Превод: Е. Маламова (Elisaveta Malamova)

Холандският астронавт Андре Кюпърс вижда Земята през люка на МКС Снимка предоставена от ESA/NASA

В първата от две статии, Шамин Хартевелт-Велани и Карл Уолкър от Европейската Космическа Агенция ни отвеждат на едно кратко пътешествие до Международната космическа станция.

Какво представлява Международната космическа станция

Представете си подредени в матрица блестящи слънчеви панели, разперени на около 100 метра от централната опора. Нa различни места по дължината на опората са прикрепени херметизирани цилиндрични модули. Астронавти живеят и работят вътре в тези модули. Някои от модулите са лаборатории; други осигуряват жизнено пространство за екипажа, включително кухня и пространство за спорт. Допълнителни модули осигуряват пространство за съхранение на вода, храна, апаратура, системи за поддържане на жизнените параметри, за рециклиране на въздух и вода, а също и санитарно помещение. Разклонения свързват различните модули и осигуряват каналите за скачване на транспортните средства, пристигащи от Земята.

Научна фантастика ли е това? Съвсем не. Тази удивителна структура е вече факт от 20 Ноември 1998г., когато първият блок, наречен „Заря” (на руски означава „Изгрев”), беше изстрелян в орбита от Руската ракета „Протон”, от космодрума Байконур в Казахстан. Международната космическа станция (МКС) е най-голямата структура в космоса, построена от човека. В проекта участват Европейската космическа агенция (ESA)w1, Американската агенция по аеронавтика и космически изследвания (NASA)w2, Руската Космическа агенция (Roscosmos)w3, Канадската космическа агенция (CSA)w4 и Японската Агенция по овладяване на космичното пространство (JAXA)w5. За монтажа на станцията се използват роботизирани ръце от Космическата совалка на НАСА и на МКС, а също и астронавтите, които помагат, работейки в открия космос.

На фона на мрака на космоса и земният хоризонт, тази снимка направена от член на екипажа на МКС, показва скачената космическа совалка „Дискавъри” (СТС-120)  и космическият кораб „Съюз” Снимка предоставена от ESA/NASA

Международната космическа станция предоставя уникална възможност за провеждане на изследвания в редица области на науката. В сравнение с по-ранните космически станции, МКС има значително повече възможности за провеждане на редица експерименти, вътре в станцията или в специални външно монтирани лаборатории. Това е така, защото МКС има голям вътрешен обем, повече компютърна мощност, повече електрическа мощност и удължено време на живот, което позволява на учените да провеждат експерименти за дълги периоди с непрекъснат поток от данни.

Гравитацията оказва влияние върху почти всичко, което правим на Земята. В орбита, ефектите на силата на гравитацията почти изчезват и са заместени с условията на микро гравитацията или „безтегловността”. Астронавтите се носят наоколо, способни да пренасят с лекота огромни апаратури. При тези условия учените могат да тестват или да променят съществуващи теории, които могат да доведат до нови открития и напредък на науката.

Пътуване до МКС

От Май 2009г. , Международната космическа станция временно ще бъде управлявана от екипаж от шест астронавта от САЩ, Канада, Япония, Русия и Европейската космическа агенция. Екипажите се разменят през годината, но средно престоят е около шест месеца. Екипажът е съставен от хора от различни националности, като комбинацията зависи от договорености между отделните агенции. Всеки член на екипаж трябва да владее писмен английски и руски език.

Астронавтите Пам Мелрой, командир на СТС-120(вляво); Пеги Уитсън, командир на Експедиция 16; и Стефани Уилсън, специалист на мисията СТС-120, позират за снимка в сервизният модул „Звезда” на МКС, докато совалката „Дискавъри” е скачена със Станцията. Снимка предоставена от ESA/NASA

Екипажът достига до МКС или с руската совалка „Съюз”, изстреляна от Байконур, или с американската космическа совалка „Space Shuttle”, изстреляна от Кейп Канаверал във Флорида, САЩ. Времето за достигане до орбита от Земята е около десет минути. По време на изстрелването на американската космическа совалка има огромни шумове и вибрации, тъй като главните двигатели изгарят течен водород и кислород. След издигането, скоростта бързо намалява и ускорението притиска с огромна сила астронавтите към техните седалки, тъй като ускорението нараства от 1 до 4 пъти земното ускорение – подобно на това при най-бързите влакчета в увеселителен парк.

Совалката бързо достига 10км надморска височина. Температурата пада рязко под нулата и освен това в този момент се отчита най-голямото съпротивление с атмосферата. Докато совалката се извисява още по-високо, хоризонтът се закривява и астронавтите изпитват за първи път мрака на открития космос. След две минути, совалката достига височина 45 км и се движи със скорост около 4.5 пъти по-голяма от скоростта на звука.

След 4 минути, совалката достига височина 130км и се движи със скорост 15 пъти по-голяма от скоростта на звука. Централният резервоар на ракетното гориво е вече празен и се отделя, изгаряйки впоследствие в атмосферата. Главните двигатели са изключени, но совалката продължава да се движи през пространството, защото сега няма никакво съпротивление. Предметите вътре са вече в безтегловност и всичко, което не е пристегнато започва да се носи свободно.

Вибрациите спират и тишина обгръща кораба. Совалката достига скорост от 22 пъти по-голяма от скоростта на звука (около 28 000км/ч) и височина почти 400км. Совалката сега е на същата орбитална равнина, на която е и МКС. Тя започва да следва Станцията – намира се на 10000 км зад и под нивото й, и са необходими 2 дни, за да се осъществи срещата и скачването, да се проверят всички системи и да се приключат проверките. Скачването започва много бавно, с цел да се избегнат аварии/ злополуки.

Научноизследователска работа на борда на станцията

Нашето разбиране за науката за живите организми, физиката и химията е почти изцяло основано на наблюдения и теории, повлияни от винаги съществуващата сила на гравитация. На борда на МКС, научните изследвания се провеждат в условия на безтегловност, което позволява учените да тестват и да изменят съществуващи теории.

Например, свойствата на материалите са определени от тяхната фина структура и повлияни от дефектите, които се образуват главно по време на преходи от течно към твърдо състояние. Този процес се влияе по много сложен начин от гравитацията. Изучавайки втвърдяването в условия на микрогравитация, е възможно да се разбере по-добре как гравитацията влияе на процесите на Земята. Като резултат от тези изследвания в космоса, инженерите могат да подобрят процесите на обработка, използвани на Земята и да произведат по-евтини, по-здрави и по-надеждни образци.

Изглед от МКС, заснет през ноември 2007 от американската космическа совалка Снимка предоставена от ESA/NASA

Астронавтите също провеждат експерименти в областта на биологията, медицината и физиологията на човека. Дейностите на Европейската космическа агенция в тази област в момента са насочени към изследване на ефекта на гравитацията върху развитието и поддържането на костната тъкан, а също и влиянието на различни лекарства. По-ранните космически полети показаха, че живота в космоса води не само до загуба на костна маса, но също и тази загуба варира от много малко до почти 20% от костните минерали след 6-8 месеца престой в космоса.

Известно е, че загубата на качеството на костите е основен симптом при хора, страдащи от остеопороза на Земята. Същата загуба на костна маса и качество на костна тъкан може да се наблюдава у здрави членове на екипажа. Провеждайки изследвания на тези и подобни проблеми, дава по-добър шанс за тяхното решаване. Научните изследвания през последните десет години имат значителен прогрес, и сега знаем много повече, отколкото преди десет години. Експериментите в космоса ни помагат да разберем процеса на поддържането на костите, и може да помогне на космическия екипаж да поддържа качеството на своите кости, докато прекарва повече време в безтегловна среда.

В следващият брой на „Science in School” четете затова как астронавтите живеят в космоса и как техните тела се адаптират към условията на микрогравитация

Уебсайтове

w1 – За повече информация за Европейската космическа агенция, вж.: www.esa.int. Вижте по-долу информация за образователните средства на ЕКА.

w2 – За повече информация за НАСА, вж.: www.nasa.gov

w3 – За повече информация за Роскосмос, вж.: www.roscosmos.ru

w4 – За повече информация за Канадската космическа агенция, вж.: www.space.gc.ca

w5 – За повече информация за Японската агенция за изследване на космичното пространство, вж.: www.jaxa.jp/index_e.html

Повече

За пълното интервю с Томас Райтер, вж.:

Уормбейн Б. (2007) Завръщане на Земята: интервю с Томас Райтер, Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter/bulgarian

За други подобни статии ,вж.:

Вегенер. А-Л (2008), Лаборатория в космоса: интервю с Бернардо Пати. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/bulgarian

Уилиамс A (2008) Автоматичен транспортен кораб - засилване на позицията на Европа в космоса, Science in School 8: 14-20. www.scienceinschool.org/2008/issue8/atv/bulgarian

Стотици снимки, видео материали и анимация за човешки полети в космоса са достъпни на интернет страницата на ЕКА и могат да се използват за образователни цели:

www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?collection=Human+Spaceflight

ЕКА е подготвила много образователни материали за МКС

Печатно издание на образователен комплект за учители в началния и гимназиални класове е на разположение на всичките 12 езика на ЕКА. Комплектите са посветени на всички дейности, включващи построяването, работата и живота на борда на МКС, и предоставя информация и упражнения за уроци в училище. Те са на разположение за всички учители от страните членки на ЕКА и може да се поръча онлайн от: www.esa.int/spaceflight/education

Интерактивна версия на образователния комплект за МКС може да се намери на: www.esa.int/spaceflight/education

Издаден е последният от четирите DVD уроци за МКС, „Космическа роботика” , включващ теми от програмата на европейските училища по проекта Нулева гравитация (Project Zero Gravity)

Новият диск за физиката, заложена в Автоматичен транспортен кораб, ще излезе в края на годината. Учители могат да поръчат материалите на: www.esa.int/spaceflight/education

ЕКА разработва поредица от онлайн уроци за ученици от началните и гимназиалните курсове: www.esa.int/SPECIALS/Lessons_online

Нов комплект „Космическо изследване 1” за началните училища ще бъде пуснат в продажба през 2008.

Допълнителни подробности по темата и образователни материали:

Образователен сайт на Европейската космическа агенция: www.esa.int/education

Европейската космическа агенция, образователен сайт за пилотирани от човек космически полети: www.esa.int/esaHS/education.html

Shamim Hartevelt-Velani is a secondary-school teacher currently working under contract at ESA’s European Space Research and Technology Centre (ESTEC), in the Directorate of Human Spaceflight. She is the didactics specialist in the education team.

Carl Walker is ESA’s corporate writer and editor, based at ESTEC. He writes and edits a wide range of books and other communications materials about space flight and the European space programme.