Космос как физическая лаборатория

, вед. инженер к.т.н. Готовится ДСМИКС Любимова Т.П., ИМСС УрО РАН, зав. лабораторией вычислительной гидродинамики, д.ф.-м.н., профессор Завершен Перитектика
Кривилев М.Д., ВПО «Удмуртский государственный университет», физико-энергетический факультет, зав. лаб., к.ф.-м.н., доцент Реализуется Конкон Зюзгин А.В., Пермский государственный национальный исследовательский университет, профессор кафедры общей физики, д.ф.-м.н. Готовится Электрическое пламя Минаев С. С., Дальневосточный федеральный университет - Инженерная Школа, зав. лаб., д.ф.-м.н., Реализуется Фламенко
Снегирёв А.Ю., Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, профессор каф., д.т.н. Готовится Кинетика-1 Харанжевский Е. В., Удмуртский государственный университет, физико-энергетический факультет, зав. лаб. экспер. физики, к.т.н, доцент Реализуется Кинетика-2 Харанжевский Е. В., Удмуртский государственный университет, физико-энергетический факультет, зав. лаб. экспер. физики, к.т.н, доцент Готовится Пыль-УФ
Фортов В.Е., ОИВТ РАН, академик РАН Готовится Экоплазма Фортов В. Е., ОИВТ РАН, директор, д.ф.-м.н., академик РАН Готовится Гель-2
Костарев К.Г., ИМСС УрО РАН, зав. лабораторией, к.ф.-м.н., доц. Неактивен Диффузионное пламя
Инженерная Школа, зав.лаб., д.ф.-м.н., Минаев С. С., Дальневосточный федеральный университет Реализуется s-FLAME Губернов В. В., Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, ведущий научный сотрудник, д.ф.-м.н. Готовится Зарево
Фролов С.М., ИХФ РАН, зав. отделом, д.ф.-м.н. Завершен Вампир
Бармин И.В., КБОМ, генеральный директор – генеральный конструктор, член-корреспондент РАН, профессор Готовится Адамант
Фролов С. М., ИХФ РАН, зав. отд. горения и взрыва, д.ф.-м.н. Готовится ОАСИС
Долганов В.К., ИФТТ РАН, г.н.с., д.ф.-м.н. Завершен БАБЛ Сонин А. А., Университет машиностроения, профессор кафедры «Физика», доктор физико-математических наук Готовится
2.2. Описание некоторых готовящихся экспериментов
Проект БАБЛ.
Исследования различных пен (приготовленных на основе растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), полимеров, полиэлектролитов, жидких кристаллов и т. Д.) Представляют большой практический и научный интерес (см., Например, [1–10]). Пена используется в различных чистящих средствах, пожаротушении, в производстве масла, в косметической, кондитерской промышленности и т. Д.
Так называемые «сухие» пены (рис. 1-а), которые содержат не более 5% жидкости, и воздушные пузырьки, имеющие форму многогранников (многогранников), уже достаточно хорошо изучены экспериментально и описаны теоретически. , «Мокрые» пены (рис. 1-б) (особенно те, которые содержат более 30% жидкости и где пузырьки воздуха имеют форму, близкую к сферической), напротив, еще далеко не полностью исследованы. Дело в том, что в земных условиях наличие силы тяжести приводит к снижению жидкой фракции в нижней части пены (рис. 2). Этот процесс обычно сопровождается различными гидродинамическими неустойчивостями, которые препятствуют экспериментальному изучению и теоретическому моделированию влажных пен.
Таким образом, на Земле невозможно сформировать влажную пену в чистом виде. Однако такую пену можно получить и изучить в условиях невесомости, во время космического эксперимента (ЭК). Он очень стабилен и, более того, интересно, что в условиях микрогравитации даже чистая вода может пениться.














Рис. 4 – Фотография реальной жидкой пены в земных условиях. Под действием гравитации жидкая фракция опускается вниз.

Планируется получать и исследовать влажные пены на борту Международной космической станции (МКС) в рамках описанного CE «БАБЛ», который является частью международного проекта FOAM-C.
Исследование физических процессов кристаллизации белка с целью получения совершенных монокристаллических белковых структур, пригодных для рентгеноструктурного анализа, и биокристаллических пленок из объемного раствора на подложках с использованием эффекта искусственной эпитаксии. Рентгенография полученных кристаллов белка.
С 2009 года по настоящее время на борту МКС проводились эксперименты по кристаллизации белков в условиях микрогравитации в рамках международного сотрудничества Федерального космического агентства и Японского космического агентства (JAXA). Директором эксперимента является Институт кристаллографии. СРЕДНИЙ. Шубников РАН.

Рис. 5. Схема кристаллизации методом контр-диффузии в НК «JAXAPCG»
Перед CE предварительный поиск условий кристаллизации белка проводится с использованием метода диффузии паров растворителя. Найденные условия модифицируются для метода противодиффузии путем изменения концентраций белка и осадителя.
Для экспериментов в космосе белки и предварительно выбранные кристаллизационные растворы загружаются в капилляры (рисунок 1), затем капилляры упаковываются в специализированный контейнер, который помещается в японский модуль KIBO, где проводятся эксперименты с невесомостью.
Кристаллизация белков с последующим определением их структур методом рентгеновской дифракции является одним из наиболее перспективных направлений современной структурной биологии. Во многих случаях знание структуры белка и его комплекса, например, с ингибиторами, является ключевым при создании лекарств. Рентгеноструктурный анализ является основным методом, позволяющим исследовать особенности структурной организации макромолекул. Кристаллизация в условиях микрогравитации может значительно улучшить качество полученных кристаллов и достичь более высокого пространственного разрешения при расшифровке структуры макромолекул.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Космос является уникальной природной лабораторией. Такие физические параметры как уровень вакуума, температура, оптические свойства труднодостижимы или недостижимы в условиях земли. В связи с этим развитие физических исследований на базе космических станций, автономных модулей, межпланетных аппаратов имеет огромное значение не только для космической науки, но и для земных прикладных задач.
Особое развитие получили такие направления, как микроэлектроника, физика горения и взрыва, получение сверхчистых материалов, получение кристаллических материалов.
Активно развиваются такие направления, как физика органических материалов, аддитивные технологии, физика плазмы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Андреев В. М. Концентраторная солнечная фотоэнергетика // Альтернативная энергетика и экология. 2012. Т. 5−6. С. 40−44.
Alferov Zh. I., Andreev V. M., Rumyantsev V. D. III-V Heterostructures in Photovoltaics. Concentrator Photovoltaic, Berlin Heidelberg, Springer-Verlag, 2007, pp. 25−50.
Алферов Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 8. С. 937−948.
Лаборатория МЛЭ и соединений A3B5 [Электронный ресурс]. URL: http://lib.isp.nsc.ru/16/ (дата обращения: 12.09.2018)
Валиев К., Орликовский А. Технологии СБИС. Основные тенденции развития // Электроника. Наука. Технология. Бизнес. 1996. № 5−6. С. 3−10.
Hueser J. E., Brock F. J. Theoretical Analysis of the Density Within an Orbiting Molecular Shield // J. Vac. Sci. Thechnol, 1976, vol. 13, no. 3, p. 702.
Ignatiev A. The wake shield facility and space-based thin film science and technology // Earth Space Review, 1995, vol. 2, no. 2, pp. 10−17.
News Briefs // Compound semiconductors, 1997, no. 1, p. 11.
Neu G., Teisserire M., Freundlich A., Horton C., Ignatiev A. // Appl. Phys. Lett., 1999, vol. 74, no. 22, pp. 3341−3343.
Науманн Р. Дж. На пути к абсолютному вакууму // Аэрокосмическая техника. 1987. № 10. С. 129−132.
Гражулис В. А. Тендер ГКНТ РФ по разработке СВВ СЗМ // Перспективные технологии. 1996. Т. 3. Вып. 21, С. 1−12.
Устройство для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума и способ его эксплуатации (варианты) : пат. 2372259 Рос. Федерация / Блинов В. В., Зворыкин Л. Л., Иванов А. И., Игнатьев А., Машанов В. И., Никифоров А. И., Преображенский В. В., Пчеляков О. П., Соколов Л. В.; заявл. 12.05.2008 ; опубл. 10.11.2009. Бюл. № 31.
Блинов В. В., Зворыкин Л. Л., Иванов А. И., Игнатьев А., Машанов В. И., Никифоров А. И., Преображенский В. В., Пчеляков О. П., Соколов Л. В. Устройство для молекулярной лучевой эпитаксии материалов в космическом пространстве и наземный стенд имитатор для испытания устройства // Материалы 18 научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». 2011. С. 393−396.
Пчеляков О. П. и др. Полупроводниковые вакуумные технологии в космическом пространстве: 234 № 4 (26) 2018 Том 2 2618-7957 история, состояние, перспективы // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. № 6. С. 69−76.
Блинов В. В., Коношенко В. П., Алямовская В. А., Иванов А. И., Игнатьев А., Машанов В. И., Никифоров А. И., Преображенский В. В., Пчеляков О. П., Соколов Л. В. Установка МЛЭ для выращивания полупроводниковых пленок и её интеграция на РС МКС // Материалы 20-й научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». 2013. С. 298−301.
Симонов А.Н. и др. Атмосфера, создаваемая космическим аппаратом, и ее влияние на работоспособность бортовой аппаратуры. Модель космического пространства. Под ред. акад. С.Н.Вернова, т.2, М., НИИЯФ МГУ, 1983, с.244-309
Акишин А.И., Дунаев Н.М.,. Константинова В.В Собственная атмосфера космических аппаратов и ее влияние на бортовые приборы, и технологию в космосе. Космическое материаловедение и технология. М, Наука.1977,с.65-77.
Акишин А.И., Новиков Л.С.. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. М., Знание, 1983/4, с.64
Акишин А.И., Новиков Л.С., Черник В.Н. Воздействие на материалы и элементы оборудования космических аппаратов вакуума, частиц ионосферной плазмы и солнечного у/ф - излучения. В кн. Новые наукоемкие технологии в технике. Энциклопедия под ред.
Дунаев Н.М., Акишин А.И., Константинова В.В.. Рассеяние света средой, создаваемой космическим аппаратом // Космические исследования, 1972, т. Х, вып.4, с.580-588
Балашов В.В., Иванов А.И., Максимов И.А. и др. Контроль радиационной обстановки на высокоапогейных космических аппаратах // Космонавтика и ракетостроение. 2003. Т. 30. № 1. С. 95–101.
Гарипов Г.К., Хренов Б.А., Лубсандоржиев Б.К. и др. Фотоэлектронные умножители в фотоприемнике орбитального детектора флуоресцентного излучения ШАЛ // ПТЭ. 2005а. № 1. С. 108–111.
Садовничий В.А., Панасюк М.И., Бобровников С.Ю. и др. Первые результаты исследования космической среды на спутнике «Университетский–Татьяна» // Космич. исслед. 2007. Т. 45. № 4. С. 291–305.












21