http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=6240c40d-65b9-4188-b5dd-e6105d68b44b&print=1© 2024 Российская академия наук
Внеземные исследования невозможны ни без передовых технологий, ни без астрономических сумм капиталовложений. Масштабные инвестиции и международное сотрудничество - неотъемлемые компоненты современных программ изучения космического пространства, о перспективах которых повествуется в публикации.
В конце 2007 г. под патронатом РОССИЙСКОЙ академии наук (РАН) и Федерального космического агентства параллельно в двух российских столицах - Москве и Санкт-Петербурге - проходил международный форум "Космос: наука и проблемы XXI века", посвященный пятидесятилетию запуска искусственного спутника Земли. Генеральным спонсором форума выступил Внешторгбанк (ВТБ), а финансовую поддержку оказал Российский фонд фундаментальных исследований.
Торжественное заседание в большом зале РАН, посвященное полувековому космическому юбилею, открыли вице-президенты РАН А. Д. Некипелов и А. Ф. Андреев, зачитавшие приветствия гостям и участникам форума от председателя Совета Федерации Федерального собрания России С. М. Миронова, первого вице-премьера Правительства России С. Б. Иванова и президента РАН академика Ю. С. Осипова.
В докладе руководителя Роскосмоса А. Н. Перминова были отражены основные направления развития аэрокосмической инфраструктуры России и перспективы взаимодействия с ведущими высокотехнологичными корпорациями. Развитием темы выступления явилось подписание 28 марта 2008 г. генеральным директором ГК "Роснанотех" Л. Б. Меламедом и руководителем Федерального космического агентства А. Н. Перминовым соглашения о сотрудничестве, предусматривающем организацию совместных исследований и разработок, развитие и поддержку научных школ, укрепление международной научно-технической кооперации и формирование инновационной инфраструктуры. Планируется создание системы технологического прогнозирования и набора дорожных карт для ракетно-космической промышленности, опирающейся на 57 научных и производственных центров, производящих конкурентоспособную на мировом рынке космическую продукцию.
За основу был взят проект дорожной карты, разработанный Роснанотехом для взаимодействия с другими министерствами и ведомствами, в частности применительно к сотрудничеству с Росатомом.
Как отмечалось А. Н. Перминовым, Роскосмос не является заказчиком Российской нанотехнологической корпорации, но в ходе совместной работы этих организаций планируется разработка документов и проектов для развития космической отрасли страны. По словам Л. Б. Меламеда, задача госкорпорации заключается в соинвестировании в наноиндустриальные проекты и программы вместе с ведущими промышленными предприятиями и финансовыми институтами. Центр Келдыша, РКК "Энергия", Российский НИИ космического приборостроения и другие подведомственные организации представили разработки, в том числе по производству уникального нанотехнологического оборудования, и в настоящее время проводится рассмотрение заявок для выбора первоочередных проектов [3].
Создание по проектам наносистем и наноматериалов с рекордными эксплуатационными характеристиками, например, обладающих уникальной прочностью при малом весе наноструктурированных металлов для работы в экстремальных космических условиях, позволит в рамках сотрудничества Роснанотеха и Роскосмоса интенсифицировать процесс коммерциализации разработок, что будет способствовать продвижению российской высокотехнологичной продукции на новые отечественные и зарубежные рынки и трансферу космических технологий в другие сферы. Так, по проекту ориентировочной стоимостью в 10-30 млн руб. предлагается получение золота, платины и других ценных металлов из отходов металлургического производства. Согласно другому проекту, создание наносенсоров позволит заменить дорогостоящие крупногабаритные приборы и комплексы для экспресс-измерения набора физических параметров - температуры, давления и т. д.
Подписанное соглашение закрепляет начавшееся в сентябре 2007 г. сотрудничество Роснанотеха и Роскосмоса на качественно новом уровне, с перспективой выхода на научно-технический совет и совместную коллегию по нанотехнологической тематике. Координация инновационной деятельности и коммерциализация разработок наноиндустрии Роснанотехом позволит предоставить Роскосмосу необходимый инвестиционный инструментарий, а дорожные карты и научно-технологическое прогнозирование дадут возможность рассчитывать ценовые ниши и определять потребность в новых наноиндустриальных продуктах в важных сегментах мировых рынков. Подписанное соглашение является новой орбитой сотрудничества этих двух организаций, повышая инвестиционный потенциал наноиндустриальной и космической отраслей для реализации масштабных проектов.
По мнению директора Института космических исследований (ИКИ) РАН академика Л. М. Зеленого, одной из главных проблем астрофизики конца XX века является изучение космических гамма-всплесков - взрывов мощностью до 10(44) Вт, обнаруженных в 1968 г. в ходе эксперимента "Vela" (США) по слежению за испытаниями ядерного оружия. Также заслуживают самого пристального внимания инструменты УФ-астрономии для анализа скоплений горячих молодых зеленых звезд и областей звездообразования и применяемая для изучения аккреции вещества, черных дыр и нейтронных звезд, а также магнитных бурь, солнечных вспышек и активных областей Солнца рентгеновская астрономия, основатель которой Р. Дзаккони был удостоен Нобелевской премии в 2002 г.
Повышение чувствительности астрономических приборов способствовало уточнению скорости расширения Вселенной и постоянной Хаббла - с 500 км/с-Мпк до 64-80 км/с-Мпк. Работы, начатые на космическом аппарате "Реликт" в СССР в 1984 г., получили развитие при запуске в 1 989 г. американского аппарата "Cosmic background explorer" и позволили обнаружить в 1992 г. явление анизотропии реликтового излучения, что было отмечено присуждением Нобелевской премии за 2006 г. Д. Майзеру и Д. Смуту. В ходе эксперимента "Wilkinson microwave anisotropy probe" (WMAP) с помощью радио - и субмиллиметровой астрономии были получены уникальные данные о структуре и угловом распределении реликтового излучения, отражающих состояние ранней Вселенной и первичной неоднородности вещества. Также интерес исследователей прикован к проблематике изучения магнитосферы и гелиосферы, радиационных поясов Земли, структуры областей звездообразования в Галактике и удаленных объектов - квазаров. Антропогенные и природные факторы, влияющие на динамику и состояние растительного покрова планеты, обусловливают необходимость регулярного эффективного спутникового экологического мониторинга. Новый импульс исследованиям физики молниевых разрядов мощностью в сотни гигаватт придали последние данные о гамма-всплесках земного происхождения, в частности, длительное спутниковое наблюдение разрядов позволило построить модель ускорения электронов в электрическом поле грозового облака.
Глобальный спутниковый мониторинг магнитного поля Земли, осуществляемый по программам SAC-C, CHAMP и OERSTED, свидетельствует о неуклонном движении северного магнитного полюса в сторону Сибири и о возможной смене полярности магнитного поля, что может привести к ослаблению земной магнитосферы, и как следствие, к локальным экологическим катастрофам.
Стремительное развитие инновационных информационных технологий позволило значительно улучшить качество наблюдения за скоростью вращения
Земли с сантиметровой точностью, повысить уровень измерения формы земного шара и параметров внешнего гравитационного поля планеты с регистрацией происходящих внутри нее процессов, сопровождаемых малейшими движениями земной коры. Современные инструменты спутниковой геодезии применимы также для построения статических и динамических моделей глобальной и региональной тектоники и для расчета скорости движения стратегически выбранных точек земной поверхности. В частности, в результате длительных космических наблюдений было установлено, что евразийский континент осуществляет медленный поворот вокруг точки, расположенной в пределах горного массива Гималаи - Тибет.
Возможность проведения непрерывных прецизионных измерений в условиях невесомости позволяет рассматривать космонавтику в качестве системного интегратора лабораторного исследования свойств материалов и пылевой плазмы, экспериментов по изучению волновых пакетов, плазменных облаков и инжекции пучков, а также новых физических явлений в околопланетной плазме, в которой были впервые открыты и исследованы мазерные эффекты в ускорении частиц, бесстолкновительные ударные волны, наблюдения Земли как источника радиоизлучений и пересоединения магнитных полей, исследования критических явлений, эффектов самоорганизации и фазовых переходов структур в пылевой плазме. Космические исследования стимулировали развитие теории надежности сложных систем, биотехнологий, биологии, эргономики, биофизики и медицины, в частности, именно запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) инициировал развитие нового научного направления - космической медицины [2].
Таким образом, основными направлениями развития современной космической науки являются исследования космической экосистемы Земли, поиск форм жизни во Вселенной и новая физика, основывающаяся на новейших астрономических достижениях и изучении темной энергии, темной материи и анализе космологических теорий и моделей.
Пленарная сессия научной конференции форума включала обзорные доклады об актуальных проблемах космической науки и техники. В выступлении профессора МГУ им. М. В. Ломоносова М. И. Панасюка (НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобелицина) была представлена ретроспектива изучения космических лучей. Со времени проведения первых исследований в 1912 г. Виктором Гессом на аэростате на высоте 5 км в методологии измерений ионизации воздуха, несомненно, произошли существенные изменения, и основные положения работы французского ученого Пьера Оже (Piere Auger) по анализу широкого атмосферного ливня вторичных космических лучей были успешно развиты в каскадной теории космических лучей Г. Т. Зацепиным и Д. В. Скобелициным (1 936).
Помимо аэростатных все большее распространение получали ракетные методы измерения космических лучей. Уже на втором ИСЗ (ноябрь 1957 г.) был установлен простейший гейгеровский счетчик и научное обеспечение первого физического эксперимента в космосе проходило под руководством ученых МГУ С. Н. Вернова, Н. Л. Григорова, Ю. И. Логачева и А. Е. Чудакова. Два месяца спустя, в январе 1958 г., аналогичный эксперимент был проведен Джеймсом ван-Алленом на первом американском ИСЗ, запущенном с Восточного испытательного полигона.
Первый механизм формирования радиационных поясов Земли был представлен С. Н. Верновым и А. В. Лебединским полвека назад, 31 июля 1 958 г. (практически одновременно аналогичный механизм был разработан в 1958 г. Ф. Зингером).
Вслед за открытием радиационных поясов Земли учеными ФИАН имени П. Н. Лебедева были проведены первые измерения космических лучей высоких энергий с помощью оборудования, установленного на третьем советском ИСЗ, запущенном 1 мая 1 958 г. Первый отчет о проведенных на отечественных ракетах и спутниках исследованиях ядерной компоненты космических лучей был опубликован В. Л. Гинзбургом, Л. В. Курносовой, Л. И. Разореновым и М. И. Фрадкиным в журнале "Успехи физических наук" (1964). За первое десятилетие исследований космического пространства с помощью детектора "интегрального типа", разработанного академиком П. А. Черенковым, было проведено свыше 1 5 экспериментов. Открытие в 1 957 г. научным коллективом под руководством Г. Б. Христиансена (МГУ) "излома" в энергетическом спектре космических лучей позволило рассматривать различные механизмы ускорений, в том числе предложенные Э. Ферми и Г. Ф. Крымским.
В ходе экспериментов 1965-1968 гг. С. Н. Верновым и Н. Л. Григоровым на разработанной академиком В. Н. Челомеем ракете-носителе "Протон" с полезной нагрузкой 20 т устанавливались созданные в лабораториях МГУ ионизационные калориметры весом от 4,5 до 1 2,5 т для изучения спектра космических лучей. Развитием работ Вернова - Григорова являлись исследования в 1980-1990 гг. CRN Чикагского университета и "Сокол" МГУ, направленные на изучение химического состава лучей. Эксперименты, проведенные на аэростатах в 2000-2007 гг. Московским, Мэрилендским и Лозаннским университетами по изучению космических лучей в Антарктиде, планируется расширить в рамках Федеральной космической программы (ФКП) в 201 0 г. с использованием нового оборудования для измерения космических лучей в эксперименте "Нуклон". Также по ФКП в 2010 г. планируется провести эксперимент по проблематике космических лучей ультравысоких энергий (свыше 10(19) эВ) и анализ УФ-излучения от широких атмосферных ливней в атмосфере Земли.
По мнению международного научного сообщества, универсальной многофункциональной платформой для астрофизических экспериментов по изучению космических лучей является МКС, на которой в ближайшее время планируется в развитие российско-итальянского проекта ПАМЕЛА (2006) осуществить эксперимент AMS-2 с установкой сверхпроводящего магнита с колориметром и сложной системой детекторов для изучения антиядер, антипротонов и темной материи.
Доклад вице-президента РАН академика А. И. Григорьева был посвящен достижениям и перспективам развития космической биологии и медицины. Открывшаяся 3 ноября 1 957 г. полетом на околоземную орбиту первого живого существа (собаки Лайки) отечественная биологическая программа изучения космоса включала в себя изучение воздействия на биологические объекты условий пребывания на борту космического аппарата (искусственная атмосфера, изоляция, ускорение, гипокинезия и невесомость), проведение системных морфологических, биохимических и физиологических исследований с растениями и животными в полетах биоспутников и анализ биовоздействия факторов космического пространства (метеоритная опасность, ультрафиолетовая и ионизирующая радиация, вакуум и изменение магнитного поля). Основными результатами программы БИОН является идентификация адаптивных структурно-функциональных изменений преимущественно в регуляторных и гравитационно-зависимых системах организма (метаболизм, сердечно-сосудистая, нейро-сенсорная и опорно-двигательная системы) с описанием их механизмов и феноменологии. Вместе с тем не выявлено повреждающего влияния невесомости на онтогенез и генетический клеточный аппарат, молекулярные механизмы клеточного деления и эмбриогенез организмов.
Основными результатами в сфере космической медицины и космобиологии явились исследования базовых механизмов регуляции функций и закономерностей адаптации к условиям невесомости, медико-санитарное обеспечение, сопровождение и поддержка испытаний на разных стадиях различных поколений космических аппаратов, идентификация главных факторов риска в полете, изучение поведения наиболее подверженных неблагоприятному влиянию невесомости и других факторов основных физиологических систем и определение требований к условиям жизнедеятельности экипажей. Следствием систематического анализа и корректировки основных показателей программы стало создание систем управления состоянием человека в ходе полета и комплекса мер по его медицинскому обеспечению.
На предполетном этапе производится сертификация состояния здоровья и клинико-физиологическое обследование кандидатов. В ходе полета обеспечивается радиационная безопасность экипажа, поддержка его психологического состояния, оперативная медицинская помощь, мониторинг и прогноз состояния здоровья, контроль среды обитания и режимов деятельности и комплекс профилактических мероприятий. После полета, помимо адаптации к земным условиям, осуществляется поддержка профессионального долголетия.
В условиях невесомости ключевыми факторами являются видоизменение биомеханики движений с сокращением нагрузки на опорно-двигательный аппарат и устранением привычной опоры, перераспределение жидких сред внутри организма с уменьшением гидростатического давления и снятие с отдельных структур тела механического напряжения и гравитационно-зависимой деформации. Следствием влияния невесомости при космическом полете на гравитационно-зависимые системы члена экипажа может стать торможение остеогенеза и активация остеокластической резорбции со снижением связи "коллаген-кристалл", сокращением микроциркуляции и увеличением проницаемости капилляров с нарушением регуляции сосудистого тонуса и функциональной гиподинамией миокарда, уменьшение жесткости мышц-разгибателей и активности системы управления движениями с изменением метаболизма и структуры мышечных волокон, а также расстройство всех форм зрительного слежения и сенсорные нарушения. Снижение минеральной плотности костной ткани, атрофия мышц, атаксия, нарушение регуляции произвольных движений, атония и ортостатическая неустойчивость могут привести к повышению риска образования камней в почках и перелома костей, к физической детренированности, нарушению координации движений и локомоции и снижению работоспособности.
В ходе проведенных экспериментов вестибулярной системы при космическом полете было выявлено, что изменение функционирования этой системы и ее взаимодействия с другими сенсорными системами определяют развитие в условиях невесомости гипогравитационного двигательного синдрома, и именно вестибулярной системе принадлежит основная роль в развитии глазодвигательных и перцептивных нарушений при измененной гравитации. Изучение динамики изменений состояния вестибулярной системы и структур (рецепторы - нейроны вестибулярных ядер - вестибуло-мозжечок) дополнено данными о сокращении скоростных и точностных характеристик зрительного снижения в условиях невесомости.
При гипогравитационного двигательного синдрома в мышцах, помимо атрофии и атонии, наблюдается видоизменение гистохимического профиля мышечных волокон с сокращением скоростно-силовых свойств. Моторный контроль в условиях гипогравитационного двигательного синдрома приводит к флексорной установке, моторной и сенсорной атаксии, смене стратегии управления движениями и спинальной гиперрефлексии. Наконец, для сенсорных систем гипогравитационного двигательного синдрома опасен сокращением уровней проприероцептивной активности и опорной афферинтации, и снижением афферентного обеспечения двигательных реакций и вестибулярной системы.
На пленарной сессии научной конференции также состоялись выступления академика Р. А. Сюняева об успехах и перспективах развития рентгеновской астрономии и сотрудничества по проектам "Мир - Квант" (Великобритания, Германия и Нидерланды), "Гранат" (Дания и Франция) и "Интеграл" (ЕКА), академика В. Е. Фортова по проблематике исследований плазменных кристаллов и жидкости в космосе, и профессора Г. М. Полищука о перспективных программах планетных исследований России. Зарубежные научные школы были представлены докладами профессоров А. Нишида (Япония) о международных программах по исследованию физики Солнца и Земли, Т. Оуэна (США) о происхождении жизни и поиске следов жизни в Солнечной системе, Ж. Бламон (Франция) о роли международного сотрудничества в исследовании Венеры и планетных атмосфер, Дж. Хэда (США) по сравнительной планетологии и М. Зубер (США) о космических исследованиях внутренней структуры планет.
Помимо пленарного заседания состоялись симпозиумы по исследованию Солнечной системы и по проблематике космических лучей и радиационного окружения Земли и XXXVI микросимпозиум Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН и Университета им. Брауна (США) по сравнительной планетологии. Были проведены конференции по релятивистской астрофизике и радиоастрономии, космической плазме и дистанционному зондированию Земли из космоса, исследованию Земли и околоземного пространства наблюдением с ИСЗ, по солнечным исследованиям и инновационным методикам в спутниковой аппаратуре, а также по применению планетоходов для исследования поверхности небесных тел.