Новости

06.10.2015 19:46
Рубрика: Общество

Кристалл до Нобеля доведет?

Эксперимент на орбите показал, каких высот может достигать российская наука
В этой научной работе не было рутинной иерархии: профессор-завлаб определил задачу, ассистенты разошлись по своим местам. От замысла до воплощения тут все развивалось по другим законам, когда постановщик задачи и ее исполнитель нередко менялись местами, а слово профессионала и теплота прямого человеческого общения становились сильнее политических препон и выручали в ситуациях, когда буксовали договоренности, изложенные на бумаге.

Добавим к сказанному еще два факта: 28 тысяч километров в час и 350-450 километров над поверхностью Земли - с такой скоростью и на таких орбитах перемещается в пространстве сама научная лаборатория. И "лаборантами" в этом конкретном эксперименте за минувшие пятнадцать лет успели поработать более тридцати Героев России и Советского Союза, включая космических рекордсменов Сергея Авдеева, Сергея Крикалева и Геннадия Падалку.

Если кто не догадался, речь - о российско-германском эксперименте по исследованию пылевой плазмы в условиях микрогравитации. Он проводился на Международной космической станции с 2001 года и получил название "Плазменный кристалл". Еще раньше, в канун 1998 года, опыты с плазмой в невесомости были начаты российскими космонавтами Анатолием Соловьевым и Павлом Виноградовым на орбитальной станции "Мир". А после ее вынужденного затопления (март 2001-го) переместились на МКС и стали по существу первым естественно-научным экспериментом на ее борту.

Готовили программу исследований, руководили ею с Земли и обрабатывали полученные результаты два больших научных коллектива: Объединенный институт высоких температур Российской академии наук под руководством академика Владимира Фортова - с российской стороны, с немецкой - Институт внеземной физики Общества Макса Планка, которым долгое время руководил профессор Грегор Морфилл.

Вместе с членом-корреспондентом РАН, летчиком-космонавтом, Героем России Юрием Батуриным и членом-корреспондентом РАН Олегом Петровым профессор Морфилл и академик Фортов стали соавторами коллективного рассказа о том, как был задуман эксперимент и чего удалось добиться российско-германскому научному альянсу на Земле и в космосе. Выпущенная издательством "Физматлит" под названием "Плазменный кристалл. Эксперименты в космосе", эта книга необычна тем, что под ее обложкой высоколобая наука со специальными терминами и задачами переведена на язык, доступный каждому. А сами ученые и их партнеры-космонавты предстают людьми открытыми и живо реагирующими на все, что происходит вокруг - в науке и политике, в семье и на работе, на Земле и в космосе.

И "Российская газета" сочла за честь представить эту работу на площадке своего "Медиацентра". Помимо самих авторов, гостями редакции стали в тот день руководители и ведущие специалисты госкорпорации "Роскосмос", РКК "Энергия", Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина, представители посольства Германии  в Москве и лаборатории Грегора Морфилла в МГТУ им. Баумана, а также коллеги-ученые из ведущих научных центров космического профиля. И, конечно, непосредственные участники работ на орбите - самые дорогостоящие "лаборанты-исследователи" в звании летчиков-космонавтов.

Синергия Фортова

Научный руководитель эксперимента "Плазменный кристалл" с российской стороны и директор Объединенного института высоких температур Российской академии наук Владимир Фортов, как известно, два года назад избран президентом РАН, приняв на себя заботы по интеграции отраслевых академий в единое научное пространство с одновременным их реформированием. Административная рутина в подобной ситуации кого угодно захватит с головой. Но Фортов и сегодня только ему известным способом умудряется находить время для науки, и в исследованиях плазмы держит, что называется, руку на пульсе.

Поэтому и на приглашение "РГ" откликнулся без долгих уговоров. А выйдя к микрофону, дал мастер-класс - внятно объяснил, зачем понадобилось эксперименты с плазмой выносить на орбиту и почему нужно развивать пилотируемую космонавтику.

Плазма, по словам Фортова, самое неупорядоченное из всех известных нам состояний вещества. Однако при определенных условиях ее можно "заморозить", сделать кристаллической. Первый плазменный кристалл был получен около 20 лет назад на Земле - в Германии. Но в плазменных кристаллах содержатся частицы размером несколько десятков микрон, поэтому гравитация сильно искажает их свойства. Вот и возникла идея - выполнить эксперименты на борту космической станции.

- Это именно та ситуация, когда без космоса, без невесомости обойтись нельзя, - заявил академик. - Теперь мы наглядно, в реальном масштабе, можем изучать свойства кристаллов, их плавление, расширение, колебания, - все то, что раньше исследовалось только косвенно. На "Мире" и МКС были проверены очень многие построения и законы физики твердого тела. И это фундаментальное направление науки у нас находится на мировом уровне.

Предвосхищая вопрос о практической пользе таких научных опытов, Владимир Фортов сказал, что оно "огромно".

- Это и катализаторы, и порошки для очистки газов от ненужных примесей, и термоядерные технологии. Уже прошел сертификацию медицинский прибор, который использует эффекты плазменной кристаллизации для воздействия на пораженные участки тела, в том числе на раковые опухоли.

А вслед за этим, не дожидаясь вопросов из зала, привел свои аргументы в пользу пилотируемой космонавтики.

- Сейчас довольно часто спрашивают: а зачем вообще пилотируемые полеты? Давайте делать все на автоматах - это дешевле, так меньше риска, и потери, которые неизбежно случаются, будут не такие масштабные. Казалось бы - логично. Но! Если вы не повторяете что-то уже хорошо известное, а исследуете действительно новое, строите какие-то новые теории и задаете новые эксперименты, вам обязательно нужно работать в интерактивном режиме. То есть нужен объект и нужен человек.

И этот человек - оператор - должен целенаправленно менять параметры у объекта: например, давление, температуру, концентрацию… И постоянно следить за тем, что происходит. Причем во взаимодействии с Землей. Космонавт проводит эксперимент на орбите, а его партнер-исследователь находится в привычной земной обстановке, но работают они в связке.  Чтобы такой тандем хорошо функционировал, космонавта нужно заранее готовить. В этом случае он станет активно участвовать в эксперименте, а не просто выполнять технические манипуляции - открыл затвор, выключил что-то или, наоборот, включил…

Действующие космонавты, как правило, люди с хорошей базовой подготовкой и научной квалификацией. Юрий Михайлович Батурин, который закончил Физтех и с которым мы вместе учились, может это подтвердить. И мне приятно отметить, что среди них мы всегда находили восприимчивых и благодарных слушателей. Это люди творческие, близкие нам по духу. И они многое сделали, чтобы в наших совместных экспериментах были получены максимально возможные результаты.

Кстати, Юрий Батурин в сессии экспериментов "Плазменный кристалл" на МКС обнаружил эффект, который немецкие физики назвали его именем.

Вопрос из зала. К слову о результатах. Знают ли в Нобелевском комитете про ваш эксперимент на орбите? Одно время были высказывания, что это Нобелевская премия энного года…

Владимир Фортов: Давайте не будем эту тему развивать, потому что дело очень деликатное. Но мне эта работа нравится. Не потому, что я в ней участвовал, а потому что действительно мы много нового узнали. К тому же эксперименты с пылевой плазмой на борту МКС не окончены - в том или ином виде работа продолжается. А начинали мы, как уже сказано, с Германией, с Институтом внеземной физики, которым руководил тогда Грегор Морфилл. Он избран иностранным членом РАН и очень по-доброму относится к нашей стране. В Московском университете им. Баумана при его поддержке создан Центр ионно-плазменных технологий, и профессор Морфилл там научный руководитель.

Рекорд Крикалева

На встрече с участниками эксперимента "Плазменный кристалл" в Медиацентре "Российской газеты" мы надеялись увидеть Героя Советского Союза и Героя Российской Федерации летчика-космонавта Сергея Крикалева. Но по делам службы, как первый заместитель генерального директора ФГУП ЦНИИмаш по пилотируемым программам, он оказался в этот день в командировке во Франции. О чем и сообщил друзьям-товарищам, когда мы связались с ним по мобильному телефону.

Сергей Крикалев: Всех приветствую. Извините, что не с вами, а в Париже - тут у нас переговоры по определению будущих программ. Поздравляю авторов с выходом книги. А "Российской газете" спасибо, что обратила на это внимание и собрала участников эксперимента - об этом нужно шире рассказывать.

Мы были первой экспедицией, которая начинала работу на Международной станции. А "Плазменный кристалл" стал первым немедицинским экспериментом. Готовился он в течение нескольких лет совместными усилиями наших специалистов и коллег-ученых из немецкого Общества Макса Планка. Сначала нас знакомили с теорией, а затем уже сообща искали оптимальные решения, как это реализовать на практике.

Например, как мы могли бы с помощью бортовой фотокамеры продублировать получаемые на мониторах изображения и тем самым увеличить надежность получения данных. Насколько я понимаю, результат уже в первой экспедиции получился довольно неплохим. Потом было еще несколько экспедиций, которые продолжали начатое дело. И так получилось, что работу с плазменным кристаллом в версии ПК-3 пришлось завершать в 11-й экспедиции. Мы начинали, мы и заканчивали.

Вопрос "РГ". За время эксперимента "Плазменный кристалл" на МКС было отмечено несколько рекордных достижений. Но установленный вами рекорд совокупного пребывания в космосе держался десять лет. В этом августе он перешел к Геннадию Падалке. Вы успели его поздравить?   

Сергей Крикалев: Да,в тот самый день, когда он превысил мое достижение. Меня в свое время поздравили Валерий Поляков и Сергей Авдеев, у которых до этого были рекорды по продолжительности. То же самое сделал я. Поздравил Геннадия и сказал, что сложилась уже традиция, которую надо сохранить: поздравили тебя - поздравь и ты. А новые рекорды, я уверен, будут.

Эффект Батурина

- Как рождалась книга "Плазменный кристалл" и когда для вас начался одноименный эксперимент, - был задан вопрос Юрию Батурину, который на встрече в "РГ" был и гостем, и сам на правах ведущего представлял других гостей - космонавтов, ученых, специалистов РКК "Энергия", Центра управления полетами и ЦПК им. Ю.А. Гагарина.

- Идея книги появилась в 2006-м. А сам эксперимент довелось узнать еще в 1998 году на орбитальном комплексе "Мир" - вместе с летчиком-космонавтом России Сергеем Васильевичем  Авдеевым, когда мы делали второй российский эксперимент "ПК-2". Но начинали его до нас - Анатолий Соловьев и Павел Виноградов.  Потом продолжили "ПК-1" их сменщики - экипаж ЭО-25 в составе Николая Бударина и Талгата Мусабаева.

На "Мире" этот эксперимент выглядел совершенно не так, как делалось потом на МКС. Все было проще: трубка с плазмой, наполненной микрочастицами. До сложной последующей аппаратуры было еще далеко. И потом уже, когда мы втянулись в этот эксперимент, когда он начался на  Международной космической станции и продолжался 15 лет, мы полюбили его, ведь главное для ученого - работать с удовольствием.

Если ученый удовольствие от своей работы не получает, то и результата не будет. И, наверное, это не совсем ученый. Среди экспериментов на орбите, надо признать, тоже есть совсем простые - по тем задачам, которые ставятся космонавту: повесить укладку в правильное место, где температура подходящая, спустя время ее забрать и привезти обратно. Или - нажать несколько кнопок и что-то еще посложнее сделать. Такие эксперименты не успевают захватить.

А вот нас зацепили, поймали ученые из Объединенного института высоких температур. Они пригласили основной экипаж, в котором были мы с Геннадием Падалкой и Сергеем Авдеевым, и дублирующий. И рассказали нам по-человечески, что такое плазменный кристалл и зачем он нужен. Когда человек ясно понимает какой-то сложный феномен, сложный процесс, он всегда может его объяснить очень просто, даже без специальных терминов. И с той первой лекции мы оказались втянутыми в эксперимент.

За нами пошли другие экипажи, и точно так же оказались вовлечены в одну большую команду. И когда мы работали уже на МКС, мы получали удовольствие не только от научного поиска, но и удовольствие работы с замечательными коллегами. Когда говорю "коллеги", я имею в виду не только космонавтов, но и физиков, конструкторов, инженеров - из Москвы и Мюнхена, подмосковного Королёва и Гархинга, что рядом с Мюнхеном.

В Гархинге работали и сейчас работают российские физики. Оказываясь там на итоговых научных семинарах или посещая фирму "Кайзер-Траде", где производили специальное оборудование для эксперимента "ПК-3" и "ПК-3+", мы испытывали праздничное настроение. И однажды подумали, что об этой радости совместной работы надо написать, потому что мы уйдем - все забудется.

А ведь для истории науки очень важно: кому пришла первая теоретическая идея? кто сформулировал гипотезу? кто предложил, как ее проверить? какую для этого надо сделать аппаратуру? Словом, как и с чего все это начиналось. И оказалось: плазменный кристалл первым получил аспирант Грегора  Морфилла. Совсем не академик, а просто аспирант. И стал одним из зачинателей  этого направления в науке. В конце концов было принято решение провести опыты с  плазмой в условиях микрогравитации - сначала на самолетах, которые создают кратковременный эффект невесомости маневром "горка", потом в ракетных экспериментах.

У академика Фортова родилось свое решение: надо ставить эксперимент в космосе. И отправили, начали делать эксперимент, получили первые результаты. А потом вдруг - раз: будем "Мир" топить. Аппаратура готова, люди готовы, планы готовы…

Реплика из зала. Топить решили не весь мир, а нашу орбитальную станцию, которая выработала ресурс....

Юрий Батурин: Для нас она больше, чем станция, она - наш дом, наш маленький внеземной мир. Но что случилось, то случилось. И как потом принимали решение о переносе эксперимента на МКС - это приключенческий роман на самом деле. Когда кажется, что все рушится, вдруг возникает какая-то новая поворотная ситуация, и дело движется вперед. Это надо было записать, осмыслить, восстановить утраченные фрагменты, прояснить не до конца понятные зигзаги событий…

Словом, получилась необычная книга (а книгу теперь, во всяком случае, в России, не считают "отчетной единицей" научной работы; сейчас ученых нацеливают исключительно на статьи). Книга, которую презентовали авторы в редакции "РГ", не была обязательной. Никто не ставил задачу написать и издать ее. Но оставить такой замечательный научный эксперимент, полторы десятилетия совместной работы только в памяти его участников было бы жаль. Опыт сотрудничества ученых может пригодиться новым поколениям исследователей. И в это значение книги. Ее издание - не только способ осмыслить результаты многолетнего сотрудничества ученых Германии и России, но и возможность оценить перспективы такой кооперации в будущем.

Признание профессора Морфилла. Как из NASA пытались торпедировать "Плазменный кристалл"

Февральским утром 2001 года, когда на Байконуре уже готовили к запуску грузовой "Прогресс" с оборудованием для эксперимента "Плазменный кристалл-3", Грегора Морфилла в его мюнхенской квартире разбудил тревожный звонок из России: чиновники NASA намерены остановить запуск "ПК-3". Причина (или предлог?) - задуманный российско-немецкий эксперимент якобы нарушает некоторые правила безопасности, принятые на МКС...

"Как же так?!" - недоумевал профессор Морфилл. Ведь все, связанное с техникой безопасности, детально обсуждено со специалистами фирмы "Кайзер-Треде", производившей оборудование, с инженерами и конструкторами РКК "Энергия", с членами первого экипажа и его командиром Биллом Шепердом, опытным астронавтом NASA….

Причем, "Шеп", как называли его друзья и коллеги, по словам Морфилла, был полностью удовлетворен полученными разъяснениями об устройстве и принципах работы установки для эксперимента с плазмой на орбите. Но послание NASA было лаконичным и жестким: "ПК-3" не следует отправлять на МКС - это небезопасно.

28 000  километров в час  и 350-450 километров над поверхностью Земли - с такой скоростью и на таких орбитах перемещается научная лаборатория в эксперименте "Плазменный кристалл"

"Нервы были взвинчены до предела, - признается в книге Грегор Морфилл. - И хуже всего то, что поделать я ничего не мог…"

Как развивались события дальше, научный руководитель эксперимента с немецкой стороны узнал лишь после того, как российский транспортный корабль "Прогресс" стартовал 26 февраля 2001 года с космодрома Байконур - строго по графику и с установкой "ПК-3" на штатном месте в грузовом отсеке. По версии профессора Морфилла, русские инженеры, чтобы доказать несостоятельность претензий, приняли  решение отослать в NASA всю, во множестве страниц, документацию о принятых мерах безопасности и проведенных испытаниях - причем на русском языке.

"Если история правдива, - заключает ученый, - считаю это блестящим решением".

Сняв преграду на этапе выведения полезной нагрузки в космос, организаторы нового эксперимента буквально через несколько дней столкнулись с рецидивом: все те же люди из NASA не давали согласия на перемещение "ПК-3" из причалившего "Прогресса" внутрь МКС. Дескать, пусть остается в грузовике и сгорит при его обратном вхождении в атмосферу…

Пространство МКС - это искусственный мир, отделенный от Пустоты тонким листом алюминиево-магниевого сплава толщиной 3,5 мм

"У меня начало закрадываться нехорошее подозрение, - дипломатичный Морфилл отбрасывает условности и называет вещи своими именами: - Может, NASA попросту не желает допустить, чтобы мы проводили первый естественно-научный эксперимент на МКС"?

Видно, что-то такое понял для себя и первый командир МКС Билл Шеперд. Со ссылкой на свои источники профессор Морфилл утверждает, что именно "Шеп", по собственной инициативе разрешил проблему. И сделал это как подобает профессионалу и мужчине: заявил, кому следует, в NASA, что он - командир экипажа, что эксперимент по условиям безопасности его удовлетворяет, и что ответственность он берет на себя.

Только после этого аппаратура "ПК-3" была извлечена из грузовика "Прогресс" и размещена в российском служебном модуле. А люди посвященные в Москве и Мюнхене вздохнули с облегчением.

Прямая речь

Владимир Молотков, ведущий научный сотрудник Объединенного института высоких температур РАН:

- Сейчас на МКС продолжается космический эксперимент "Плазменный кристалл" с использованием новой установки "Плазменный кристалл-4". С ним в этом году уже работал Геннадий Падалка - совсем недавно в Звездном городке мы принимали его отчет. Это оборудование, созданное совместно с Европейским космическим агентством, рассчитано на работу в течение, как минимум, трех лет. В отличие от предыдущей установки, в которой использовалась плазма радиочастотного разряда, здесь применяется плазма разряда постоянного тока. Мы надеемся, что в результате продолжения исследований физики пылевой плазмы в условиях микрогравитации получим новые данные о структурных свойствах плазменно-пылевых систем. Применение полученных знаний возможно в нанотехнологиях, при разработке новых материалов и покрытий.

Александр Скворцов, летчик-космонавт, Герой России:

- Серию экспериментов "Плазменный кристалл" я проводил в 2010 году. Сложности, конечно, были. Во-первых, оборудование достаточно объемное, и нужно было найти для него место, чтобы установка "вписалась" в жизнь станции и не мешала проводить другие эксперименты. Во-вторых, во время монтажа оборудования нужно было проделать отверстие в корпусе МКС, чтобы соединить аппарат с вакуумом. А это не так-то просто - и с технологической точки зрения, и с точки зрения безопасности.

Что действительно радует - это благодарность ученых: когда я приехал в Мюнхен, исследователи благодарили нас то, что эксперимент был проведен так чисто, и мы получили множество новых данных. По итогам только моих экспериментов было защищено восемь научных работ.

Сейчас я готовлюсь к новому полету на МКС, который состоится в 2017 году. Я буду командиром экипажа, и, надеюсь, снова смогу поучаствовать в экспериментах "Плазменный кристалл". Каждый эксперимент не похож на другой.

Приходится смешивать несмешиваемое, следить за процессом, тут же реагировать на любые изменения, поддерживать в ходе эксперимента связь с ЦУПом и менять различные параметры под руководством специалистов. А в 2017 году, я уверен, будет новое оборудование и будут новые задачи.

Денис Лысков, статс-секретарь "Роскосмоса":

- Приятно, что в "Плазменном кристалле" космонавты - это не объекты для медицинского изучения, а исследователи, которые двигают науку. Сейчас нам нужны именно такие проекты - серьезные, фундаментальные, которые приносят выдающиеся результаты. Мы тратим миллиарды рублей на МКС, на пилотируемую космонавтику и стремимся обеспечить те задачи, которые перед нами ставят ученые, финансовыми и техническими ресурсами.

Понимаем, что МКС - это лаборатория в космосе, и там проводятся научные исследования, которые невозможно по ряду физических причин провести на Земле. Сейчас в долгосрочной научной программе станции - более 200 экспериментов. Но далеко не все из них носят фундаментальный характер и достойны книги.

Подготовила Ксения Колесникова

Наука Общество Космос Общество Наука