ЗАЧЕМ ТЕХНОЛОГАМ НЕВЕСОМОСТЬ

...Мы выполняем большой объем экспериментов, в том числе подготовленных совместно учеными СССР и Чехословакии. Понимая всю важность нового этапа совместного изучения космического пространства в мирных целях, мы приложим все силы и знания для успешного выполнения первого пилотируемого полета программы "Интеркосмос". В этом желании нас воодушевили теплые слова приветствия, которые прислали на орбиту главы наших государств.

Ю. РОМАНЕМКО, летчик-космонавт СССР

15 февраля-7 марта 1978 г.

Сколько усилий затратили люди Земли на получение тех или иных сплавов и материалов! Сколько поколений билось над решением одной и той же задачи, но нужный результат так и не был получен.

"Человечество напоминает мне чудака, который, решив отогреться, ломает на дрова стены своего дома вместо того, чтобы съездить за ними в лес" - это сказал С. П. Королев, рассуждая о перспективах освоения космоса и тех уникальных условиях, которые щедро предоставляет там людям сама природа.

Космос - это гигантская, неисчерпаемая, бесконечно разнообразная лаборатория, в которой есть и глубокий вакуум, и большие перепады температур, и потоки плазмы, и радиация, и частицы сверхвысоких энергий, п т. д. Но главное - невесомость. Этот естественный фактор космоса позволяет ученым ставить эксперименты (и получать результаты), недоступные в обычных земных лабораториях. И если, скажем, "космический" вакуум пусть с большим трудом, но все-таки получить можно,"то длительную невесомость создавать на Земле просто невозможно. Вот почему представители многих земных профессий сегодня с надеждой смотрят в космос. Там - идеальные условия для производства и конструирования новых материалов.

С потерей силы тяжести, например, меняет свой характер конвекция - беспорядочное перемешивание разных по температуре потоков жидкости или газа. Она практически прекращается. Роль же диффузии - постепенного взаимопроникновения, внедрения молекул одного вещества между молекулами другого, - напротив, становится более заметной.

Использование невесомости весьма заманчиво для получения металлических сплавов и полупроводников, состоящих из элементов с существенно различными удельными весами. В земных лабораториях создать такие материалы либо невозможно вообще, либо очень трудно, поскольку проявляется так называемая весовая сегрегация элементов, при которой более тяжелые оседают на дно.

Невесомость, глубокий вакуум и другие уникальные космические условия как раз и способствуют созданию новой технологии, нового промышленного оборудования, новых материалов. Простая, казалось бы, задача - отлить тонкостенную оболочку - шар. Но на Земле для этого потребуется точнейшая форма, дорогостоящая сама по себе, а в космосе - практически ничего. На орбите, где все тела не имеют веса, становятся "монополистами" силы поверхностного натяжения. Они без всякой формы придадут жидкому металлу идеальную сферическую форму. Проще говоря, тонкостенные металлические шары можно "выдувать" в космосе, как мыльные пузыри.

А взять производство пенистых металлов или световодов для волоконной оптики. Из грамма стекла можно вытянуть нить длиной в километр. Космос создает идеальные условия для таких "экспериментов".

В космических лабораториях, в условиях невесомости можно создавать металлургическим путем и принципиально новые композитные материалы, состоящие из легкоплавкой основы и тяжелой, более тугоплавкой второй фазы (жидкий алюминий и твердый вольфрам). И, что весьма важно, распределение этой второй фазы по всему объему материала мы можем заранее задавать на Земле еще в твердом состоянии компонентов. Это распределение сохранится после расплавления основы в условиях невесомости. Если бы процесс проходил в обычных земных условиях, то тяжелая "составляющая" осела бы на дно.

Ученые не без основания предполагают, что полученные в космосе большие кристаллы полупроводниковых материалов, в том числе состоящие из элементов с существенной разницей в удельных весах, будут обладать такими свойствами (механическими, электрическими и др.), которые недостижимы в земных условиях. Эти кристаллы позволят создавать различные полупроводниковые устройства, обладающие необычными свойствами, которые найдут применение в быстродействующих ЭВМ, радиосистемах, приборостроении и т. д.

Невесомость создает идеальные условия и для выращивания монокристаллов невиданных размеров и чистоты, с заданным распределением нужных примесей.

В свое время фараон Сезострис приказал отлить декоративную колонну из зеленого стекла. Египетский правитель хвастал, что в ней "играет золото". Он лгал. Стекольная масса несоединима с золотом. Это можно сделать только в невесомости, в космосе, а подданные фараона жили на Земле.

На борту научной станции "Салют-6" проводился технологический эксперимент по получению полупроводниковых, металлических материалов и стекол с новыми свойствами посредством, как говорят ученые, объемной и направленной кристаллизации. Эксперимент выполнялся с помощью установки "Сплав-01", которую доставил на орбиту транспортный корабль "Прогресс-1".

Конструктивно установка состоит из электронагревательной камеры (магрев до 1000° С), пульта управления (с его помощью можно задавать различные режимы, временные интервалы, регулируемое охлаждение) и капсул для размещения кварцевых ампул с исследуемыми образцами.

Когда на орбиту прибыл международный экипаж в составе А. Губарева и В. Ремека, он привез с собой новые капсулы для проведения технологического эксперимента "Марава". Цель этого эксперимента - уяснить некоторые закономерности, связанные с направленным затвердеванием расплавов кристаллических систем. Исследования проводились с хлоридами серебра и свинца и хлоридами одновалентной меди и свинца.

К космическому полету готовятся А. Губарев (СССР) и Владимир Ремек (ЧССР). Тренировки в горах

Состав образцов был выбран, исходя из особых свойств отдельных компонентов.

Исследования, которые проводились на борту "Салюта-6", были задуманы и поставлены Институтом физики твердого тела Чехословацкой академии наук совместно с советскими учеными, в частности из Института космических исследований АН СССР.

Итак, невесомость. Она делает реальным невероятное. Попробуйте смешать воду с подсолнечным маслом. На Земле из этой затеи ничего не выйдет: масло обязательно всплывет. В космосе такая смесь получается без каких-либо трудностей. На орбите можно разделить то, что на Земле неразделимо. Компоненты крови, например. Порой столь необходимый медикам анализ получить можно только в орбитальной лаборатории.

И еще. Клетки почечной жидкости содержат весьма ценный лечебный препарат - урокиназу. Технология его получения в обычных земных условиях чрезвычайно сложна, а потому и одна доза такого лекарства стоит очень дорого. Если учесть, что ежегодная потребность в этом препарате составляет 600 тысяч доз, а получение одной дозы обходится примерно в 1000-1500 долларов, то понятен интерес фармацевтов к космическим "фабрикам лекарств". В космосе получать урокиназу много проще и в десять раз дешевле.

Производство на орбите новых материалов, веществ, сплавов, которые не могут быть получены на Земле, вообще снимает вопрос об их стоимости ввиду уникальности результата и стоящих за ним огромных перспектив.

По существующим оценкам, производство на орбите новых материалов с заданными свойствами (кристаллов, сплавов, композитных материалов, лекарственных препаратов, материалов высочайшей чистоты и т. д.) в состоянии дать солидную прибыль уже к 1990 году - от 5 до 50 миллиардов рублей.

Рассказывает доктор технических наук, профессор С. ГРИШИН

Космическая технология... Это понятие уже давно перестало быть абстрактным. Технологические эксперименты в космосе проводятся с 1969 года. Опыт последних полетов показал, что космические аппараты в случае необходимости могут быть подвергнуты достаточно серьезному ремонту непосредственно в космосе. Работы по сварке, резке, пайке деталей потребуются и при монтаже крупных орбитальных сооружений, будь то орбитальные станции, солнечные рефлекторы, большие радиотелескопы. Вот почему очень сложные задачи предстоит решить космическим технологам, и не в далеком будущем, а сейчас.

Суммируя результаты уже проведенных экспериментов, можно сказать, что предположения ученых о возможности получать в космосе вещества со специфическими свойствами и выполнять ряд технологических операций в основном подтвердились. Уточнен ряд материалов, получение которых в невесомости позволит улучшить их структуру и свойства и создать на этой основе приборы и устройства для нужд народного хозяйства.

Уже первые опыты позволили выбрать технологические операции и типы устройств. Более ясными стали и особенности протекания в невесомости ряда таких процессов, как тепло- и массоперенос, кристаллизация и другие. Словом, успешно начато и получило хорошее продолжение большое и перспективное дело.

Рассказывает член-корреспондент Чехословацкой академии наук Л. ШТОУРАЧ

Институт физики твердых тел уже четверть века ведет поиск материалов для электронной промышленности. Однако то, что мы имеем, либо не удовлетворяет нас по качеству, либо слишком дорого. Космос в этом отношении сулит заманчивые перспективы. Уже первые опыты показали, что орбита - единственное место, где можно "конструировать" то, что нам нужно.

На борту "Салюта-6" прошла проверку не только сама плавильная печь, но и некоторые материалы. Точнее, процессы их получения. Одновременно проводились подобные эксперименты и на Земле. Естественно, без невесомости. Сопоставление дает интересные результаты.

Опыты с материалами, которые проводились в эксперименте "Марава", не имеют аналогов R мировой практике. Кристаллы, полученные в космосе, представляют исключительный интерес для науки и практики.