Центральный научно-исследовательский
институт машиностроения
EN RU

Новости

Первый успешный физический эксперимент на МКС

17.05.2021

Весной 2001 года на Международной космической станции (МКС) был проведен первый сеанс российско-германского космического эксперимента «Плазменный кристалл» на научной аппаратуре «Плазменный кристалл — 3», который был первым физическим экспериментом на МКС. Его целью являлось исследование фундаментальных свойств комплексной (пылевой) плазмы в условиях микрогравитации.

Его научное руководство осуществлялось совместно директором Объединенного института высоких температур Российской академии наук академиком Владимиром Фортовым и директором Института внеземной физики Общества имени Макса Планка профессором Грегором Морфиллом. Роскосмос обеспечивал доставку научной аппаратуры и проведение экспериментов на борту МКС, Германское аэрокосмическое агентство финансировало разработку и создание научной аппаратуры, а также её техническое сопровождение.

Отличительной особенностью комплексной плазмы является присутствие в ней сильно заряженных пылевых частиц микронного размера, что приводит к ряду качественно новых явлений. Наиболее ярким из них является самоорганизация заряженных пылевых частиц и образование упорядоченных структур — «плазменной жидкости» и «плазменного кристалла». Формирование структур вызвано наличием значительного электрического межчастичного взаимодействия и сравнительно низкой кинетической энергии самих микрочастиц. Подсвеченные лазером пылевые частицы легко регистрируются видеокамерами для проведения дальнейшего детального анализа

Первый сеанс космического эксперимента «Плазменный кристалл» проводили российские космонавты первого экипажа МКС Сергей Крикалёв и Юрий Гидзенко при поддержке командира экипажа Уильяма Шеппарда. Проведение экспериментов с комплексной плазмой в условиях микрогравитации позволило наблюдать и исследовать целый ряд явлений, которые принципиально невозможно получить в условиях земных лабораторий. Среди них: в первых же сеансах впервые было обнаружено формирование трёхмерных упорядоченных структур с гранецентрированной и объёмно-центрированной решетками, возникновение самовозбуждающихся плазменно-пылевых волн, солитоноподобных и ударных волн в пылевой компоненте, коагуляция заряженных пылевых частиц.

Сергей Крикалёв вспоминает об эксперименте, как о наглядном и очень интересном: «Эксперимент „Плазменный кристалл“ запомнился, прежде всего, тем, что стал самым первым проведённым на МКС физическим экспериментом. Было очень интересно. И ещё запомнились слова Владимира Фортова о том, что этот эксперимент стал тем редким случаем, когда интереснейшие результаты стали получаться с первой же попытки».

Высокую степень организации и подготовки эксперимента отметил Юрий Гидзенко. Космонавты с теплотой отозвались о высокой подготовке и сплочённости коллектива российских и германских учёных и инженеров. Куратор эксперимента от Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва (сегодня входит в состав Госкорпорации «Роскосмос») Александр Иванов отметил большой вклад в идею и подготовку эксперимента Анатолия Нефедова, который ушел из жизни за несколько недель до начала эксперимента. Имя Нефедова было позже присвоено эксперименту.

На основе полученного опыта в рамках программы «Плазменный кристалл» была создана и в 2006 году доставлена на МКС новая усовершенствованная научная аппаратура «Плазменный кристалл — 3 Плюс». С 2015 года и по настоящее время на МКС успешно работает российско-европейская научная аппаратура нового поколения «Плазменный кристалл — 4» при поддержке Госкорпорации «Роскосмос» и Европейского космического агентства.

К настоящему времени по программе «Плазменный кристалл» опубликовано около 100 работ в высокорейтинговых реферируемых изданиях. Экспериментальные и теоретические исследования комплексной плазмы имеют большое значение для фундаментальной науки. В частности, можно отметить развитие новых теоретических подходов к описанию комплексной плазмы как самоорганизующейся «мягкой» материи. Кроме того, в последнее время мы стали свидетелями бурного роста новых экспериментальных данных о протопланетарных и межзвёздных газово-пылевых туманностях, для описания которых потребуются наработанные данные и методология. Несомненно, и их прикладное значение при оптимизации плазмо-химического синтеза композиционных материалов с заданными свойствами и удалении «вредных» пылевых частиц из технологических устройств — при плазменном травлении и напылении, в камерах токамаков, при освоении Луны и др.

https://www.roscosmos.ru/31077/