Программа НПИ КНТС ЦНИИМАШ

Программа НПИ

Долгосрочная программа научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на РС МКС

Тип: Российская

Состояние: Выполняется

Начало: 01.01.1999

Окончание: 31.12.2024

Положения:

Исследования на борту РС МКС проводятся в соответствии с «Долгосрочной программой научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС», сформированной под эгидой КНТС Роскосмоса.

Настоящая «Долгосрочная программа научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС» (далее Программа) является обновленной версией Программы выпуска 2012 года. Программа определяет состав экспериментов и исследований, планируемых к реализации на МКС с учётом ограничений, накладываемых гарантийным сроком существования МКС, длительностью создания новой научной аппаратуры для проведения исследований, ресурсными возможностями МКС.

Новые задачи в области разработки межпланетных автоматических и пилотируемых космических комплексов для дальнейшего освоения Солнечной системы, в первую очередь Луны и Марса, предъявляют дополнительные требования к российским исследованиям на МКС, как для отработки передовых проектно-конструкторских решений в целях модернизации существующих станционных систем, так и разработки новой бортовой аппаратуры и оборудования, способных обеспечивать эффективное выполнение долговременных пилотируемых полетов и выполнение научной программы. Все эти задачи могут быть решены только с помощью широкого внедрения в практику наиболее передовых достижений науки и техники, распространения накопленного опыта и отработанных технических решений в этой области в практику создания исследовательских космических аппаратов нового поколения.

МКС – уникальная и хорошо оснащенная научно-техническая лаборатория для проведения прикладных и фундаментальных исследований по изучению Земли, окружающего космического пространства и вселенной в целом. Она является космической платформой для установки научной аппаратуры и может использоваться как полигон для технологической и методической отработки различного оборудования и методик в космических условиях.

Программа состоит из двух частей и дает представление о целях, задачах, ожидаемых и полученных результатах исследований, назначении и месте расположения исследовательской аппаратуры и является основанием для разработки планов ее реализации в зависимости от имеющихся ресурсов и готовности аппаратуры и документации.

В первой части Программы представлены эксперименты, которые планируются и реализуются на станции и на которые в Координационный научно-технический совет Роскосмоса представлена вся актуализированная заявочная документация в соответствии с ГОСТ Р 52017-2003.

Во второй – эксперименты, реализация которых завершена на борту МКС. В Приложении 1 (справочное) при- ведены эксперименты, выведенные из основного состава Программы версия 2012 года с учетом Дополнений 2013, 2014, 2015 года.

Настоящая версия Программы направлена на отработку ключевых элементов перспективных космических систем, отработку новой технологической и приборной базы, создание упреждающего научно-технического задела по новым материалам, базовым элементам и схемотехническим решениям для различных космических комплексов и бортовой аппаратуры, осуществление образовательных и популяризаторских проектов, безопасность космических полётов, проведение фундаментальных исследований.

Эксперименты в Программе сгруппированы по следующим направлениям научно-технических исследований:

1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса.

2. Исследование Земли и Космоса.

3. Человек в космосе.

4. Космическая биология и биотехнология.

5. Технологии освоения космического пространства.

6. Образование и популяризация космических исследований.

Особенности:

Пилотируемые орбитальные комплексы обладают рядом особенностей, которые должны учитываться при планировании исследований на борту станции. В их число входят:

• возможность ремонта и обслуживания комплекса целевых нагрузок;
• использование космонавтов как объектов исследований;
• доставка и возвращение грузов во время полета станции;
• периодические изменения режимов микрогравитации;
• изменяющаюся атмосфера вокруг станции;
• значительная масса и объем станции.

Оценка реализуемости прошедших отбор исследований с точки зрения технических возможностей РС МКС проводилась по нижеперечисленным критериям:

• научная или экономическая целесообразность выполнения исследований на борту РС МКС;
• научная или техническая значимость ожидаемых результатов;
• корректность предложенного плана исследований;
• реализуемость задачи в части возможности создания измерительных средств, обработки и интерпретации измерений;
• приоритетность поставленной задачи среди других предложений на эту же тему.

Направления НПИ КНТС ЦНИИМАШ:

1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса

Цель: Целью исследований направления является изучение в условиях микрогравитации различных физических и химических процессов, исследования в области космического материаловедения для получения новых материалов, материалов и веществ с недостижимыми или труднодостижимыми в наземных условиях свойствами, исследования в интересах модернизации наземных технологий, исследования для создания опережающего научно-технического и технологического задела для ряда ключевых технологий и технических средств в интересах создания перспективных пилотируемых космических комплексов и автоматических космических аппаратов для исследования, освоения и использования космического пространства.

Основные положения:

Данное научное направление обязано своим возникновением особым условиям, сопровождающим полёт МКС в космическом пространстве. В первую очередь это связано с условиями микрогравитации орбитального полёта и таким значением вакуума, которое на наземных установках получить практически невозможно. Эти условия позволяют получать в космосе материалы и вещества с недостижимыми или труднодостижимыми в наземных условиях свойствами.

По этому направлению планируются и реализуются исследования и эксперименты в следующих областях:

-процессы получения новых материалов;

-физика горения и синтеза в условиях космоса;

-физика жидкости, фазовых переходов и явления переноса;

-исследование упорядоченных плазменно-пылевых структур.

Исследования в области образования и роста кристаллов направлены на получение новых фундаментальных знаний о процессах кристаллизации в условиях отсутствия силы тяжести, разработку эффективных методов управления процессами переноса в объеме расплава и у фронта кристаллизации с помощью магнитных полей и вибрационных воздействий, которые могут позволить получать монокристаллы полупроводников и диэлектриков, обладающих высокой однородностью и совершенной структурой. Конечная цель таких исследований – получение на МКС и перспективных обслуживаемых на орбите технологических космических аппаратах монокристаллов сложных полупроводниковых соединений и оксидных монокристаллов для нужд микро- и оптоэлектроники, лазерной техники, создания датчиков радиации и т.д., а также совершенствование наземных технологий производства этих и других материалов, создание на этой основе перспективных технологических процессов для их производства в космосе. Такие исследования позволят установить области применения кристаллов фуллеренов в современных технологиях и технике будущего, выявить особенности затвердевания металлов и сплавов при высокоскоростной кристаллизации в условиях микрогравитации.

Получение различных белковых кристаллов позволит определить структуру этих белков с высоким уровнем разрешения, что находит применение в первую очередь в фундаментальной и прикладной медицине, биологии, фармацевтике.

Полимерные структуры, полученные в космосе, в силу отсутствия конвекции и седиментации позволят более точно определить ряд констант реакции полимеризации, в перспективе могут дать технологию создания герметичных крупногабаритных отверждаемых конструкций в космосе.

Использование в составе РС МКС оборудования в виде экрана позволяет получить зону в форме усеченного конуса, ориентированного перпендикулярно набегающему потоку остаточной атмосферы, и достигнуть уровня вакуума до 10-11-10-15 мм. рт. ст., что является основным условием реализации процесса молекулярно-лучевой эпитаксии для получения гетероэпитаксиальных структур полупроводниковых материалов с характеристиками, превосходящими аналогичные образцы, синтезированные в наземных лабораториях.

Условия длительной микрогравитации позволяют проводить исследования по изучению её влияния на процессы высокотемпературного синтеза и формирование структуры продуктов с целью получения тугоплавких материалов с уникальной структурой, пен или зернистых каркасов, которые являются эффективными теплоизолирующими материалами для применения в космической технике, а также решать технологические задачи по монтажу, демонтажу и ремонту.

Программа исследований по физике жидкости, фазовым переходам и явлениям переноса, физике критического и околокритического состояния вещества, а также физике низких температур имеет целью получение новых фундаментальных и прикладных знаний, решение задач управления конвективными потоками в жидкостях и проблем создания новых теплообменных и криогенных аппаратов для нужд космической техники.

Изучение физических процессов и явлений, происходящих в комплексной плазме, открывает качественно новую область космических исследований, имеющих отношение к фундаментальным проблемам формирования звезд и планет. Комплексная плазма представляет собой низкотемпературную плазму, состоящую из ионизированного газа, нейтрального газа и заряженных пылевых частиц микронного размера. При определённых условиях, комплексное взаимодействие между этими частицами и ионами плазмы приводят к их самоорганизованному упорядоченному состоянию, по структуре во многом аналогичному естественным кристаллам, однако легко наблюдаемому в обычный микроскоп. В земных условиях сила тяжести заставляет макрочастицы оседать из-за их относительно большой массы, что приводит к искажению кристаллической структуры плазменного кристалла. В условиях микрогравитации на борту МКС возможно получение более протяженных и однородных трехмерных плазменно-кристаллических структур, что позволяет выявить уникальные особенности их формирования и строения.

В настоящее время в развитие новых тематических направлений прорабатываются вопросы организации фундаментальных, научно-прикладных и экспериментальных работ по созданию опережающего научно-технического задела по ключевым элементам и технологиям для создания перспективных пилотируемых комплексов и автоматических космических аппаратов для полётов за пределы околоземного пространства - к Луне, Марсу, астероидам и другим планетам и телам Солнечной системы, для исследования, освоения и использования космического пространства в интересах земной цивилизации.

2. Исследования земли и космоса

Цель: Цель направления - изучение физических процессов, происходящих на поверхности, в атмосфере и ионосфере Земли, изучение ближнего и дальнего космоса.

Основные положения

Одним из важнейших направлений применения космической техники для решения социально-экономических и научных задач является в настоящее время создание и развитие космических средств и технологий наблюдения Земли. По результатам таких наблюдений обнаруживаются, отождествляются и классифицируются физические объекты, фиксируется состояние и осуществляется мониторинг природохозяйственных объектов и процессов, связанных с природоохранной деятельностью, прогнозированием погоды, неблагоприятных и опасных гидрометеорологических явлений. Спутниковые наблюдения необходимы для оценки масштабов чрезвычайных ситуаций и принятия адекватных мер по минимизации причиняемого при их возникновении ущерба и уменьшению их последствий, для контроля за эффективностью производственных процессов, связанных с природопользованием, для изучения эволюции Земли и изменений окружающей среды и климата.

Исследование Земли из космоса с МКС осуществляется по следующим основным направлениям:

• исследование атмосферы и подстилающей поверхности;
• экологические исследования;
• изучение и диагностирование природных и техногенных катастроф;
• развитие новых методов и методик дистанционного зондирования;
• калибровка и интеркалибровка измерительной аппаратуры, валидация результатов обработки экспериментальных данных;
• развитие новых технологий обработки и хранения информации, обмена данными.

Важной составляющей программы являются исследования по геофизике и изучению ОКП в том числе - изучение космической погоды, влияющей на торможение МКС, на функционирование наземных и космических технических систем, радиационную обстановку в ОКП и т.д. В рамках этого направления предполагаются наблюдения Солнца и солнечной активности, как основного источника формирования космической погоды в ОКП.

В солнечной физике на сегодняшний день существует целый ряд нерешенных фундаментальных задач, представляющих большой научный интерес. К наиболее известным из них можно отнести проблему коронального нагрева, механизмы развития вспышек и эруптивных процессов, формирование высокотемпературной плазмы в активных областях. Кроме того, актуальным направлением современной солнечной физики является прогнозирование геоэффективных процессов в атмосфере Солнца. Для исследования перечисленных научных задач необходимо проведение телескопических и спектроскопических наблюдений Солнца в широком энергетическом диапазоне.

В связи с отсутствием отечественных регулярных внеатмосферных наблюдений ультрафиолетового излучения Солнца, важного для формирования ионосферы, озоносферы (и в целом средней атмосферы и термосферы Земли) целесообразно проводить его мониторинг на МКС.

МКС является эффективным инструментом по изучению вертикального распределения температуры и плотности воздуха, вертикальных профилей спектра загрязняющих примесей в атмосфере Земли, в том числе тонкой слоистой структуры вертикального распределения озона и аэрозоля, а также пространственного распределения приземной двуокиси азота и других составляющих компонент атмосферы. Кроме того, необходимо продолжить исследования направленных на изучение и диагностирование природных и техногенных катастроф которые в дальнейшем должны проводиться по отдельной межведомственной целевой программе.

Технические и аппаратурные возможности МКС позволяют проводить исследования по изучению различных проявлений атмосферного электричества. Особый интерес последнее время вызывает изучение «экстремальных» вспышечных событий: самых мощных источников

УКВ излучения в земной атмосфере - компактных межоблачных разрядов, спрайтов, покрывающих большие пространства в стратосфере и мезосфере, а также синих джетов. Специально для проведения полномасштабных исследований указанных выше явлений был разработана микроспутниковая платформа «Чибис», запуск которой также осуществляется с использованием инфраструктуры РС МКС.

Установка на борту РС МКС радиоприемной аппаратуры навигационного диапазона позволит использовать радиосигналы спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС и наземных передатчиков для отработки комбинированного метода радиозондирования ионосферы и выполнить исследования, направленные на решение задач повышения точности позиционирования пользователей навигационной системы ГЛОНАСС.

Активные методы изучения ионосферы и использование ионосферы как естественной плазменной лаборатории позволят изучить возможности формирования магнитосферного волновода для создания электромагнитного канала коммуникационной связи, оценить предельные техногенные нагрузки на ионосферную среду, выяснить эффекты нагрева ионосферы и инициирования геофизических явлений мощными радиопередатчиками и специальными нагревными стендами, изучить эффекты воздействия выбросов двигательных установок МКС на ионосферу и происходящие при этом релаксационные процессы в ионосферной плазме. Изучение плазменно-волновой обстановки в окрестности самой станции позволит понять фоновые условия для проведения других электромагнитных экспериментов и ограничения на точность проводимых измерений.

Эксперименты в рамках астрофизических и фундаментальных физических проблем дают значительный вклад в развитие представлений о структуре вещества Вселенной, о высокоэнергетических процессах, протекающих в космических объектах. Проведение аналогичных экспериментов с помощью наземных установок невозможно по принципиальным ограничениям из-за влияния атмосферы. Важно отметить, что проведение космического эксперимента позволяет достичь равномерного наблюдения всей небесной сферы в космических лучах предельно высоких энергий с помощью одного прибора, что недостижимо для наземных детекторов. Это делает возможным исследование анизотропии космического излучения на новом уровне и провести верификацию различий в данных наземных экспериментов.

В области гамма-астрономии разрабатываются проекты, направленные на измерение фоновых и вспышечных потоков линейчатого гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,2 до 2,0

МэВ с помощью нового, не имеющего аналогов в практике космических исследований типа прибора - газовой ионизационной камеры с ксеноном при высоком давлении и исследование первичного гамма-излучения высокой энергии - от 1 до 1000 ГэВ.

Астрофотометрия решает три основные методические задачи: измерение блеска различных небесных объектов в единой шкале звездных величин, исследование изменения во времени величины потока световой энергии и изучение распределения энергии в спектре небесных объектов. В результате астрофотометрических измерений решается широкий круг проблем астрономии и астрофизики. В их числе определение галактических расстояний и изучение строения и эволюции Галактики, проблемы внутреннего строения и эволюции звезд и много другое.

Полученные результаты дадут ценную информацию о наблюдаемых объектах для астрономических исследований вообще и для астрофизики в частности, а также позволят создавать звездные каталоги для прикладных применений.

Целью исследования космических лучей является систематическое получение детальных энергетических спектров тяжелых ядер космических лучей внутри магнитосферы Земли в различные периоды солнечной активности с целью установления природы частиц (солнечного, галактического, магнитосферного или другого происхождения) путем сравнения с данными других экспериментов, выполненных на орбитах с различным наклонением внутри и вне магнитосферы при краткосрочных и длительных экспозициях.

Исследования частиц высоких энергий, рождающихся во Вселенной - чрезвычайно бурно развивающееся направление в связи с актуальными проблемами их происхождения. Результаты этих исследований закладывают основу нового направления исследования космических лучей высоких энергий с помощью космических аппаратов. Результаты исследований имеют первостепенное значение для понимания структуры Вселенной, развития её во времени и будут востребованы институтами и организациями, изучающими астрофизику и космологию. Результаты исследования в этой области будут иметь большое значение для физики элементарных частиц, физики высоких энергий и, в конечном счёте, для поиска новых источников энергии.

Поскольку размещение приборов и инструментов в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна, открывается возможность получить, например, полное изображение видимого полушария Луны в рентгеновских, ультрафиолетовых и инфракрасных лучах. Благодаря отсутствию атмосферы разрешающая способность таких инструментов в 7 – 10 раз больше, чем у аналогичных приборов, расположенных на Земле. Подобная информация окажется весьма полезной при предварительном выборе областей, обогащенных специфическими природными ресурсами (например, иридием), для последующих более детальных исследований. В качестве успешного изучения лунной поверхности с низкой околоземной орбиты можно привести результаты лунно-планетной программы космического телескопа «Хаббл».

Исследования возможностей построения инструментов с разделенными элементами являются необходимой частью (этапом) создания таких сверхбольших инструментов, как телескоп Френеля, который может быть использован для изучения экзопланет, исследования поведения материи в экстремальных условиях и др.

3. Человек в космосе

Целями данного направления исследований являются получение новых данных, необходимых для совершенствования системы медицинского обеспечения пилотируемых космических полетов, включая перспективные полеты на Луну и Марс, решение фундаментальных проблем в области науки о жизни.
Основные положения: Эксперименты по направлению «Человек в космосе» включают исследования в области космической медицины, физиологии, психологии, психофизиологии, радиационнофизические исследования и позволяют изучать влияние гравитации во всем ее диапазоне и других факторов космического полета на функционирование различных систем организма (сердечно-сосудистую, дыхательную, иммунную системы, водно-солевой обмен и его гормональную регуляцию и т.п.), взаимоотношения в экипаже, операторскую деятельность и др.

Приоритетными направлениями исследований в области космической физиологии и медицины являются изучение процессов адаптации и функциональных резервов человека в условиях полета, воздействия его факторов на различные функциональные системы организма. Их результаты используются для разработки новых и модернизация существующих принципов, методов и средств диагностики и прогнозирования состояния здоровья и работоспособности членов экипажа, профилактики возможных нарушений и лечения заболеваний.

Исследования по космической психологии и психофизиологии направлены на изучение особенностей группового и межгруппового взаимодействия, психического и психофизиологического состояния космонавтов, сохранности их профессиональных навыков. Их результаты будут служить основой для разработки и создания принципов, методов и средств бортового мониторинга и коррекции психического состояния членов экипажа, поддержания операторской деятельности и психологической поддержки, совершенствования системы отбора и подготовки космонавтов для перспективных полетов.

Радиационно-физические и радиобиологические исследования по оценке радиационной обстановки в жилых отсеках РС МКС в период длительных космических полетов направлены на совершенствование методов оперативного прогноза дозовых нагрузок на человека с целью обеспечения радиационной безопасности экипажа.

В целом прикладные и фундаментальные исследования по направлению «Человек в космосе» отвечают задачам дальнейшего освоения человеком космического пространства.

К приоритетным направлениям исследований на ближайшую перспективу относятся:

• определение допустимых пределов развития адаптационных перестроек, развивающихся в организме под воздействия факторов космического полета, в рамках которых эти изменения поддаются корректировке, обратимы и безопасны;
• повышение информативности методов диагностики и прогнозирования состояния здоровья, психоэмоционального статуса членов экипажа, их работоспособности;
• совершенствование методов и средств стабилизации и управления состоянием экипажа, профилактики возможных нарушений и лечения заболеваний, в том числе с использованием телемедицинских технологий;
• разработка методов и средств, направленных на оптимизацию психофизиологического состояния и профессиональной деятельности космонавтов;
• совершенствование методов и средств радиационного мониторинга и прогнозирования радиационной обстановки;
• медицинские и психологические аспекты обеспечения эффективности и безопасности космических полетов на Луну и Марс.

4. Космическая биология и биотехнология

Целями исследований данного направления являются изучение особенностей жизнедеятельности живых организмов (животные, растения, микроорганизмы, клетки) в условиях космического полета, изучение процессов биодеструкции и биодеградации конструкционных материалов станции, особенностей регенерации органов и тканей, межклеточных взаимодействий, экспериментальная отработка базовых технологий получения перспективных биотехнологических продуктов, а также приобретение новых знаний по фундаментальным проблемам наук о жизни.

Основные положения: Одной из важных проблем космической биологии является разработка принципов, методов и средств обеспечения нормальной жизнедеятельности человека при полетах в дальний космос. В этой связи безусловный интерес представляют исследования процессов онтогенетического развития и органо- и онтогенеза у высших гетеротрофных организмов (птицы, рыбы, растения и т.п.) в условиях длительного космического полета для решения фундаментальных проблем общей биологии, биологии развития и гравитационной биологии и практических задач, связанных с созданием перспективных систем жизнеобеспечения экипажей на основе биологического круговорота веществ, в частности, космических оранжерей, с целью пополнения рациона питания космонавтов свежей растительной пищей и частичной регенерации атмосферы. Возрастание продолжительности пилотируемых полетов, увеличение объема работ, усложнение операторских задач повышают риск несчастного случая и получения различного рода травм, требующих хирургического вмешательства у членов экипажа. В связи с этим изучение процессов регенерации поврежденных органов и тканей у животных будет представлять практический интерес для медицинского обеспечения космических полетов.

В целом исследования в области космической биологии направлены на отработку технологий для создания комплексных биолого-технических систем жизнеобеспечения экипажей, совершенствование методов и средств защиты оборудования космических аппаратов от биоповреждений, уточнение санитарно-гигиенических нормативов и др. и имеют важное значение как для медико-биологического обеспечения пилотируемых комических миссий, так и для решения общебиологических проблем влияния факторов космического полета на организм и его системы.

Исследования по космической биотехнологии предусматривают изучение влияния факторов космического полета на биообъекты, экспрессию ими биологически активных веществ, особенностей протекания биотехнологических процессов в условиях микрогравитации, получение высокопродуктивных штаммов, рентгеноструктурный анализ кристаллов белков и т.п. В перспективе результаты этих исследований будут положены в основу создания на космических комплексах производств для получения высокоочищенных и высокоэффективных биопрепаратов, в том числе препаратов профилактического и лекарственного назначения.

Анализ результатов, полученных в области космической биотехнологии при реализации предыдущих проектов, позволил определить следующие перспективные задачи для проведения работ на МКС:

-получение кристаллов белков, пригодных для рентгеноструктурного анализа и последующего создания лекарственных препаратов нового поколения;

-наработка ценных уникальных особо чистых биопрепаратов;

-культивирование клеточных культур и получение биообъектов с нужными свойствами для использования их в интересах медицины и ветеринарии;

-исследование биотехнологических процессов производства медицинской и биотехнологической продукции с целью разработки базовых технологий получения биопродукции в условиях орбитального полета, а также совершенствования соответствующих наземных производств;

Основной базой для проведения исследований по космической биотехнологии являются обитаемые космические станции.

Конечной целью исследований по космической биотехнологии является создание на орбитальных космических комплексах производств для получения высокоочищенных и высокоэффективных биопрепаратов. Пока это отдаленная перспектива, так как к настоящему времени наука не располагает необходимым набором знаний и комплексом технологического оборудования, приспособленного функционировать в условиях микрогравитации.

5. Технология освоения космического пространства

Целью данного направления исследований является отработка и совершенствование космической техники и ее составных элементов, а также освоение новых космических техно- логий в обеспечение повышения целевой и эксплуатационной эффективности РС МКС, а так- же отработка ключевых элементов перспективной космической инфраструктуры в интересах освоения космоса.

Основные положения:

В настоящее время основными направлениями технических исследований, реализуемых в России, являются новые технологии создания наземно-бортовых космических систем, космических аппаратов и исследовательской аппаратуры, а также обеспечение надежности, снижение риска при полетах и проведении научных исследований.

К первому направлению «Новые технологии создания наземно-бортовых космических систем, космических аппаратов и исследовательской аппаратуры» можно отнести следующие области исследований:

- отработка новых систем, космических аппаратов, кораблей и станций и исследо- вательской аппаратуры;

- исследование стойкости новых материалов;

- отработка новых методов управления и контроля;

- отработка новых принципов создания космической техники;

- создание робототехнических устройств и др.

Ко второму направлению «Обеспечение надежности, снижение риска при полетах и проведении научных исследований» относятся следующие области исследований:

- исследования динамических характеристик и уровней нагружения конструкции;

- контроль внешней атмосферы станции;

- исследования микрометеоритной и техногенной обстановки на орбите полета;

- исследования физических условий, возникающих на станции и др.

Пилотируемая космонавтика связана, прежде всего, с определёнными рисками, поскольку используется в ней сложная техника, которая должна обеспечивать существование человека в экстремальных условиях – условиях космического полёта. Поэтому основными задачами экспериментов этого направления является отработка средств снижения риска полетов на МКС и на последующих перспективных пилотируемых космических комплексах, а также создание оптимальных технических условий для их целевого использования и проведения научных исследований.

Технические эксперименты на РС МКС в этом контексте направлены на изучение и уточнение характеристик конструкции орбитального комплекса в целом, условий его эксплуатации, исследование характеристик конструкционных материалов и покрытий, изменяющихся с течением времени под воздействием факторов космического пространства на орбите МКС, всестороннюю отработку средств автоматизации и роботизации космических исследований, а также освоение новых космических технологий.

Большое влияние на работоспособность космических материалов оказывают факторы космической среды: космическая пыль, потоки атомарного кислорода, продукты собственной внешней атмосферы КА, заряженные частицы средних и высоких энергий, входящие в состав радиационных поясов Земли, космического корпускулярного излучения солнечного и галактического происхождения. Экспериментальные исследования в области космического материаловедения направлены на получение исходных данных о реальных условиях эксплуатации материалов космического назначения и исследование свойств перспективных материалов в открытом космическом пространстве.

Важным фактором функционирования МКС на околоземной орбите является образование вокруг станции весьма плотной собственной внешней атмосферы. Под действием ионизирующих потоков и электрического поля высоковольтных солнечных батарей в СВА возникает плазменное окружение станции с весьма неоднородными нестационарными распределениями плотности и электромагнитного поля. Размеры плазменного окружения превышают размеры станции, а плотность в ней может быть на порядки больше плотности ионосферы на высоте орбиты. Интенсивные электрофизические процессы вблизи МКС могут влиять на динамику полета, на работу систем радиосвязи, навигационного и оптического оборудования, усиливают деградацию поверхности элементов станции. Поэтому исследование процессов в плазменном окружении МКС и их влияния на надежность работы космического комплекса является актуальной и практически необходимой задачей.

Освоение ближнего и дальнего космоса предполагает и освоение новых технологий, совершенствование методов и средств строительства, ремонта и технического обслуживания КА. Создание технологического задела проводится с учётом опыта создания и эксплуатации орбитальных станций. В первую очередь осваиваются технологии для отработки ключевых элементов перспективной пилотируемой инфраструктуры: трансформируемые модули и конструкции, перспективные системы обеспечения безопасности и жизнедеятельности комплексов в целом, а также технологии по созданию и отработке мехатронных и робототехнических систем, в том числе новые типы механических, электрических, информационных интерфейсов, беспроводные технологии передачи данных и т.п.

Новые задачи в области разработки межпланетных автоматических и пилотируемых космических комплексов для дальнейшего освоения Солнечной системы, в первую очередь Луны и Марса, робототехнических космических средств и систем нового поколения требуют продолжения технических исследований на РС МКС, как для отработки передовых проектно-конструкторских решений в целях модернизации существующих станционных систем, так и разработки новой бортовой аппаратуры и оборудования, способных обеспечивать эффективное выполнение долговременных пилотируемых полетов.

Одной из приоритетных задач этого направления является отработка технологий осво- ения космического пространства, более удалённого, чем низкие околоземные орбиты. В частности, в первую очередь должны осваиваться технологии для создания ключевых элементов перспективной пилотируемой инфраструктуры, а также отработка в космосе элементов ключевых составляющих перспективных энергодвигательных установок КА. Отработка технологий создания и эксплуатации в космосе крупногабаритных разворачиваемых несущих конструкций и систем обеспечения теплового режима КА с высокой энерговооружённостью.

6. Образование и популяризация космических исследований

Цель направления исследований - популяризация космических исследований и пропаганда достижений российской космонавтики, проведение научных экспериментов и тематических уроков из космоса в интересах образования.

Основные положения:

РС МКС является уникальной лабораторией, находящейся в реальных условиях воздействия факторов космического пространства. Орбитальная станция предоставляет возможность не только наглядно и в простой форме объяснять подрастающему поколению, включая школьников и студентов различных учебных заведений, что мы делаем в космосе, в популярной форме представить достижения космонавтики и где реально эти достижения найдут своё применение, но и стать участниками проведения космических экспериментов.

Программа исследований по этому направлению включает эксперименты по следующим областям:

-пропаганда и популяризация научных знаний;

-научно-образовательные и демонстрационные эксперименты;

-научно-технические образовательные эксперименты;

-участие в международных космических проектах.

Популяризация науки - одна из самых важных задач, стоящих перед популяризаторами науки. Важную роль в этом процессе играет привлечение внимания общественности к той или иной области науки, предвосхитившей и вдохновившей множество научных открытий.

Учёные, как носители научных знаний, заинтересованы в их сохранении, развитии и приумножении, чему способствует приток в науку молодёжи. Популяризация науки увеличивает количество людей, интересующихся наукой благодаря стимуляции интереса к ней. В первую очередь нужно популяризировать те области науки и техники, которые уже полностью понятны. В большей степени это относится к естественным наукам, что способствует распространению знаний о физических законах и природных явлениях в современной, наглядной, интересной и доступной форме.

Программа постановки образовательных космических экспериментов на борту РС МКС ориентирована как на поддержку и развитие творческих способностей талантливой молодёжи, так и на разработку и внедрение новых образовательных стандартов и программ, в первую очередь в области использования результатов космической деятельности. Она опирается на применение современных технологий и инноваций при использовании результатов образовательных космических экспериментов в образовательном процессе. Эта программа учитывает наличие нерешенных проблем, которые сформулированы в Концепции модернизации российского образования и приоритетных направлениях развития образовательной системы.

Реализация демонстрационных экспериментов, разработанных на основе имеющегося научно-технического задела в области космической деятельности, в том числе, результатов завершенных научно-прикладных экспериментов на РС МКС, электронных учебных пособий и методик по изучению общеобразовательных и специальных предметов с использованием новых знаний, полученных в результате космической деятельности, позволит:

-разработать и провести на борту РС МКС на постоянной основе серию образовательных экспериментов с участием школьников и студентов в целях наглядной демонстрации и изучения особенностей и свойств физических процессов и явлений в околоземном космическом пространстве, природных явлений и жизнедеятельности организмов на Земле;

-получить исходные данные для разработки и создания спутниковой образовательной системы, предусматривающей участие школьников и студентов как в процессе проектирования и отработки самой системы и её основных элементов, так и в процессе её эксплуатации (приёме и обработке информации о работе бортовых систем космического аппарата, научного и экспериментального оборудования, аппаратуры наблюдения Земли из космоса);

-повысить качество подготовки молодых специалистов и научных работников аэрокосмического профиля;

-повысить конкурентоспособность выпускаемых специалистов на рынке труда;

-увеличить число выпускников вузов, ориентированных на работу после окончания вуза на предприятиях аэрокосмической отрасли и других высокотехнологичных отраслях промышленности;

-повысить мотивации со стороны студентов проходить целевую подготовку по актуальным научным и техническим направлениям для работы на предприятиях отрасли; ??повысить научный и педагогический уровень профессорско-преподавательского состава;

-ввести в общее и высшее образование космическую компоненту;

-использовать возможности космических систем для обеспечения преподавания дисциплин естественнонаучного профиля;

-популяризировать достижения космонавтики и повысить престиж космической деятельности.