О важности спутников, опасности астероидов и микрогравитации

Первый полет человека в космос имел важнейшее значение для дальнейшего развития космонавтики и наук, с ней связанных. Но даже спустя многие годы научных исследований, космос остается полным загадок. Рассказываем, почему важно запускать много спутников, насколько опасны для нашей планеты астероиды и кометы Солнечной системы, а также о том, как создать новые материалы с улучшенными свойствами при помощи микрогравитации.

О спутниках 

В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого в честь празднования Всемирной недели космоса с 4 по 10 октября провели выставку инновационных разработок ученых «Политех, ты просто космос!». Сотрудник лаборатории космических телекоммуникационных систем Денис Малыгин на выставке представил сверхмалые искусственные спутники Земли – кубсаты. Они предназначены для проведения космических исследований. Предполагается, что кубсаты будут запущены с космодрома Восточный на орбиту Земли в 2021 – 2022 годах.

Один из вариантов применения наноспутников – это создание части космической системы высокоточной автоматической идентификации судов (АИС). Директор Центра технологических проектов СПбПУ Алексей Майстро комментирует: «Мы участвуем в разработке наших политеховских спутников, планируем выпустить их на орбиту через три года и создать единое коммуникационное пространство, которое позволяло бы собирать информацию с беспилотников». 

Петр Николаев преподает программирование на межвузовской кафедре космических исследований на базе Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва. Коллектив кафедры совместно с белорусскими учеными участвует в проекте по разработке наноспутника мониторинга ионосферы. «Мы предполагаем установить в качестве полезной нагрузки на наноспутники навигационный приемник, который принимает сигналы от навигационных спутников: ГЛОНАСС и GPS, – добавил молодой ученый. – Изучать ионосферу важно потому, что она влияет на навигацию и связь. Изучение физических процессов, происходящих в ионосфере может позволить разработать и внедрить новые подходы для передачи информации». Измерения с нового устройства позволят получить динамическую модель ионосферы и позволят внести вклад в создание ее физической модели. 

Жизнь на Земле неразрывно связана с Солнцем, благодаря ему она зародилась и поддерживается. Однако отдельные явления солнечной активности создают сильные возмущения на Земле, а потому влияют на человеческую деятельность и на самого человека. Например, от поверхности Солнца постоянно исходит электромагнитное излучение, солнечный ветер, возникают солнечные вспышки. Это вызывает магнитные бури, от которых страдают метеозависимые люди.  «Ярило» – это уникальный космический проект студентов и аспирантов МГТУ им. Н.Э. Баумана. Они разработали два наноспутника формата CubeSat 1.5U, предназначенных для изучения Солнца и космической погоды.

Первый наноспутник – МКА «Ярило» №1 – осуществляет мониторинг солнечной активности в мягком рентгеновском диапазоне, включая наблюдение микровспышек, а также выполняет спектральную диагностику плазмы Солнца с помощью разработанного в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН детектора. Второй наноспутник – МКА «Ярило» №2 – предназначен для мониторинга и детального изучения динамики потоков заряженных частиц и гамма-квантов в диапазоне от 0,1 до 2 МэВ в ответ на изменения солнечной активности и геомагнитных условий, а также быстрых вариаций потоков электронов в зоне зазора между радиационными поясами, с помощью сцинтилляционного спектрометра «ДеКоР» (Детектор Космической Радиации), разработанного в НИИЯФ им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова.

Запуск наноспутников «Ярило №1» и «Ярило №2» осуществлен 28 сентября с космодрома Плесецк госкорпорацией «Роскосмос» в рамках программы «УниверСат» в составе кластера малых космических аппаратов (МКА) «УниверСат-2020».  

Об астероидах 

Интерес к объектам, сближающимся с Землей, имеет как научную, так и практическую стороны. Во-первых, характеристики астероидов несут ценную информацию о строении и эволюции Солнечной системы. Во-вторых, достаточно крупные астероиды представляют собой потенциальную опасность для жизни на планете. В-третьих, некоторые астероиды рассматриваются как гипотетический источник ценных ресурсов. Ученые лаборатории космомикрофизических исследований структуры и динамики галактики НИИ физики Южного федерального университета выясняют, насколько опасны для нашей планеты астероиды и кометы Солнечной системы.

В Солнечной системе имеется огромное количество малых тел, которые нельзя отнести к планетам и их спутникам.  В основном это астероиды и кометы, распределенные очень неравномерно. «Среди малых тел Солнечной системы особый интерес представляет достаточно обширный класс объектов, сближающихся с Землей.  В основном это астероиды (АСЗ), но к этому классу относятся также и некоторые кометы. Стоит отметить, что точный расчет движения астероидов и комет представляет собой достаточно сложную задачу, так как движение малого тела под действием гравитации Солнца и планет имеет сложный характер и зачастую хаотично», – отметил младший научный сотрудник НИИ физики Роман Золотарёв.

Движение астероидов подвержено сильному влиянию гравитации планет, и картина АСЗ в межпланетном пространстве не может быть статичной и должна меняться со временем. 

«Наша работа посвящена уточнению темпа убыли астероидов из класса АСЗ. Для моделирования была взята достаточно большая группа АСЗ на основе модели, предложенной в работе M. Granvik, и просчитано движение каждого астероида из этой группы в гравитационном поле Солнца и планет. В результате расчетов получилось время убыли АСЗ равное чуть более 5 млн лет. Говоря более простым языком, за это время примерно половина АСЗ должны покинуть этот класс, а их место должны занять новые астероиды. Полученный в работе временной масштаб динамики АСЗ уточняет картину эволюции населения астероидов Солнечной системы и может быть использован для выяснения механизмов притока астероидов в околоземную область. Это знание может помочь прогнозировать сближение потенциально опасных астероидов с Землёй на более ранних стадиях», – добавил Роман Золотарёв.

О том, как космос помогает науке 

Космос интересен еще и потому, что существуют физико-химические процессы, которые сложно изучать в условиях земной гравитации. Так, на базе Удмуртского государственного университета реализуется четыре космических эксперимента. Они важны в исследованиях современного материаловедения, их результаты приведут к пониманию сложных процессов и созданию новых материалов с улучшенными свойствами. 

Первый – Перитектика – ориентирован на высокоскоростную кристаллизацию перитектических сплавов на основе железа в условиях электромагнитного перемешивания. Второй и третий посвящены кинетике. В четвертом – Реал – ученые изучают свойств смачивания систем сплавов алюминия и поверхностным эффектам расплава алюминия на алюминиевой подложке в условиях микрогравитации. 

Эффект искусственной микрогравитации в своих исследованиях используют и ученые Петрозаводского государственного университета. Они применяют его для реабилитации симптомов паркинсонизма. Интерес к этой теме возник после участия ученых в международном проекте МАРС-500 по подготовке марсианской экспедиции в 2010-2012 годах и длительному сотрудничеству с Университетом Восточной Финляндии по ранней диагностике паркинсонизма.

Для создания искусственной невесомости в лаборатории ПетрГУ был установлен комплекс МЕДСИМ – специальный бассейн, где испытуемых вводят в состояние «сухой» иммерсии, то есть погружают (кроме головы) в теплую воду без контакта с ней благодаря тонкой водонепроницаемой пленке. Это создает эффект безопорности, равномерной компрессии и малоподвижности. В результате, человек теряет ощущение силы тяжести.

До и после сеанса «сухой» иммерсии анализируют равновесие и походку при помощи метода видеозахвата движения и инерционных датчиков смартфона, проводят клинические и психофизиологические тесты для выявления реабилитационного эффекта. Снижение ригидности и тремора на 15-20% у больных паркинсонизмом становится заметным к 5-6 процедуре, а максимальный эффект достигается к концу второй недели после курса. «У пациентов наблюдается увеличение скорости ходьбы, снижение скованности, улучшение  повседневной активности. У многих испытуемых улучшается способность к тонким движениям (держать чашку, застегивать пуговицы, пользоваться столовыми приборами). Также у больных паркинсонизмом наблюдается выраженное снижение артериального давления, улучшение структуры сердечного ритма и состояния автономной нервной системы в целом», – комментирует эффективность метода доктор медицинских наук, профессор, руководитель лаборатории новых методов физиологических исследований ПетрГУ Александр Мейгал.

Кроме ПетрГУ в проекте участвуют ученые из Института медико-биологических проблем (Москва) и кафедры прикладной физики Университета Восточной Финляндии (UEF).