Эксперимент «Плазменный кристалл» и наука на МКС

В ноябре было объявлено о прекращении на МКС эксперимента «Плазменный кристалл». Специальное оборудование для эксперимента было помещено в грузовой корабль «Альберт Эйнштейн» и сгорело вместе с ним над Тихим океаном. Так закончилась длинная история, наверное, самого известного космического эксперимента. Я хочу рассказать о нём и чуть-чуть рассказать о науке на МКС в целом.

А где открытия?

Прежде всего, необходимо сделать несколько демотивирующее вступление. Современная наука — это не компьютерная игра, где, в принципе, нет бесполезных исследований, и каждое открытие дает заметный бонус. И, увы, прошли времена, когда гений-одиночка типа Эдисона мог один наизобретать много кардинально меняющих жизнь устройств. Сейчас наука — это методичное движение вслепую по всем доступным путям, которое осуществляется большими организациями, длится годами и может привести к нулевым результатам. Поэтому информация об исследованиях на МКС, которая публикуется регулярно, без адаптации в научно-популярный вид выглядит, если честно, весьма скучно. В то же время, некоторые из этих экспериментов являются действительно интересными, и, если и не обещают нам мгновенных сказочных результатов, то дают надежду на улучшение понимания того, как устроен мир, и куда нам двигаться за новыми фундаментальными и прикладными открытиями.

Идея эксперимента

Известно, что вещество может пребывать в четырёх фазовых состояниях — твердом, жидком, газообразном и плазменном. Плазма — это 99,9% массы Вселенной, начиная от звезд и заканчивая межзвездным газом. На Земле плазма — это молнии, северное сияние и, например, газоразрядные лампы. Плазма, содержащая частицы пыли также весьма распространена — это планетарные кольца, кометные хвосты, межзвездные облака. И идея эксперимента состояла в искусственном создании плазмы с микрочастицами пыли и наблюдением за её поведением в условиях земной тяжести и микрогравитации.



В первом варианте эксперимента (на картинке) ампула с пылевой плазмой подсвечивалась лучами Солнца, пыль в плазме подсвечивал лазер, и подсвеченный участок снимался на камеру. В дальнейшем применялись более сложные экспериментальные установки. «Черная бочка», сгоревшая вместе с «Альбертом Эйнштейном» была установкой уже третьего поколения.

Результаты

Эксперименты в условиях микрогравитации оправдали надежды ученых — пылевая плазма по своей структуре становилась кристаллической или проявляла свойства жидкостей. В отличие от идеального газа, в котором молекулы движутся хаотично (см. тепловое движение), пылевая плазма, будучи газом, проявляет свойства твердых и жидких тел — возможны процессы плавления и испарения.
В то же время, были и неожиданные открытия. Например, в кристалле могла возникнуть полость. Почему — пока неизвестно.


Но самым неожиданным открытием явилось то, что пылевая плазма при некоторых условиях формировала спиральные структуры, похожие на ДНК! Возможно, даже происхождение жизни на Земле каким-то образом связано с пылевой плазмой.

Перспективы

Результаты многолетних исследований по эксперименту «Плазменный кристалл» показывают принципиальную возможность:

• Формирования в пылевой плазме наноматериалов с уникальными свойствами.
• Осаждения материалов из пылевой плазмы на подложку и получения новых типов покрытий — многослойных, пористых, композитных.
• Очистки воздуха от промышленных и радиационных выбросов и при плазменном травлении микросхем.
• Плазменной стерилизация неживых предметов и открытых ран на живых существах.

К сожалению, вся эта красота станет доступной не раньше, чем лет через десять. Потому что по результатам работы нужно построить экспериментальные прикладные установки, опытные образцы, провести испытания или клинические исследования, организовать серийное производство.

Дополнительные материалы

Если вам хочется более подробно узнать об этом эксперименте, то могу порекомендовать следующие материалы:

• Третья серия «Космической одиссеи, век XXI». Уникальные видеокадры. Про «Плазменный кристалл» рассказывают с 8:50
  
• Статья в «Науке и жизни».
• Очень подробное описание эксперимента. Не-физикам будет малопонятно.
• Статья на «Мембране» про ДНК-подобные структуры в пылевой плазме.
• Ещё одно описание эксперимента.

А другая наука?

«Плазменный кристалл» закончен, однако, новые эксперименты на МКС начинаются регулярно. Наверное, самый свежий — эксперимент «Виртуал», изучающий процессы, происходящие с глазами в невесомости. Есть эксперименты, которые идут ежедневно уже много лет и будут в таком же режиме идти дальше. К ним относится «Ураган» — изучение вопросов протекания и предсказаний катастрофических метеорологических явлений, «Сейнер» — поиск рыбы из космоса или «Выносливость» — изучение того, что происходит с материалами, экспонируемыми в вакууме. В ходе нынешней экспедиции запланировано проведение 600 работ по 43 экспериментам. Спасибо ТВ «Роскосмос», выпуск программы «Космонавтика» от 23 ноября они посвятили рассказу о науке на МКС:



Наверное, в каком-то смысле, МКС — это мечта гика. Этакий гибрид гаража, лаборатории и отеля. Когда утром чинишь туалет, днём тянешь кабель локальной сети на выходе в открытый космос, а вечером двигаешь фундаментальную науку. И наша прекрасная Земля в иллюминаторе…

Источник: habrahabr.ru/post/203460/