Что грузовик Dragon доставит на МКС 5 июня 2017 года: обзор экспериментов

Итак, 3 июня 2017 года с площадки Launch Complex 39A (LC-39A) в Космическом центре Кеннеди (NASA) ракетой-носителем Falcon 9 в рамках миссии CRS-11 на орбиту был отправлен грузовой корабль Dragon, несущий в том числе разнообразное оборудование для проведения научных экспериментов. Первая ступень РН уже успела приземлиться на Посадочную зону 1 на мысе Канаверал, которая находится в 15 километрах от места старта, а сам грузовик всё ещё продолжает свой путь на МКС (прибытие Dragon запланировано на 5 июня). Мы же тем временем обсудим цели обеспечиваемых CRS-11 экспериментов.

Посадка первой ступени РН Falcon 9 3 июня 2017 года, Посадочная зона 1, мыс Канаверал.

Итак, в ходе миссии CRS-11 в герметичном отсеке грузовика Dragon было отправлено 1665 кг грузов, в том числе 1069 кг оборудования и материалов для научных исследований. Сразу оговорюсь, что я рассмотрю в основном те проекты, которые:

• Могут в ближайшем будущем повлиять на медицину или гражданские сектора экономики;
• Понятны самому автору статьи.

Поэтому сначала связанные с CRS-11 эксперименты будут вкратце описаны в начале статьи, а в конце будет подробный разбор некоторых из них.

Эмблема миссии CRS-11.

1. The Roll-Out Solar Array (ROSA) — эксперимент по развёртыванию и использованию гибких солнечных батарей на орбите.
2. The Neutron Star Interior Composition Explored (NICER) — научное оборудование, которое установят на внешней стороне МКС. Оно предназначено для изучения природы, структуры и процессов, протекающих в пульсарах. Также целью данного проекта является разработка космической навигационной системы в масштабах солнечной системы, для которой пульсары будут выступать в качестве ориентиров (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT)).
3. The Systemic Therapy of NELL-1 for osteoporosis (Rodent Research-5) — тестирование лекарства от остеопороза на мышах. Остеопороз — важная медицинская проблема как на Земле, так и на МКС.
4. The Fruit Fly Lab-02 — как это ни парадоксально прозвучит, цель данного исследования — изучение влияния длительных космических полётов на сердечно сосудистую систему с использованием дрозофил (плодовая мушка, fruit fly, Drosophila melanogaster) в качестве подопытных животных. Про это я напишу подробнее чуть позже, тема очень интересная.
   
   Плодовая мушка Дрозофила (Drosophila melanogaster) — крошечное насекомое, волею судеб служащее молекулярным биологам для исследования почти всего на свете от генетических механизмов развития зародышей до систем защиты клеток от радиации.
5. The Multiple User System for Earth Sensing (MUSES) facility — устройство для фотографирования Земли в различных диапазонах цифровыми камерами и других исследований нашей с вами планеты, разработанное компанией Teledyne Brown Engineering (Хантвилл, штат Алабама, США). Оно может использоваться для широкого круга задач: исследования в области сельского хозяйства, исследования океанов и морей, контроль качества воздуха, раннее обнаружение лесных пожаров и геологоразведка.

Теперь приступим к рассмотрению нескольких проектов в более подробном ключе.

1) The Roll-Out Solar Array (ROSA)

Начнём с весьма и весьма многообещающего проекта в области энергоснабжения спутников, зондов и обитаемых станций. Целью данного эксперимента является тестирование нового типа солнечных батарей для космических аппаратов, разработанного в кооперации государственной исследовательской организации Air Force Research Laboratory (база ВВС США Hanscom) (Массачусетс, США) и частной компании Deployable Space Systems, Inc., (Голета, Калифорния, США).

Основная цель данного эксперимента — всестороннее исследование характеристик солнечных батарей, изготовленных из гибких, но эффективных в данной сфере материалов. Данная работа крайне важна для будущего коммерческой космонавтики и космических исследований, и вот почему.

Как мы можем видеть, для снабжения МКС используется очень большая площадь солнечных батарей (фото 2011 года).

Прежде всего, свёрнутые в некоторое подобие «рулонов» и при этом лёгкие солнечные батареи гораздо проще выводить на орбиту как сами по себе, так и в составе готового спутника или зонда. По сути в перспективе данная технология (в случае успеха) может позволить обеспечивать космическим аппаратам будущего принципиально новый уровень электропитания от солнечных панелей. Это, в свою очередь, открывает возможность для повышения суммарной мощности оборудования спутников всех типов (телекоммуникация, связь, научные эксперименты, зондирование Земли и других объектов и т.д.), особенно это будет полезно в тех случаях, когда речь идёт о небольших аппаратах.

Удельные импульсы (УИ) различных типов двигателей. Как видно из таблицы, УИ электрических, плазменных и ионных двигателей гораздо выше, чем у жидкостных или твердотопливных, а это значит, что при их использовании на космическом аппарате (если оно вообще целесообразно) топливо будет расходоваться гораздо эффективнее. За картинку спасибо статье в википедии.

Кроме того, электрическая энергия может использоваться в двигательных установках для корректировки орбит и тут стоит напомнить, что хотя подобные двигательные установки не обладают впечатляющим уровнем тяги (~ 5 Ньютонов является очень высокой тягой), удельные импульсы электрических, ионных и плазменных двигателей гораздо выше, чем у химических, а их программы включения/выключения гораздо более гибкие, что делает их весьма и весьма полезными.

Астероид Итокава. Снимок сделан японским зондом «Хаябуса».

Может быть упомянутый выше уровень тяги показался кому-то игрушечным, а зря. К примеру, японский зонд «Хаябуса» (в переводе с японского «сапсан», масса 510 кг), изучавший астероид Итокава и успешно доставивший в 2010 году на Землю образцы его породы имел на своём борту именно ионный двигатель в качестве маршевого. Кроме того, данный зонд также осуществил «десантирование» на данный астероид небольшого робота «Минерва» (масса всего 519 грамм, высадка кончилась неудачей, предположительно робот улетел в открытый космос). Однако, оснащённой тремя фотокамерами и солнечными батареями «Минерве» также явно пригодились бы лёгкие и мощные солнечные батареи. В общем, ниша у технологии из проекта ROSA явно существует.

На первых порах будут протестированы методы упаковки/распаковки в условиях космоса, а затем будут проведены всесторонние тесты энергоэффективности заложенных в изделие технологий и сравнение полученных экспериментальных данных с теоретически предсказанными характеристиками, полученными в лабораториях на Земле.

2) Медицинский проект в области системной терапии потери костной массы.

Опыт космических полётов показал, что длительное пребывание в условиях невесомости, а следовательно и снижение нагрузок на мускулатуру и кости приводит к деградации костных тканей (остеопорозу) как у людей, так и у животных (также к нему могут приводить, к примеру, избыточные физические нагрузки, табакокурение, алкоголизм и злоупотребление кофе. Полный список факторов риска приведён в статье в википедии, ссылка на которую есть в спойлере ниже).

Сегодняшние методы терапии в основном представляют собой комплексы упражнений для поддержания организма в тонусе и направлены на предотвращение развития новых негативных эффектов, однако, данный подход не позволяет восстановить уже полученные ранее повреждения. При этом от данной проблемы страдают не только космонавты на МКС, но и миллионы людей на Земле, причём у многих из них остеопороз также вызван малой подвижностью, например, в силу необходимости долго находиться на больничной койке или в инвалидном кресле. Также зачастую остеопороз связан с нарушениями биохимических процессов в организме, несбалансированным питанием или вредными привычками (поэтому данный препарат тестируют и на Земле тоже).

Космонавт Олег Артемьев выполняет утреннюю зарядку в тельняшке по случаю дня ВДВ (2 августа 2014 года, МКС). Фото: http://www.artemjew.ru

Итак, тестируемое в ходе эксперимента под названием «Systemic Therapy of NELL-1 for Osteoporosis (Rodent Research-5 (RR-5))» лекарство предположительно сможет не только предотвратить или снизить негативные эффекты пребывания мышей в невесомости (а эксперимент проводится на мышах), но и в той или иной степени обратить их остеопороз вспять. В общем, если космонавтам на МКС удастся получить хорошие результаты, то это приблизит врачей к решению важной терапевтической задачи, а космическим агентствам будет что предложить своим подопечным в ходе длительных миссий.

Таковы цели текущих научных экспериментов, к которым приложит руку запущенный 3 июня 2017 года в ходе миссии CRS-11 грузовик Dragon. Ну что же, ракета отработала штатно, нам же остаётся пожелать аппарату благополучной стыковки с МКС, а космонавтам — провести все запланированные исследования и получить полезные человечеству результаты.