Физические и биологические спутники серий «Фотон» и «Бион»

Исследования воздействия условий космического полёта на живые организмы и физические процессы начались с первыми космическими полётами. Уже вместе с Белкой и Стрелкой в полёт отправились мыши, крысы, семена и прочие биологические объекты. А эксперименты по космической сварке проводились ещё на «Союзе-6» в 1969 году. Логично, что в 1973 году полетел первый специализированный биоспутник «Космос-605» («Бион-1»), а в 1985 году — физический спутник «Фотон-1». Об эттих сериях космических аппаратов мы и поговорим сегодня.

И швец, и жнец, и на дуде игрец

Интересна история происхождения конструкции этих космических аппаратов. Дело в том, что в ОКБ-1 Королёва было разработано оказавшееся крайне удачным и долгоживущим шасси. Это шасси использовалось для пилотируемых полётов под названиями «Восток» и «Восход», для фоторазведки — «Зенит» и для физических и биологических исследований — «Фотон» и «Бион»:

Слева — «Восток», по центру «Зенит», красными крышками закрыты объективы фотоаппаратов, справа — «Бион».

Все эти аппараты имели примерно одинаковую массу — 4,5 — 7 тонн, выводились на ракетах-носителях семейства «Р-7» и имели возвращающийся из космоса спускаемый аппарат, в который можно было поместить различную полезную нагрузку — космонавта, набор фотоаппаратов или оборудование для научных экспериментов. Время работы на орбите — порядка двух недель. Унификация шасси достигала такого уровня, что некоторые разведывательные спутники «Зенит» даже несли научную аппаратуру — на верхнюю часть аппарата можно было поставить блок дополнительных батарей или же модуль «Наука» с экспериментами, которым не требовалось возвращение с орбиты («шайба» на фото справа). А серийное изготовление разведывательных спутников, которые были востребованы Министерством Обороны (всего было запущено более пяти сотен «Зенитов» разных модификаций) означало освоенность базового шасси и отсутствие проблем с заказом и изготовлением аппаратов. «Зениты» разных модификаций летали до середины 90-х годов, когда они уже окончательно были вытеснены спутниками-разведчиками на более новых шасси. Исчезновение базового варианта шасси привело к тому, что «Бионы» и «Фотоны» стали меняться. Обе серии получили индекс "-М", обзавелись агрегатным отсеком другой формы и солнечными батареями вместо химических источников тока. Благодаря этим изменениям срок активного существования на орбите увеличился до месяца-двух.

«Бион»

Формально первый «Бион» полетел в 1973 году. Однако при желании можно отнести к этой программе пуск в 1966 году «Космоса-110», сделанного на базе «Восхода», на котором в течение двадцати двух дней летали собаки Ветерок и Уголёк. Спутники серии «Бион» совершили в общей сложности 12 полётов. 11 из них были совершены с 1973 года по 1996 на первых версиях аппарата, а в 2013 году слетал новый «Бион-М». На «Бионах» было проведено множество научных экспериментов. Например, на «Бионе-4» десять крыс летели в условиях невесомости, а двадцать непрерывно находились в центрифугах, создающих искусственную тяжесть. На «Бионах» с шестого по одиннадцатый летали обезьяны:

«Бион-9», 1989 год, макака по кличке Забияка.

Каждый аппарат нес множество различных экспериментов. Кроме крыс и обезьян на орбиту запускались растения и их семена, бактериальные, клеточные и тканевые культуры, рыбы и земноводные.

«Бион-М №1»

На «Бионе-М» в рамках различных экспериментов были запущены монгольские песчанки, мыши, рыбы, змеи, улитки, растения и бактерии, общее количество экспериментов достигло трех десятков.
У проекта «Биоспутник» есть свой канал на YouTube, крайне рекомендую посмотреть пресс-конференцию по результатам полёта. Показаны уникальные кадры работы со спутником и биоматериалами и рассказано о полёте:

Также можно посмотреть страницу с описанием аппарата на сайте Роскосмоса.

«Фотон»

Первый спутник «Фотон» полетел в 1985 году. Аппаратов первой серии было двенадцать, последний из них совершил полёт в 1999 году. Аппаратов второй серии с индексом "-М" уже четыре. «Фотону-М1» в 2002 году не повезло — из-за аварии ракеты-носителя он не был выведен на орбиту. Но последующие аппараты летали, в целом, успешно. Каждый «Фотон» нёс несколько десятков экспериментов — там плавились материалы и выращивались кристаллы, формировались белковые молекулы, работали космические печки и прочие экспериментальные производственные агрегаты. А редкость «Бионов-М» привела к тому, что на «Фотонах-М» стали ставиться и биологические эксперименты.

«Фотон-М4»

Четвертый спутник серии «Фотон-М» нес на себе множество экспериментов:

• Автоматическая электровакуумная печь «Полизон-2» с двенадцатью капсулами для различных материалов, которые нагреваются и кристаллизуются в невесомости.
• КАЛИБР — исследование влияния гравитации на фазовые переходы плавления/кристаллизации галлиевых сплавов.
• ВИБРОКОН-ФМ — исследование влияния вибраций на перенос тепла в жидкостях.
• БЕЛКА — выращивание особо больших кристаллов белков.
• БИОКУЛЬТИВАТОР — разложение бактериями полиэтилена в условиях космического полета.
• МТЭ — использование бактерий для получения электричества.
• ГК-04 — изучение полового поведения, копуляции и размножения гекконов в невесомости.

И это только малая часть экспериментов. Полный список на сайте Роскосмоса.

Материал о выращивании кристаллов, эксперименте «Метеорит» и гекконах:


Материал после посадки:

Об отказах и потерях

Необходимо понимать, что, когда на аппарате стоит три десятка экспериментов, какие-то из них по статистике обречены на неудачу из-за неисправности оборудования. Ситуация, как мне кажется, ухудшается ещё по следующим причинам:

• Эксперименты этого типа находятся как бы во «втором эшелоне» космонавтики, где нет таких процедур обеспечения надежности и безопасности, как при отправке в космос человека.
• Научные коллективы делают уникальные эксперименты, надежность которых не может повышаться освоенностью серийных задач.
• Работа с живыми организмами сложнее работы с неживой техникой. Можно перепрошить работающий со сбоями компьютер зонда или марсохода, но первый же сбой убьёт животных, которых потом не перезагрузишь.
• Даже без всяких сбоев часть животных погибнет от стресса, внутригрупповых конфликтов и прочих причин.
• СМИ не могут рассказывать о тридцати экспериментах подряд. Поэтому выбирается наиболее симпатичный (яркий, красивый, интересный) эксперимент, который становится единственной «звездой» аппарата, и его провал воспринимается как провал всей миссии. А по-человечески понятное расстройство людей, которые потратили годы жизни на неудавшийся эксперимент, идёт в массы и опять же воспринимается как полный провал миссии.

Не нужно думать, что подобные отказы уникальны для одной страны. Например, в США в 1966-1969 году было запущено три биоспутника серии Biosatellite. Первый спутник не вернулся с орбиты из-за отказа тормозного двигателя. Второй спутник отлетал успешно, но программу исследований третьего спутника, рассчитанную на тридцать дней, пришлось прекратить на девятый день. И это в год высадки человека на Луну! Программа была в итоге закрыта, в том числе из-за того, что стала мишенью для издевательств в СМИ. Как ни печальны гибель песчанок и отказ немецкого аквариума с рыбами и улитками на «Бионе», гибель гекконов на «Фотоне», из них не следует никаких глобальных «всёпропальных» выводов.
Что же касается проблем со связью и управлением в начале полёта «Фотона», то, что спутник остался на промежуточной эллиптической орбите вместо круговой с высотой 500 км, несколько ухудшило качество микрогравитации, но не должно было привести к каким-либо катастрофическим результатам. Несмотря на проблемы, спутник успешно затормозил для схода с орбиты, а спускаемый аппарат приземлился в заданном районе.

А как же МКС?

Пытливый читатель, знающий о физических и биологических экспериментах на МКС может спросить — а почему бы не проводить эти эксперименты на МКС, где и невесомость есть, и экипаж, если что, сможет попытаться починить поломки экспериментальных установок? Действительно, очень много и физических и биологических экспериментов проводились на орбитальных станциях. Но не для всех экспериментов эта среда хороша:

1. На МКС не такая «чистая» невесомость, как на специализированном спутнике. На МКС поворачиваются панели солнечных батарей, вибрируют вентиляторы и различное оборудование, станция регулярно поднимает орбиту, стыкуется и расстыкуется с кораблями и может внезапно выполнить маневр уклонения от космического мусора. Все эти условия делают атмосферу станции плохо подходящей для экспериментов, которым требуется экспозиция в условиях микрогравитации.
2. На МКС есть своя микрофлора и нет условий стерильности, если это требуется для биологического эксперимента.
3. МКС обращается по круговой орбите высотой примерно 450 км. Если для эксперимента нужна более высокая или низкая или же эллиптическая орбита, то МКС для него не подходит.

По этим причинам, физические и биологические спутники, пусть и в небольшом количестве, продолжат своё существование.

Перспективы

Полёт «Биона-М №2» ожидается в 2019 году. Это будет обычный спутник серии, который, однако, собираются запустить на круговую орбиту высотой 1000 км, в два с лишним раза выше МКС.
А вот привычных «Фотонов» больше не будет. Ему на смену идёт аппарат «Возврат-МКА», который планируют вывести на орбиту с апогеем 200 000 км. План полета еще неизвестен, в зависимости от значения перигея аппарат сможет либо регулярно пролетать через радиационные пояса Земли, изучая их влияние, либо, если перигей будет выше 20 000 км, оказаться в условиях аналогичных межпланетному полёту.

А это — автономный модуль ОКА-Т-МКС, который может стать альтернативой и развитием спутников «Бион» и «Фотон». Автономный модуль будет работать в составе МКС — регулярно загружаться автономными экспериментами, отходить в «чистую» невесомость, проводить эксперименты и снова стыковаться с МКС для извлечения результатов и загрузки новых экспериментов. Согласно текущим планам модуль будет запущен в конце 10-х годов.

Список использованных источников

Кроме Википедии использовались:

• Сайт проекта «Биоспутник».
• Материалы по биоспутникам: раз, два, три.
• По «Фотонам»: раз, два, три.
• За КДПВ спасибо каналу «Звезда».

Источник: habrahabr.ru/post/235877/