОС можна використовувати так званий молекулярний екран, який за допомогою спеціальної штанги розміщується на відстані близько 100 м від корабля. Діаметр екрану - 3 м.

Оскільки швидкості теплового руху молекул залишкового газу менше швидкості поступального руху корабля разом з екраном по орбіті (8 км / с), за екраном виникне зона підвищеного розрідження. Тиск залишкового газу в цій зоні буде порядку 10 -13 - 10 -14 мм рт. ст.

Розробка транспортних космічних кораблів, здатних забезпечити економічно ефективні транспортні перевезення, створення довгострокових орбітальних станцій типу радянських космічних станцій «Салют» відкривають дорогу до спорудження в космосі діючих фабрик по виробництву істих матеріалів.

На думку фахівців, подібні космічні фабрики почнуть діяти вже в 1990-х роках.

Дослідження фізичних основ космічного виробництва

Процеси тепло- і масопереносу.З'ясування особливостей процесів переносу тепла і маси в умовах, близьких до невагомості, необхідно для оптимальної організації виробництва в космосі нових матеріалів. З метою вивчення цих особливостей проводяться як теоретичні, так: і експериментальні дослідження.

Один з таких експериментів було виконано на космічній станції «Салют-5» космонавтами В. В. Горбатко і Ю. Н. Глазкова в лютому 1977 р Метою цього експерименту було дослідження процесу взаімодіффузіі розплавлених речовин в умовах, близьких до невагомості.

Ці дослідження на станції «Салют-5» проводилися за допомогою спеціального приладу «Дифузія» - Прилад був циліндричну електронагревную піч, що містить усередині дві кварцові ампули, кожна з яких була частково заповнена дібензілом, а частково - толаном. Ці органічні речовини володіють різною щільністю і при кімнатній температурі знаходяться в кристалічному стані. Ампули в циліндричної електронагревной печі розташовувалися таким чином, що невелика масова сила, що виникала через аеродинамічного гальмування станції, була спрямована уздовж їх осі.

Після включення приладу обидві речовини розплавилися, і протягом трьох діб тривав процес їх взаімодіффузіі через кордон розділу розплавів. Температура по довжині ампул підтримувалася постійною. Після відключення приладу відбувалося охолодження і затвердіння сплаву, структура якого мала полікристалічний характер.

Для порівняння результатів космічного експерименту з теорією за допомогою ЕОМ був виконаний розрахунок процесу перенесення маси для умов, відповідних експерименту з приладом «Дифузія». Розрахунок показав, що оскільки температура по довжині ампули лишалася незмінною в ході експерименту, теплова конвекція має бути відсутня, а що виникає на межі поділу рідин концентрационная конвекція впливала на перенесення маси лише на початковому етапі експерименту. Іншими словами, згідно з проведеними розрахунками, основний внесок в перенос маси в досліджених умовах повинні були дати чисто дифузійні процеси.

Після проведення експерименту і повернення космонавтів на Землю доставлені з космосу ампули були ретельно вивчені в лабораторії. Дослідження розподілу речовини по довжині ампули дозволили визначити значення коефіцієнта дифузії. Для порівняння на Землі були виконані контрольні досліди з такими ж ампулами. Виявилося, що величина коефіцієнта дифузії, певна в космічних умовах для сплаву дибензил з толаном, близька до теоретичного знання (близько 9,5 · 10 -6 см / с 2) і кілька перевершує величину, отриману в контрольних дослідах на Землі, але це розбіжність знаходиться в межах помилки методу. Слід зазначити також, що на Землі відсутня можливість точно відтворити характер тих мікроускореній, які впливали на розплав в космосі.

Близький за задумом експеримент також був поставлений на космічній станції «Скайлеб». На відміну від досліджень, виконаних на станції «Салют-5», американські вчені вивчали не взаємні дифузію двох різних речовин, а більш простий випадок - процес самодиффузии. З цією метою в цинковий циліндричний стрижень вставлявся диск, виготовлений з радіоактивного ізотопу цинку Zn 65. При нагріванні стрижень плавився, уздовж нього встановлювався перепад температури, в результаті чого починався процес дифузії радіоактивного ізотопу в основний матеріал (самодифузія). У припущенні, що в космічних умовах впливом конвекції на перенесення маси можна знехтувати і основну роль там грає процес дифузії, був виконаний розрахунок розподілу радіоактивного ізотопу по довжині стрижня. Результати розрахунку добре збіглися з даними космічного експерименту (рис. 7). У контрольних експериментах, проведених з аналогічними зразками на Землі, ефективний коефіцієнт дифузії радіоактивного цинку внаслідок конвекції виявився в 50 разів вище, ніж для космічних умов.

Мал. 7. Розподіл радіоактивного цинку уздовж зразка (про і? - експерименти на Землі для двох положень зразка, суцільна лінія - розрахунок і експерименти в космосі)

Цей експеримент, як і експеримент з приладом «Дифузія», показав, що для досліджених умов впливом конвекції на перенесення маси в розплаві можна знехтувати і що основну роль грає процес дифузійного переносу. Цей висновок підтверджує можливість отримання в космосі кристалічних матеріалів з однорідною структурою, яку в земних умовах порушують, зокрема, конвекційні течії. Однак практично реалізувати цю можливість і забезпечити отримання в космосі матеріалів з більш однорідним розподілом домішок вдається не завжди.

Розглянемо як приклад експеримент «Універсальна піч», поставлений при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон». В ході цього експерименту досліджувалась можливість отримання однорідних монокристалів германію, що містять домішки кремнію (0,5% по масі) і сурми (соті частки відсотка). Циліндричний зразок нагрівався до температури плавлення, за винятком холодного кінця, який передбачалося використовувати в якості «затравки» при кристалізації. Зразок витримувався при максимальній температурі протягом 1 год, після чого 5 ч охолоджувався зі швидкістю 0,6 град / хв, а потім відбувалося неконтрольоване охолодження печі до повного охолодження (рис. 8).

Мал. 8. Патрон для експерименту «Універсальна піч» (1 - графітовий нагрівальний блок, 2 - графітовий теплової вкладиш; 3 - оболонка з нержавіючої сталі; 4 - ізоляція; 5 - запірний механізм; 6 - блок відведення тепла; 7 - мідний теплової вкладиш)

Аналіз доставлених на Землю зразків показав, що, всупереч очікуванням, після переплавки і затвердіння в умовах, близьких до невагомості, розподіл домішок в поперечному перерізі зразка стало менше однорідним. При цьому легша домішка (кремній) змістилася в одному напрямку по діаметру зразка, а важча (сурма) - в протилежному. Такий перерозподіл домішок в зразку, можливо, пов'язано з тим, що саме по діаметру ампули діяли під час експерименту малі прискорення, обумовлені роботою двигунів системи орієнтації та стабілізації корабля. Однак конкретний механізм процесів, що призвели до погіршення однорідності розподілу домішки в цьому експерименті, в даний час однозначно не встановлено.

Можливо, що для того діапазону прискорень, які спостерігалися на борту корабля «Аполлон» під час експерименту «Універсальна піч», конвекційні течії були особливо інтенсивні. Виконані радянськими вченими за допомогою ЕОМ розрахунки процесів тепло- і масопереносу для умов, відповідних цьому експерименту, підтвердили таку можливість. В цьому випадку перерозподіл домішок в розплаві і погіршення однорідності зразка після його перекристалізації в космосі слід пов'язати саме з виниклими в розплаві конвекційними течіями. Але можливі й інші пояснення результатів експерименту «Універсальна піч».

Розглянуті експерименти показали, що для правильної організації в космосі процесів масопереносу необхідно забезпечити такі умови, коли конвекційними ефектами можна знехтувати. В іншому випадку в залежності від конкретних умов можливо як підвищення, так і погіршення однорідності розподілу домішок в досліджуваних матеріалах.

Якщо в наведених прикладах необхідно було проаналізувати можливий вплив на процеси тепло- і масопереносу природної конвекції, яка залежить від величини малого прискорення, що діє на космічний апарат, то в інших випадках слід враховувати конвекційні ефекти, які не залежать від прискорень. Зазначимо як приклад на термокапіллярную конвекцію, яка в деяких випадках також може стати причиною погіршення структури матеріалу, одержуваного в космосі.

Наприклад, при зонної плавці, використовуваної для вирощування кристалів, існує поверхню розділу між рідиною і знаходяться над нею насиченою парою. Уздовж цієї поверхні можлива зміна температури, а оскільки від неї залежить поверхневий натяг, то в цих умовах може виникнути конвекційне перебіг. Коли перепад температури починає перевищувати деяку критичну величину, в розплаві виникають конвекційні струми, що носять коливальний характер і ведуть до нерівномірного надходження домішки в зону кристалізації. В результаті домішка всередині кристала буде розподілена також неоднорідне (явище полосчатости). У порівнянні з вільною конвекцією, інтенсивність якої залежить від рівня прискорень на космічному апараті, подолання термокапіллярних течій вимагає прийняття інших заходів (обмеження величини перепадів температури і т. Д.).

Розглянуті вище експериментальні та теоретичні дослідження процесів перенесення речовини в умовах, близьких до невагомості, ставилися до розплавів. Однак в цих умовах і для газоподібного стану речовини процеси переносу можуть мати свої особливості. Наведемо як приклад також експеримент на станції «Скайлеб», в якому досліджувався вирощування кристалів напівпровідників - селеніду і телуриду германію - з газової фази. Цей метод заснований на тому, що на гарячому кінці запаяної ампули речовина, що знаходиться в газовій фазі (іодістий германій), реагує з поверхнею твердого вихідного матеріалу, а потім під дією перепаду температури дифундує в сторону холодного кінця ампули. Там, в більш холодній зоні, відбуваються конденсація парів на початковий кристал і освіту потрібних кристалів. Очікувалося, що швидкість масопереносу продукту в газовій фазі буде визначатися чисто дифузійними процесами. У земних умовах ця швидкість значно зростає через конвекції. Цей експеримент показав, що фактична швидкість перенесення маси в космічних умовах нижче спостерігається на Землі, але вище величини, розрахованої в чисто диффузионном наближенні.

Схожі результати отримані також в експерименті, поставленому при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон». Ця розбіжність у швидкостях дифузійного переносу можна пов'язати з особливостями хімічних реакцій в газоподібному стані, які не враховуються в існуючих методах розрахунку.

Механіка рідини.Розглядаючи механіку рідини в невагомості як один з розділів теоретичних основ космічного виробництва, необхідно вивчити питання поверхневого натягу і змочування, капілярні ефекти, стійкість форм рідини і поведінку містяться в ній включень - газових бульбашок, твердих частинок і т. Д. Для якісного дослідження цих питань зручно проводити на борту космічних апаратів експерименти з використанням води та водних розчинів.

Серія подібних експериментів демонстраційного характеру була виконана, наприклад, на американської космічної станції «Скайлеб». Методом кінозйомки досліджувалися поведінку вільно плаваючих водяних сфер, їх коливання, викликані поштовхом шприца, розвал сфер при обертанні. Вплив поверхневого натягу на затухання коливань рідини і на її взаємодія з твердою поверхнею вивчалося шляхом додавання в рідину мильного розчину, а це призводило до зміни коефіцієнта поверхневого натягу.

Інша експериментальна установка, використана на станції «Скайлеб» для проведення демонстраційних дослідів з механіки рідин, дозволяла моделювати поведінку плаваючою зони. У цій установці між двома стрижнями, які можна було розсовувати і обертати незалежно один від одного, створювалася рідка перемичка з різними коефіцієнтами поверхневого натягу (за рахунок додавання в воду мильного розчину). На цій установці досліджувалася стійкість рідкої зони по відношенню до обертання і переміщення стрижнів при зміні величини коефіцієнта поверхневого натягу.

Наступне завдання механіки рідини полягає у вивченні поведінки газових та інших включень. На важливість цих досліджень ще в 1969 р вказали радянські вчені, які проводили на кораблі «Союз-6» перші досліди зі зварювання і відзначили появу в зварних швах газових включень. На Землі бульбашки видаляються з рідини під дією сили Архімеда, в космосі цього не відбувається. У деяких випадках такі включення можуть призводити до погіршення якості матеріалу. Для управління динамікою газових та інших включень в рідинах радянські вчені запропонували використовувати ультразвукові коливання рідини і провели на борту літаючої лабораторії в умовах короткочасної невагомості експерименти, які підтвердили перспективність цього методу.

З огляду на важливість досліджень в області механіки рідини, відповідні досліди були включені також і в програму експериментів на станції «Салют-5». Мета цих експериментів полягала в тому, щоб досліджувати рух рідини під дією одних тільки капілярних сил і отримати якісні дані про поведінку бульбашок в рідині в умовах, близьких до невагомості. Експерименти були виконані космонавтами Б. В. вольтової і В. М. Жолобова за допомогою приладів «Потік» і «Реакція».

Прилад «Потік» представляв собою прямокутний паралелепіпед, виготовлений з прозорого оргскла і містить всередині дві порожнини, внутрішня поверхня однієї з яких водою змочується, а інший - ні. Сферичні порожнини з'єднані між собою капілярним і дренажним каналами, забезпеченими запірними вентилями. Перед початком експерименту вентилі відкрили, і під дією сил поверхневого натягу відбулося перетікання водного розчину з спочатку заповненої рідиною порожнини з несмачіваемих стінками в порожнину, стінки якої змочувалися водою. За дренажного каналу відбувалося вирівнювання тиску повітря між порожнинами. При випробуванні приладу на літаючої лабораторії процес перетікання рідини з однієї порожнини в іншу реєструвався за допомогою кінозйомки.

При випробуванні приладу на станції «Салют-5» досліджувалася стійкість газового міхура в рідини до механічних впливів. При інтенсивному струшуванні приладу газовий міхур, який перебував в заповненій рідиною порожнини, розбився на велику кількість (близько 100) дрібних бульбашок. Надалі ці бульбашки поступово зливалися в один великий, але тривалість цього процесу була значною - близько двох діб.

Мал. 9. Схема розташування трубки і муфти в приладі «Реакція».

Прилад «Реакція» складався з корпусу і двох контейнерів з циліндричними екзопакетамі, всередині кожного з яких розміщувалася трубка з нержавіючої сталі з одягненою на неї муфтою (рис. 9). У зазорі між трубкою і муфтою містився марганець-нікелевий припій, який при проведенні експерименту плавився, розтікався уздовж зазору, а при охолодженні затвердевал і забезпечував отримання міцних паяних з'єднань муфти з трубкою. Як показало дослідження паяних зразків, доставлених на Землю, рідкий припой змочив поверхні і перетік по капілярному зазору, утвореного між внутрішньою поверхнею муфти і трубкою, з кільцевої порожнини більшого розміру в кільцеву порожнину меншого розміру (рис. 10).

Таким чином, за допомогою приладу «Реакція» була продемонстрована можливість перетікання рідини під дією сил поверхневого натягу. Цей спосіб управління потоками рідини може виявитися корисним практично, наприклад, для виробництва в космосі литих виробів складної форми. Подібні експерименти з дослідження розтікання рідкого металу (олово) уздовж мідних изложниц складної форми під дією сил поверхневого натягу були виконані також при запуску в СРСР висотної ракети в березні 1976 р

Мал. 10. Поперечний (а) і поздовжній (б) розрізи паяного з'єднання в приладі «Реакція»

Процеси кристалізації. Найважливіший процес отримання матеріалів в космічних умовах - це їх кристалізація. Монокристали можна отримувати з розчинів, розплавів або з парової фази. На різних космічних апаратах досліджувалися особливості всіх трьох способів отримання кристалів. Розглянемо як приклад експерименти з вирощування кристалів, виконані на станції «Салют-5», а також під час спільного польоту кораблів «Союз» і «Аполлон».

На станції «Салют-5» досліджувалися особливості росту кристалів з водних розчинів. Головною відмінною рисою подібних експериментів в космосі є відсутність конвекції в рідині, яка призводить до коливань швидкості росту і складу кристала. З цієї точки зору якість кристалів, одержуваних в космосі, має бути вищим. Але з іншого боку, в космічних умовах на бульбашки газу в рідині не діє сила Архімеда, і ці бульбашки можуть захоплюватися зростаючими гранями кристала.

Дослідження цих процесів на станції «Салют-5» проводилося за допомогою приладу «Кристал». Він представляв собою термостат з трьома кристалізаторами, в кожному з яких відбувалося вирощування кристалів алюмокалієвих квасцов з їх водного розчину (див. Рис. 6). Алюмокалієві галун були обрані в якості досліджуваного матеріалу, оскільки їх властивості та особливості зростання на Землі добре вивчені. Для того щоб викликати процес кристалізації, в кожен з розчинів вводився шматочок кристала ( «запал»). На його гранях і починався зростання кристала, матеріал якого внаслідок дифузії надходив з розчину. На рис. 11 показані зразки кристалів алюмокалієвих квасцов, вирощених на орбітальній станції «Салют-5».

Експеримент з кристалізатором № 1 тривав протягом 24 діб (з 14 липня по 8 серпня 1976 г.). Перша експедиція на станцію «Салют-5» - космонавти Б. В. Волинов і В. М. Жолобов - доставила на Землю кристали з цього кристалізатора, які виросли не тільки на «затравки», а й в обсязі кристалізатора (масова, або об'ємна , кристалізація). Експеримент з кристалізатором № 2 тривав 185 діб (з 9 серпня 1976 р по 11 лютого 1977 г.). Більша частина цього експерименту відбувалася в той час, коли станція «Салют-5» перебувала в безпілотному керованому режимі. Друга експедиція - космонавти В. В. Горбатко і Ю. Н. Глазков - доставила на Землю велику кількість кристалів, отриманих при масовій кристалізації. Було відзначено цікаве явище - зрощення окремих кристалів в ланцюжки ( «намиста»). Досвід в кристалізаторі № 3 проводився 11 діб. На Землю було доставлено кристал, що виріс на «затравки», масова кристалізація в цьому кристаллизаторе була відсутня (див. Рис. 11).

Вивчення кристалів, які виросли в кристалізаторі № 1, показало, що «космічні» кристали відрізняються від вирощених на Землі як із зовнішньої огранювання кристалів (добре розвинені ті грані кристала, які зазвичай слабко розвинені в земних зразках), так і у внутрішній структурі (космічні зразки містять підвищену кількість газово-рідких включень). Дослідження кристалів, отриманих при масовій кристалізації в кристалізаторі № 2, показало, що і вони містять газово-рідкі включення. Спостерігаються сростки з чотирьох - п'яти окремих кристаликів. Для кристала, що виріс в кристалізаторі № 3, характерне чергування зон, що містять газові включення з зонами, чистими від включень.

Мал. 11. Кристали алюмокалієвих квасцов, вирощені на станції «Салют-5» (а - зразки з кристалізатора № 1; б - з кристалізатора № 2; в - з кристалізатора № 3)

Дослідження доставлених з космосу кристалів показали також, що в них не спостерігається полосчатости, характерною для земних умов і свідчить про коливання швидкості росту. Цей результат може бути наслідком відсутності конвекції в розчині в космічних умовах.

Джерелом газово-рідких включень в кристалах є, очевидно, бульбашки газу, розчиненого в рідині і виділяється на фронті кристалізації. Бульбашки газу захоплюються зростаючим кристалом і викликають захоплення рідкого розчину. Використовуючи в наступних експериментах обезгаженние розчини, можна буде вирощувати в космосі кристали, що не містять таких включень. Сростки кристалів, що спостерігалися в кристалізаторі № 2, в якому процес кристалізації тривав близько півроку, мабуть, обумовлені взаємним тяжінням кристалів, що ростуть в обсязі рідини протягом тривалого часу.

Особливості росту кристалів з розплаву також досліджувалися на прикладі германію також в експерименті, проведеному під час польоту кораблів «Союз» - «Аполлон». Досліджувані зразки розміщувалися в ампулах, які встановлювалися в електронагреаную піч, де германій піддавався часткового плавлення з подальшим затвердінням в режимі програмованого охолодження зі швидкістю 2,4 град / хв. Для експериментального визначення швидкості росту кристала кожні чотири секунди проводилися ки поверхні розділу фаз шляхом пропускання через розплав коротких імпульсів електричного струму. При післяполітної обробці зразків ці мітки були виявлені і по ним була виміряна швидкість росту кристала, що склала в кінці періоду охолодження близько 10 -3 см / с. У контрольних експериментах, поставлених на Землі, ця швидкість виявилася приблизно такою ж. Цей результат означає, що як в космосі, так і на Землі теплообмін в розплаві визначався для даного випадку, головним чином теплопровідністю, а роль конвекції нехтує мала. Кристали, отримані в космосі, були значно більшими тих, які вдалося виростити на Землі в той самий установці.

В експерименті, який був здійснений також в рамках програми «Союз» - «Аполлон», вивчався зростання кристалів з парової фази. Кристали типу германій - селен - телур росли в запаяних ампулах, які встановлювалися в зону з перепадом температури електронагревной печі. Експеримент показав, що доставлені з космосу кристали більш досконалі, ніж контрольні зразки, отримані на Землі (більш висока однорідність, менше дефектів кристалічної решітки і т. Д.). Одночасно було встановлено, що всупереч теоретичним очікуванням швидкість перенесення маси перевищує величину, розраховану в чисто диффузионном наближенні, але менше значення, отриманого в контрольних експериментах на Землі, де значну роль грала конвекція. Цей результат ще вимагає теоретичного пояснення.

Таким чином, виконані в космосі експерименти з вирощування кристалів з розчинів, розплавів і з парової фази показали, що в космічних умовах можна отримати кристалічні матеріали, що володіють більш високою досконалістю і однорідністю. Разом з тим встановлено, що ряд експериментально спостережуваних особливостей росту кристалів в невагомості не отримав поки необхідного теоретичного висвітлення і потребує подальшого дослідження.

Бесконтейнерное затвердіння в невагомості.Процеси формоутворення рідких тіл і їх затвердіння в умовах, коли на них не діє сила ваги, мають свої особливості. По-перше, надана в цих умовах сама собі рідину прагне, як відомо, прийняти форму кулі. Однак в дійсності при затвердінні рідини виникає ряд ефектів, які ускладнюють процес сфероїдизації: вільні коливання об'єму рідини, різна швидкість охолодження рідини на поверхні і в об'ємі і т. Д. По-друге, самі процеси затвердіння і кристалізації такої рідини в невагомості також можуть протікати по -іному. Перш за все це стосується конвекції, яка в земних умовах згладжує коливання температури в розплаві і сприяє стійкості процесу кристалізації. По-третє, в разі багатокомпонентних сплавів відсутність тяжкості може вплинути на перерозподіл компонентів всередині рідини, а тим самим і на однорідність зразка.

Сукупність цих питань досліджувалася в експериментах на станції «Скайлеб», а також в експерименті з приладом «Сфера» на станції «Салют-5». У першому з цих експериментів заготовки з чистого нікелю або його сплавів плавилися під дією електронного пучка, а потім охолоджувалися, вільно плаваючи в вакуумній камері на борту станції «Скайлеб». Наземні дослідження отриманих зразків показали, що відхилення їх форми від сферичної становить близько 1%, а зразки, виготовлені з сплавів, містять внутрішні пори. Мета іншого експерименту полягала в отриманні в невагомості матеріалів з однорідною пористістю шляхом переплавки срібних сіток. Таких матеріалів американським вченим отримати не вдалося, зате при переплавки в ампулах тонких срібних сіток спостерігалася сфероідізація рідких крапель срібла. Наземні дослідження тієї частини затверділих крапель, які не мали при охолодженні контактів зі стінками ампули, показали, що їх форма далека від досконалості. Поверхня зразків покрита сіткою жолобків, а в їх обсязі є усадочні раковини. Внутрішня структура зразків носила клітинний характер. Можна припускати, що саме пористу затвердіння і утворення раковин завадили утворенню більш правильних сфер в умовах, близьких до невагомості.

З метою отримання нової інформації про процеси, які супроводжують бесконтейнерное затвердіння рідкого металу на станції «Салют-5», був поставлений експеримент з приладом «Сфера». В якості досліджуваного речовини був обраний евтектичних сплав Вуда, який має мінімальну температуру плавлення (близько 70 ° C) і дозволяє тому звести до мінімуму споживання електроенергії (10 Вт). Хімічний склад дослідженого сплаву (за вагою): вісмут - 40, свинець - 40, кадмій - 10, олово - 10%. Прилад «Сфера» представляв собою електричний нагрівач, всередині якого розплавляється досліджувана заготовка масою 0,25 г, яка потім за допомогою штока виштовхувалася в лавсановий мішок. Усередині цього мішка виливок охолоджувалася і затвердевала, не приходячи в зіткнення зі стінками. Час, протягом якого заготовка, вміщена в нагрівач, розігрівалася до температури плавлення, становило на Землі 30 с. В невагомості контакт між заготівлею і стінками нагрівача повинен погіршуватися, тому час розігріву зразка було збільшено до 2 хв.

Доставлений після завершення експериментів на Землю зразок мав еліпсоїдальної форму, а його поверхня була покрита хаотично розташованими волокнами (за свідченням космонавта В. М. Жолобова, зразок мав вигляд їжака). Як показав аналіз, внутрішня структура зразка внаслідок переплавки в космосі також сильно змінилася: порушилося рівномірний розподіл компонентів сплаву за обсягом, утворилися розрізняються за хімічним складом голкоподібні кристали і т. Д. Ймовірна причина цих змін полягає, мабуть, в особливості теплового режиму розплаву при його затвердінні в умовах бесконтейнерного утримання. Спроби підібрати в лабораторних умовах такої тепловий режим обробки заготовки зі сплаву Вуда, який привів би до подібної структурі виливки, не дали позитивного результату, очевидно, тому що на Землі неможливо відтворити бесконтейнерное утримання зразка.

Таким чином, виконані до теперішнього часу дослідження в області фізичних основкосмічного виробництва, включаючи досліди, проведені на різних космічних апаратах, підтвердили правильність загальних уявлень про особливості фізичних процесів в невагомості і дали безпосередні експериментальні докази можливості отримання в космосі матеріалів з поліпшеними характеристиками. Разом з тим експерименти показали недостатність існуючих кількісних теорій цих процесів і виявили необхідність проведення спеціальних досліджень, спрямованих на розвиток теоретичних основ виробництва в космосі нових матеріалів.

Космічна металургія

Металургія має справу з отриманням металів і з процесами, що повідомляють металевих сплавів необхідні властивості шляхом зміни їх складу і структури. До металургії відносяться процеси очищення металів від небажаних домішок, виробництво металів і сплавів, термічна обробка металів, лиття, нанесення покриттів на поверхню виробів і т. Д. Більшість цих процесів включає з себе фазові переходи до рідкого або газоподібного станів, для яких вплив величини масових сил на склад і структуру кінцевого матеріалу може бути значним. Тому перенесення металургійних процесів в космос відкриває принципові можливості виробництва матеріалів з поліпшеними характеристиками, а також матеріалів, які на Землі отримати не можна.

Металургійні процеси в космічних умовах можуть бути використані для вирішення наступних завдань.

1. Приготування сплавів, в яких немає сегрегації, обумовленої силою Архімеда (отримання композиційних матеріалів, сплавів високої однорідності і чистоти, пенометаллов).

2. Приготування сплавів за відсутності конвекційних струмів (бездефектні монокристали, поліпшені евтектики і магнітні матеріали).

3. Безгравітаціонное лиття (приготування плівок, дроту, литих виробів складної форми).

4. бестігельной плавка металів і сплавів (очищення металів і сплавів, їх однорідне затвердіння).

5. Розробка методів отримання нероз'ємних з'єднань на космічних апаратах (зварювання, пайка і т. Д.).

Розглянемо коротко стан досліджень, спрямованих на отримання в космосі матеріалів металургійними методами.

Бездефектні кристали і сплави.Для виробництва сплавів вихідні компоненти можуть бути приготовані як в рідкій, так і в газоподібному (паровий) фазі з подальшою кристалізацією. В невагомості через відсутність поділу фаз можна задавати довільні комбінації компонентів в будь-яких станах. Можна, зокрема, отримати прямий перехід з парової фази до твердого тіла, минаючи розплав. Матеріали, отримані при випаровуванні і конденсації, мають більш тонкою структурою, яку зазвичай важко отримати при процесах плавлення і затвердіння (плавку в космічних умовах можна розглядати як спосіб очищення). При цьому в розплаві можливі наступні ефекти: випаровування більш летючого компонента, руйнування хімічних сполук (оксиди, нітриди і т. П.).

Найважливіший процес отримання сплавів - затвердіння. Цей процес істотно впливає на структуру металу. При затвердінні можуть виникати різні дефекти в структурі металу: неоднорідність сплаву за хімічним складом, пористість і т. Д. Присутність в розплаві перепадів температури і концентрації може призводити до виникнення конвекції. Якщо розплав твердне в умовах коливань температури, то виникають локальні коливання швидкості росту кристала, що може привести до такого дефекту, як полосчатость структури кристала. Для подолання цього дефекту структури необхідні заходи щодо зменшення конвекції.

В космічних умовах відкриваються можливості приготування однорідних сумішей, що складаються з компонентів з різною щільністю і з різними температурами плавлення. На Землі такі суміші не можуть бути стійкі через сили Архімеда. Особливий клас сплавів такого типу - це магнітні матеріали, в тому числі нові надпровідники.

Раніше зазначалося, що одна з переваг методу зонного плавлення в космічних умовах полягає в тому, що можна отримувати монокристали більших розмірів, ніж на Землі. Відсутність сили тяжіння дозволяє також по-новому організувати процеси спрямованої кристалізації. Таким шляхом можуть бути отримані ниткоподібні кристали великої довжини ( «вуса», або «уіскери») з підвищеною міцністю.

Розглянемо експерименти, в яких досліджувалися практичні можливості космічної металургії. Так, в експерименті на станції «Скайлеб» були отримані сплави з компонентів, які погано поєднуються в земних умовах. У трьох ампулах були розміщені заготовки зі сплавів золото-германій, свинець-цинк-сурма, свинець-олово-індій. В космічних умовах зразки піддавалися переплавки кілька годин, витримувалися при температурі вище точки плавлення, а потім охолоджувалися. Доставлені на Землю зразки мають унікальні властивості: однорідність матеріалів виявилася вищою, ніж у контрольних зразків, отриманих на Землі, а сплав золота з германієм виявився надпровідним при температурі близько 1,5 К. Аналогічні суміші, отримані з розплаву на Землі, цією властивістю не володіють , мабуть, через відсутність однорідності.

В рамках радянсько-американської програми ЕПАС був проведений такий експеримент, метою якого було дослідження можливості отримувати магнітні матеріали з поліпшеними характеристиками. Для досліджень були обрані сплави марганець-вісмут і мідь-кобальт-церій. У робочій зоні електронагревной печі підтримувалася максимальна температура тисячі сімдесят п'ять ° C протягом 0,75 год, а потім протягом 10,5 год піч остигала. Затвердіння відбувалося в період сну космонавтів, щоб знизити небажаний вплив вібрацій при їх переміщеннях усередині станції. Найбільш важливий результат цього експерименту полягає в тому, що у зразків першого типу, затверділих на борту космічного корабля, величина коерцитивної сили на 60% вище, ніж у контрольних зразків, отриманих на Землі.

Композиційні матеріали.Композиційними матеріалами, або композитами, називають штучно створені матеріали, які складаються з основного сполучного матеріалу і міцного армуючого наповнювача. Як приклади можна привести комбінацію алюмінію (сполучний матеріал) зі сталлю, приготовленої у вигляді ниток (армуючий матеріал). Сюди ж відносяться і пенометалли, т. Е. Метали, в обсязі яких міститься велика кількість рівномірно розподілених газових бульбашок. У порівнянні з утворюють їх компонентами композиційні матеріали мають новими властивостями - підвищеною міцністю при меншій питомій вазі. Спроба отримати в наземних умовах композити з основою, що знаходиться в рідкому стані, призводить до розшарування матеріалу. Приготування композитів в космічних умовах може забезпечити більш однорідний розподіл армирующего наповнювача.

На станції «Скайлеб» був також поставлений експеримент, мета якого полягала в отриманні композиційних матеріалів, армованих «вусами» з карбіду кремнію (питома вага 3,1). В якості основного (матричного) матеріалу було вибрано срібло (питома вага 9,4). Композиційні матеріали з металевою основою, армовані «вусами», становлять практичний інтерес з огляду на їх високої міцності. Техніка їх отримання заснована на послідовних процесах перемішування, пресування і спікання.

При проведенні космічного експерименту розміри частинок срібного порошку становили ~ 0,5 мм, діаметр «вусів» з карбіду кремнію ~ 0,1 мкм і середня довжина ~ 10 мкм. У кварцовою трубці, в якій розміщувався зразок, був поршень з графіту і кварцу з пружиною для стиснення зразка після розплавлення, щоб видавлювати з розплаву порожнечі. Дослідження доставлених з космосу композиційних матеріалів показало, що в порівнянні з контрольними зразками вони мають значно більш однорідною структурою і більш високу твердість. У разі матеріалів, отриманих на Землі, чітко видно структурний розшарування, відбувається спливання «вусів» вгору.

Евтектики.Евтектика - це тонка суміш твердих речовин, кристалізація яких відбувається одночасно при температурі нижче температури плавлення будь-якого з компонентів або будь-яких інших сумішей цих компонентів. Температура, при якій відбувається кристалізація такого розплаву, називається евтектичних. Сплави цього типу часто утворюються з компонентів, що сильно відрізняються один від одного (наприклад, до складу евтектичного сплаву Вуда входять вісмут, свинець, олово, кадмій). Евтектичні матеріали широко застосовуються в науці і техніці: їх використовують для виготовлення лопаток газових турбін, в якості надпровідних і спеціальних оптичних матеріалів.

Для приготування евтектики зазвичай використовують метод спрямованого затвердіння, т. Е. Затвердіння в одному заданому напрямку. Застосування цього методу в космічних умовах представляє безперечний інтерес, тому що через відсутність конвекції можна поліпшити однорідність матеріалу, а виключаючи контакт розплаву зі стінками, можна отримувати вільні від оксидів матеріали, які будуть володіти корисними оптичними властивостями.

Різновидом евтектики є двофазні системи типу «вусів». Це голчасті монокристали з досить досконалою структурою, міцність яких завдяки відсутності сторонніх включень наближається до теоретично можливої. В невагомості такі матеріали можна вирощувати і впроваджувати в рідкий метал методами композиційного лиття. Ще один різновид евтектики - тонкі епітаксіальні плівки. Такі плівки знаходять широке застосування при виготовленні транзисторів шляхом нанесення матеріалу на тверду основу - підкладку з рідкої або парової фази. Прояв конвекції в рідині або в газі веде до спотворення решітки епітаксійних плівок, до появи в них небажаних включень та інших дефектів структури.

В космічних умовах поставлено ряд експериментів з дослідження евтектичних сплавів. Наприклад, в одному експерименті на станції «Скайлеб» досліджувався вплив невагомості на структуру сплаву мідь-алюміній при направленому затвердінні. У доставлених з космосу зразках кількість дефектів зменшилася на 12-20%. В іншому експерименті на станції «Скайлеб» і МА 131 при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон» досліджувався отримання двофазних евтектики галогенідів (NaCl-NaF в першому випадку і NaCl-LiF - у другому). При затвердінні такої евтектики одна з фаз (NaF або LiF) може утворити нитки, впроваджені в іншу фазу як в матричний матеріал.

Подібні евтектики можуть знайти застосування в якості волоконних світловодів для інфрачервоної області спектра. Нітеподобние евтектики, вироблені на Землі, мають більшу кількість дефектів, виникнення яких пов'язане з коливальними конвекційними рухами в рідини. Структура евтектики галогенідів, отриманих в космосі, виявилася більш досконалою, що призвело до поліпшення їх технічних характеристик. Так, коефіцієнт пропускання світла для зразка першого типу зріс в 40 разів, а другого типу - в 2 рази в порівнянні з аналогічними зразками, вирощеними на Землі.

Технологія отримання нероз'ємних з'єднань.Як зазначалося вище, перші в світі роботи в цій області виконані в Радянському Союзі в 1969 р на космічному кораблі «Союз-6». На радянської космічної станції «Салют-5» космонавти Б. В. Волинов і В. М. Жолобов продовжили дослідження в цьому напрямку, успішно здійснивши досліди по пайку металів за допомогою приладу «Реакція». Прилад «Реакція» (див. Рис. 6) і розміщується в ньому екзоконтейнер по конструкції не були герметичні, і тому для імітації умов пайки в космічному просторі з герметизированной області між муфтою і трубкою був завчасно відкачано повітря (див. Рис. 9). Трубка і муфта були виготовлені з нержавіючої сталі, а для створення між ними капілярних зазорів на поверхні трубки зроблена накатка глибиною 0,25 мм. В якості припою був обраний високотемпературний марганець-нікелевий припій (температура пайки 1200-1220 ° C), який характеризується високими механічними властивостями і гарну корозійну стійкість.

Наземні металографічні дослідження і випробування швів (на вакуумну щільність, на механічну міцність на розривної машині з внутрішнім тиском до 500 атм) показали, що отримані в космосі паяні з'єднання за якістю не поступаються отриманим в земних умовах, а по ряду показників перевершують їх. Зокрема, спостерігається рівномірне заповнення зазорів припоєм, більш однорідна мікроструктура металу (див. Рис. 10).

Результати випробувань на борту космічних апаратів різних методів зварювання і пайки підтверджують, що при виконанні на перспективних космічних об'єктах монтажно-складальних робіт ці методи отримання нероз'ємних з'єднань знайдуть широке застосування.

напівпровідникові матеріали

Напівпровідники - речовини, які мають електронну провідність, а за величиною електропровідності займають проміжне положення між хорошими провідниками (метали) і ізоляторами (діелектрики). Типовими напівпровідниками є, наприклад, германій і кремній. Величина електропровідності напівпровідників сильно залежить від температури. Під дією світла електропровідність деякихнапівпровідників підвищується; такі матеріали іноді називаються фотопровідника. Властивості напівпровідників дуже чутливі також до досконалості їх кристалічної решітки і до наявності домішок. У деяких випадках присутність домішки в найменшій концентрації (наприклад, 10 -6 або 10 -7) виявляється вирішальним фактором, який визначає електричні властивості напівпровідника. Ці унікальні якості напівпровідникових матеріалів забезпечили найширше їх використання практично у всіх областях науки і техніки.

Виробництво напівпровідникових матеріалів в космосі може дати помітні переваги з кількох причин. По-перше, властивості цих матеріалів сильно залежать від технології їх приготування, причому багато небажані ефекти викликані проявом сили ваги (конвекція в розплаві, розшарування компонентів різної щільності і т. П.). По-друге, в космічних умовах може бути значно підвищена однорідність розподілу легуючої домішки в напівпровіднику.

Перейдемо до розгляду конкретних технологічних експериментів, спрямованих на реалізацію зазначених переваг виробництва в космосі напівпровідникових матеріалів.

Вирощування монокристалів з розплавів.Дефекти напівпровідникових монокристалів при їх вирощуванні з розплаву виникають через появу в розплаві конвекційних течій різного типу, А також з-за надходження в нього небажаних домішок. Для вирощування монокристалів з розплаву необхідний перепад температури, а при цьому на Землі часто виникає термічна конвекція. Конвекційні течії ведуть до появи місцевих пульсацій температури в рідині, а за рахунок того, що розчинність домішки в розплаві залежить від температури, - і до неоднорідного розподілу домішки в зростаючому кристалі. Це явище, обумовлене конвекцією, називається полосчатостью, або мікросегрегаціей. Полосчатость є одним з дефектів структури напівпровідникових монокристалів. Завдяки можливості зменшити роль конвекції в космосі очікують, що монокристали, вирощувані на борту КА, будуть мати більш однорідною структурою.

Для оцінки впливу конвекційних течій на явище сегрегації на прикладі монокристалів германію, легованого домішками, на станції «Скайлеб» був поставлений такий експеримент. Встановлені в ампулах кристали розміщувалися в електронагрівальної печі, де вони спочатку частково розплавляється, а потім в умовах майже постійного перепаду температур холоднішими і закрісталлізовивалісь. Як легуючі домішок в різних ампулах використовувалися галій, сурма і бор. Порівняння з контрольними зразками, отриманими тим же способом на Землі, показало, що сегрегація домішок в кристалах германію, доставлених з космосу, виявилася в кілька разів менше. У разі германію, легованого галієм, досліджена також відносна однорідність питомого опору матеріалу по довжині зразка. Для земних зразків вона становила ? ? /? ? 6,4 · 10 -2, а для космічних - 0,8 · 10 -2.

Процес кристалізації германію, легованого галієм, досліджувався також при запуску радянської висотної ракети в грудні 1976 У цьому експерименті для розігріву зразків використовувався екзотермічний джерело тепла. Дослідження ампул, доставлених на Землю, показало, що фронт плавлення мав досить плоску форму. Цей результат підтвердив перспективність використання приладів подібного типу в. експериментах з отримання напівпровідникових матеріалів.

В інших експериментах на станції «Скайлеб» були отримані монокристали антімоніда індію. У першому з них стрижень з антімоніда індію встановлювався всередині графітової капсули таким чином, щоб його вільний кінець опинявся в порожнистої півсфері. Мета експерименту - спроба отримати кристали сферичної форми. Однак через те, що розплав частково прилип до графітової стінці порожнини, форма отриманих кристалів виявилася не сферичної, а краплеподібної. Однак структура кристалів стала більш досконалою: щільність дислокацій зменшилася в 5 - 10 разів, а домішка (селен) була розподілена більш рівномірно, ніж в контрольних зразках, отриманих на Землі.

Інший експеримент полягав в переплавки і подальшому твердінні зразків антімоніда індію, які перебувають в трьох запаяних ампулах: в одній - чистий антимонід індію, в іншій - легований телуром, в третій - легований оловом. Дослідження отриманих кристалів також показали їх високу однорідність.

У ряді експериментів досліджувалася можливість отримання з розплавів напівпровідникових матеріалів складаються з сильно розрізняються за питомою вагою компонентів. Наприклад, в одному експерименті, виконувати при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон», досліджувався вплив невагомості на спрямоване затвердіння напівпровідникових матеріалів. Використовувалися пари свинець-цинк і сурма-алюміній. Космічні зразки сплаву сурма-алюміній виявилися більш однорідними в порівнянні з земними. У разі сплаву свинець-цинк повної однорідності досягти не вдалося.

Вирощування монокристалів з розчинів.Якщо в пересичений розчин потрібного речовини ввести затравочний кристалик, то на ньому буде відбуватися зростання кристала в умовах постійної температури. Таким методом вирощують кристали, що знаходять застосування в якості детекторів звукових хвиль, в оптиці і т. Д. Зростаючий кристал чуйно реагує на будь-які зміни умов зростання: коливання температури і концентрації, виникнення конвекційних течій, наявність сторонніх домішок і т. П. Зміна умов збудження конвекційних течій в розчині, інша поведінка домішок в невагомості будуть впливати на особливості росту кристалів на борту космічних апаратів.

Результати експериментального дослідження особливостей вирощування кристалів алюмокалієвих квасцов з їх пересичені водного розчину, яке було проведено на станції «Салют-5», викладені в попередньому розділі.

Вирощування кристалів з парової фази.Вирощування кристалів парофазовим методом широко використовується для отримання зпітаксіальних плівок напівпровідникових матеріалів. Принципова схема пристрою для вирощування кристалів з парової фази була показана на рис. 5. У звичайних умовах метод чутливий до порушення конвекції, яка веде до виникнення дефектів кристалічної решітки. Крім того, існує тенденція до полікрісталлізаціі, великі кристали цим (методом на Землі отримувати важко. У космічних умовах можна розраховувати на обмеження ролі конвекції і поліпшення якості одержуваних матеріалів, а також на збільшення розмірів монокристалів.

Очікувані ефекти були також досліджені в експерименті на станції «Скайлеб». Техніка вирощування кристалів з парової фази була застосована до селеніди і телуриду германію. Були отримані кристали, якість яких виявилося вище, ніж у контрольних зразків, приготованих на Землі. Вдалося отримати плоскі монокристали селеніду германію розміром 4 x 17 мм і товщиною близько 0,1 мм. На Землі були отримані лише дрібні кристалики з недосконалою структурою.

З урахуванням цих результатів при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон» був поставлений такий експеримент. Тут техніка вирощування кристалів з парової фази була застосована до більш складних систем: германій-селен-телур і германій-сірка-селен. Зразки, отримані в космічних умовах, також виявилися більш досконалими, а їх структура більш однорідною.

Оптичне скло і кераміка

Вплив умов, близьких до невагомості, на технологію виробництва скла може бути різним. По-перше, в невагомості можна здійснити бесконтейнерное плавлення, різко зменшивши таким чином надходження в матеріал шкідливих домішок зі стінок тигля, в якому вариться скло. По-друге, можна забезпечити стабільність рідких сумішей, компоненти яких сильно розрізняються по щільності. По-третє, відсутність вільної конвекції зменшує ймовірність появи випадкових центрів кристалізації, сприяє поліпшенню однорідності. По-четверте, переважну роль капілярних сил можна використовувати для того, щоб надати рідкому розплаву перед затвердінням необхідну форму (волокна, плівки і т. П.). Використання перерахованих факторів дозволяє розраховувати на (отримання в процесі космічного виробництва поліпшених або якісно нових сортів стекол, а також виробів зі скла.

На рис. 12 показано, як змінюється з температурою обсяг розплавленої стеклообразующего маси. Коли у міру охолодження розплаву досягається температура затвердіння Т m, Подальший процес може розвиватися двояко. Якщо в розплаві присутні зародки (домішки, що надходять зі стінок тигля, місцеві неоднорідності по хімічним складом і т. П.), То в обсязі може початися кристалізація та обсяг буде зменшуватися відповідно до нижньої кривої. Якщо ж утворення зародків кристалізації вдається придушити, а швидкість охолодження зробити досить великий, то виникне спочатку стан переохолодженої рідини, яка при досягненні температури склування Т gпереходить в скло (верхня крива на рис. 12). У космосі можливий процес бестигельной варіння скла, і однорідність розплаву буде вище через відсутність конвекції. Ці переваги відкривають можливості отримання на борту космічних апаратів поліпшених і нових сортів оптичного скла.

Мал. 12. Зміна обсягу рідини з температурою в процесі варіння скла (Т m - температура кристалізації;Т g - температура склування. 1 - розплав; 2 - переохолоджена рідина; 3 - скло; 4 - кристал)

Разом з тим для успішного розвитку виробництва-скла в космічних умовах, мабуть, доведеться подолати ряд технічних труднощів: видалення небажаних газових бульбашок з склоподібного маси за відсутності плавучості, забезпечення заданого темпу охолодження без природної конвекції, контроль температурного режиму охолодження і допустимого рівнявипадкових прискорень в умовах бесконтейнерного утримання склоподібного маси.

Все сказане про особливості виробництва скла в космічних умовах відноситься також і до отримання кераміки.

Розглянемо коротко деякі перспективні напрямки космічного виробництва скла та кераміки. Мета цих досліджень полягає в тому, щоб вивчити можливості отримання стекол з поліпшеними оптичними характеристиками, з високою температурою плавлення, що поглинають і відображають тепло, для виготовлення твердотільних лазерів, стійких по відношенню до хімічно активних середовищ і зберігають свої властивості протягом тривалих відрізків часу, напівпровідникових стекол з «пам'яттю» для інтегральних схем.

Космічне виробництво цих стекол може дати ряд переваг. Скло з напівпровідниковими властивостями, наприклад, мають високий коефіцієнт заломлення в інфрачервоній області. При виплавці їх на Землі важко забезпечити достатню оптичну однорідність. Інший приклад - виробництво скла для твердотільних лазерів, що містять домішки з високою концентрацією (неодим, иттербий і ін.). У космосі можна підвищити однорідність розподілу домішки і одночасно знизити надходження шкідливих забруднень зі стінок контейнера.

Завдяки відсутності сили Архімеда і переважної ролі капілярних сил в умовах, близьких до невагомості, бесконтейнерним методом можна виготовляти вироби зі скла, що складаються з різнорідних вихідних матеріалів і володіють високою досконалістю поверхні. Як приклад наведемо тверді фільтри, які є суспензією малих прозорих частинок усередині прозорого матеріалу, підібрані таким чином, щоб показники заломлення цих частинок і матеріалу збігалися лише для однієї довжини хвилі. В результаті світлове випромінювання лише цієї довжини хвилі буде проходити крізь фільтр без втрат, а для всіх інших довжин хвиль буде відбуватися сильне розсіювання і поглинання світла за рахунок багаторазових відображень між частинками. В невагомості можна домогтися високої однорідності розподілу часток в основному матеріалі.

Бесконтейнерное виробництво скла в космічних умовах може призвести до зменшення відносного числа деяких найбільш типових дефектів. До таких дефектів відносяться:

1) кристали, т. Е. Включення, що виділяються з самого скла в процесі затвердіння;

2) сторонні включення (бесконтейнерное стеклование в стані різко знизити їх концентрацію);

3) звили, т. Е. Прошарку одного скла в іншому, що володіє іншим хімічним складом (джерелом звили також в значній мірі є надходження забруднень зі стінок тигля);

4) бульбашки, т. Е. Газові включення, для їх усунення в умовах, близьких до невагомості, рідку стеклообразную масу, можливо, доведеться піддавати спеціальній обробці (обертання, вібрація і т. П.).

Суттєвого покращення матеріалу можна очікувати також і в разі виробництва в космосі волоконних світловодів. Такий світловод зазвичай являє собою стрижень зі скла з високим коефіцієнтом заломлення, оточений скляною оболонкою з більш низьким коефіцієнтом заломлення. Велика відмінність між цими коефіцієнтами забезпечує мале поглинання і високий коефіцієнт пропускання по светопроводов.

Якість светопроводов залежить від точності співвідношень між діаметрами стержня і оболонки, а також між їх показниками заломлення. Якщо на кордоні розділу стержня і оболонки є неоднорідності розміром не менше довжини хвилі світла (різниця діаметрів, дефекти структури скла, неоднорідність показників заломлення і т. Д.), То на них світлова енергія буде частково розсіюватися і поглинатися. На величину поглинання сильно впливає також забруднення скла (важкими іонами, парами води і т. П.) В космічних умовах можливо удосконалення технології виробництва волоконних світловодів за рахунок видалення небажаних домішок при бесконтейнерной плавці, вирівнювання діаметрів за рахунок переважної ролі сил поверхневого натягу в розплаві.

Як приклад перспективних керамічних матеріалів, виробництво яких в космосі може виявитися вигідним, наведемо евтектики, затвердевающие в одному напрямку. Цим методом в керамічну основу можуть бути впроваджені металеві нитки.

Висловлюються також пропозиції про виробництво в космосі ще одного типу керамічних матеріалів - композиційних мікросхем. Ці кераміки складаються з склоподібного маси, що включає зважені частинки, які визначають електронні характеристики матеріалів. В умовах невагомості можна розраховувати на підвищення їх однорідності.

Зважаючи на складність технології одержання скла експериментальні дослідження на космічних апаратах в цьому напрямку сильно відстали від робіт в інших областях космічного виробництва. У березні та грудні 1976 р при запуску в СРСР висотних ракет були вперше здійснені експерименти по плавці скла. З використанням екзотермічних джерел енергії досліджувалися процеси плавлення і стеклообразованія в умовах, близьких до невагомості, на прикладі скла з наповнювачем (скло з алюмінієм), а також особливо міцного фосфатного скла. Доставлений з космосу зразок фосфатного скла частково складається із зон з газовими включеннями, а частково - з зони однорідного матеріалу. У отриманого сплаву алюміній-скло відзначені напівпровідникові властивості.

Медико-біологічні препарати

Одна з важливих завдань, пов'язаних з виробництвом медико-біологічних препаратів (вакцин, ферментів, гормонів і т. П.), Полягає в їх очищенню. Відомо, наприклад, що підвищення чистоти використовуваних вакцин зменшує при їх вживанні ймовірність прояву шкідливих побічних ефектів, а це, в свою чергу, дозволяє підвищити дозування і підняти ефективність лікувального препарату.

Один з найбільш поширених способів очищення і поділу клітинного біологічного матеріалу заснований на використанні електрофорезу. Це явище спостерігається в дисперсних системах, т. Е. Таких системах, які складаються з двох або більшого числа фаз з сильно розвиненою поверхнею розділу між ними, причому одна з фаз (дисперсна фаза) розподілена у вигляді дрібних частинок - крапельок, бульбашок і т. п. - в іншій фазі (дисперсійне середовище). До числа дисперсних систем відносяться біологічні речовини. Якщо до такого середовища прикласти зовнішнє електричне поле, то під його впливом дисперсні частинки, зважені в рідині, починають рухатися. В цьому і полягає явище електрофорезу.

Зважені в рідкому середовищі дисперсні частинки приходять під дією електричного поля в рух, тому що вони мають електричний заряд. Оскільки різні органічні молекули володіють різним електричним зарядом, швидкість, яку вони набувають в електричному полі, різна. На цьому відмінності швидкостей і заснований метод електрофоретичного виділення з дисперсної середовища необхідних фракцій і очищення біологічних матеріалів. Схема експериментальної установки, побудованої на підставі цих принципів, показана на рис. 13.

Мал. 13. Електрофорез у вільному потоці рідини (1 - подача розчину; 2 - відбір фракцій). Поділ фракцій здійснюється в напрямку, перпендикулярному течією розчину між електродами

У земних умовах використання методу електрофорезу для поділу компонентів рідини стикається з декількома труднощами. По-перше, спостерігається часткове перекриття фракцій, викликане вільною конвекцією, а також термічної конвекцією, обумовленої виникненням додаткових перепадів температури і щільності розчину за рахунок його нагріву при проходженні електричного струму. З цієї причини величину струму, який можна пропустити через розчин, сильно обмежують, щоб не допустити небажаного перегріву рідини. А це означає, що продуктивність установки по розділенню біологічних матеріалів порівняно невисока. Крім того, через відмінності щільності дисперсної фази і дисперсійного середовища під дією сили Архімеда можливо їх поділ.

В космічних умовах ці труднощі можна подолати. Перш за все це стосується можливості обмежити роль конвекції і, отже, поліпшити ступінь очищення і підвищити продуктивність установок. Інше можливе перевагу електрофоретичного методу в умовах невагомості пов'язано з відсутністю впливу щільності на поділ фаз. У земних умовах ють щільності залежить в'язкість, величину якої можна змінювати, додаючи в розчин велика кількість малих молекул або мала кількість великих молекул. В невагомості цей спосіб управління в'язкістю розчину стає особливо зручним через відсутність сили Архімеда. В результаті відкривається можливість управляти в'язкістю середовища як незалежними параметрами, який не пов'язаний з щільністю. Реалізувати цю можливість на Землі, зрозуміло, не можна.

З метою безпосередньої перевірки цих висновків в космічних умовах західнонімецькими і американськими вченими був поставлений ряд експериментів, виконаних на станції «Скайлеб» і при спільному польоті кораблів «Союз» і «Аполлон». В експерименті на «Скайлеб» був випробуваний прилад, в якому незбурених потік рідини протікав між двома пластинами, до яких було докладено електричне поле. Частинки вводилися в розчин на одному кінці приладу і віддалялися через отвори, розташовані на іншому його кінці. У земних умовах через перемішують конвекційних потоків відстань між пластинами не вдавалося зробити більше 1-2 мм. В космічних умовах його вдалося збільшити до 5 - 10 мм. Цей результат підтвердив можливість підвищити продуктивність приладу і поліпшити його роздільну здатність.

В експерименті прилад східного типу був застосований для поділу клітин крові і дослідження обмежень, що накладаються конвекцією і осадженням частинок. Завдяки зменшенню впливу конвекції вдалося збільшити глибину камери і в результаті підвищити в 6,5 рази продуктивність установки. Роздільна здатність у порівнянні з дослідами, котрі проводили на Землі, зросла в 1,5 рази.

В іншому експерименті також досліджувалася можливість отримання чистих біологічних препаратів в умовах пригніченою конвекції на прикладі клітин крові і нирок, зокрема, було поставлено завдання виділити в чистому вигляді урокеназу. Урокеназа - це єдиний фермент, що виробляється в людському організмі, який здатний розчиняти тромби, що утворилися. Якщо вдасться виділити фермент урокеназу в чистому вигляді і з'ясувати процес його вироблення нирковими клітинами, то з'явиться можливість його виробництва в достатніх кількостях і на Землі. Урокеназа - ефективний засіб боротьби з тромбофлебітом і такими серцево-судинними захворюваннями, як інфаркт, інсульт і т. Д. Згідно з наявними повідомленнями даний експеримент також виконаний успішно. В цілому, однак, в області електрофорезу зроблено поки значно менше, ніж в інших напрямках досліджень з космічної технології.

Комплексні технологічні експерименти

Для всебічного дослідження особливостей, що виникають при протіканні фізичних процесів в невагомості, а також для виявлення відносної перспективності (для космічного виробництва) конкретних технологічних процесів необхідно перейти до проведення масових експериментальних досліджень на космічних апаратах різного типу. Сучасний стан досліджень і розробок в області космічного виробництва, що ведуться в Радянському Союзі, характеризується саме переходом до цього етапу.

Радянська програма космічних досліджень в області технології і виробництва передбачає проведення подібних комплексних експериментів, і це з'явиться новим етапом досліджень і розробок радянських вчених в цій галузі і, в свою чергу, обумовлюється успіхами, досягнутими на попередньому етапі. Зокрема, великий комплекс технологічних експериментів наймасовішого характеру було здійснено зовсім недавно при запусках висотних ракет і під час польоту орбітальної космічної станції «Салют-6» з космонавтами на борту. Проведені в рамках єдиної дослідницької програми, ці експерименти взаємно доповнювали один одного.

27 грудня 1977 р Радянському Союзі був здійснений запуск висотної ракети, який дозволив виконати одночасно кілька десятків різнопланових технологічних експериментів. Для їх проведення був розроблений спеціальний комплект технологічних приладів - СКАТ, в яких для нагрівання і плавлення досліджуваних речовин використовувалося тепло екзотермічних хімічних реакцій. Досліджувані зразки розміщувалися в ампулах, які встановлювалися вздовж осі нагрівальних осередків, що мають циліндричну форму.

Тривалість стану невагомості в цьому експерименті становила близько 10 хв. Тому, для того щоб забезпечити досить швидке затвердіння розплавлених речовин перед тим, як стан невагомості припиниться (при вході ракети в щільні шари атмосфери), була застосована спеціальна система теплосброс. Вона працювала за принципом «теплової губки», заснованому на відвід тепла, що виділяється в масивну алюмінієву обойму.

Повна маса комплекту приладів СКАТ (разом з системою теплосброс) становила 137 кг. У різних ампулах в залежності від завдання експерименту забезпечувалося отримання різних температур. Діапазон максимальних температур, реалізованих за допомогою апаратури СКАТ, становив 600 - 1700 ° C.

Програма експериментів, здійснених за допомогою комплекту СКАТ, включала в себе вивчення широкого кола речовин: композиційні матеріали, пенометалли, спеціальні сплави, напівпровідники. З метою підвищення достовірності результатів майже всі експерименти були продубльовані.

Проведення технологічних експериментів комплексного характеру було включено в програму робіт, що проводяться радянськими космонавтамина орбітальному науково-дослідному комплексі «Салют-6» - «Союз-27».

11 січня 1978, г. до космонавтам Ю. В. Романенко і Г. М. Гречко, який прибув на станцію «Салют-6» на космічному кораблі «Союз-26», приєднався екіпаж корабля «Союз-27» - космонавти В. А. Джанібеков і О. Г . Макаров, які згодом повернулися на Землю за допомогою корабля «Союз-26». У спусковому апараті корабля «Союз-26» були доставлені на Землю матеріали з результатами досліджень і експериментів під час польоту орбітальної станції «Салют-6» протягом більше трьох місяців.

22 січня 1978 року була здійснена стиковка з пілотованим науково-дослідним комплексом «Салют-6» - «Союз-27» автоматичного вантажного транспортного корабля «Прогрес-1». Вперше в історії космонавтики за допомогою автоматичного корабля була здійснена транспортна операція по доставці на пілотовану орбітальну станцію устаткування, апаратури і матеріалів для забезпечення життєдіяльності екіпажу та проведення наукових досліджень і експериментів, а також палива для дозаправки рухових установок.

За допомогою «Прогресу-1» на станцію «Салют-6» було доставлено обладнання, призначене та для виконання циклу технологічних експериментів. У нього, зокрема, входить установка «Сплав-01», яка складається з електронагревной печі ампульного типу і невеликого комп'ютера, призначеного для автоматичного управління тепловим режимом. Внутрішня порожнина печі має три зони: з високою і низькою температурами, а між ними - з перепадом температур (максимальна температура близько 1000 ° C). Конструкція печі дозволяє вести експерименти одночасно з трьома ампулами, заповненими досліджуваними речовинами.

Приступивши до підготовки технологічних експериментів, Ю. В. Романенко і Г. М. Гречко розмістили піч в шлюзовий камері, наявної в робочому відсіку станції «Салют-6», через яку екіпаж викидає побутові відходи (у камери є два люка - один веде всередину станції, інший - в навколишній космічний простір). Потім космонавти через спеціальні герметичні роз'єми з'єднали шлюзову камеру з пультом управління, встановленим всередині станції. Після цього був закритий внутрішній люк камери і відкритий зовнішній, так що піч виявилася в космічному вакуумі. Такі умови роботи печі були обрані для того, щоб забезпечити відведення від неї тепла шляхом випромінювання безпосередньо в навколишній космічний простір.

Завершивши підготовку апаратури, 14 лютого 1978 р космонавти Ю. В. Романенко і Г. М. Гречко приступили до проведення першого технологічного експерименту. При цьому станція була переведена в режим дрейфу (при якому відключаються двигуни системи орієнтації) з метою зменшення впливу малих прискорень на хід експерименту. З тією ж метою значна частина експерименту проводилася під час сну космонавтів. Ампули, встановлені в електронагревную піч в першому технологічному експерименті, містили сполуки мідь-індій, алюміній-магній і антимонід індію.

16 і 17 лютого на станції «Салют-6» був проведений другий технологічний експеримент, який тривав 31 год і в якому досліджувалися реакції між твердим вольфрамом і розплавленим алюмінієм, а також процес просочення пористого молібдену рідким галієм. Як припускають фахівці, останній матеріал може мати сверхпроводящими властивостями.

Новий етап в розгортанні програми технологічних експериментів на орбітальній станції «Салют-6» був пов'язаний з успішним польотом космічного корабля «Союз-28», пілотованого першим міжнародним екіпажем у складі льотчика-космонавта СРСР А. А. Губарєва і космонавта-дослідника, громадянина ЧССР В. Ремек.

3 березня 1978 р корабель «Союз-28» був зістикований з орбітальним комплексом «Салют-6» - «Союз-27». Космонавти А. А. Губарєв і В. Ремек доставили на борт орбітального науково-дослідного комплексу виготовлену в Інституті фізики твердого тіла АН ЧССР капсулу, яка містила дві ампули, заповнені зразками з хлоридів срібла і свинцю і хлориду одновалентних міді. Ці речовини були вибрані тому, що вони володіють цінними оптико-акустичними властивостями. Хлорид одновалентних міді є відомим електрооптичнихвластивостям матеріалом, а хлорид срібла широко використовується в апаратурі для реєстрації інфрачервоного випромінювання. Спільний радянсько-чехословацький експеримент з цими речовинами отримав назву «Морава».

Приступивши 4 березня 1978 р до здійснення цього технологічного експерименту, космонавти розмістили обидві ампули з досліджуваними речовинами в електронагревной печі установки «Сплав-01», помістивши їх в зону з перепадом температури. Максимальна робоча температура печі в цьому експерименті становила близько 500 ° C, а повна тривалість процесу перекристалізації зразків після того, як вони були розплавлені, досягла приблизно 40 год. Такий режим проведення експерименту було обрано у зв'язку з тим, що для цього необхідно було забезпечити поліпшення структури досліджуваних речовин в порівнянні з контрольними зразками, отриманими на такий же установці в земних умовах.

В процесі експерименту космонавти контролювали роботу комп'ютера установки «Сплав-01», який забезпечував підтримку заданого температурного режиму. Після завершення експерименту «Морава» капсула з досліджуваними речовинами була упакована і доставлена ​​А. А. Губарєвим і В. Ремек на Землю.

Проведення експерименту «Морава» знаменує собою початок нового напрямку спільних космічних досліджень соціалістичних країн - учасниць програми «Інтеркосмос». До досліджень в галузі космічної фізики, метеорології, біології, дослідженням природних ресурсів Землі додаються тепер технологічні експерименти. У наступних польотах міжнародних екіпажів технологічні експерименти будуть продовжені. Зокрема, програмою «Інтеркосмос» передбачені запуски в 1978 р космічних кораблів «Союз», в екіпажі яких увійдуть представники Польської Народної Республіки і Німецької Демократичної Республіки. В рамках єдиної програми наукових і технологічних досліджень і експериментів на борту орбітального наукового комплексу на базі станції «Салют-6» космонавтам з соціалістичних країн має бути виконаний завдань зростаючого обсягу і складності.

Перспективи розвитку космічного виробництва

Перші технологічні експерименти в космосі були виконані всього лише кілька років тому. І хоча з тих пір пройшло зовсім небагато часу, дослідження і космічні експерименти, проведені в СРСР і за кордоном, дозволили отримати наукові і технічні результати, на підставі яких можна дати попередню оцінкуперспектив виробництва в космосі нових матеріалів. Які ж основні висновки можна зробити, аналізуючи результати експериментів, виконаних до теперішнього часу?

В цілому підтверджені загальні уявлення про особливості фізичних процесів в невагомості, але одночасно виявлена ​​недостатність багатьох теоретичних моделей і показана необхідність проведення спеціальних досліджень, спрямованих на розвиток теоретичних основ космічного виробництва. Експериментально підтверджена можливість отримання в космосі напівпровідникових монокристалів, спеціальних сплавів, композиційних та інших матеріалів з поліпшеними характеристиками, а також таких речовин, отримання яких на Землі неможливо. Безпосередньо підтверджена можливість поліпшити роздільну здатність і підвищити продуктивність установок для електрофоретичного розділення біологічних препаратів.

Такими є найбільш загальні підсумки приблизно 60 експериментів, проведених до теперішнього часу на різних космічних апаратах в СРСР і за кордоном. І хоча зроблено вже чимало, ще більше належить зробити, перш ніж космічне виробництво перетвориться в самостійну економічно ефективну галузь народного господарства. Відзначимо найбільш важливі завдання, які необхідно вирішити для того, щоб забезпечити досягнення цієї мети.

По-перше, слід перейти від експериментів, поставлених на порівняно простих приладах, до широких експериментальних досліджень з використанням спеціалізованих бортових установок, в яких будуть в повній мірі враховані специфічні особливості роботи в космосі і які дозволять максимально використовувати переваги, пов'язані з цими особливостями . Завдання створення подібних установок є одним із першочергових. По-друге, необхідно провести всебічні дослідження впливу факторів космічного польоту - і в першу чергу невагомості - на закономірності фізико-хімічних процесів в речовині з метою виявити оптимальні режими технологічних процесів отримання нових матеріалів на борту космічних апаратів. По-третє, слід забезпечити розвиток теоретичних основ космічного виробництва, включаючи розвиток методів чисельного моделювання процесів в речовині.

Кінцева мета досліджень в області космічного виробництва полягає в його перетворенні в перспективну галузь промисловості, яка забезпечує досить високу техніко-економічну ефективність. Через високу вартість космічних польотіввигідно виробляти в космосі лише унікальні дорогі продукти, річна потреба в яких порівняно невелика (кілограми або десятки кілограмів в даний час, сотні або тисячі кілограмів після створення ефективних багаторазових транспортних космічних кораблів). Тому для правильного визначення перспектив і шляхів подальшого розвитку робіт в області космічного виробництва велику роль відіграють дослідження його техніко-економічної ефективності.

Розглядають можливість виробництва в космосі кристалів граната, що застосовуються в елементах пам'яті ЕОМ, з метою поліпшення їх характеристик. Потреби в цих кристалах в 80-і роки, згідно з зарубіжними даними, будуть характеризуватися вартістю понад 1 млрд. Дол. Якщо частина цих потреб буде покриватися за рахунок космічного виробництва, то це також дасть відчутну економію коштів. Якщо вдасться організувати в космосі виробництво деяких матеріалів, наприклад, нових надпровідних сплавів з підвищеною критичною температурою або оптичного скла для потужних лазерів, то це буквально революціонізує цілі галузі техніки.

На особливу увагузаслуговують дослідження, спрямовані на організацію виробництва в космосі нових або поліпшених медико-біологічних і фармацевтичних препаратів. Успішні експерименти з отримання ферменту урокенази, проведені вчасно польоту кораблів «Союз» - «Аполлон», свідчать, що в цьому напрямку можна очікувати нових важливих результатів. Продовження роботи в цьому важливому напрямку може дати відчутний внесок в розвиток охорони здоров'я і забезпечити значний економічний ефект. Згідно з оцінками зарубіжних фахівців, до 2000 року в космосі буде проводитися в рік до 30 т біологічних препаратів (ферменти, вакцини і т. П.) Загальною вартістю близько 17 млрд. Дол.

Успіхи ракетно-космічної техніки озброїли людину новим фактором, який він може використовувати в своїй виробничій діяльності - тривалим станом невагомості. Чи можна сумніватися в тому, що наші сучасники - вчені, інженери, конструктори, технологи - зуміють поставити і цей фактор на службу людства? Весь досвід історії науки і техніки свідчить про те, що це обов'язково станеться.

Не слід, однак, думати, що такий висновок автоматично відкриває безхмарні перспективи перед прийдешнім розвитком космічного виробництва. Навпаки, з нього випливає необхідність проведення більш поглиблених досліджень по всій проблемі, виконуваних в рамках єдиної програми комплексного характеру. Немає сумнівів, що саме такий підхід забезпечить швидкий розвиток нового напряму діяльності людини в космічному просторі - виробництва в космосі нових матеріалів.

література

Гришин С. Д., Піменов Л. В.Шлях до заводам на орбітах. - «Известия», 1976, 12 серпня.

Авдуевкій В. С., Гришин С. Д., Піменов Л. В.До орбітальним заводам майбутнього. - «Правда», 1977, 20 лютого.

Бєляков І. Т., Борисов Ю. Д.Технологія в космосі. - «Машинобудування», 1974.

Невагомість. фізичні явищаі біологічні ефекти. М., «Мир», 1964.

Хайкін С. Е. Сили інерції і невагомість. М., «Наука», 1967

Processing and manufacturing in space. Proceedings of symposium, Frascati, Italy, 1974.

Material in space. Proceedings of symposium, Frascati, Italy, 1976.,

Примітки

1

Масові, або об'ємні, сили - це сили, які діють на всі частинки (елементарні обсяги) даного тіла і величина яких пропорційна масі.

2

Екзотермічні називають такі хімічні реакції, які йдуть з виділенням тепла.

3

Концентраційна конвекція, на відміну від теплової, обумовлена ​​не перепадом температур, а перепадом концентрації в обсязі.

4

Екзопакет - пристрій, в якому виділяється тепло за рахунок протікання екзотермічних хімічних реакцій в спеціально підібраних речовинах.

5

Усадкові раковини - порожнечі, що утворюються всередині або на поверхні злитка при переході металу з рідкого стану в твердий.

6

Сегрегацією, або ліквацією, в металургії називається неоднорідність сплаву за хімічним складом.

7

Коерцитивної силою називають напруженість магнітного поля, необхідну для повного розмагнічування феромагнетика.

8

Волоконний світловод - прозорий діелектричний стрижень або нитка (волокно), які використовуються в оптичних системах для передачі світла.

9

Додавання домішок в напівпровідник для зміни його властивостей називається легуванням, а сама домішка - легирующей, або лігатурою.

10

Дислокацією називається дефект структури кристалічної решітки, що виражається в її лінійному недосконалість.

11

Твердотільний лазер - оптичний квантовий генератор, в якому в якості робочого тіла використовуються неодимові скло, рубін і т. Д.

12

Інтегральною схемою називається електронний пристрій, елементи якого нерозривно пов'язані конструктивно і електрично з'єднані між собою.

Космос традиційно є одним з найбільш проривних напрямків
для наукомісткої промисловості в Росії. Однак за останні роки галузь опинилася в серйозній кризі: більша частина обладнання зношена, кількість нових розробок невелика, а відставання від потенційних конкурентів почала збільшуватися. Виправити ситуацію мають нові напрямки розвитку,
в першу чергу в прикладних областях, таких як космічна зйомка
і створення власної системи навігації.

непростий спадок

Космонавтика залишається однією з галузей, в яких Росія може зберегти за собою перше місце в світі. Однак, як то кажуть в стратегії розвитку галузі, в силу негативних економічних умов, що склалися в кінці XX століття, російська орбітальне угруповання космічних апаратів відстає у своєму розвитку від рівня, необхідного «для повного вирішення завдань в інтересах соціально-економічної сфери, науки і міжнародного співробітництва ». Так, за останні 10 років чисельність російської орбітального угрупуванняскоротився в 1,5 рази, в той час як склад орбітальних угруповань зарубіжних країн збільшився більш ніж в 2 рази і зберігає закономірну тенденцію зростання, пов'язану з постійно зростаючою затребуваністю космічних засобів і послуг.

За останні десятиліття космічні технології не уникли основних проблем, характерних для всієї російської промисловості. «Ракетно-космічна промисловість - це невід'ємна частина всього російського машинобудування, це означає, що більшість її проблем ті ж, що і у всього російського машинобудування, - це і недостатнє фінансування, і високий ступінь зносу основних фондів, а також нестача кадрів при їх постійному старінні. Крім того, проблеми РКП полягають і в недостатньому науковому забезпеченні діяльності галузі, виснаженні інтелектуального потенціалу як в самій галузі, так і в галузях, які є її постачальниками », - говорить Дмитро Баранов, провідний експерт КК" Фінам Менеджмент ». За його словами, галузь багато в чому тримається за рахунок ще радянських розробок, наприклад, конструювання ракетоносіїв і космічних апаратів хоч і здійснюється тепер на комп'ютерах, а не на кульманах, за термінами все одно займає майже стільки ж, як і за часів СРСР. «Російські космічні технології, по суті, перебувають на рівні 20-30-річної давності. Практично нічого проривного за минулий з моменту розпаду СРСР час в цій області не зроблено. Причин цього відставання кілька. По-перше, після закінчення холодної війни зник стимулюючий фактор, який раніше підстьобував наших вчених. По-друге, економічні та управлінські схеми, за якими працює ця індустрія, непрозорість цієї діяльності. По-третє, погане фінансування протягом як мінімум 90-х - початку 2000-х років », - згоден експерт в області супутникових навігаційних систем Михайло Фадєєв.

Перші космічні зйомки Землі в СРСР були виконані ще в 1947 р

з балістичної ракети Р1.

Інша проблема криється в неузгодженості роботи основних відомств. «Не дивлячись на те, що супутників багато і вони сьогодні працюють нормально, в момент події дуже важливо завчасно мати цю зйомку, щоб порівнювати події до, під час і після. Якщо ми замовляємо зйомку в момент розливу, то ми вже не зможемо зреагувати на це, тому що не всі апарати і не всі оператори надають функцію реального часу: іноді це займає два-три дні », - говорить віце-президент інженерно-технологічного центру« Сканекс »Ольга Гершензон. За словами Михайла Фадєєва, чим довше зберігається непрозорість космічної галузі для регуляторів ринку, тим більше буде зберігатися технологічне відставання. Наприклад, на розвиток інженерно-космічних програм в цьому році заплановано виділити з бюджету РФ більше 4 млрд дол., Але ефективність їх використання зводиться нанівець через непрозорість їх розподілу. Крім того, в законодавстві досі немає визначення поняття «космічна техніка», що створює зручну лазівку для деяких чиновників і наукових діячів.

Вирішенню проблем космічних технологій також не допомагає відсутність проривних технічних розробок. «Вітчизняне матеріалознавство не настільки часто радує ракетобудівників новими матеріалами, в результаті і нові ракети-носії, і космічні апарати робляться з перевірених часом алюмінію і титану. Космічне двигунобудування також переживає непрості часи, так, відносно недавно серйозно розглядалася ідея використовувати один зі старих ракетних двигунів, якщо не за призначенням, то хоча б в якості своєрідного посібника, щоб на його основі створити новий двигун », - говорить Дмитро Баранов. За його словами, змінити ситуацію можливо лише спільними зусиллями: держави і самих підприємств, галузевої науки і профільних вузів. Як говориться в «Федеральної космічної програми на 2010-2015 роки», розвиток сучасної російської промисловості вимагає нових матеріалів і біопрепаратів з унікальними властивостями, а технології їх створення потребують виняткових умовах, відтворених лише в космосі. Однак створення таких технологій обмежено через недостатню кількість проведених експериментів в умовах космосу - виходить замкнене коло.

Прикладна космонавтика

Одним з основних прикладних напрямків розвитку космічних технологій є космічна зйомка. Перші космічні зйомки Землі в СРСР були виконані ще в 1947 р з балістичної ракети Р1, а в 1951-1956 рр. - за допомогою фотоапаратури, яка встановлюється на метеоракет МР-1 і висотних геофізичних ракетах Р2А з вертикальним стартом (1957-1960 рр.). При цьому фотоапаратура встановлювалася в спеціальному стабілізованому контейнері і спускалася на парашуті з висоти 200 км. Для порівняння: в США перші знімки Землі були отримані в 1945 р з балістичної ракети «Фау-2», а в 1960 р - з супутника-розвідника, запущеного за програмою «Корона». Аналогічний супутник «Зеніт» був запущений в СРСР в 1963 р Сьогодні термін «космічна зйомка» хоча і залишається досить поширеним, але вже не відповідає запитам часу, це до певної міри пережиток того періоду, коли Землю тільки фотографували з космосу. Зараз процес моніторингу за Землею влаштований зовсім іншим чином, більш складним. Тому вчені користуються терміном «дистанційне зондування Землі», яке включає в себе супутникові і літакові спостереження.

Конструювання ракетоносіїв і космічних апаратів хоч і здійснюється тепер на комп'ютерах, а не на кульманах,

за термінами все одно займає майже стільки ж, як і за часів СРСР.

Як каже голова ради директорів «Смарт Лоджистік Груп» Володимир Елін, при сучасних технологіях відеоспостереження з космосу можна з високою точністю оцифрувати всі вулиці, провулки, шосе, магістралі нашої столиці з точністю до сантиметра. «Зокрема, застосувавши такі космічні технології, можна було б розкроїти з високою математичною точністю всю транспортну інфраструктуру Москви, розрахувати без помилок необхідні розміри вхідних і вихідних автомобільних трас в центр Москви і назад, оцінити необхідні розміри внутрішніх транспортних кілець, всередину МКАД і т. д. аж до ЦКАД, розрахувати оптимальність різних перехресть вулиць і провулків, магістралей і шосе, радіуси заокруглення транспортних розв'язок і розворотів », - говорить експерт. За його словами, це дозволило б зафіксувати всі денні піки і спади руху по всьому магістралях московського регіону. Багато питань можна вирішувати за допомогою даних дистанційного виміру в сільському господарстві. Наприклад, це дозволяє визначити площі пасовищ, озимих, ярих, а також оцінити, наскільки завищується або занижується кількість засіяних площ. Точно так же система дозволяє аналізувати дані про кількість і локалізації пожеж, про кількість і розташування незаконних вирубок лісів, про місця незаконної ловили риби. Тобто фактично ДЗЗ є універсальним інструментом для прийняття правильних управлінських рішень в будь-якій галузі: лісовому господарстві, рослинництві, військової промисловості, будівництві доріг і т.д.

Вся надія на ГЛОНАСС

Головним досягненням російських космічних технологій за останній час експерти називають розгортання Глобальної навігаційної супутникової системи(ГЛОНАСС). «Теоретично ГЛОНАСС могла б дійсно стати одним з локомотивів вітчизняної космічної галузі і нашою гордістю, так як система має непогані перспективи, причому не тільки в Росії, але і в багатьох інших країнах. ГЛОНАСС в принципі могла б стати технологічним і політичним дублером GPS. Тим більше що для системи давно готова інфраструктура - вона створювалася ще в розрахунку на GPS, і заміна однієї системи на іншу, в загальному, вимагає порівняно невеликих зусиль », - каже Михайло Фадєєв. За його словами, у продажу вже можна знайти близько десятка портативних навігаторів з підтримкою ГЛОНАСС. Ті ж Lexand або Explay. Всього в 2011 р в Росії було продано близько 100 тис. Користувальницьких навігаторів з підтримкою ГЛОНАСС і GPS. З одного боку, небагато - близько 7% всього обсягу ринку, а з іншого боку, з урахуванням того, що рік тому такі пристрої в продажу взагалі були відсутні, можна говорити про істотне прорив.

Втім, як нагадує аналітик «Інвесткафе» Ілля Раченко, в основному попит на ГЛОНАСС підживлювався за рахунок держзамовлень. Наприклад, уряд випустив розпорядження, яке зобов'язує всі організації, які здійснюють пасажирські автоперевезення, обладнати свої транспортні засоби пристроями на основі ГЛОНАСС. Більш того, для популяризації ГЛОНАСС російська влада має намір збільшити фінансування спеціальної ФЦП на 2012-2020 рр. в 3 рази в порівнянні з попереднім десятиліттям. За задумом федеральної влади, додаткові витрати на програму ГЛОНАСС повинні поліпшити якість позиціонування через дану систему, А з огляду на, що споживачі, які вибирають ГЛОНАСС, практично завжди набувають пристрої, одночасно підтримують позиціонування через GPS, це повинно послужити конкурентною перевагою для російських виробників спеціалізованого обладнання та програмного забезпечення. Також вигоду повинні отримати виробники мікросхем, перш за все американська Qualcomm, яка вже пропонує чіпсети для мобільних пристроївз підтримкою ГЛОНАСС / GPS. Всього на даний момент в Росії працюють близько 30-40 виробників обладнання ГЛОНАСС. У 2011 р один з виробників - компанія РНТ - повідомила про розробку кількох типізованих рішень, які можуть мати великий попит з боку як приватних, так і державних організацій. Це шкільні автобуси, АТ-ЖКГ, а також АТ-Web 2.0, яка видається за потенційно дуже перспективної моделі SaaS (Software as a service), що має на увазі надання послуги через Інтернет з використанням обладнання РНТ. Є вже і перші результати активного використання нової навігаційної системи. Наприклад, Асоціація телематичних операторів в сфері навігаційної діяльності СФО «ГЛОНАСС-Сибір» планує створити єдиний навігаційний простір для обслуговування пасажироперевезень в сибірських регіонах і між ними. «Зараз ми почали працювати над створенням єдиного навігаційного простору для потреб сфери пасажироперевезень. Воно дозволить контролювати всі маршрути по округу і в разі нештатної ситуації оперативно і ефективно організувати роботу служб екстреного реагування », - пояснив голова Асоціації« ГЛОНАСС-Сибір », директор компанії« М2М Телематика - Алтай »Іван Пальталлер.

Всього в 2011 р в Росії було продано близько 100 тис. Користувальницьких навігаторів

з підтримкою ГЛОНАСС і GPS.

З іншого боку, за словами експертів, навіть при оснащенні транспорту бортовими пристроями потрібно створювати центри моніторингу та обслуговування встановленого обладнання. Цей же підхід можна поширити і на корпоративних замовників, яких зобов'язали оснастити свої транспортні засоби системами ГЛОНАСС. Після продажу бортового обладнання співпраця не закінчується: якщо транспорт оснащений цією системою, то логічним продовженням буде використання з'являються можливостей, наприклад, по абонентської моделі - це повинно забезпечити попит на проекти компанії в найближчі роки. «Якщо потенціал ГЛОНАСС повноцінно не реалізувати в найближчі роки, ми знову опинимося в хвості. Наш уряд це добре розуміє і грошей на розвиток ГЛОНАСС не шкодує. На її підтримку в 2002-2010 рр. з російського бюджету було виділено 98,7 млрд руб., з позабюджетних джерел залучено ще 3,3 млрд руб. Ці кошти "крутяться" в тій же самій космічної галузі та близьких до неї комерційних структурах. Та й саму ГЛОНАСС навряд чи можна назвати технологічною революцією: основні її технології - це розробки 1970-х - початку 1980-х років », - каже Михайло Фадєєв. За його словами, якщо автоскладальним підприємствам компенсувати різницю у вартості приймачів ГЛОНАСС і GPS, то вже протягом 2 років ми зможемо отримати ринок з сотень тисяч інсталяцій ГЛОНАСС.

У теперішній час навігаційна системарозширюється: Росія має намір обзавестися наземними станціями диференціальної корекції і моніторингу системи ГЛОНАСС в 34 країнах Південної півкулі. За словами гендиректора «Російських космічних систем» Юрія Урлічіч, такі станції потрібні для корекції точності системи ГЛОНАСС до 1 метра. На даний момент Північна півкуля охоплено повністю за рахунок станцій, побудованих на території Росії, а ось в Південній півкулі їх явно недостатньо. На даний момент вже поставлені три станції в Антарктиді, а також аналізується можливість будівництва четвертої. Охопити південь планети додатковим приєднанням до системи ГЛОНАСС планується в кілька етапів. Спочатку російські власті припускають домовитися з Австралією, Індонезією, Бразилією, Нікарагуа і ще з 10 країнами, а потім цей список буде вже остаточно розширено до 34 країн.

Плани на майбутнє

Згідно «Федеральної космічної програми Росії на 2006-2015 роки», до 2015 р в Росії повинна бути налагоджена система фіксованою космічного зв'язку і телемовлення з 26 космічних апаратів, створені системи ретрансляції, рухомого супутникового зв'язку, системи космічного метеорологічного моніторингу, моніторингу навколишнього середовища, дослідження Сонця і сонячно-земних зв'язків і т.д. В цілому на потреби всієї програми планується направити 305 млрд руб. бюджетних грошей і залучити 181,81 млрд руб. з позабюджетних джерел фінансування. Ці гроші повинні допомогти космічної індустрії відповідати новим запитам суспільства. Наприклад, мова йде про створення нового єдиного інформаційного простору країни, що включає до 650 стволів фіксованого зв'язку і мовлення.

Ще одним новим проектом має стати створення космічної системи«Арктика». За допомогою супутників космічне агентство буде спостерігати за територіями, які стали предметом суперечок між державами через родовищ нафти. Відповідно до «Основ державної політики РФ в Арктиці на період до 2020 року і подальшу перспективу», затвердженими Президентом РФ в 2008 р, одним з ключових напрямків освоєння північних і полярних територій є інформаційне забезпечення господарської діяльності, в тому числі в області північній навігації . Вартість такої системи стеження Роскосмос оцінює в 68 млрд руб., Проте в цілому фінансування нової федеральної космічної програми в рамках стратегії розвитку галузі до 2030 р може скласти 150-200 млрд руб. в рік, також додати грошей на реалізацію проекту вже погодився ВЕБ. Запуск космічних апаратів і початок штатної експлуатації системи намічені на 2015 р зараз створення нової системи вже погодилися підтримати шведська влада, які підписали відповідну декларацію про партнерство. Сторони також мають намір спільно використовувати існуючу наземну інфраструктуру для збору інформації та управління орбітальними об'єктами, в тому числі в інтересах замовників з третіх країн. Зокрема планується вивчити шведський досвід по створенню і розгортання системи позиціонування SWEPOS, що використовує для своєї роботи сигнали в тому числі російської навігаційної супутникової системи ГЛОНАСС.

Новим проектом має стати створення космічної системи «Арктика».

За допомогою супутників космічне агентство буде спостерігати за територіями, які стали предметом суперечок між державами через родовищ нафти.

Однак, за словами експертів, проблем космічної галузі не вирішити, якщо не зайнятися всерйоз аналізом використання державних коштів. «Тільки після цього аналізу необхідно буде виготовити індивідуальні плани виправлення ситуації на кожному підприємстві, і вже потім виділяти гроші, а все, що залишається робити до цього, так це ввести подвійний, потрійний або навіть четверний контроль виготовлення кожної деталі», - говорить Дмитро Баранов . У будь-якому випадку у Роскосмоса великі плани. За результатами Федеральної космічної програми повинні завершитися розробка, модернізація та введення в експлуатацію космічних систем і комплексів нового покоління, а також збільшиться періодичність оновлення даних гідрометеорологічного спостереження.

Якщо потенціал ГЛОНАСС повноцінно не реалізувати в найближчі роки, ми знову опинимося в хвості.

Наш уряд це добре розуміє і грошей на розвиток ГЛОНАСС не шкодує.

Це допоможе складати оперативно короткострокові і довгострокові прогнози погоди, а також оперативно виявляти різні аварії і катастрофи. Наприклад, в Росії планується створити космічний комплекс, Який зможе з підвищеною точністю визначати координати зазнають лиха кораблів і літаків. При цьому аварійні повідомлення будуть передаватися через кожні 10 секунд, а місце розташування можна буде визначити з точністю до 100 метрів. Всі ці напрямки повинні створити 250 тис. Робочих місць, а узагальнений економічний ефект в 2006-2015 рр. повинен скласти не менше 500 млрд руб.

Росія - одна з небагатьох країн, що володіють космічними технологіями. Носії, розроблені ще за радянських часів, забезпечують майже безаварійний висновок в космос супутників і пілотованих космічних кораблів. Однак радянська космонавтика працювала головним чином на потреби військових, а цивільним жителям країни залишалися тільки захоплення з приводу нових космічних перемог. А яка сьогодні ймовірність того, що космічна галузь стане локомотивом технологічного розвитку Росії? Про це передає Voice of America.

Першим пріоритетом опублікованій в першій половині січня «Державної програми Російської Федерації« Космічна діяльність Росії на 2013-2020 роки »названо в тому числі« розвиток і використання космічної техніки, технологій і послуг в інтересах соціально-економічної сфери ». Це відповідає баченню керівника Роскосмосу Володимира Поповкіна, яке можна умовно виразити формулою «космос для Землі».

Дійсно, скільки можна «дірявитимуть» небо ракетами заради задоволення наукових і інженерно-конструкторських амбіцій працівників космічної галузі? Пора, нарешті, зажадати з цієї галузі віддачу для підвищення якості життя пересічних росіян.

Віддача ця, по крайней мере в російських умовах, можливо, корисна для соціально-економічної сфери в цілому, але вельми важко відчутна для «звичайних росіян». Ось що, за словами В'ячеслава Безбородова, глави держкорпорації «рекодов» (результати космічної діяльності), створеної спеціально для впровадження цих результатів в повсякденний побут жителів Росії, вони отримають від цього впровадження:

1. Створення необхідної базової інфраструктури;
2. Впровадження високоточних систем навігації та моніторингу транспорту;
3. Забезпечення регіону космічними знімками;
4. Створення цифрових карт;
5. Побудова тривимірних моделей територій міст і промислових об'єктів.

Здатність уявити, як цифрові карти і тривимірні моделі урбаністичного ландшафту стануть частиною нашого побуту, залежить від уяви кожного з нас. Але яку б їжу для фантазій ні давали всі ці вельми «смачно» звучать кроки, зазначені держкорпорацією «рекодов», на ділі вони зводяться до двох різновидів російської космічної діяльності. Перша - навігаційна система ГЛОНАСС (про неї більш детально ми поговоримо трохи нижче), а друга - зйомки Землі з космосу за допомогою супутників дистанційного зондуванняЗемлі (ДЗЗ).

ДЗЗ практично ніякого відношення до російської космічної програми не має, бо майже всі дистанційне зондування в Росії в даний час здійснюється за допомогою іноземних супутників. Таким чином, набуваючи космічні знімки, Створюючи цифрові карти і ладу тривимірні моделі міст і промислових об'єктів, російські чиновники впроваджують результати діяльності космічних галузей інших країн, але аж ніяк не Росії.

На даний момент у Росії є чотири супутники, здатні в якійсь мірі вирішувати завдання ДЗЗ: «Ресурс-ДК1», метеосупутник "Метеор-М» № 1 з датчиками КМСС, «Електро-Л» та запущений в минулому році «Канопус- В ». Однак «Ресурс-ДК1» вже практично вийшов з ладу, «Метеор-М» і «Електро-Л» - це метеосупутники, що дозволяють проводити зйомку з роздільною здатністю від 1 км (абсолютно неприйнятно для «космос'емочних» завдань, поставлених держкорпорацією «рекодов») .

Що стосується новітнього «Канопус-В», то, як сказав в інтерв'ю «Голосу Америки» один з провідних російських фахівців в області ДЗЗ, все сумарні можливості цього супутника складають в середньому не більше 10% від можливостей будь-якого західного космічного апарату (КА), покликаного вирішувати аналогічні завдання. А все вищезгадані дистанційно-зондувальні російські КА здатні, на думку даного фахівця, задовольнити потреби Росії в ДЗЗ не більше ніж на 5%.

Якщо у когось виникнуть сумніви в наведених цифрах, то можна зайти на сайти двох найбільших російських компаній, що надають послуги з ДЗЗ: «Сканекс» і «Совзонд». У списку 29 супутників і супутникових сузір'їв ДЗЗ, з яких «Сканекс» отримував і отримує дані, є лише 2 російських КА - «Ресурс-01» і «Метеор-3М» (причому обидва ці КА вже не працюють). Що стосується «Совзонд», то із зазначених на сайті цієї компанії 13 супутників і супутникових сузір'їв, з яких вона отримує дані ДЗЗ, немає жодного російського.

А тепер поставимо собі запитання: якщо ви купите «Форд» або «Фольксваген» навіть для їзди по російських дорогах, то чи буде це вважатися «розвитком і використанням» автомобільної «техніки, технологій і послуг в інтересах соціально-економічної сфери»? Буде, але тільки не того автопрому, який створювався за гроші російських платників податків.

Шкура невбитого ведмедя

Правда, програма на 2013-2020 роки передбачає «в частині засобів дистанційного зондування Землі та гідрометеорологічного спостереження збільшення до 24 космічних апаратів орбітального угрупування». Однак з урахуванням тих труднощів, з якими стикається запуск першого найсучаснішого російського супутникаДЗЗ «Ресурс-П», намір вирішити дистанційно-зондувальні завдання Росії за допомогою обіцяних 24 супутників до 2020 року видається поки поділом шкури невбитого ведмедя.

Перш ніж закінчити розмову про те, як Роскосмос має намір забезпечувати інтереси «соціально-економічної сфери», відзначимо ще один напрямок російської космонавтики, яке дуже важливо для жителів Росії і розвиток якого дійсно здатне поліпшити якість життя росіян, особливо які проживають у віддалених регіонах. це супутниковий зв'язок, Включаючи ТБ та Інтернет.

Програма на 2013-2020 роки передбачає якісний і кількісний ріст в Росії «космічних засобів зв'язку, мовлення і ретрансляції», в тому числі шляхом доведення чисельності телекомунікаційних КА нового покоління до 2020 року до 39 одиниць. За задумом авторів програми це дозволить забезпечити телебаченням, радіо та Інтернетом «практично всю територію Російської Федерації, включаючи Арктичний регіон».

Коли «Голос Америки» запитав думку фахівців ФГУП « космічний зв'язок»Щодо можливості побудувати і запустити в космос 39 телекомунікаційних КА до кінця нинішнього десятиліття, вони сказали, що зробити це в принципі можливо. Неясно одне - що це будуть за апарати, хто їх розроблятиме і виготовляти, а без цього дати відповідь - не «в принципі», а конкретно - вийдуть ці КА на орбіту чи ні, не можна.

«Космизация» побуту - міф чи реальність?

Отже, зйомки Землі з космосу, прогноз погоди, дослідження навколишнього середовища, визначення точного місцезнаходження, телекомунікації ... Невже це все, що може дати «космос» Землі?

А як же облягає тіло одяг «а ля скафандр» з розробленою для космічних екіпажів міцною і легкою сріблястої тканини, «інтелектуальні» будинки і квартири, насичені допоміжною технікою і електронікою, як модулі космічної станції, портативні ракетні ранці, що дозволяють переміщатися в будь-яку точку міста , оминувши автомобільні затори, та багато чого ще. Невже все це можна зустріти тільки на сторінках науково-фантастичних творів?

Не тільки. Правда, технології, що забезпечують польоти людей у ​​космос, знаходять своє застосування на Землі, головним чином в сферах, які так чи інакше пов'язані з усуненням загрози для життя і здоров'я людей. Нічого дивного в цьому немає. Адже пілотована космонавтика - це забезпечення виживання екіпажів в екстремальних умовах, тому накопичений нею досвід так буває корисний в медицині і при надзвичайних ситуаціях.

Штучне серце з ракетного двигуна

Ось деякі з пристроїв і методик, в основу яких, згідно з офіційними джерелами НАСА, були покладені технології і процедури, розроблені американською космічною галуззю:

• комп'ютерні томографи;
• магнітно-резонансні томографи;
• апаратура для гемодіалізу;
• дефібрилятори;
• штучне серце (це, мабуть, один з найбільш «животрепетних» прикладів земної корисності космічних технологій; в основу конструкції даної моделі штучного серця була покладена схема турбонасосного агрегату головного двигуна шаттла, а розроблена вона всесвітньо відомим американським хірургом Майклом Дебейки і інженером Космічного центру імені Джонсона Девідом Сосьером);
• телероботи-хірург типу «Да Вінчі»;
• апарати для фізіотерапії;
• позитронно-емісійні томографи;
• мікрохвильові приймачі для виявлення раку грудей на ранніх стадіях;
• апаратура для кардіоангіографії;
• монітори для дослідження нейронної діяльності мозку;
• процедури і методи стерилізації операційних;
• портативні рентгенівські апарати для обстеження новонароджених;
• індивідуальні дихальні прилади для пожежних;
• датчики контролю шкідливих домішок у повітрі;
• система контролю за якістю продуктів харчування, яка на два порядки дозволила знизити небезпеку зараження сальмонелою;
• рятувальні плоти для літаків і суден;
• рятувальні балістичні парашути для літаків легкої авіації (до теперішнього часу ці пристрої врятували вже понад 200 життів);
• охолоджуючі костюми для полегшення фантомних болів, а також для людей, які отримали спинальную або спортивну травму, або для хворих на розсіяний склероз.

Але земна робота космічних технологій не обмежується одним лише порятунком які потрапили у важку ситуацію людей. Вони ще полегшують наш побут, роблячи його простіше, а нерідко і приємніше. Принаймні, саме такі цілі переслідують розроблені і виготовлені з використанням космічних технологій такі винаходи:

• ортопедичні матраци та подушки з «пам'яттю»;
• фільтри для очищення води;
• технологія збереження продуктів методом сухої заморозки;
• бездротові електроприлади;
• системи звукоізоляції автомобілів;
• фотокамери для стільникових телефонів.

Ну і, звичайно, вже обридле приклади тефлону і велкро. Строго кажучи, велкро (або «липучки») були придумані в Швейцарії, а тефлон - в США ще в 1940-і роки, але масове застосування ці технології знайшли лише після того, як НАСА продемонструвало їх ефективність в ході реалізації програми «Аполлон», а тому можна без перебільшення сказати, що космічна програма сприяла впровадженню даних технологій в повсякденне життя.

Космічні технології використовуються для виробництва кросівок. Ну а крім цього винаходу космічної галузі допомогли створити:

• систему оплати за бензин прямо у колонки за допомогою кредитної картки;
• систему голографічного перевірки зв'язкових антен;
• сканери для просвічування багажу в аеропортах;
• сонячні батареї;
• спеціальні матеріали для виготовлення одягу плавців, дайверів, робочих, зайнятих на шкідливому виробництві;
• скловолокно з тефлоновим покриттям для дахів;
• шасі для шкільних автобусів;
• орний плуг, розрахований по методикам, створеним для визначення міцності космічних кораблів;
• установку, яка використовує атомарний кисень для очищення картин, написаних у XIX столітті;
• метод мультиспектрального зйомки для читання обгорілих і пошкоджених попелом Везувію давньоримських манускриптів;
• комп'ютерну мову, що використовується, зокрема, в автомайстерень, у фотоапаратах «Кодак», портативних комп'ютерах і експрес-поштою.

За рамками даної статті залишається внесок космічної галузі в створення нових систем зброї, в тому числі для оборони і стримування, але це вже тема для іншої розмови.

Де внесок СРСР / Росії?

Напевно читачі зададуть це питання. Дійсно, адже всі перераховані вище «подарунки» землянам були зроблені американською космічною галуззю. Думка про її вирішальний внесок в «битовізаціі» космічних технологій зміцнює і стаття В.П. Михайлова під назвою «Досягнення космонавтики в земній техніці», яка була опублікована в 1989 році в журналі «Космонавтика, астрономія». У статті визнається, що «У використанні досягнень космонавтики в традиційних земних областях народного господарства найбільш досконалих організаційних форм до теперішнього часу домоглися США».

Дійсно, більшість прикладів використання космічних технологій в земних цілях були взяті Михайловим з заокеанського досвіду. Що стосується радянських космічних технологій, то автор статті згадує лише кілька прикладів їх «народногосподарського» використання. це:

• створення жароміцних будівельних конструкцій;
• медичний портативний комплект;
• використання титану в стоматології;
• використання в сільському господарстві технологій із замкнутим циклом і з вторинним використанням відходів;
• використання реактивного двигунадля розпилення пестицидів, для сушки зерна або для гасіння його загоряння в елеваторах;
• використання вченими методики та інструментів, створених ними для аналізу зразків місячного грунту, для вивчення деяких зразків порід;
• експрес-аналіз повітряного атмосфери в шахтах, на рудниках і кар'єрах на основі методів аналізу атмосфери житлових і робочих приміщень космічних кораблів і орбітальних станцій;
• створення і випробування в СРСР першого в світі літака (Ту-155), здатного використовувати кріогенне паливо (рідкий водень і зріджений природний газ).

Втім, дані про те, наскільки широко були впроваджені в економіку СРСР ці технології і методики, відсутні.

Як лікарі ІМБП лікують стрес і ДЦП

Найбільших успіхів в області «космонавтика для Землі» домоглася радянська / російська космічна медицина, забезпечує вже протягом десятків років тривалі пілотовані польоти. Флагманом цього розділу медицини є Інститут медико-біологічних проблем (ІМБП) РАН.

За словами А.І. Григор'єва, академіка РАН і РАМН, віце-президента РАН і наукового керівника ІМБП, « Наукові дослідженняв області космічної медицини значно доповнили земну новими знаннями про здоровий людину, критерії норми, резервних можливостях організму ».

Основний внесок ІМБП в рішення проблем зі здоров'ям звичайних землян так чи інакше пов'язаний з лікуванням розладів опорно-рухового апарату, серцево-судинної і центральної нервової систем, зокрема, дитячого церебрального паралічу (ДЦП), профілактики захворювань, а також відновленням після важкої фізичної або психологічного стресу. З цією метою ІМБП у співпраці з іншими організаціями російської космічної галузі, як, наприклад, фірма «Зірка», розробив безліч успішно діючих механізмів, методик і фармакологічних засобів. Тільки за останні три роки ІМБП отримав 45 відповідних патентів, у тому числі три міжнародних.

Крім ІМБП внесок в земну медицину вносять і інші космічні організації. Так, РКК «Енергія» досягла великих успіхів у створенні протезів. З них найбільш «просунутий» - це так звана «рука Термінатора» - протез кисті, відчуває потрібну силу стиснення.

Найцінніше, що є у людини, - це здоров'я. Але ми хочемо не просто жити, а жити якісно і різноманітно, що немислимо без безлічі навколишніх нас «розумних» пристроїв. У цій статті вже говорилося про той внесок, який вносить НАСА в їх створення. А що ж російська космічна галузь? Невже вона менш продуктивна і інноваційна, ніж американська в плані розробки нових технологій або їх «битовізаціі»?

Втрачений шанс Росії

Російська космічна галузь ось уже більше двох десятків років перебуває в стані глибокого застою. Але так було не завжди. У 1960-і і 1970-і роки, в період якісного розвитку космонавтики інтенсивно створювалися нові технології і методики, які, без сумніву, знайшли б своє місце в «земний» життя, причому не тільки в СРСР, а й на світовому ринку.

Цього не сталося з двох причин. Перша - надсекретність, яка огортала всю радянську космічну програму. Хіба можна було використовувати якісь космічні технології для створення хоча б тостерніцей або кавомолки, якщо «ворог», купивши ці побутові прилади в промтоварному магазині, тут же розглянув би в них дані технології, після чого неодмінно їх скопіював, завдавши тим самим непоправної шкоди обороноздатності СРСР?

Про таку ситуацію розповів заслужений льотчик-випробувач СРСР Магомед Толбоєв, який брав участь в програмі «Енергія-Буран». За його словами, в ході реалізації цієї програми було створено близько 500 комерційно придатних технологій, які не потрапили на ринок саме через міркування секретності.

А другу причину дуже простими, але від цього не менш гіркими словами розкрив в минулому один з провідних проектантів РКК «Енергія» професор Леонід Горшков. «Так, нікому це тоді не потрібно було, - сказав він в інтерв'ю для« Голосу Америки ». - Навіщо напружуватися, впроваджувати нові технології в «земну» промисловість, коли все і так було, в загальному, нічого? » До речі, на його думку, саме ця причина, а не горезвісна секретність, лежала в основі невикористання в цивільній промисловості СРСР досягнень космічної галузі.

Ось так і було безповоротно втрачено час, коли розроблені в СРСР космічні технології могли за своєю новизною знайти попит як на внутрішньому, так і на світовому ринку. Російська космічна галузь ніяких нових технологій за 20 років свого існування не створила, а впроваджувати в повсякденне життя старі, радянські, за допомогою яких вже можна тільки винайти велосипед, немає ніякого сенсу.

В космічний ринок - на космічному транспорті

Однією з цілей Державної космічної програми РФ «Космічна діяльність Росії на 2013-2020 роки» проголошено «закріплення Російської Федерації на світовому космічному ринку». Зрозуміло, що закріплення це може статися лише за допомогою конкурентоспроможних напрямків космічної діяльності Росії.

Зараз частка РФ на світовому ринку космонавтики, за словами генерального конструктора і президента РКК «Енергія» Віталія Лопоти, становить лише 2%, хоча по щорічним витратам на цю галузь країна знаходиться на четвертому місці. І ці 2% майже повністю складаються з доставок на орбіту людей і корисних навантажень, Тобто є «космічним транспортом».

Які ж у російській космічній галузі є конкурентоспроможні напрямки, за допомогою яких вона зможе вийти за ці 2%? Відповідь у вищезгаданій програмі. Це послуги з виведення на орбіту корисних навантажень, ракетне двигунобудування і пілотована космонавтика. Дані три елементи відносяться до тієї ж категорії «космічний транспорт».

Давайте тепер відкинемо всі «смачне», але при цьому малозрозуміле багатослівність, що міститься в даній програмі, типу «створення перспективних і модернізація засобів виведення космічних апаратів», «створення науково-технічного і технологічного доробку для розробки перспективних зразків ракетно-космічної техніки». Зробивши це, ми побачимо, що все більш-менш конкретні заходи по зміцненню конкурентоспроможних напрямків російської космонавтики будуть зведені до двох кроків.

Перший - створення ракети-носія (РН) типу «Ангара», проектування якого почалося майже 20 років тому. Другий - розробка і побудова якоїсь «перспективної пілотованої транспортної системи, здатної забезпечити польоти людей до Місяця», або, іншими словами, корабля для польотів до природному супутникуЗемлі. У програмі ще, правда, згадано створення транспортно-енергетичного модуля (ТЕМ), але призначення цього пристрою майже так само незрозуміло, як гігантських малюнків в пустелі Наска.

Про маркетинговому значенні єгипетських пірамід

А тепер давайте згадаємо, що до теперішнього часу крім «класичних» ракет-носіїв типу американських «Дельт» і «Атласов», європейських «Аріану», китайських «Великих походів» на світовий ринок виходять приватні «Фалькон», що будуються американською компанією SpaceX, «Таурус» / «Антарес», що виготовляються інший приватною компанією з США «Орбітал Сайнсез», японські H-II А і індійські GSLV.

Буквально кілька днів тому успішно вивела на орбіту свій супутник Південна Корея за допомогою власного носія KSLV-1 «Наро», в розробці якого, правда, взяли участь російські фахівці. Активно і досить успішно працює в напрямку створення власного носія Іран. За деякими даними Північної Кореї вдалося в грудні минулого року вивести на орбіту за допомогою власного РН рукотворний об'єкт.

Що стосується пілотованої техніки, то вже майже 10 років успішно літають китайські «Шеньчжоу», а до кінця цього десятиліття у США повинні бути, як мінімум, 4 нових типу пілотованого семимісного корабля. До речі, всі вони створюються з урахуванням експлуатації в складі міжпланетного комплексу, тобто мають здатність здійснювати польоти до Місяця.

А тепер запитаймо себе: чим краще буде в очах потенційних комерційних клієнтів у російської «Ангари», яка за часом появи і запровадження в експлуатацію виявиться в кінці черги, вишикувалися з американських, європейських, китайських, японських та індійських носіїв? Або у нового російського корабля, який як мінімум років на 15-17 увійде в експлуатацію пізніше «Шеньчжоу» і напевно пізніше чотирьох згаданих американських кораблів?

Лише те, що «Ангару» і безіменний поки корабель створить країна - спадкоємиця держави, де з'явилися на світ однойменні корабель і ракета-носій «Союз», а також РН «Протон»? Але щось ніхто не запрошує сучасних єгиптян проектувати і будувати хмарочоси або телевежі лише на тій підставі, що їх предки створили в стародавньому Єгипті піраміди - найбільші архітектурні та інженерні споруди минулого.

ГЛОНАСС

Те, що в створенні ГЛОНАСС зацікавлені збройні сили РФ, сумнівів немає. У разі, якщо з технічних або з якихось інших причин американська GPS перестане надавати свої навігаційні послуги на території Росії, російські кораблі, Літаки, навіть танки і БМП можуть виявитися в положенні подорожнього, який в глухому лісі втратив компас. У цій ситуації ГЛОНАСС виконає роль страхувальної сітки.

Але з урахуванням поширеності і доступності GPS, зокрема в Росії, уявити, що ГЛОНАСС, який, до речі, в минулому році відмовилося прийняти Міністерство оборони, зможе скласти на внутрішньому ринку РФ серйозну конкуренцію американської навігаційної системи, може лише безмежний оптиміст.

Звичайно, можна буде в добровільно-примусовому порядку, як свого часу лабрадору Коні, повісити приймачі ГЛОНАСС «на шию» російським підприємствам і організаціям, але з простими росіянами навряд чи вдасться це зробити. А вони будуть купувати GPS, навіть якщо він за якістю буде такою ж, як ГЛОНАСС, бо в середовищі маркетологів є такий добре відомий феномен, як вірність бренду.

Свого часу, говорячи про становище в російській авіації, глава агентства «Авіапорт" Олег Пантелєєв сказав в інтерв'ю «Комсомольской правде»: «Щоб вітчизняні компанії закуповували вітчизняні ж літаки, нашим виробникам потрібно робити кращі в світі машини». Точно так же російські споживачі стануть купувати ГЛОНАСС, а не GPS лише в тому випадку, якщо російська навігаційна система стане надавати більш якісні послуги, ніж американська. Наскільки це ймовірно, судіть самі.

Аксіоми на замітку

Перший - це стимулювання науково-технічного і виробничого потенціалу космічної держави, який може бути використаний для створення високотехнологічної «земної» техніки. А другий - використання космічних технологій в повсякденному «земної» життя, як всередині цієї країни, так і за її межами.

В СРСР традиційно і найбільш ефективно діяв лише перший спосіб.

Найпродуктивнішим донором технологій, які можуть бути використані в цивільних галузях, пов'язаних з виробництвом і наданням для людей необхідних товарів і послуг, є пілотована космонавтика. Це цілком природно, бо завдання більшості технологій, що розробляються для пілотованих кораблів і комплексів, полягає в тому, щоб забезпечити життя, здоров'я і працездатність людини в екстремальних умовах і до того ж зробити це максимально надійно, економно і ефективно. Відповідно, в земних умовах дані технології за своїми показниками значно перевершують аналогічні винаходи, які спочатку розроблялися для використання в повсякденному побуті.

В даний час Росія, беручи до уваги комерційних запусків, може повноцінно використовувати тільки перший спосіб отримання комерційної вигоди зі своєї космічної діяльності, тобто стимулювати розвиток свого науково-технічного потенціалу. Нових технологій у неї практично немає, а наявні радянські вже давно «другої свіжості», а тому не можуть викликати реального ринкового інтересу у потенційних клієнтів.

Спроба збільшити свою частку космічного ринку за допомогою «Ангари» і нового корабля видається не дуже перспективною справою. З одного боку, до моменту появи цих виробів на ринку він вже буде досить насичений аналогічною продукцією інших країн, а з іншого - Росії буде потрібно час, щоб довести прийнятну якість своєї техніки.

Чи означає все вищесказане, що у Росії вже немає шансів стати серйозним гравцем на світовому космічному ринку? Ні в якому разі. Якщо РФ хоче стати таким гравцем, то їй потрібно зробити головним (а не третім, як це зазначено в космічній програмі) пріоритетом свого розвитку пілотовану космонавтику, причому орієнтовану на дослідження і освоєння «далекого» космосу, за місячною орбітою.

По-перше, це буде куди більше стимулювати науково-технічний потенціал країни, ніж протирання «до дірок» навколоземного простору або «аполлоновское» польоти до Місяця і назад. По-друге, створені в процесі реалізації «дальнекосміческіх» проектів технології дійсно будуть носити інноваційний характер, а значить представляти ринковий інтерес.

По-третє, в даний час крім США тільки у Росії є (все ще) інженерно-конструкторський та виробничий потенціал, який дозволить їй почати реальну підготовку до пілотованої діяльності в «далекому» космосі. А це означає, що Росія може забезпечити собі значну частку перспективного космічного ринку, де у неї значно менше конкурентів, ніж на ринку «бліжнекосміческом».

космічні технології

Федеральне агентство з освіти

Самарський державний економічний університет

Кафедра промислової технології і товарознавства

РЕФЕРАТ

з технічних основ виробництва

на тему: "Космічні технології"

Виконала: студентка

2 курсу ПЕФ ЕСП

Липей Олена

Наук. рук .: Тарасов А.В.

Оцінка: ______________

Самара - 2009

Вступ

5.1 Космічні технології на боротьбу з вірусом пташиного грипу

5.2 Космічне зброю

5.3 Космічна програма Росії і Білорусії

5.4 Використання сонячної енергії на Землі

висновок

Список використаної літератури

Вступ

В останні роки - роки НТП (науково-технічного прогресу) - однієї з провідних галузей народного господарства є космос. Досягнення в дослідженні і експлуатації космосу є одним з найважливіших показників рівня розвитку країни. Незважаючи на те, що ця галузь дуже молода, темпи її розвитку дуже високі, і вже давно стало ясно, що дослідження і використання космічного простору нині немислимі без широкого і різнобічного співробітництва держав.

За дуже короткий історичний термін космонавтика стала невід'ємною частиною нашого життя, вірним помічником в господарських справах і пізнанні навколишнього світу. І не доводиться сумніватися, що подальший розвиток земної цивілізації не може обійтися без освоєння всього навколоземного простору. Освоєння космосу - цієї "провінції всього людства" - продовжується наростаючими темпами.

В позитивному плані на космос працюють такі тенденції сучасних міжнародних відносин, як глобалізація, посилення інтеграційних процесів і регіоналізму. З одного боку, вони ставлять перед космічною діяльністю завдання воістину глобального порядку, оскільки тільки космічні засоби роблять можливим збирати, обробляти і поширювати в масштабах планети інформацію про стан глобальних проблем. З іншого - вони дозволяють об'єднувати зусилля і знаходити кошти для вирішення проблем національних і регіональних, забезпечуючи економічну рентабельність.

Глава 1. Деякі результати робіт в галузі космічної технології, виконаних радянськими вченими

У 1978 р в дослідженнях, проведених за програмою "Інтеркосмос", з'явився новий напрямок - вивчення процесів утворення і поведінки матеріалів в умовах космічного простору. Для вирішення багатьох завдань, які людством завдань потрібні різного роду матеріали зі спеціальними, часом екстраординарними властивостями і можливостями: напівпровідники, кристали для інфрачервоної техніки, складні оптичні матеріали. Космос надає людині близьку до ідеальної середу для їх отримання. Майже повна відсутність сили тяжіння на борту космічного апарату, глибокий вакуум, часто заважають космонавтам і ускладнюють роботу деяких бортових приладів та систем, в даному випадку виступають в якості позитивного явища.

Однак виникає ряд питань. Зокрема, чи виправдане перенесення вже відпрацьованих на Землі процесів в космос з економічної точки зору? Подібні сумніви мають деякі підстави. По-перше, створення апаратури для роботи в космосі обходиться значно дорожче. По-друге, висновок цієї апаратури в космос і її функціонування на борту космічного корабля або станції вимагають великих матеріальних витрат. В СРСР ці прикладні дослідження носять скоріше дослідно-конструкторський характер. До створення космічних заводів належить пройти ще довгий і важкий шлях.

Як правило, космічні дослідження ведуться в основному в інтересах наших чисто земних потреб. Це справедливо і для космічного матеріалознавства. Одними з головних споживачів таких матеріалів є наука і техніка. Космічні прилади, системи і агрегати, наприклад, повинні мати максимальну чутливістю, здатністю працювати в екстремальних умовах. Ні для кого не секрет, що на виготовлення космічної техніки йдуть найдосконаліші з наявних у розпорядженні людини матеріали. Тільки з їх допомогою можна успішно вирішити грандіозні завдання, які стоять перед дослідниками космосу. Ось чому, чим інтенсивніше і більш плідно розвиватиметься космічне матеріалознавство, тим швидше воно зможе надати космічній техніці нові матеріали, тим більшу віддачу ми зможемо отримати від усіх напрямків космічних досліджень. Важливість цієї проблеми, її актуальність безсумнівні.

Початок співпраці в цьому напрямку в рамках програми "Інтеркосмос" збіглося з підготовкою перших польотів міжнародних екіпажів. З'явилася можливість здійснювати спільні дослідження на орбітальній станції "Салют-6", багато років служила базою найрізноманітніших досліджень. Для проведення спільних матеріалознавчих експериментів Радянський Союз надав ученим братніх країн бортові технологічні установки "Кристал" і "Сплав", що дозволяють здійснити дослідження з матеріалами різних типів, використовуючи широкий діапазон методів отримання сполук. Цінність експериментів підвищувалася ще й присутністю на борту станції космонавтів, які пройшли спеціальну підготовку з проведення робіт такого роду.

У Радянському Союзі був виконаний значний обсяг робіт з вивчення процесів зварювання в умовах мікрогравітації і створення різного устаткування для цієї мети. При створенні такого обладнання необхідно враховувати ряд вимог до його конструкції і експлуатації, обумовлених особливостями проведення робіт на космічному апараті. Безпечна експлуатація обладнання на космічному апараті залежить від правильного обліку чинників, таких як руйнівну дію джерела нагріву, наявність ванни з рідким металом і бризок розплавленого металу, підвищена напруга джерел живлення і побічні явища типу теплового або рентгенівського випромінювання. Наприклад, в установці типу "Вулкан", призначеної для електронно-променевого зварювання, прискорює напруга було вибрано менше 15 В, так як при цьому виключається можливість появи гальмівного рентгенівського випромінювання. Вдалий вибір режиму дугового зварювання дозволив уникнути розбризкування металу. У тій же установці високовольтні елементи і ланцюги як потенційні джерела небезпеки були укладені в один блок і залиті епоксидною смолою. Для локалізації металевого пилу, теплового та світлового випромінювань в установці "Вулкан" використаний спеціальний захисний кожух. Контроль параметрів процесу і підтримання їх на необхідному рівні забезпечувався системою електричної і механічної захисту.

Аналіз різних способів зварювання показав, що відносна простота виконання електронно-променевого зварювання, висока ефективність процесу, можливість його застосування для всіх металів роблять цей спосіб одним з найбільш перспективних в космічній технології.

Глава 2. Космічне інформаційне забезпечення в біосферних дослідженнях

Три десятиліття космічної ери суттєво вплинули на наші знання про Землю, на технологію створення карт, на оперативні спостереження за природними процесами, особливо в метеорології.

За допомогою штучних супутників виявилося можливим пророкувати на 3-5-денний термін погоду на більшій частині Землі з точністю і покриттям, раніше недоступними; спостерігати явища посухи в великих регіонах; виявляти лісові пожежі і зведення лісів в малообжитих районах; виявляти біопродуктивністю зони океану, найбільш підходящі для проживання риб; визначати зміщення тектонічних плит і прогнозувати землетруси за параметрами траєкторій орбіт ШСЗ.

В космічних методах вивчення планети визначилося два напрямки:

1. Рішення галузевих національних завдань локального або субрегіонального рівня, пов'язаних з тематичним картографування компонентів природного середовища та оновленням раніше створених карт. Масштаби картографічної продукції 1: 50 000 - 1: 2000 000.

2. Виконання найбільших національних і міжнародних програм, пов'язаних з вивченням розвитку Землі як планети з обов'язковим використанням космічної інформації. Цей напрямок орієнтоване на використання космічних засобів як інструменту в задачах наук про Землю.

Поляризація наукових інтересів чітко ділить країни світу за напрямками, використання космічних методів дистанційного зондування.

Навіть такі високорозвинені країни, як ФРН, Франція, Англія обмежують свої дослідження окремими територіями. Використання ними космічних знімків засноване на високій технологічній культурі створення карт на базі інформаційних систем. США на відміну від західноєвропейських країн активно розвивають концепцію і програму системних глобальних досліджень, орієнтованих на вирішення завдань наук про Землю.

Вивчення природних циклів повинно бути засноване на багатовимірних часових рядах космічних вимірів. Тільки такий підхід може забезпечити реєстрацію динамічних процесів. Для вивчення фенологического розвитку сільськогосподарських культур в експерименті "Курськ-85" позитивні результати були досягнуті за допомогою об'єднання багатовимірних часових рядів оптичних вимірювань. Таким чином, для вивчення природних процесів потрібно практично цілорічний цикл космічних зйомок і відповідних підсупутникових спостережень.

Космічні методи набувають вирішальну роль у вирішенні сучасної проблеми людства - вивченні Землі як планети. Ефективність практичного використання космічних методів буде в значній мірі визначатися розвитком розгалуженої мережі геоінформаційних систем, які повинні забезпечити широкий доступ до космічних даними.

Вчені Казахстану мають намір активно впроваджувати космічні технології для зондування поверхні країни. За допомогою даних космічного ока в Алмати вже розроблений проект внутрішньої транспортної середовища міста, а також ведеться облік зелених насаджень. Причому фахівцям відомо не тільки місце розташування і вік дерев, а й їх тип. З урахуванням активної забудови міста, моніторинг рослинності дозволяє координувати її відновлення, а також вивчати стан повітряного басейну.

Крім того, грунтуючись на даних дистанційного зондування Землі можна прогнозувати і землетрусу. Міжнародна центрально-азіатська конференція по "дистанційного зондування Землі та геоінформаційних систем" проходить в Алмати зібрала фахівців як з ближнього так і дальнього зарубіжжя. Всі вони переслідують одну мету: обмінятися досвідом, щоб потім використовувати його в рішенні як державних, так і регіональних завдань, не забуваючи при цьому нафтогазову, енергетичну галузь і сільське господарство. На висоті 360-ти кілометрів ведуть дистанційне зондування земної поверхні більше 65 супутників. Зробити чітку картинку можуть не всі, хмари і рясна рослинність в цьому відіграють велику роль. Однак це з легкістю роблять радарні супутники. Досвід застосування космічних технологій в цьому регіоні налічує 17 років. За цей час фахівці в цій галузі досягли істотних результатів. Завдяки дистанційного зондування у сейсмологів з'являється можливість більш точного моніторингу земної активності. Дані, отримані з космосу про земне рельєфі дозволяють краще зрозуміти які процеси відбуваються на глибині і поглянути по новому на ті процеси які відбуваються в її надрах.

Глава 3. Космічні технології - на боротьбу з енергокризою

Уральські вчені знайшли відносно недорогий спосіб стовідсоткової підстраховки на випадок масштабних аварій на регіональних енергомережах. Міні-турбомашинах можна встановити на базі звичайної котельні, причому енерговитрат - ніяких. Агрегат працює на надлишки пара, які зазвичай просто скидають в атмосферу. Ця невелика турбомашинах, на думку її розробників, зробить революцію в комунальному господарстві Росії. Парова турбіна здатна виробляти електрику, використовуючи ресурси типовий котельні. Така міні-електростанція здатна підстрахувати регіональну енергосистему в разі виникнення великої аварії. Найменша зі стандартних турбомашин, що випускаються в Росії, потужністю всього 500 кіловат, має досить великі габарити: вага 10 тонн, довжина 5 метрів. Як з великою турбомашини зробити маленьку, при цьому не програвши в потужності? Над цим завданням вітчизняні конструктори билися кілька років. Вирішити завдання допомогла співпраця з оборонними підприємствами, які запропонували конструкторам з Єкатеринбурга використовувати космічні технології.

"Інститут" Композит "спільно з ракетно-космічним центром спеціально розробив для нас під цю турбіну матеріал на основі вуглепластика. Ми використовували його в якості підшипника ковзання", - розповідає головний технолог підприємства-розробника.

Спростивши до мінімуму установку, конструктори домоглися головного: компактна турбомашинах стала ще потужнішою і при цьому безпечніше.

Творці міні-турбомашини зараз говорять: найголовніше - скоріше запустити установку в виробництво. Серійний випуск здешевить конструкцію. Космічні технології стануть доступні навіть для сільської місцевості.

Глава 4. Космічні технології приходять в регіони

Відповідно до постанови Губернатора Калузької області № 226 від 20 червня 2006 року уряд Калузької області, міністерство економічного розвитку Калузької області і федеральне державне унітарне підприємство "Російський науково-дослідний інститут космічного приладобудування" (ФГУП "РНИИ КП") розробили обласну цільову програму "Використання результатів космічної діяльності та сучасних геоінформаційних технологій з метою прискорення соціально-економічного розвитку та підвищення конкурентоспроможності Калузької області (2007 - 2009 роки) .27 грудня 2006 року Законом Калузької області № 277-ОЗ Програма була затверджена. Це стало закономірним підсумком тісної співпраці Адміністрації області та федерального космічного агентства з реалізації Спільної Угоди про взаємодію в галузі розвитку та використання космічних систем, засобів і технологій від 10 лютого 2006 року.

Метою Програми є досягнення з використанням космічних систем якісно нового рівня інформатизації та автоматизації для вирішення завдань соціально-економічного розвитку і забезпечення безпеки життєдіяльності населення Калузької області.

Загальний задум Програми заснований на аналізі світового і вітчизняного досвіду, який показує, що раціональне використання результатів космічної діяльності може внести істотний, а в ряді випадків - визначальний внесок у вирішення завдань прискорення соціально-економічного розвитку регіонів, особливо в створення і розгортання федеральної, територіальної, регіональної і муніципальної інформаційно-керуючої інфраструктури.

В цілому ряді регіонів Росії ведеться активна робота щодо забезпечення практичного використання результатів космічної діяльності в галузі супутникової навігації, дистанційного зондування Землі, моніторингу різних об'єктів, процесів, явищ, картографії, геодезії, гідрометеообеспеченія, зв'язку, управління, передачі даних і інших напрямках.

Калузька програма повинна наочно показати очевидні переваги впровадження в повсякденне життя космічних технологій. Отриманий досвід першопрохідців буде неоціненним для їх подальшого поширення та застосування в тих суб'єктах РФ, які готові до сучасної інноваційної діяльності для підвищення ефективності природокористування, екології, паливно-енергетичного комплексу, контролю і розвитку територій, будівництва, багатьох інших напрямків і, як наслідок, істотного поліпшення якості життя всіх категорій людей.

ФГУП "РНИИ КП" визначено головною організацією галузі по створенню, розвитку і цільового використання глобальної навігаційної системи ГЛОНАСС, включаючи функціональні доповнення, апаратуру споживачів і наземний комплекс управління цієї системи; по створенню і модернізації Єдиного державного наземного автоматизованого комплексу управління; російському сегменту системи КОСПАС-САРСАТ, а також в сфері застосування космічних технологій моніторингу стану критично важливих і (або) небезпечних об'єктів та вантажів Російської Федерації.

Інститутом створюються на основі сучасної елементної бази і новітніх технологій системи і апаратура для наземного комплексу управління космічними апаратами, бортових ретрансляторів супутників зв'язку, командно-вимірювальних систем космічних апаратів, радіотелеметрій для розгінних блоків і ракет-носіїв, комплексів дистанційного зондування землі, радіотехнічних комплексів для забезпечення досліджень Сонячної системи, астероїдної безпеки і "космічного сміття".

ФГУП "РНИИ КП" активно бере участь у багатьох національних і міжнародних космічних програмах і проектах, а також в роботі різних міжнародних організацій.25 квітня 2006 Президентом Російської Федерації підписано Указ про створення ВАТ "Російська корпорація ракетно-космічного приладобудування та інформаційних систем", головним підприємством якого визначено ФГУП "РНИИ КП".

Глава 5. Перспективи розвитку космічних технологій

5.1 Космічні технології на боротьбу з вірусом пташиного грипу

Російські космічні технології має намір використовувати французька компанія "Ер ін спейс" для захисту імунодефіцитних хворих і для боротьби з вірусом пташиного грипу.

Увага французьких медичних фахівців привернули російські методики плазмового очищення повітря від біологічного забруднення на космічних станціях. Вони були розроблені ще в 90-і роки минулого століття і з успіхом використовувалися на орбітальному комплексі "Мир". З квітня 2001 року такі пристрої застосовуються і для очищення повітря в російському сегменті Міжнародної космічної станції.

Французька компанія "Ер ін спейс" адаптувала їх до наземних госпітальних умов за допомогою Європейського космічного агентства, що здійснює масштабну програму передачі космічних технологій. Сертифікація обладнання проводилася в Лабораторії вірусології в Ліоні. За словами фахівців російський винахід дозволяє, зокрема, повністю знищувати в повітрі віруси пташиного грипу навіть при сильній їх концентрації.

На думку французьких експертів, у разі пандемії пташиного грипу за допомогою таких технологій можна швидко переобладнати під госпіталю, наприклад, приміщення шкіл. Розробка також може з успіхом використовуватися для стерилізації операційних і лабораторних приміщень, підкреслюють фахівці.

5.2 Космічне зброю

Сполучені Штати планують в недалекому майбутньому створити космічну зброю, здатне вражати наземні об'єкти з орбіти. На цю перспективну розробку, як очікується, буде виділено близько 100 млн. Доларів, - про це повідомило агентство "Інтерфакс". За виділення коштів на космічну зброю проголосувала Погоджувальна комісія Конгресу США.

За даними американських ЗМІ, космічну зброю - це супутник, який буде запускатися з Землі і розміщена на ньому ракета. Після проведення атаки з навколоземної орбіти, космічний апарат буде повертатися на базу. Після перезарядки і профілактики багаторазовий супутник може бути знову відправлений у космос.

5.3 Космічна програма Росії і Білорусії

Білорусія і Росія мають намір розробити спільну космічну програму, заявив начальник департаменту оборонної промисловості та військово-технічного співробітництва Постійного комітету Союзної держави Білорусії і Росії Олександр Корсаков.

"Постійним комітетом пророблена робота за пропозиціями Федерального космічного агентства Росії і Національної академії наук Білорусії про підготовку програми Союзної держави" Розробка базових елементів, технологій, створення і застосування орбітальних і наземних засобів багатофункціональної космічної системи "(Космос - НТ)", - заявив він на прес-конференції у вівторок в Мінську.

А. Корсаков уточнив, що програму передбачається реалізувати в 2008-2011 роках.

За словами А. Корсакова, метою є "розробка передових космічних технологій і створення не мають аналогів експериментальних зразків наземних і орбітальних космічних засобів і елементної бази".

5.4 Використання сонячної енергії на Землі

Пентагон виступив з пропозицією створення орбітального угрупування супутників, які могли б збирати сонячну енергію і передавати її на Землю.

Про це йдеться в новому 75-сторінковій доповіді американського військового відомства.

Незважаючи на те, що проект оцінюється як мінімум в десять мільярдів доларів, американські військові вважають, що електроенергія з космосу зможе знизити витрати військового відомства.

В даний час електроенергія, наприклад в Іраку і Афганістані видобувається за допомогою генераторів, що працюють на нафтопродуктах. Виходить, що США доводиться транспортувати нафту в свою країну, переробляти її, а потім відправляти готові продукти знову за океан.

Таким чином, кожен кіловат електроенергії, вироблений генератором на військовій базі, обходиться не в 5-10 центів, як це було б в США, а приблизно в один долар, відзначається в доповіді.

При цьому Пентагон не хоче займатися розробкою свого ж проекту, а хоче цілком покластися на комерційних постачальників нового типу електроенергії, які можуть з'явитися вже в доступному для огляду майбутньому.

Відповідно до доповіді пропонується розмістити в космосі угруповання супутників з легкими дзеркалами довжиною в кілька кілометрів. Ці дзеркала фокусуватимуть сонячне світло на панелі сонячних батарей для вироблення електроенергії. Отримана електрика перетворюватиметься на мікрохвилі, які могли б передаватися через атмосферу Землі на частоті від 2,45 гігагерц до 5,8 гігагерц.

На Землі мікрохвилі, інтенсивність яких складатиме одну шосту від інтенсивності сонячного світла опівдні, будуть захоплюватися антенами. Спеціальні системи будуть конвертувати мікрохвилі назад в електрику для розповсюдження звичайною мережею.

Така концепція не нова - аналогічні ідеї виникали ще в 70-х роках, проте тоді не було ні технології, за допомогою якої це можна втілити в життя, ні фінансових можливостей.

У доповіді наголошується, що протягом декількох років будуть розвинені технології, яких поки немає, а перша електроенергія з космосу може бути передана вже в 2012-2013 році з супутників на навколоземній орбіті. На геосинхронну орбіту супутники планується перевести до 2017 року.

В рамках здійснення нового проекту можуть бути проведені кілька експериментів. Перший - з передачі електроенергії на відстані без проводів між двома наземними пунктами. Потім потрібно буде повторити той же експеримент, але вже спробувавши передати електроенергію на наземну базу з МКС.

При цьому, як відзначають автори доповіді, ця ідея сподобалася представникам НАСА.

Автори доповіді вважають, що при грамотному вкладенні коштів в технології, вже дуже скоро можна домогтися успіху.

На нову доповідь моментально відреагували американські науково-дослідні організації, 13 з яких організували "Альянс космічної сонячної енергії майбутнього".

"Не дивлячись на те, що технічні питання все ще залишаються на порядку денному, значні інвестиції зараз можуть перетворити космічну енергію сонця в найважливіше джерело електроенергії: екологічно чистої, відновлюваної та здатної забезпечити величезну кількість енергії, так необхідної всьому світу. Конгрес, федеральні агентства і ділове спільнота повинні негайно почати інвестування ", - заявив в письмовому зверненні віце-президент Національного космічного співтовариства США Марк Хопкінс.

На думку директора Національного офісу з космічної безпеки Пентагону Джозефа Ружа, технологічні питання, пов'язані з проектом, в даний час вирішуються дуже швидко, а фінансові можливості бізнесу збільшуються з кожним роком.

"Бракує тільки відповідного поштовху, який би простимулював зацікавлені сторони в здійсненні проекту", - зазначає Руж у вступному слові до доповіді.

Експерти побоюються, що витрати на створення нової системи можуть зробити проект важко таким, що окупається.

В першу чергу, потрібно добитися зниження вартості відправки вантажів на геосинхронну орбіту, яка в даний час складає не менше 20 тисяч доларів за кілограм.

Крім цього, основний споживач космічної електроенергії в даний час - Пентагон - повинен проаналізувати довгострокові потреби в електроенергії і підтвердити свій намір стати реальним споживачем. Також повинні бути внесені зміни в законодавство, що полегшують податкове і кредитний тягар для тих, хто буде зайнятий в новому проекті.

висновок

Освоєння космосу не тільки стимулювало інтерес до освіти, а й дозволило використовувати чудові технічні засоби - радіомовні і телевізійні супутники для освітніх цілей. Широкі маси населення планети можуть отримати через загальну глобальну систему освіти, побудованого на використанні світових космічних систем зв'язку і телебачення на основі використаних супутників Землі, самі великі знання. Радіо - і телепередачі через супутники дозволять вирішувати проблеми ліквідації неписьменності, підвищувати освітній ценз дітей і дорослих і т.п. Таким чином, космос і освіту виявилися елементами подвійного процесу: без глибоких знань неможливо підкорення космосу, останнім же в свою чергу, дає ефективний засіб для всебічного вдосконалення і розвитку освіти.

Космонавтика потрібна науці - вона грандіозний і могутній інструмент вивчення Всесвіту, Землі, самої людини. З кожним днем ​​все більше розширюється сфера прикладного використання космонавтики. Служба погоди, навігація, порятунок людей і порятунок лісів, всесвітнє телебачення, всеосяжна зв'язок, надчисті ліки і напівпровідники з орбіти, сама передова технологія - це вже і сьогоднішній день, і дуже близький завтрашній день космонавтики. А попереду - електростанції в космосі, видалення шкідливих виробництв з поверхні планети, заводи на навколоземній орбіті і Місяці, і т.д.

На закінчення справедливо буде сказати, що двадцяте сторіччя по праву називають "століттям електрики", "атомним століттям", "століттям хімії", "століттям біології". Але також справедливе його назва - "космічна доба". Космічне майбутнє людства - запорука його безперервного розвитку на шляху прогресу і процвітання, про який мріяли і який створюють ті, хто працював і працює сьогодні в області космонавтики і інших галузях народного господарства.

Перший штучний супутник Землі

Запуск першого в світі штучного супутникаЗемлі був здійснений в Радянському Союзі 4 жовтня 1957р. Історія створення першого супутника пов'язана з роботою над ракетою як такої. Постанова про створення в СРСР ракетної галузі науки і промисловості.

На космічних кораблях використовуються всі кращі розробки людства, на них випробовується новітні передові технології, і бортове обладнання космічних кораблів - також найсучасніше.

Опис, конструкція і траєкторія польотів основних видів космічних апаратів, а також аналіз проблем їх енергоживлення бортової апаратури. Особливості розробки і створення автоматизованих систем управління експлуатацією літальних комплексів.

Авіація і артилерія - основні джерела ракетобудування. Космодроми і ракети нашого часу. Човники нового покоління. "Буран" - багаторазовий космічний корабель, аналог системи Space Shuttl. Проект "Гермес" в рамках Європейського космічного агентства.

Д.В.Марінін Аерокосмічний ліцей на базі Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» До третього тисячоліття людство активно вивчає і досліджує космос. Число космічних польотів зростає, але вони постійно втискуються з рядом проблем. Однією з таких проблем - проблем ек ...