В.А.Садовничий: Космические исследования в МГУ
2016 г.
Изучение космоса всегда было приоритетом в развитии науки. Собственно, с него она, видимо, и началась, когда человек понял, что его жизнь зависит от смены дня и ночи, тепла и холода, расположения звёзд на небе. Стоя на Земле и глядя на небо, человек осознал себя частью огромного и сложного мироздания, которое и стал изучать, назвав это Космосом.
Давайте вспомним историю слова космос. Как большинство научных терминов, оно пришло из греческого языка, где означало первоначально «нечто упорядоченное, в соответствии с правилами». Специалисты считают, что впервые это слово встречается у Гомера, где в «Илиаде», например, говорится о том, что доспехи воинов «правильно — по космосу — сложены». Или Одиссей возмущается речью противника, который говорит «не по космосу», т.е. неправильно, оскорбительно. Неслучайно космосом, в привычном нам значении, его стал называть Пифагор, который, как известно, обожествлял число и, соответственно, рассматривал математические закономерности как основополагающие правила, на которых строится жизнь упорядоченной Вселенной — Космоса.
История изучения Космоса, с её триумфальными и трагическими страницами, сама по себе интересна и поучительна. Учёные разных стран внесли в это великое дело свой вклад, порой жертвуя своим благосостоянием и даже жизнью. Общий баланс человеческой цивилизации в деле познания Вселенной, безусловно, положительный: от изучения Космоса — взгляда с Земли — человечество перешло к его освоению, преодолев земное тяготение и отправив спутники и космические корабли с отважными исследователями на борту бороздить космическое пространство.
Большой, во многом определяющий вклад в изучение космоса внесли российские учёные, и, в частности, исследователи Московского университета.
Космические исследования в России начал великий русский учёный, основоположник российской науки М.В. Ломоносов, имя которого носит наш университет.
М.В. Ломоносова особенно интересовала природа полярных сияний, которые он, уроженец Поморья, северной окраины России, наблюдал с детства. Он тогда не знал, что полярные сияния — это форма свечения ионизированных газов в верхних слоях атмосферы Земли. М.В. Ломоносов провёл первый опыт по свечению разреженных газов в электрическом поле. В запаянном стеклянном шаре с электродами он поместил разреженный воздух, имитируя верхние слои атмосферы. При включении электрического поля молекулы газов, составляющих ионосферу, разгонялись. Часть энергии тратилась на ионизацию молекул, другая часть — на возбуждение и сопровождающее его световое излучение. В результате М.В. Ломоносов получил свечение, напоминающее полярные сияния. Изображённые М.В. Ломоносовым электромагнитные свечения в атмосфере удивительным образом напоминают транзиентные световые явления, открытые недавно. Поразительно, что его рисунок — сделанный в XVIII веке(!) — фактически был подтверждён наблюдениями с университетского спутника «Татьяна»!
М.В. Ломоносов открыл атмосферу у Венеры. Наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 году, он обнаружил светящийся ореол вокруг Венеры в тот момент, когда Венера выходит за пределы Солнца, и объяснил это преломлением лучей в атмосфере Венеры. Наблюдение такого тонкого эффекта было чрезвычайно трудным. Дело в том, что наблюдения проводились через закопчённые стекла. Если стекло было закопчено слабо, наблюдателя ослепляли солнечные лучи, и он не мог увидеть тонкие эффекты. Равным образом он не мог их увидеть, если стекло было закопчено слишком сильно. М.В. Ломоносов использовал слабо закопчённое стекло, рискуя лишиться зрения. Чтобы проводить такие рискованные наблюдения, требовался огромный опыт изготовления закопчённых стёкол нужной плотности, который М.В. Ломоносов приобрёл в ходе систематических наблюдений через закопчённые стекла за процессами плавки стекла, отмечая малейшие изменения его цвета. Помог ему и многолетний опыт по изготовлению цветных стёкол для мозаичных картин. Он был автором больших мозаичных полотен. Прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 году наблюдали более сотни астрономов разных стран мира. Позже стало известно, что некоторые из них заметили оптические явления при касании дисков Венеры и Солнца, но не смогли их как следует рассмотреть и, как следствие, не придали им должного значения. М.В. Ломоносов был единственным, кто в том же году опубликовал на русском и немецком языках статью, в которой описал увиденные им явления и дал им физическое объяснение. К сожалению, статья М.В. Ломоносова не была замечена научным сообществом, и лишь 30 лет спустя астрономы В. Гершель и И. Шрётер объявили, независимо друг от друга, об открытии атмосферы Венеры другим методом.
Ещё один вклад М.В. Ломоносова — изобретение «ночезрительной трубы» — прообраза светосильной оптики. Создать такую трубу, позволявшую морякам обнаруживать в глубоких сумерках корабли и скалы, помог М.В. Ломоносову его опыт наблюдений на море. Коллеги М.В. Ломоносова по Академии наук, проводившие испытания этой трубы в затемнённой комнате, пришли к выводу о бесполезности его изобретения. Его оппоненты говорили, что самое полезное в этой трубе — ручка, за которую её можно держать. Разгорелся научный спор: может ли труба усиливать яркость? При жизни М.В. Ломоносова его прибор не оценили. Только через 200 с лишним лет выдающийся физик С.И. Вавилов разъяснил, что эффективность «ночезрительной трубы» можно обнаружить только при наблюдениях удалённых предметов. Оппоненты М.В. Ломоносова не знали, что в ночных условиях сетчатка глаза адаптируется так, что с помощью этой трубы яркость изображения усиливается.
М.В. Ломоносова мы вспоминаем ещё и потому, что по его проекту был основан Московский университет, учёные которого внесли решающий вклад в изучение и освоение космоса.
Начало космической эры отмечено запуском советского искусственного спутника Земли. И если на первом спутнике, запущенном Советским Союзом в октябре 1957 года, не было научной аппаратуры, то уже на втором советском спутнике, запущенном в ноябре 1957 года, был осуществлён первый в мире космический эксперимент, направленный на изучение частиц высокой энергии — космических лучей. Этот эксперимент осуществили учёные Московского университета во главе с академиком С.Н. Верновым. Среди них — А.Е. Чудаков, Н.Л. Григоров и Ю.И. Логачёв. На борт спутника они установили небольшой прибор — счётчик Гейгера-Мюллера для регистрации космических лучей.
Тремя месяцами позднее, в январе 1958 года американский ученый Д.В. Аллен разместил на первом американском спутнике аналогичный прибор. Таким образом, советские и американские учёные, работавшие независимо друг от друга и в условиях холодной войны, сделали первое открытие в космосе — радиационные пояса. Путь к этому открытию был краток и драматичен. С помощью одинаковых приборов, установленных на спутниках, советские и американские учёные зарегистрировали необычно большие потоки высокоэнергичных частиц в околоземном пространстве. Однако ни те, ни другие не смогли на основе первых экспериментов сразу дать правильную физическую интерпретацию наблюдаемого явления. С.Н. Вернов и Д.В. Аллен столкнулись, на самом деле, с совершенно новым природным явлением — захваченными в магнитное поле Земли потоками заряженных частиц большой энергии. Позднее их назвали радиационными поясами. Однако пионеры космических исследований этого не осознали. Так часто шальная цель эксперимента — изучение космических лучей — приводит к другим результатам, интерпретация которых порой находится под прессом существующих представлений. Тем не менее, к середине 1958 года, т.е. спустя всего несколько месяцев после начала космических экспериментов, понимание физики нового явления стало более ясным.
Существенную и принципиальную роль для выяснения природы открытого феномена сыграл эксперимент на третьем советском спутнике, запущенном в мае 1958 года. В составе аппаратуры, разработанной в НИИЯФ МГУ и Физическом институте АН СССР, на этом спутнике был детектор, который позволил установить наличие двух пространственно-разделённых областей в околоземном пространстве — внешнего электронного пояса, заполненного электронами с энергией ~100 кэВ и выше, и внутреннего, протонного. Энергия протонов внутреннего пояса была существенно выше (~100 МэВ), чем электронов во внешнем. Американские учёные не могли регистрировать частицы внешней зоны радиации из-за особенностей орбит своих спутников.
Сейчас очевидно, что первые советские и американские эксперименты в космосе взаимно дополняли друг друга. Однако, в силу специфики международных отношений той эпохи, говорить о международной кооперации не приходилось, и космическая физика рождалась в условиях острой конкурентной борьбы между учёными двух супердержав.
Так были открыты радиационные пояса. Оказалось, что природа создала вблизи Земли (а впоследствии стало ясно, что и в окрестности ряда других планет) гигантские магнитные ловушки, заполненные заряженными частицами. Изучение этого явления важно не только для решения фундаментальных проблем астрофизики, но и в прикладном плане, поскольку радиационные пояса представляют основной элемент риска в обеспечении безопасности как космических аппаратов, так и пилотируемых космических полётов.
Всего, начиная с 1957 года, учёные МГУ осуществили более 450 экспериментов на космических аппаратах, и большая их часть касалась изучения космической радиации и космических лучей, часть экспериментов проводилась в области рентгеновской и гамма-астрономии. Приборы МГУ обеспечивают контроль радиационной обстановки на всех пилотируемых космических кораблях. Первый космонавт планеты Ю.А. Гагарин полетел в космос только после серии экспериментов по оценке радиационной опасности на предшественниках корабля «Восток». С тех пор наши приборы обеспечивали радиационный контроль на всех орбитальных станциях, включая, конечно, и самую последнюю —Международную космическую станцию.
А теперь — об исследованиях Луны. Когда в 1958 году готовился запуск космического аппарата на Луну, главный конструктор советской космической программы С.П. Королёв обратился к астрономам Московского университета с просьбой осуществлять наблюдение за полётом ракеты к Луне на расстоянии около 150 тыс. километров от Земли. В то время подходящих радиосредств для достаточно точных наблюдений у нас не было. Как быть? Заведующий отделом радиоастрономии Астрономического института Московского университета И.С. Шкловский предложил использовать метод «искусственной кометы». Суть метода состояла в испарении на борту спутника небольшого количества (порядка 2–3 кг) натрия. Образующееся облако интенсивно рассеивало жёлтые лучи Солнца (это явление известно как «резонансная флюоресценция»), и это яркое облако и наблюдалось наземными оптическими средствами.
В 1959 году с советской автоматической межпланетной станции «Луна-3» были получены первые в мире изображения обратной стороны Луны, в обработке которых участвовали специалисты Московского университета. Техника предварительной обработки и дешифрирования снимков была разработана под руководством Ю.Н. Липского, первого исследователя лунных изображений, полученных из космоса.
На основании полученных материалов была составлена первая в мире карта обратной стороны Луны, содержавшая сотни деталей поверхности. В 1960 году в Московском университете был сделан первый в мире глобус Луны, на тот момент ещё не полный. В 1967 году Луна на глобусе была изображена полностью. 3 февраля 1966 года станция «Луна-9» впервые в мире совершила мягкую посадку на поверхности Луны, а карты для этой посадки тоже готовили астрономы МГУ! В 1970 году Н. Армстронг, посещая университет, оставил автограф на лунном глобусе, сделанном нашими специалистами.
Начиная с 1961 года, сотрудники МГУ принимали участие в экспериментах на борту 19 автоматических межпланетных станций серии «Венера» и 11 — серии «Марс». В ходе этих экспериментов было открыто явление солнечного ветра и связанных с ним динамических процессов, а также отсутствие радиационных поясов у Венеры и Марса.
Отдельная страница наших космических исследовании посвящена спутнику Марса Фобосу. Его изучение, в частности, построение модели его поверхности, было поставлено, в виде государственной задачи, перед рядом научных учреждений страны. Этим вопросом занялась и рабочая группа под моим руководством, в которую вошли учёные МГУ и Института космических исследований АН СССР. Работа нашей группы была инициативной, и официально она не принимала участия в подготовке проекта. Однако в 1988 году при приёмке моделей, представленных Государственной комиссии, именно эта модель была признана наиболее точной и корректной и стала в дальнейшем использоваться в проекте для решения навигационных и других задач.
Когда в космос решили отправить человека, встал вопрос о подготовке к перегрузкам и невесомости. В 1903 году К.Э. Циолковский предложил использовать центрифугу для тренировок перед пилотируемым космическим полётом. Это предложение было реализовано через 60 лет в СССР и США для воспроизведения на центрифугах перегрузок, которые испытывает человек при подъёме на орбиту.
Дело было так. Ко мне обратился один из первых космонавтов нашей страны Г.Т. Береговой с просьбой создать прибор, создающий условия невесомости. Тогда я с группой учёных — математиков, врачей, космонавтов — приступил к работе по созданию на земле прибора, имитирующего невесомость. Поскольку космодром на мысе Канаверал в США находится южнее космодрома Байконур в Казахстане, и поэтому перегрузки при запусках там в 1,5 раза меньше, чем у нас, то в связи с этим специалисты NASA решили демонтировать центрифуги в
Дальнейшие исследования в этом направлении были связаны с изучением негативного влияния вестибуло-сенсорного конфликта на точность визуального управления космическими объектами (космический манипулятор, перестыковка корабля, автономное устройство спасения космонавта и др.). В проведённых нами экспериментах на борту орбитальной станции «Мир» были обнаружены хронические глазо-двигательные нарушения, приводящие к запаздыванию в стабилизации взора, что, в свою очередь, может привести к авариям при визуальном управлении в космосе. Нами было показано, что при разработанных алгоритмах динамический тренажёр позволяет воспроизводить вестибуло-сенсорный конфликт, приводящий к глазо-двигательным нарушениям. При таком имитирующем движении возникает вестибуло-сенсорный конфликт, аналогичный вестибуло-сенсорному конфликту на орбите. На Земле обычно реакции латеральных полукружных каналов вестибулярного аппарата сопутствует реакция механорецепторов отолитовых органов, волосковые клетки которых расположены в этой же плоскости, а в невесомости это сопутствие отсутствует. Наличие этого конфликта приводит к негативным последствиям — дискомфорту, запаздыванию в установке взора, и, как следствие, к дезориентации в пространстве. Нами был разработан метод максиминного тестирования точности визуальной стабилизации космических объектов, и эта работа была в 2002 гjle была удостоена Государственной премии РФ.
В NASA для улучшения качества персонального управления спуском с орбиты в условиях визуальной дезориентации реализовали другой вариант имитации дезориентации, воздействуя не на входы инерциальных сенсоров вестибулярного аппарата, а осуществляя коррекцию его выходных сигналов по аналогии с коррекцией выходных сигналов технических инерциальных навигационных систем. Для реализации этого варианта американские исследователи использовали возможность гальванической стимуляции вестибулярного аппарата или, более точно, его первичных афферентных нейронов. Рассмотрим кратко, как это происходит на математической модели формирования информационного процесса в первичном афферентном нейроне, являющемся выходным блоком в функциональной схеме любого механорецептора вестибулярного аппарата. Эта модель является модификацией модели Ходжкина-Хаксли (Нобелевская премия 1963 г.) и получена нами по результатам экспериментов на млекопитающих в лаборатории нейрофизиологии Автономного университета мексиканского штата Пуэбла. Под входным синаптическим током будем понимать гальванический ток, создаваемый искусственным путём. Для реализации на практике желательно, чтобы гальванический ток был как можно меньше, чтобы не вызывать негативных последствий для человека. Проведённый нами анализ показал, что при малых значениях гальванического тока наша модель является бистабильной системой — имеются два аттрактора: устойчивый фокус и устойчивый предельный цикл. Поэтому при стимуляции гальваническим током в виде гаусовского белого шума с малым средним значением можно видеть, что при отсутствии входных воздействий на вестибулярный аппарат на его выходе имеем пачки импульсов, имитирующих эти воздействия. Таким образом, можно проводить тренировки космонавтов для улучшения качества персонального управления спуском с орбиты как организуя входные воздействия на вестибулярный аппарат с помощью имитирующих движений центрифуги и карданова подвеса, так и корректируя его выходные сигналы с помощью гальванической стимуляции.
Особое место в космических исследованиях Московского университета занимает обширная программа университетских спутников. Свой 250-летний юбилей в 2005 году. Московский университет отметил запуском спутника «Университетский-Татьяна». Это стало началом нового этапа космических исследований в МГУ. Почему «Татьяна»? Потому что Московский университет был основан 25 января, в Татьянин день — так называется один из праздников православного календаря. Это — день рождения Московского университетам. В 2009 году мы создали и запустили спутник «Университетский-Татьяна-2», более сложный по сравнению с первой «Татьяной». На его борту была установлена разнообразная аппаратура для исследования околоземного космического пространства — околоземной радиации и свечений в верхней атмосфере Земли в ультрафиолетовом диапазоне. Если первая цель — по сути продолжение наших многолетних исследований, то изучение атмосферных свечений привело нас к более глубокому пониманию природы новых, очень быстро протекающих и весьма энергичных явлений — атмосферных транзиентов, представляющих большой интерес как с точки зрения познания фундаментальных физических законов, лежащих в их основе, так и в прикладном плане, поскольку они реально представляют угрозу для летательных аппаратов на высоте в десятки километров. Но это не всё. МГУ — прежде всего университет, и развитие образовательного процесса — неотъемлемая часть наших научных исследований. На основе первых космических проектов мы разработали принципиально новый космический практикум, в котором студенты могут приобрести навыки работы с космической информацией. В этом практикуме обучались и студенты других университетов России.
У Московского университета — целая флотилия спутников. После двух «Татьян» мы запустили совместно с индийскими коллегами «Youthsat». В 2014 году запущены спутники «Вернов» и «Нуклон» с аппаратурой, созданной специалистами МГУ вместе с коллегами из РАН и ряда зарубежных университетов. Они предназначены для исследования радиационной обстановки в окрестности Земли, изучения космических лучей.
Наиболее масштабный проект в нашей космической программе — спутник «Ломоносов», запущенный 28 апреля 2016 г. с космодрома «Восточный». О значении этого события свидетельствует присутствие в день запуска на космодроме Президента РФ В.В. Путина. Масса спутника — 645 кг, вес научного оборудования — 160 кг. Фактически это настоящая космическая лаборатория для изучения экстремальных явлений во Вселенной, как удалённой от нас во времени и пространстве, так и в ближнем к нам околоземном космосе. В раннюю, непосредственно примыкающую к эпохе Большого Взрыва, т.е. более 14 млрд лет назад, эпоху нам помогут заглянуть гамма-всплески — кратковременные эмиссии в гамма-, рентгеновском, ультрафиолетовом и видимом диапазонах — самые мощные энерговыделения — взрывы во Вселенной. На борту «Ломоносова» установлены приборы, охватывающие весь спектр излучений этого замечательного природного явления. Другой эксперимент на борту «Ломоносова» — пионерский в своей области. Он направлен на регистрацию космических лучей предельно высоких энергий, самых больших из наблюдавшихся до сих пор. Их природа, их источники неизвестны. Это — первый эксперимент по их поиску с помощью космического прибора. Среди оборудования, установленного на борту «Ломоносова» — приборы для мониторинга радиационной обстановки. Во время геомагнитных бурь радиационная обстановка резко меняется, потоки радиации увеличиваются, что создает определённую опасность для космических аппаратов и человека в космосе. Наши приборы войдут в глобальную систему контроля радиационной опасности, «Ломоносов» станет важной компонентой в международной космической «радиационной» лаборатории, создаваемой в настоящее время. Известно, что человека в космосе настигает ещё одна неприятность — расстройство вестибулярного аппарата, в большей и меньшей степени проявляющееся у всех космонавтов. Над тем, чтобы минимизировать этот нежелательный эффект с помощью специально созданного прибора, работает группа учёных Московского университета под моим руководством. Такое оборудование установлено на борту «Ломоносова». Основная цель эксперимента — регистрация линейных ускорений, возникающих при движении космического аппарата по орбите Земли и собственном вращении относительно центра масс — создание корректора стабилизации взора.
Успешно запущенный «Ломоносов» уже передаёт научную информацию. Получены изображения с камер сверхширокого поля зрения ШОК (Широкоугольные Оптические Камеры). Впервые в космосе заработали два уникальных мини-телескопа с полем зрения до 1000 квадратных градусов каждый. Они предназначены для синхронных оптических наблюдений самых мощных взрывов во Вселенной — гамма-всплесков, которые являются результатом столкновения нейтронных звёзд и чёрных дыр. Эти камеры — прообраз будущей космической системы оповещения об астероидной опасности и предупреждения столкновения со спутниками. Камеры зафиксировали десятки пролетающих в непосредственной близости от «Ломоносова» других искусственных спутников Земли и их обломки (космический мусор). За тестовым включением последует регулярный мониторинг околоземного пространства.
Московский университет располагает ещё одним современным весьма эффективным инструментом для исследования космического пространства. Это — Глобальная сеть телескопов-роботов МАСТЕР, активно функционирующая с 2010 года. Двойные цветные (фильтры BVRI и поляризационные) телескопы-роботы диаметром 40 см с большим полем зрения (8 квадратных градусов), снабжённые сверхбыстрыми устройствами наведения, установлены по всему земному шару: на разных долготах России, в Южной Африке (БРИКС), в Испании (НАТО) и в Аргентине. Это позволяет вести непрерывный мониторинг космического пространства в зимнее время и исследовать большинство нестационарных явлений во Вселенной. В проекте участвуют четыре российских университета и зарубежные научные центры: МГУ, Благовещенский государственный педагогический университет, Иркутский государственный университет, Уральский федеральный университет, Южноафриканская астрономическая обсерватория, Институт астрофизики Канарских островов (Испания), Национальный университет провинции Сан Хуан (Аргентина). Главная особенность МАСТЕР — собственное математическое программное обеспечение, разработанное учёными МГУ, которое позволяет в автоматическом режиме получать изображения и проводить их полную астрономическую обработку в режиме реального времени. Через 1–2 минуты после считывания с ПЗС-камеры доступна полная информация обо всех стационарных и движущихся известных и новых объектах на кадре, включая захват и определение параметров движения для объектов типа астероидов и комет, а также историю наблюдений данной области на всех обсерваториях МАСТЕР и в открытых базах данных других обсерваторий. Это программное обеспечение позволило открыть и исследовать свыше 1100 быстропеременных объектов во Вселенной:
- оптические источники гамма-всплесков (самые мощные явления во Вселенной, механизм взрыва до сих пор неизвестен),
- Сверхновые звёзды различных типов,
- Квазары (исследование механизмов поведения плазмы вблизи сверхмассивных чёрных дыр),
- Новые и карликовые новые звёзды (исследование механизмов термоядерных вспышек на белых карликах) и другие явления.
МАСТЕР также открывает потенциально опасные астероиды и кометы и сопровождает космические аппараты, уточняя их траекторию. Все данные, получаемые нашими специалистами, доступны в сети Интернет. В 2015–2016 гг. МАСТЕР принимает участие в совместных исследованиях с ведущими физическими экспериментами: нейтринными обсерваториями IceCUBE (Антарктида) и ANTARES, и гравитационно-волновыми интерферометрами LIGO. Телескопы-роботы МАСТЕР внесли решающий вклад в обзор области локализации первого гравитационно-волнового события, зарегистрированного в эксперименте LIGO 14 сентября 2015 г. Крупнейшие телескопы мира наблюдают и исследуют открытые МАСТЕРом объекты: самые крупные в мире 10-метровый Большой Канарский телескоп (GTC),10-метровый SALT(ЮАР), 8-метровые телескопы VLT(Чили, ESO) и GEMINI (Гавайи, США), 9,2-метровый НЕТ (США),6-метровый БТА САО РАН (Россия), 4,2-метровый WHT (им. Вильяма Гершеля, Испания), орбитальные гамма-обсерватории SPITZER, SWIFT и FERMI и др. Важнейший результат работы Глобальной сети МАСТЕР в 2015 году — создание трёх обсерваторий МАСТЕР в ЮАР, Испании и в Крыму. С их помощью были исследованы первый гравитационно-волновой всплеск GW150914, самая ранняя поляризация оптического излучения гамма-всплесков, переменная поляризация микроквазара V404 Cyg, аномально яркая Красная Новая в галактике Андромеда и др., а также были открыты две кометы MASTER.
МГУ — классический университет с широким диапазоном специальностей естественнонаучного и гуманитарного профиля. И на многих факультетах ведутся исследования, связанные с космосом.
Важнейшая задача будущего — длительные и особо длительные космические полёты. Вопрос — как поддерживать жизнеспособность космонавтов и станции? Как питаться, как получать дополнительную воду на станции? У учёных Московского университета есть ответы на эти вопросы. Так, например, важные результаты получены университетскими биологами. Поскольку микробы способны повреждать материалы, из которых сделаны конструкции межпланетной космической станции, биологи МГУ собрали коллекцию микроорганизмов, выделенных из пыли, собранной на МКС, которые могут представлять опасность для конструкционных материалов МКС, и изучают их воздействие. Разработано и успешно испытано на российском сегменте МКС оборудование для анализа качества воды, получаемой из атмосферной влаги на борту станции. На непилотируемых космических аппаратах проводятся эксперименты по проверке гипотезы межпланетарной панспермии, поиску видов и штаммов микроорганизмов, устойчивых к космическим экстремальным факторам. Так, например, оказалось, что некоторые организмы переносят 30-дневное пребывание в условиях открытого космоса и нагрев при прохождении космического аппарата через плотные слои атмосферы. Совместно с Институтом медико-биологических проблем РАН ведётся создание космических биотехнологических микробных топливных элементов для получения дополнительного электричества на космических аппаратах. С помощью генетической модификации используемых микроорганизмов удалось существенно повысить уровень электрической отдачи таких систем. Созданы пищевые добавки (специальные кисломолочные продукты) на основе пробиотических микроорганизмов для коррекции изменений микробного сообщества пищеварительного тракта космонавтов во время длительных полётов.
Ученые МГУ, Объединённого Института ядерных исследований в Дубне и РАН проводят совместные исследования в области молекулярной физиологии зрения, изучая действие ионизирующей радиации на сетчатку и хрусталик глаза. Оказалось, что сетчатка более устойчива к воздействиям, чем хрусталик. Механизмы возникновения и развития катаракты при действии ионизирующего излучения, света, в первую очередь ультрафиолета, и в ходе старения принципиально одинаковы. Это означает, что ультрафиолет является фактором риска для развития катаракты после космического полёта. В этих исследованиях были предложены принципиально новые потенциальные радиопротекторы.
Космические исследования в Московском университете не останавливаются ни на минуту и планируются на несколько лет вперед. В 2017 году на МКС прибудет новый экипаж, начальником российской части которого станет С.Н. Рязанский, выпускник биологического факультета МГУ, Герой России. Он предложил Московскому университету участвовать в разработке научной программы своего грядущего полёта. В настоящее время такая программа разрабатывается совместно с Институтом медико-биологических проблем РАН. Планируется исследование микробиома (состава микробных сообществ) космонавтов и его изменений в ответ на длительное пребывание в космосе. Также космонавтам будут предложены специальные пищевые продукты, содержащие живые культуры полезных микроорганизмов. Космонавты будут самостоятельно готовить этот продукт на МКС из сухого порошка. Возможные изменения их микробиома в ответ на употребление этого чрезвычайно перспективного для использования в космических полётах продукта также будут исследованы. Помимо этого, планируется изучить рост в космических условиях некоторых грибов, которые могут в дальнейшем быть введены в пищевой рацион космонавтов, автономно выращиваясь на МКС.
Человек везде человек — и на Земле, и в Космосе. Его психофизиологическое состояние — основа успеха любой экспедиции. Психологи МГУ разработали психофизиологический программно-аппаратный комплекс, включающий супервычислитель и систему виртуальной реальности, для психологического обеспечения деятельности космонавта на этапе предполётной подготовки, в условиях космического полёта и в процессе послеполётной реабилитации. Они разработали и апробировали метод диагностики психологического состояния космонавта путём сопоставления содержания его вербального отчёта о самочувствии с объективно регистрируемыми параметрами поведения (особенности мимики, жестикуляции). Разработана также программа тренингов межличностного взаимодействия членов космического экипажа во время полёта, включающая тренинг психологического взаимодействия членов экипажа в условиях длительной физической изоляции и этнокультурный тренинг, направленный на гармонизацию взаимоотношений в интернациональном экипаже.
Когда в 1957 году был запущен первый искусственный спутник Земли, учёные не обладали мощной вычислительной базой. Многие вычисления приходилось делать практически, с сегодняшней точки зрения, на «ручных» вычислительных машинах. Сотни специалистов-математиков сидели в больших залах и проводили эти вычисления. Для успеха современных космических исследований необходимы супервычисления. Московский университет располагает самым мощным в России и странах СНГ суперкомпьютером. Суммарная пиковая производительность университетского суперкомпьютерного комплекса сегодня превышает 4,5 Пфлопс. Благодаря ему наши учёные решают много фундаментальных и прикладных задач в области космических исследований. Супервычисления используются для разработки новых материалов и элементов оборудования космических аппаратов, стойких к воздействию космической среды, моделирования детонации в камерах и каналах сложной геометрии, исследований гиперзвуковой аэродинамики и теплообмена перспективных космических аппаратов и планетных зондов, моделирования взаимодействия спутника и плазмы методом молекулярной динамики в верхних слоях ионосферы, а также для решения других актуальных задач.
И в завершение — одна не совсем научная история, которая, тем не менее, имеет отношение к освоению космоса. Во время одного из проходящих в Москве кинофестивалей известный итальянский кинорежиссёр Антониони приехал в Астрономический институт Московского университета, чтобы получить научную консультацию у И.С. Шкловского (кроме метода «искусственной кометы» ему принадлежат и другие достижения в области космических исследований). Режиссёр обратился к учёному с таким вопросом: «Я задумал поставить фильм-сказку, где дети запускают воздушного змея, который улетает в Космос. Может это быть?» Его интересовало, возможно ли это, с точки зрения науки. И.С. Шкловский честно сказал, что с точки зрения науки это невозможно, что очень огорчило Антониони.
Сегодня, благодаря развитию науки, энтузиазму учёных и юношества, мы всё ближе подходим к реализации мечты о запуске «воздушных змеев» в космос. Я имею в виду проект CanSat, в разных странах мира привлекающий молодёжь, которая интересуется космосом. Этот проект стартовал в США, при поддержке Национального космического агентства, потом к нему подключилась Европа. В России организатором и «двигателем» этого проекта является НИИ ядерной физики МГУ. Совсем скоро, в июле, пройдёт финал уже пятого российского чемпионата этого проекта, который теперь называется «Воздушно-инженерная школа МГУ. CanSat в России». Участники чемпионата — команды школьников должны разработать, спаять, запрограммировать, испытать и запустить с помощью специальной ракеты на высоту 1–2 км действующую модель «спутника», которая включает в себя все системы, присущие настоящему космическому аппарату: научную нагрузку, систему сбора и обработки информации, передатчик и систему спасения. Видеокамеры, счётчик Гейгера, анализаторы газов, датчики температуры и давления, магнитометры и акселерометры — вот неполный перечень приборов, установленных участниками. За пять лет работы проекта через него прошло около 200 команд школьников. География проекта — от Якутска и Хабаровска до Минска, и от Архангельска и Плесецка до Феодосии. Проект развивается, и «старшие» его участники уже запускают свои аппараты в стратосферу, а в МГУ создана лаборатория аэрокосмической инженерии, в которой студенты и школьники работают над реальными космическими и инженерными проектами. Наша сверхзадача — в том, чтобы, как мы говорим, «с младых ногтей» помочь талантливым ребятам определить свою профессиональную траекторию, которая, с одной стороны, идёт на благо стране, а с другой — предоставляет отличные возможности для интеллектуального и профессионального роста, т.е. в конечном счёте, жизненного успеха.
Давайте пожелаем нашей молодёжи, молодым людям всех стран мира — пытливым, изобретательным, целеустремлённым — успехов во всех делах, в том числе в освоении космоса!