Зачем нужна МКС? Вот чем занимаются ученые на орбите Земли
Сколько бы передовых научных лабораторий ни построили на Земле, все они будут уступать той, что уже больше 27 лет вертится вокруг планеты на высоте 400 километров. Можно задаться вопросами: а зачем, собственно, она там летает; зачем на нее тратят миллиарды в разных валютах; чем там занимаются космонавты? Ответами могут послужить научные прорывы и удивительные эксперименты, которые стали возможны благодаря существованию Международной космической станции.
Земля в иллюминаторе
В жизни часто бывает очень полезно отстраниться, сместить точку зрения и посмотреть на ситуацию под новым углом. МКС позволяет увидеть с совершенно новой перспективы родной дом человечества — Землю. И это приносит много пользы.
Члены экипажа станции сделали сотни тысяч снимков: они в реальном времени фиксируют ураганы, наблюдают за извержениями вулканов, отслеживают движение ледников, береговых линий и многое другое. Специалисты на Земле получают эти чрезвычайно полезные изображения и используют их, например, для программирования автоматизированных систем дистанционного зондирования Земли, что позволяет лучше прогнозировать природные явления и тем самым уберегать жизни.
Наблюдения за Землей проводят в специальном модуле станции «Купол», который состоит из семи прозрачных иллюминаторов. Модуль имеет примерно 3 метра в диаметре и 1,5 метра в высоту, в нем могут одновременно поместиться максимум два человека. Это первый и пока единственный обзорный купол в космосе.
Орбита МКС дает еще одно преимущество в плане обзора планеты: поскольку она не синхронизирована с вращением Земли, станция проходит над территориями между 52 градусами северной и 52 градусами южной широты в разное время суток. Такое движение позволяет получать изображения одной и той же местности под разными углами, при различном освещении, а также фиксировать редкие и кратковременные события. Эта возможность особенно полезна при изучении природных катастроф.
А еще практически все космонавты отмечают изменения в мышлении после работы в «Куполе». «Это был очень отрезвляющий опыт, который позволил осознать, насколько хрупок, уникален и драгоценен наш космический корабль под названием Земля и какую ответственность мы несем за то, чтобы быть хорошими хранителями для него», — говорил канадский астронавт Давид Сен-Жак.
Помощь в лечении рака
Уникальное преимущество космической станции как научной лаборатории заключается в состоянии невесомости, в котором пребывают ученые на ней. Исследователи обнаружили, что в условиях микрогравитации можно получать белковые кристаллы более высокого качества, чем на Земле. Это очень полезно для разработки новых видов эффективных лекарств.
Уже более двух десятилетий ученые на МКС выращивают белковые кристаллы в исследовательских целях — это самая большая категория экспериментов, проводимых на станции. Например, одним из результатов этих исследований стало возникновение новых видов противотуберкулезных препаратов.
Важным прорывом стали исследования, которые помогли разработать новый инъекционный препарат для лечения нескольких типов рака на ранних стадиях. Эксперименты позволили снизить затраты и значительно сократить время лечения, сохраняя при этом эффективность препарата.
Также на японском модуле «Кибо» исследования по выращиванию кристаллов белков привели к открытию потенциальных лекарств от рака молочной железы, заболеваний десен, а также мышечной дистрофии. По заверениям японских ученых, разработка этих лекарств проходит хорошо, а некоторые уже находятся на стадии доклинических испытаний.
Чем питаться в длительных космических путешествиях?
В будущем человечество планирует длительные миссии на Луну, Марс и, возможно, дальше, а ключевая задача для таких путешествий — обеспечить экипаж едой и питьем на недели, месяцы и даже годы. Продукты питания для экипажей МКС в основном расфасованы в специальные упаковки, требуют регулярных доставок с Земли на грузовых космических кораблях и со временем теряют качество и питательную ценность. Поэтому людям жизненно необходимо научиться выращивать продукты в космосе.
Многие исследования и эксперименты на МКС направлены на выращивание растений. Например, 10 августа 2015 года космонавты смогли попробовать первые листья салата, созревшие в космосе. Также ученым удалось вырастить на станции помидоры, редис, перец чили, китайскую капусту и другие продукты, что значительно продвинуло их в понимании процесса культивирования растений за пределами Земли.
Одной из главных проблем выращивания растений в условиях микрогравитации является обеспечение достаточного количества воды для поддержания их здоровья без переувлажнения. Также на Луне или Марсе нет земли как на нашей планете, и это, естественно, тоже ставит перед специалистами сложную задачу.
Тем не менее ученые придумали, как обойтись без традиционной почвы: вместо земли корни помещаются в водную или воздушную среду, насыщающую ее питательными веществами. Это называют гидропонным и аэропонным методами. Поэтому рано или поздно люди смогут прокормить себя здоровыми свежими продуктами даже в далеких космических путешествиях.
А откуда брать воду?
Раскроем страшную тайну: космонавты на МКС пьют собственную мочу. Но на вкус и цвет она как обычная чистая вода, поскольку на станции действует специальная установка, которая перерабатывает 98% жидкостей в воду, пригодную для питья. Астронавты признают, что идея употреблять переработанную мочу может вызвать у некоторых людей отвращение, но они подчеркивают, что полученное питье намного превосходит то, что производят городские системы водоснабжения.
Вся собранная вода сначала проходит через ряд специализированных фильтров, а затем через каталитический реактор, который расщепляет любые оставшиеся следы загрязнений. Датчики проверяют чистоту воды, а непригодная жидкость подвергается повторной обработке. Система также добавляет йод для предотвращения роста микроорганизмов.
«Процесс обработки воды принципиально похож на некоторые наземные системы водоснабжения, только осуществляется в условиях микрогравитации. Экипаж пьет не мочу, а воду, которая была очищена и отфильтрована таким образом, что она чище, чем та, которую мы пьем на Земле», — уверяет Джилл Уильямсон, менеджер по водным системам на МКС.
Так что если с выращиванием еды люди еще где-то в начале пути, то с водным обеспечением дела обстоят гораздо лучше, если не думать много о происхождении жидкости.
Пятое состояние вещества
Вспомним школьную физику. Сколько состояний может быть у вещества? Сразу пришли в голову три: твердое, жидкое и газообразное? Да, но есть еще и четвертое — плазма. Из нее, например, состоят звезды, молнии и неоновые лампы.
В 1995 году исследователи сделали новаторское открытие: существует пятое состояние материи — оно получило название «конденсаты Бозе — Эйнштейна» (КБЭ). Называются они так, потому что больше века назад Альберт Эйнштейн и индийский физик Сатьендра Нат Бозе предсказывали существование такого состояния вещества. Если упрощенно, то КБЭ образуются, когда частицы охлаждаются почти до абсолютного нуля (−273,15°C), в результате чего они сливаются в единый квантовый объект, который ведет себя как волна.
Создавать и изучать конденсаты Бозе — Эйнштейна на Земле невероятно сложно: мешает гравитация. Поэтому ученые решили попробовать воссоздать пятое состояние вещества в условиях невесомости, и им удалось сделать это на МКС. Оказалось, что на орбитальной станции работать с КБЭ гораздо проще. «Микрогравитация позволяет нам ограничивать атомы гораздо более слабыми силами, поскольку нам не нужно поддерживать их против силы тяжести», — рассказывал Роберт Томпсон из Калифорнийского технологического института в Пасадене.
Почему это важно? Как поясняет NASA, квантовые исследования внесли вклад в технологии, которые непосредственным образом относятся к нашей повседневной жизни, например лазеры, мобильные телефоны, компьютеры, системы GPS-навигации и аппараты МРТ. Также ученые полагают, что в пятом состоянии вещества кроются фундаментальные ключи к пониманию темной энергии — таинственной сущности, которая, как предполагается, расширяет Вселенную.
Исследование близнецов
В 2015—2016 годах провели уникальный эксперимент с двумя близнецами — астронавтами Скоттом и Марком Келли. Скотт отправился на МКС на долгие 340 дней — это одно из самых продолжительных пребываний на станции. А его брат Марк все это время оставался на Земле. Так как близнецы генетически идентичны и имели схожее состояние здоровья, ученые на их примере изучали, как длительное пребывание в космосе сказывается на организме и теле человека. За астронавтами наблюдали 10 групп из 12 университетов, в сумме в их состав вошло 84 исследователя.
Организм Скотта подвергся большому стрессу, что вылилось в некоторые ухудшения здоровья. «По моему субъективному мнению, время, проведенное в космосе, очень хорошо коррелирует с симптомами после возвращения, учитывая мой опыт полетов различной продолжительности: 7 дней, 13, 159 и 340. Я был удивлен, что, проведя в космосе более чем в два раза больше времени [чем в прошлый раз], я почувствовал себя более чем в два раза хуже после возвращения», — рассказывал Скотт Келли изданию Space.com.
Но главный вывод из анализа ученые сделали довольно обнадеживающий: исследование показало устойчивость и способность человеческого организма адаптироваться ко множеству изменений в условиях длительного космического полета. Ученые обнаружили, что многие ухудшившиеся показатели Скотта к концу исследования вернулись к исходным значениям. Так как урон, получаемый организмом в космосе, похож на процесс старения, это исследование дало очень много полезных данных, которые помогут продлить длительность человеческой жизни.
МКС объединяет
Помимо многочисленной научно-технической пользы, у орбитальной станции есть еще одно огромное достижение: МКС показывает, как люди из разных стран могут работать сообща, успешно создавая и поддерживая невероятно сложный и ценный объект. Над проектом Международной космической станции работают пять космических агентств, задействующих людей из 15 стран, среди которых США, Россия, Япония, Канада, Германия, Нидерланды, Франция, Италия и другие. Люди на Земле могут иметь самые разные разногласия, но в то же время они объединены одной общей миссией, которая улучшает жизнь на нашей планете.
Читайте также:
- Международная космическая станция будет уничтожена. Как и почему это произойдет?
- Космические технологии в быту землян
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by
