Три необычных эксперимента, проведённых на борту МКС

космос

Эксперименты с огнём в хрупкой конструкции из трёхмиллиметрового металла, которая летит вокруг Земли со скоростью восемь километров в секунду, кажутся не самой удачной идеей. Но чтобы знать, как предотвращать пожары в космосе, нужно понять, как здесь ведёт себя пламя.

Содержание скрыть 1Космические фаерболы 2Прогноз погоды 3Совершенные кристаллы

огонь шар

Космические фаерболы

На поверхности планеты огонь получает большую часть кислорода благодаря конвекции. Даже ребёнок знает: тёплый и более лёгкий воздух находится в центре очага горения и стремится взлететь вверх, а холодная газовая смесь замещает его со всех сторон.

Однако в невесомости всё непривычно: горячий воздух ничуть не легче прохладного. Он никуда не поднимается. Кислород поступает в очаг возгорания в процессе диффузии – медленно пробираясь от внешней стороны огненного шара к центру. Поэтому огонь в космосе имеет сферическую форму!

Известно об этом уже давно. Однако научиться применять данное знание на практике в полной мере позволила лишь лаборатория МКС. С 2011 года космонавты помещают те или иные материалы в огнеупорный ящик особой конструкции, поджигают их, а потом тушат.

Занятие это кажется несколько примитивным, но оно дало ученым значительный объем полезной информации. В частности, было установлено, что при отсутствии конвекции тепло теряется не так быстро, как на поверхности планеты. Это означает, что в невесомости некоторые материалы воспламеняются легче – например, хлопчатобумажные ткани. Понятно, что полученные знания позволят лучше понять, как и из чего стоит делать “начинку” космических станций, чтобы сделать их более безопасными.

облака

Прогноз погоды

С борту МКС прекрасно видно многое из того, что происходит на нашей планете, в том числе и атмосферные явления. Это хорошая возможность исследовать их.

Учёным давно было известно, что внутри грозовых фронтов генерируются так называемые “земные гамма-всплески” (TGF). Считается, что понимание их природы позволит более точно и надежно предсказывать погоду.

В 2018 году на внешней части европейского модуля «Колумб» был установлен прибор, который позволил отследить, как генерируется молниями энергия и как она распространяется в верхних слоях атмосферы. Также он впервые продемонстрировал связь этих мощных разрядов с TGF. Оказалось, что земные гамма-всплески возникают перед молнией. Исследователи пришли к выводу, что электрическое поле, взаимодействуя с молекулами газа в атмосфере, заставляет их расставаться с электронами, что для наблюдателя и выглядит как гамма-всплески. Теперь остаётся понять, можно ли использовать TGF для прогнозирования погоды.

кремний наука технологии

Совершенные кристаллы

Исследования, описанные выше, вряд ли способны существенно повлиять на повседневную жизнь обычного человека. Мы не разводим огонь в невесомости и в большинстве своем довольны существующим прогнозом погоды. Другое дело –  применяющиеся в бытовой электронике кристаллы – это твёрдые материалы, в которых атомы и молекулы расположены в чёткой закономерности.

Промышленное выращивание кристаллов является очень тонким процессом. Они образуются, как правило, либо в результате замерзания жидкости, либо при оседании взвешенных частиц на той или иной поверхности.

Здесь всё может пойти наперекосяк: даже в случае мельчайших воздействий в кристалле появляются неровности. Это означает, что компьютерные чипы будут иметь невидимые дефекты, которые замедляют работу.

Но на помощь производителям и потребителям кристаллов может прийти космос. Исследователи изучают кристаллы на МКС начиная с 2002 года – в рамках программы «SUBSA». В ходе экспериментов сотрудники станции следят за тем, как формируются и меняются эти материалы в невесомости при различных условиях. Уже стало понятно, что в этой среде кристаллы получаются более качественными. Так как на орбите нет веса и отсутствует конвекция, ничто не мешает кристаллам расти чрезвычайно равномерно и стабильно. Полученная информация, как считается, приведет к организации производства кристаллов гораздо лучшего качества на Земле. Также есть вероятность, что когда-нибудь они будут выращиваться на околоземной орбите. Когда и как это будет выглядеть – это уже другой вопрос….