Международные экипажи в космосе

В эксперименте «Эрдэнэт» с помощью специального устройства изучались процессы диффузии и перераспределения примесей при растворении в воде и последующей кристаллизации сернокислой соли меди.

Остроумная Идея была положена в основу эксперимента «Нановесы» (СССР-СРР), в котором изучалось воздействие космической среды на материалы, находящиеся в открытом космосе. Для исследований была выбрана тонкая пленка двуокиси кремния. Этот материал широко применяется в космосе, в частности, защитные слои двуокиси кремния покрывают поверхности активных оптических элементов, например элементов солнечных батарей. Слой двуокиси кремния отличается особой химической прочностью и стойкостью к воздействию факторов космической среды (излучений, вакуума и т. д.). Его преимущество состоит также в том, что он прозрачен в очень широком спектральном диапазоне.

Один из основных процессов, воздействующих на материалы в открытом космосе, — так называемое «сухое» испарение, или сублимация. При сублимации масса исследуемого материала постепенно уменьшается. Измерить это уменьшение массы и должны были космонавты в ходе эксперимента «Нановесы». Как известно, измерение массы в условиях невесомости представляет определенные трудности, особенно если ее изменение, как в данном случае, очень незначительно. Поэтому был выбран остроумный косвенный способ измерения.

Тонкая пленка двуокиси кремния была нанесена на поверхность кварцевого резонатора, включенного в специальную измерительную электрическую схему. Частота резонансных колебаний зависит от толщины пленки, и таким образом, измеряя частоту колебаний, можно определить изменение толщины пленки и соответственно ее массы в ходе эксперимента.

С целью разработки технологии получения в космических условиях монокристаллов заданного профиля с помощью капиллярных сил был выполнен эксперимент «Капилляр». Изучение влияния сил поверхностного натяжения на равномерность распределения примесей по всей длине расплава в плоскости капилляра проводилось впервые в истории космического материаловедения.

Методика получения монокристаллов заданного профиля с использованием сил поверхностного натяжения заключается в следующем. В капсулу с исходным материалом вставляется матрица с продольным капиллярным разрезом (сечение 1–2 мм). Расплавленный материал проникает в капиллярную полость и под действием сил поверхностного натяжения поднимается по капилляру. В земных условиях достигнутая высота подъема обратно пропорциональна ускорению силы тяжести. Если высота самого капилляра над расплавом выбирается меньше, чем высота, на которую может под действием сил поверхностного натяжения подняться расплавленный материал, то он заполняет капилляр целиком и небольшое избыточное его количество распространяется по верхней поверхности матрицы. Далее при помощи затравки вызывается кристаллизация расплавленного материала в плоскости капилляра, и в итоге получается монокристалл, профиль которого воспроизводит внутреннюю поверхность матрицы.

Качество получаемых при этом кристаллов и производительность метода зависят от достигнутой высоты подъема материала в капилляре и от однородности «питания» через капилляр.

При выращивании кристаллов с примесями (например, в случае полупроводников) очень важно, чтобы примесь была равномерно распределена по всему кристаллу. Установлено, что на равномерность распределения примесей влияет гравитация. При использовании вышеописанного метода даже в земных условиях наблюдается некоторое улучшение распространения примесей в кристалле вследствие капиллярного эффекта. В условиях же значительного уменьшения гравитационного ускорения (остаточная гравитация на борту станции «Салют-6» составляет одну миллионную от гравитации на поверхности Земли) специалисты ожидали значительного увеличения высоты подъема расплава в капилляре и существенного улучшения распределения примесей, а также повышения однородности питания через капилляр, что позволит получить кристаллы с однородными свойствами. Как показал этот эксперимент, ожидания в целом оправдались. В эксперименте «Капилляр» эффект изучался на примере чистого германия и германия, легированного галлием, в молибденовой матрице.,

Давая общую оценку научной работе, проделанной международными экипажами в космосе, можно со всей очевидностью утверждать, что ее итоги позволили нам продвинуться вперед в понимании условий существования человека в космическом пространстве, глубже проникнуть в существо протекающих в космосе процессов, наметить новые рубежи, к которым в ближайшие годы будет устремлена экспериментальная научная мысль.

В заключение отметим, что данная глава, будучи самой большой в книге, тем не менее не вместила полного и подробного рассказа о всех научных экспериментах. Но надеемся, что любознательный читатель получил хотя бы общее представление о научной деятельности международных экипажей на орбите и заинтересовался ею настолько, что обратился к списку дополнительной литературы в конце книги.

Глава 4

ПРОЕКТ «СОЮЗ» — «АПОЛЛОН»

Цели и задачи проекта

«Успех космической эпопеи» — такую характеристику получил совместный полет двух космических кораблей: советского «Союз-19» и американского «Аполлон» в июле 1975 г. Две ведущие космические державы впервые объединили свои усилия для проведения очень важного эксперимента на околоземной орбите. Конечно, этому способствовали два обстоятельства: наличие в СССР и США космических кораблей и улучшение к тому времени международных отношений благодаря неустанной заботе нашей партии о судьбах мира. В мае 1972 г. было заключено «Соглашение между Союзом Советских Социалистических Республик и Соединенными Штатами Америки о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях», в котором, в частности, записано: «Стороны договорились о проведении работ по созданию совместимых средств сближения и стыковки советских и американских пилотируемых космических кораблей и станций с целью повышения безопасности полетов человека в космосе и обеспечения возможности осуществления в дальнейшем совместных научных экспериментов. Первый экспериментальный полет для испытания таких средств, предусматривающий стыковку советского космического корабля типа «Союз» и американского космического корабля типа «Аполлон» с взаимным переходом космонавтов намечено провести в течение 1975 года. Осуществление этих работ будет проводиться на основе принципов и процедуры, которые будут разработаны в соответствии с «Итоговым документом встречи представителей Академии наук СССР и Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) по вопросу создания совместимых средств сближения и стыковки пилотируемых космических кораблей и станций СССР и США от 6 апреля 1972 г.».

Первое совещание специалистов двух стран по этой проблеме состоялось в Москве в конце октября 1970 г., хотя вопросы безопасности полетов и проблема оказания помощи в космосе были постоянно в поле зрения ученых и инженеров, создающих космические корабли и станции. Советскую делегацию возглавлял академик Б. Н. Петров, американскую — директор Центра пилотируемых полетов в Хьюстоне доктор Р. Гилрут.

В связи с тем, что каждая страна разрабатывала системы сближения и стыковки применительно к собственным национальным программам, на этой встрече выяснилось, что корабли «Союз» и «Аполлон» не удовлетворяют ни одному из условий совместимости. Были образованы смешанные рабочие группы из специалистов СССР и США для согласования технических требований по обеспечению совместимости средств сближения и стыковки. На последующих встречах специалистов в Москве и Хьюстоне эти технические требования были тщательно изучены. В апреле 1972 г. во время встречи делегаций под руководством исполняющего обязанности Президента Академии наук СССР академика В. А. Котельникова и исполняющего обязанности директора НАСА США доктора Дж. Лоу был согласован упоминаемый в межправительственном соглашении «Итоговый документ».

Одобряя этот документ, стороны тщательно проанализировали работу специалистов, проделанную за 18 месяцев, и подтвердили, таким образом, что имеется техническая возможность осуществить экспериментальный полет космических кораблей «Союз» и «Аполлон». Были рассмотрены также цели совместного полета, обсуждены основные принципы и процедуры при реализации этого проекта, согласованы вопросы испытаний совместимого оборудования и вопросы подготовки экипажей и персонала центров управления полетом.

Так было положено начало программе ЭПАС — экспериментальному полету «Аполлон» — «Союз». Основной задачей ЭПАС являлась проверка технических требований и принятых решений по совместимости средств сближения и стыковки будущих пилотируемых космических кораблей, включая:

испытание элементов совместимой системы сближения на орбите;

испытание андрогинных стыковочных агрегатов;

проверку техники взаимного перехода космонавтов и астронавтов из корабля в корабль;

выполнение определенных совместных действий советского и американского экипажей в состыкованном положении кораблей;

выполнение научных экспериментов;

накопление опыта в проведении совместных полетов космических кораблей СССР и США, включая, в случае необходимости, оказание помощи в аварийных ситуациях.

Осуществить ее было нелегким делом, так как СССР и США, имея свои собственные космические программы, решали их разными техническими средствами, которые, как говорят специалисты, оказались несовместимы. Что это такое? Ответ на этот вопрос дает технический директор ЭПАС от советской стороны член-корреспондент АН СССР К. Д. Бушуев: «Совместимость — это способность кораблей и станций, их бортовых систем и оборудования, а также средств, обеспечивающих их полет, взаимодействовать, выполняя те или иные задачи». Специалисты считают, что для выполнения сближения и стыковки пилотируемых космических кораблей требуются следующие основные условия: