Сергей Гришин - Космическая технология и производство

• Название: Космическая технология и производство
• Автор: Сергей Гришин
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1978

В брошюре популярно излагаются физические основы космической технологии и рассматриваются перспективные направления космического производства — космическая металлургия, получение полупроводниковых материалов, стекла, биологически активных препаратов и т. д., — имеющие большое народнохозяйственное значение. Рассказывается о результатах экспериментов по космическому производству во время полетов советских космических кораблей «Союз» и орбитальных научных станций «Салют», а также на американских космических аппаратах.

Брошюра рассчитана на широкий круг читателей.

---

Приступив к подготовке технологических экспериментов, Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко разместили печь в шлюзовой камере, имеющейся в рабочем отсеке станции «Салют-6», через которую экипаж выбрасывает бытовые отходы (у камеры имеется два люка — один ведет внутрь станции, другой — в окружающее космическое пространство). Затем космонавты через специальные герметические разъемы соединили шлюзовую камеру с пультом управления, установленным внутри станции. После этого был закрыт внутренний люк камеры и открыт наружный, так что печь оказалась в космическом вакууме. Такие условия работы печи были выбраны для того, чтобы обеспечить отвод от нее тепла путем излучения непосредственно в окружающее космическое пространство.

Завершив подготовку аппаратуры, 14 февраля 1978 г. космонавты Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко приступили к проведению первого технологического эксперимента. При этом станция была переведена в режим дрейфа (при котором отключаются двигатели системы ориентации) с целью уменьшения влияния малых ускорений на ход эксперимента. С той же целью значительная часть эксперимента проводилась во время сна космонавтов. Ампулы, установленные в электронагревную печь в первом технологическом эксперименте, содержали соединения медь—индий, алюминий—магний и антимонид индия.

16 и 17 февраля на станции «Салют-6» был проведен второй технологический эксперимент, который продолжался 31 ч и в котором исследовались реакции между твердым вольфрамом и расплавленным алюминием, а также процесс пропитки пористого молибдена жидким галлием. Как предполагают специалисты, последний материал может обладать сверхпроводящими свойствами.

Новый этап в развертывании программы технологических экспериментов на орбитальной станции «Салют-6» был связан с успешным полетом космического корабля «Союз-28», пилотируемого первым международным экипажем в составе летчика-космонавта СССР А. А. Губарева и космонавта-исследователя, гражданина ЧССР В. Ремека.

3 марта 1978 г. корабль «Союз-28» был состыкован с орбитальным комплексом «Салют-6» — «Союз-27». Космонавты А. А. Губарев и В. Ремек доставили на борт орбитального научно-исследовательского комплекса изготовленную в Институте физики твердого тела АН ЧССР капсулу, которая содержала две ампулы, заполненные образцами из хлоридов серебра и свинца и хлорида одновалентной меди. Эти вещества были выбраны потому, что они обладают ценными оптико-акустическими свойствами. Хлорид одновалентной меди является известным электрооптическим материалом, а хлорид серебра широко используется в аппаратуре для регистрации инфракрасного излучения. Совместный советско-чехословацкий эксперимент с этими веществами получил название «Морава».

Приступив 4 марта 1978 г. к осуществлению этого технологического эксперимента, космонавты разместили обе ампулы с исследуемыми веществами в электронагревной печи установки «Сплав-01», поместив их в зону с перепадом температуры. Максимальная рабочая температура печи в этом эксперименте составляла около 500 °C, а полная продолжительность процесса перекристаллизации образцов после того, как они были расплавлены, достигла приблизительно 40 ч. Такой режим проведения эксперимента был выбран в связи с тем, что для этого необходимо было обеспечить улучшение структуры исследуемых веществ по сравнению с контрольными образцами, полученными на такой же установке в земных условиях.

В процессе эксперимента космонавты контролировали работу компьютера установки «Сплав-01», который обеспечивал поддержание заданного температурного режима. После завершения эксперимента «Морава» капсула с исследуемыми веществами была упакована и доставлена А. А. Губаревым и В. Ремеком на Землю.

Проведение эксперимента «Морава» знаменует собой начало нового направления совместных космических исследований социалистических стран — участниц программы «Интеркосмос». К исследованиям в области космической физики, метеорологии, биологии, исследованиям природных ресурсов Земли добавляются теперь технологические эксперименты. В последующих полетах международных экипажей технологические эксперименты будут продолжены. В частности, программой «Интеркосмос» предусмотрены запуски в 1978 г. космических кораблей «Союз», в экипажи которых войдут представители Польской Народной Республики и Германской Демократической Республики. В рамках единой программы научных и технологических исследований и экспериментов на борту орбитального научного комплекса на базе станции «Салют-6» космонавтам из социалистических стран предстоит выполнение задач возрастающего объема и сложности.

Перспективы развития космического производства

Первые технологические эксперименты в космосе были выполнены всего лишь несколько лет назад. И хотя с тех пор прошло совсем немного времени, исследования и космические эксперименты, проведенные в СССР и за рубежом, позволили получить научные и технические результаты, на основании которых можно дать предварительную оценку перспектив производства в космосе новых материалов. Какие же основные выводы можно сделать, анализируя результаты экспериментов, выполненных к настоящему времени?

В целом подтверждены общие представления об особенностях физических процессов в невесомости, но одновременно выявлена недостаточность многих теоретических моделей и показана необходимость проведения специальных исследований, направленных на развитие теоретических основ космического производства. Экспериментально подтверждена возможность получения в космосе полупроводниковых монокристаллов, специальных сплавов, композиционных и других материалов с улучшенными характеристиками, а также таких веществ, получение которых на Земле невозможно. Непосредственно подтверждена возможность улучшить разрешающую способность и повысить производительность установок для электрофоретического разделения биологических препаратов.

Таковы наиболее общие итоги приблизительно 60 экспериментов, проведенных к настоящему времени на различных космических аппаратах в СССР и за рубежом. И хотя сделано уже немало, еще больше предстоит сделать, прежде чем космическое производство превратится в самостоятельную экономически эффективную отрасль народного хозяйства. Отметим наиболее важные задачи, которые необходимо решить для того, чтобы обеспечить достижение этой цели.

Во-первых, следует перейти от экспериментов, поставленных на сравнительно простых приборах, к широким экспериментальным исследованиям с использованием специализированных бортовых установок, в которых будут в полной мере учтены специфические особенности работы в космосе и которые позволят в максимальной степени использовать преимущества, связанные с этими особенностями. Задача создания подобных установок является одной из первоочередных. Во-вторых, необходимо провести всесторонние исследования влияния факторов космического полета — и в первую очередь невесомости — на закономерности физико-химических процессов в веществе с целью выявить оптимальные режимы технологических процессов получения новых материалов на борту космических аппаратов. В-третьих, следует обеспечить развитие теоретических основ космического производства, включая развитие методов численного моделирования процессов в веществе.

Конечная цель исследований в области космического производства состоит в его превращении в перспективную отрасль промышленности, обеспечивающую достаточно высокую технико-экономическую эффективность. Из-за высокой стоимости космических полетов выгодно производить в космосе лишь уникальные дорогостоящие продукты, годовая потребность в которых сравнительно невелика (килограммы или десятки килограммов в настоящее время, сотни или тысячи килограммов после создания эффективных многоразовых транспортных космических кораблей). Поэтому для правильного определения перспектив и путей дальнейшего развития работ в области космического производства большую роль играют исследования его технико-экономической эффективности.

Рассматривают возможность производства в космосе кристаллов граната, применяемых в элементах памяти ЭВМ, с целью улучшения их характеристик. Потребности в этих кристаллах в 80-е годы, согласно зарубежным данным, будут характеризоваться стоимостью более 1 млрд. долл. Если часть этих потребностей будет покрываться за счет космического производства, то это также даст ощутимую экономию средств. Если удастся организовать в космосе производство некоторых материалов, например, новых сверхпроводящих сплавов с повышенной критической температурой или оптического стекла для мощных лазеров, то это буквально революционизирует целые отрасли техники.

Особого внимания заслуживают исследования, направленные на организацию производства в космосе новых или улучшенных медико-биологических и фармацевтических препаратов. Успешные эксперименты по получению фермента урокеназы, проведенные вовремя полета кораблей «Союз» — «Аполлон», свидетельствуют, что в этом направлении можно ожидать новых важных результатов. Продолжение работы в этом важном направлении может дать ощутимый вклад в развитие здравоохранения и обеспечить значительный экономический эффект. Согласно оценкам зарубежных специалистов, к 2000 г. в космосе будет производиться в год до 30 т биологических препаратов (ферменты, вакцины и т. п.) общей стоимостью порядка 17 млрд. долл.