© ი.ჟ.ბეზბახი, ვ.ი.სტრელოვი და ბ.გ.ზახაროვი
© კოსმონავტიკის ისტორიის სახელმწიფო მუზეუმი. კ.ე. ციოლკოვსკი, კალუგა
განყოფილება "K.E. ციოლკოვსკი და კოსმოსური წარმოების პრობლემები"
2004 წ

როგორც ხმელეთის, ისე კოსმოსური ბიოტექნოლოგიის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი სფეროა ბიომაკრომოლეკულების კრისტალების მოპოვება, რათა განისაზღვროს მათი სივრცითი სტრუქტურა კრისტალოგრაფიული მეთოდებით და შემდგომში გამოყენებული იქნას მიღებული ინფორმაცია ბიოლოგიური, სამედიცინო და სამრეწველო მიზნებისთვის.

ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში მიღებული იქნა შედეგები ასობით მაკრომოლეკულაზე და ათასობით მათ კრისტალზე, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა კრისტალიზაციის ტექნიკა, მეცნიერება ემპირიულიდან ბიომასალის კრისტალების ზრდის შესახებ სულ უფრო ზუსტი ხდება. თუმცა, კვლევისთვის შესაფერისი ზომისა და ერთგვაროვნების ბიოკრისტალების სტაბილური წარმოება კვლავ პრობლემაა მთელ ამ პროცესში. დღეისათვის კოსმოსურ პირობებში კომერციულად მოყვანილი ცილის კრისტალების დაახლოებით 35% უფრო მაღალი სტრუქტურული ხარისხისაა, ვიდრე დედამიწაზე მსგავსი პირობებით მიღებული. უწონადობის დროს შესაძლებელი გახდა ბიოკრისტალების მიღება, რომლებიც მოცულობითა და გარჩევადობით აღემატება მათ ნებისმიერ ხმელეთის ანალოგის. თუმცა, კრისტალების დარჩენილი 65%, პროგნოზის საწინააღმდეგოდ, უფრო უარესი ხარისხის აღმოჩნდა, ვიდრე მათი ხმელეთის ანალოგი.

ამ მხრივ მნიშვნელოვანია იმის დადგენა, თუ რომელი ფაქტორებია გადამწყვეტი მიღებული ბიოკრისტალების ხარისხში. ბიოკრისტალებში მოლეკულებს შორის სუსტი შემაკავშირებელი ძალების გამო, კრისტალიზაციის პროცესზე როგორც გარე პირობების, ასევე შიდა ფაქტორების გავლენა შეიძლება გადამწყვეტი იყოს. ჩვეულებრივ ითვლება, რომ აუცილებელია გადასვლა წმინდა დიფუზიურ პირობებზე. ეს სრულად მიიღწევა უწონადობაში ექსპერიმენტების ჩატარებისას.

მთავარი უარყოფითი წერტილი, რომელიც გავლენას ახდენს დედამიწაზე ბიომასალების კრისტალიზაციის პროცესზე, არის შემდეგი: ხმელეთის პირობებში, დიფუზიური მასის გადაცემის გარდა, დამახასიათებელია ხსნარში კონვექციური ნაკადების გაჩენა, რომლებიც, თუ ისინი დიდია, შეიძლება ჰქონდეს უკიდურესად უარყოფითი. გავლენას ახდენს ზრდის პროცესებზე და შედეგად მიღებული კრისტალების ხარისხზე. შეინიშნება აგრეთვე კრისტალური ნალექი, რაც არღვევს მათთან გახსნილი ბიომასალის მიწოდების სიმეტრიას და გავლენას ახდენს მათ ფორმაზე. ამავდროულად, ექსკლუზიურად დიფუზიური მექანიზმის გამო ბიომასალის კრისტალიზაციის სხვადასხვა გზით განხორციელების მცდელობები იწვევს ექსპერიმენტისთვის საჭირო დროის მნიშვნელოვან ზრდას და ექსპერიმენტული პირობების სტაბილურობის შემცირებას.

კოსმოსურ პირობებში ეს ნაკლოვანებები აღმოფხვრილია. თუმცა, ვიბრაციული ეფექტები, როგორც წესი, იწყებს მოქმედებას, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია საერთაშორისო კოსმოსური სადგურის ბორტზე. ამასთან, მნიშვნელოვანია მათი გავლენის გზები და კომპენსაციის მექანიზმები.

ბიომასალების კრისტალიზაციის პროცესის შემდგომი შესწავლა მის უკეთ გასაგებად, კრისტალიზაციის მეთოდებისა და აღჭურვილობის გაუმჯობესება, პროცესზე გარე პირობების გავლენის შემცირება და ა.შ. შესაძლებელს გახდის კოსმოსური ექსპერიმენტების ჩატარებას სრულყოფილი ბიოკრისტალების მოპოვებით.

2013 წლის გაზაფხულზე წარმატებით დაასრულეს თავიანთი კვლევითი მისია, "ფოტონის" ჯერი დადგა. გარეგნულად ხომალდები ტყუპი ძმები არიან. მაგრამ სამეცნიერო ამოცანები განსხვავებულია. "Foton-M" ნომერი 4 შექმნილია ორბიტაზე ექსპერიმენტების ჩასატარებლად კოსმოსური ტექნოლოგიის სფეროში ნახევარგამტარების წარმოებისთვის მიკროგრავიტაციაში, ბიოტექნოლოგიაში ახალი ცოდნის მისაღებად უწონობის ფიზიკაში. „ფოტონი“ ორბიტაზე ერთ კვირაში გავა.

ყოველდღიურ ცხოვრებაში არც კი ვფიქრობთ, რომ მარილი, შაქარი, ლითონები, ძვირფასი ქვები კრისტალებია. დღეს არც ერთ ელექტრონულ მოწყობილობას არ შეუძლია მათ გარეშე.

"პირველი კოსმოსური ქარხანა კრისტალების მზარდი. 1976 წელს მასზე ალუმინის-კალიუმის კრისტალები გაიზარდა სადგურ Salyut-5-ზე. არ იყო საჭირო მათი ზრდისთვის განსაკუთრებული პირობები, სპეციალური ტემპერატურა, წნევა, მეცნიერებს სჭირდებოდათ იმის დანახვა, თუ როგორ იყო ეს არარსებობა. გრავიტაცია გავლენას ახდენს ბროლის გისოსებზე და, როგორც ჩანს, მას შემდეგ აქ სხვა რაღაც დარჩა“, - ქსენია ზიმა იკვლევს კრისტალების მზარდი კოსმოსური ინსტალაციის შინაარსს.

ორბიტაზე კრისტალების ზრდის კვლევებმა აჩვენა, რომ ცილები იქ ყველაზე კარგად იზრდება.

"ერთ-ერთი ამოცანაა მივიღოთ ძალიან სუფთა კრისტალები, მივიღოთ ერთგვაროვანი კრისტალები. ცილებისთვის კონვექციის ჩახშობა ხელსაყრელი ფაქტორია. სივრცეში სითხის მოძრაობა ითრგუნება, ამიტომ ისინი უკეთ იზრდებიან იქ", - განმარტავს. ალექსეი ვოლოშინი, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის კრისტალოგრაფიის ინსტიტუტის დირექტორის მოადგილე.

ბაიკონურში კოსმოსურ ხომალდ „ფოტონ-მ“-ში სამეცნიერო აღჭურვილობის დამონტაჟება დასრულდა. დაწყება მალე მოვა. სატელიტის ბორტზე არის ინსტრუმენტი ათობით ექსპერიმენტისთვის კრისტალოგრაფიაში, მასალების მეცნიერებაში, ბიოლოგიასა და მიკრობიოლოგიაში. და ეს მხოლოდ მიმართულებების ნაწილია. ერთი სიტყვით, „ფოტონი“ მეცნიერული იდეების მტევანია.

"უნიკალურობა ის არის, რომ წინა "ფოტონები" ჩვენთან 20 დღეზე მეტი არ დაფრინავდნენ. ეს ფრენა 60 დღეა დაგეგმილი. ეს არის პირველი. მეორე, ამ კოსმოსურ ხომალდს აქვს ამძრავი სისტემა, ჩვენ შეგვიძლია ავწიოთ მოწყობილობა უფრო მაღალი ორბიტა. ჩვენ ვიფრინავთ 500 კილომეტრის სიმაღლეზე“, - თქვა ვალერი აბრაშკინმა, TsSKB-Progress რაკეტისა და კოსმოსური ცენტრის ხელმძღვანელმა.

რაც უფრო მაღალია, მით უკეთესი, ამბობენ მეცნიერები. 500 კილომეტრი - სივრცის სიახლოვეს: ატმოსფერო აღარ მოქმედებს იმდენად, ძალიან სუსტ გრავიტაციაზე, რაც ნიშნავს, რომ ექსპერიმენტების სისუფთავე მაღალი იქნება.

"ჩვენ ვფრინავთ 22 ტიპის აღჭურვილობას ამ ხომალდზე. თითოეულ მოწყობილობას აქვს რამდენიმე ექსპერიმენტი. ანუ, ჩვენ ვცდილობდით კოსმოსური ხომალდის მოწყობას ისე, რომ კვლევის სხვადასხვა სფეროს მეცნიერებმა შეძლონ თავიანთი ექსპერიმენტების ჩატარება და საჭირო სამეცნიერო ინფორმაციის მიღება." განაგრძო ვალერი აბრაშკინმა.

გარეგნულად „ფოტონი“ სამეცნიერო ბიოლოგიური აპარატის „ბიონის“ მსგავსია. ტყუპი ძმები. მრგვალი კაფსულა, რომელიც ივსება სამეცნიერო ინსტრუმენტებით. კოსმოსიდან დაბრუნებისას ის არ იწვის ატმოსფეროში, ყველა ექსპერიმენტი ბრუნდება დედამიწაზე.

„ფოტონისგან“ განსხვავებით, ბიოსატელიტებს აქვთ სიცოცხლის მხარდაჭერის სისტემა. შენარჩუნებულია გარკვეული ტემპერატურა, წნევა, ჟანგბადის დონე, რადგან ბიონის მთავარი მგზავრები ცოცხალი ორგანიზმები არიან. „ფოტონები“ მგზავრებს არ ატარებენ, მათზე მეცნიერები ტექნოლოგიურ ექსპერიმენტებს ატარებენ.

"სატვირთო არის ერთ-ერთი ცილის კრისტალიზაციის მოწყობილობა, რომელიც დაფრინავს Foton-ზე. მოწყობილობა დაფუძნებულია სითხის საწინააღმდეგო დიფუზიის პრინციპზე", - ამბობს ალექსეი ვოლოშინი.

სწორედ ორბიტაზეა შესაძლებელი ცილის უფრო ზუსტი სტრუქტურების მიღება. ფარმაცევტებისთვის ეს დიდი დახმარებაა ახალი ეფექტური მედიკამენტების შექმნაში.

"თუ ეს არის რაიმე მავნე ბაქტერიის ცილა, მაშინ შეირჩევა ნივთიერება, რომელიც თრგუნავს ამ ცილის სტრუქტურას. თუ ცილა ასრულებს სასარგებლო ფუნქციას, ისინი ირჩევენ ნივთიერებას, რომელმაც უნდა გააძლიეროს ეს ფუნქცია", - ამბობს დირექტორის მოადგილე ალექსეი ვოლოშინი. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის კრისტალოგრაფიის ინსტიტუტის, ექსპერიმენტების არსის შესახებ.

ნამდვილი სტომატოლოგები სხვა ლაბორატორიაში მუშაობენ. ბაზალტის ხვრელები, რომელშიც მიკროორგანიზმებია განლაგებული, დალუქულია. თეფშები მიკრობებით დამაგრდება ფოტონის გემის გარედან.

ბაქტერიებს მოუწევთ გაუძლოს კოსმოსურ გამოსხივებას, ხოლო დაბრუნების შემდეგ - მაღალ ტემპერატურას. თუ ისინი არ მოკვდებიან - პანსპერმიის თეორიის მომხრეებს - მეტეორიტებმა დედამიწაზე სიცოცხლე დათესეს - ძლიერი არგუმენტი ექნებათ.

"დარგვის შემდეგ გაცხელებულ ბაზალტს იღებენ და შემდეგ ეძებენ გადარჩნენ თუ არა მიკროორგანიზმები. ასე ხდება პანსპერმიის თეორიის ტესტირება", - ამბობს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ბიოსამედიცინო პრობლემების ინსტიტუტის დირექტორის მოადგილე ვლადიმერ სიჩევი. .

სპეციალური მიკრობები შეირჩა, რომლებიც ასობით გრადუსიან გიგანტურ ტემპერატურას გაუძლებენ. მართალია, ასეთი ექსპერიმენტი უცხოელ კოლეგებს არ გამოუვიდა - ბაქტერია მოკვდა. თუმცა, უარყოფითი შედეგი მხოლოდ ჩვენს მიკრობიოლოგებს შთააგონებდა.

”ჩვენ, ჩვენი ევროპელი კოლეგების გამოცდილებით შთაგონებულმა, გადავწყვიტეთ მიკროორგანიზმების სპექტრის გაფართოება. რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის მიკრობიოლოგიის ინსტიტუტთან ერთად, შევქმენით იმ კულტურებისა და ასოციაციების კოლექცია, რომელიც შეიძლება დედამიწაზე შემოტანილიყო. მეტეორიტების ნაწილი“, - ამბობს ვიაჩესლავ ილინი, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ბიოსამედიცინო პრობლემების ინსტიტუტის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი.

ამ "ფოტონზე" პირველად დაირღვევა მთავარი წესი: არ ატაროთ ცხოველები. კოსმოსურ ხომალდზე მის სპეციალურად აღჭურვილ სალონში.

„ეს სახეობა ცხოვრობს კუნძულ მავრიკიზე, მთავარი მიზეზი, რის გამოც ეს სახეობა აირჩიეს, არის მისი მცირე ზომა და მთავარი მიზეზი იმისა, რომ ამ სახეობას შეუძლია ცოცხალი საკვების გარეშე, რაც მათ შესანიშნავად იარსებებს 2 თვის განმავლობაში“, ხაზს უსვამს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ბიოსამედიცინო პრობლემების ინსტიტუტის წამყვანი მეცნიერ თანამშრომელი რუსტამ ბერდიევი.

ამ ცხოველების მთავარი მახასიათებელი, რამაც მეცნიერები მიიპყრო, გეკოს შეუძლია ნებისმიერ ზედაპირს მიეკრას. ამიტომ ნულოვანი გრავიტაციის პირობებში ისინი არ დაფრინავენ, მაგრამ ცხოვრობენ ჩვეული ცხოვრებით და თავს შესანიშნავად გრძნობენ. ისე, თუ მხოლოდ დაწყების დროს ისინი ცოტათი დააგდებენ.

„ზედაპირზე ამაგრებენ, ბევრი სახეობაა, ზოგს აქვს სპეციალური საწუწნი ან პატარა კაუჭები თათებზე, ეკვრება ნებისმიერ ზედაპირს, მათთვის ზედაპირი უფრო მნიშვნელოვანია ვიდრე გრავიტაცია. ისინი ეკვრება კედლების ზედაპირს და აკეთებენ. არ განიცადოთ ფლოტაციური სტრესი. ასე რომ, ისტორიაში პირველად, ჩვენ შევძელით სტრესისგან თავის დაღწევა“, - თქვა სერგეი სოლოვიოვმა, ადამიანის მორფოლოგიის კვლევითი ინსტიტუტის ლაბორატორიის ხელმძღვანელმა.

გეკოსებზე არაერთმა ექსპერიმენტმა შესთავაზა მეცნიერებს, როგორ გაუმკლავდნენ ადამიანებზე უწონობის უარყოფით გავლენას. ორბიტაზე ხანგრძლივი ყოფნის შემდეგ, ასტრონავტები ორგანიზმიდან კალციუმისგან გამოირეცხებიან. ეს არ დაფიქსირებულა გეკოსებში.

"აღმოჩნდა, რომ კლასიკური მოდელი არის ჩონჩხის დემინერალიზაცია, აღმოჩნდა, გეკოსები, რომლებსაც შეუძლიათ ზედაპირზე მიმაგრება. ეს იცავს მათ ძვლებს დემინერალიზაციისგან. გეკოსებმა აჩვენეს გზა, რომლითაც ჩვენ გვჭირდება შემდგომი განვითარება, რათა შემცირდეს. ასტრონავტების ჩონჩხის დემინერალიზაცია“, - აღნიშნავს სერგეი სოლოვიოვი.

მანქანების გაგზავნა კოსმოსში მხოლოდ მეცნიერების გულისთვის დაიწყო 40 წლის წინ. მას შემდეგ ათობით თანამგზავრი გაუშვეს. ორბიტაზე იყვნენ მაიმუნები, თაგვები, თევზები. ყოველი ასეთი ფრენა კიდევ ერთი ნაბიჯია კაცობრიობის სანუკვარი ოცნებისკენ - პლანეტათაშორისი ფრენებისკენ.

დედამიწის მახლობლად სივრცის ფართო სარტყელში, სამასიდან 35,800 კილომეტრზე მეტ სიმაღლეზე, სადაც სტაციონარული თანამგზავრები ბრუნავენ სინქრონულად ჩვენს პლანეტასთან, აერონავტიკისა და კოსმოსის ეროვნული ადმინისტრაცია (NASA) ითვალისწინებს ინდუსტრიის განვითარებას. სრული უწონობის პირობებში ამ უჰაერო სივრცეში მუშაობისას, კოსმოსური საწარმოები შეძლებენ ახალი მასალების წარმოებას, რომლებიც დედამიწაზე თითო კილოგრამი ათიათასობით დოლარი ღირს. მზის პანელების რთული სისტემის მქონე ელექტროსადგურები შეძლებენ მზის ენერგიის ელექტროენერგიად გარდაქმნას და დედამიწაზე გადაცემას. კოსმოსური თვითმფრინავები მოემსახურებიან ციურ ინდუსტრიას.
იმავდროულად, დედამიწის ინდუსტრიის წარმომადგენლები ამ პერსპექტიულ გეგმებზე რეაგირებენ სხვადასხვა გზით და, მთლიანობაში, ძალიან თავშეკავებულად. ერთის მხრივ, წამყვანი სამრეწველო საწარმოები, რომლებმაც NASA-ს კონტრაქტი გააფორმეს კოსმოსური აღჭურვილობისა და ექსპერიმენტული პროცესების განვითარებისთვის, ენთუზიაზმით არიან განწყობილნი, ხოლო სხვა ინდუსტრიული კორპორაციები, რომლებიც ნაკლებად იცნობენ ახალ ინიციატივებს, სკეპტიკურად არიან განწყობილნი. რობერტ ა. ფროშმა, NASA-ს დირექტორმა, განაცხადა, რომ მისი მისიაა "კოსმოსში წვდომის უზრუნველყოფა და ძირითადი ტექნოლოგიური პროცესების განვითარება, რომლებიც პოტენციურმა მომხმარებელმა უნდა შეაფასოს, სანამ ინვესტირებას გადაწყვეტს".
თვითმომსახურების ლაბორატორია კოსმოსურ თვითმფრინავზე იქნება პირველი საწარმოო ობიექტი კოსმოსში. ეკიპაჟის წევრები, შესაბამისი ტრენინგის შემდეგ, შექმნიან ლითონის შენადნობებს ელექტრო დნობის ღუმელებში, რომელთაგან ერთი ნაჩვენებია სურათზე მარცხენა კედელთან ახლოს. სამუშაო ოთახში შემწოვი თასის ჩექმებით აღჭურვილი მკვლევარები სრულ სიმაღლეზე გადაადგილებას შეძლებენ.
ბრძანების განყოფილებაში ისინი "მოცურავს" მიმდებარე საჰაერო საკეტში. ლაბორატორიის მარჯვენა კედლის გასწვრივ განთავსდება გალიები ექსპერიმენტული ცხოველებისთვის.

ნიკოლოზ სოლოვიოვის ილუსტრაცია

თუმცა, მოგებით დაინტერესებული კორპორაციების სკეპტიციზმი შეიძლება ძალიან გადაჭარბებული იყოს. ფაქტია, რომ NASA ახალი არ არის კოსმოსში და თავის გეგმებს აყალიბებს წინა ორბიტალური ფრენების დროს ჩატარებული წარმატებული ექსპერიმენტების საფუძველზე. ამ ექსპერიმენტებმა, რომლებიც ძირითადად კოსმოსურ სადგურზე Skylab-ზე და Apollo-სა და Soyuz-ის კოსმოსური ხომალდების ერთობლივი ფრენების დროს ჩატარდა, დაამტკიცა, რომ დედამიწის გრავიტაციის მიღმა ფიზიკურ სხეულებს საოცარი რამ ემართებათ: კრისტალები უფრო თანაბრად იზრდებიან, ზოგიერთ შემთხვევაში ათჯერ აღემატება ზომას. ხმელეთის ნიმუშების; ბიოლოგიური ნაერთები შეიძლება უფრო ადვილად განცალკევდეს და დახარისხდეს, რაც იმედოვნებს, რომ უფრო სუფთა ვაქცინები და ახალი ფარმაცევტული საშუალებები იქნება შესაძლებელი. გარდა ამისა, წინა ფრენების დროს გაირკვა, რომ კოსმოსში შესაძლებელია ახალი ტიპის მინის, სხვადასხვა სუპერშენადნობების, აგრეთვე დედამიწაზე უცნობი თვისებების მქონე სხვადასხვა სიმკვრივის მასალების შემუშავება. ზოგიერთი მეცნიერი თვლის, რომ კოსმოსური ფრენები ახალი გამოგონებების დასაწყისს გამოიწვევს, რაც მათი მნიშვნელობით შეიძლება შევადაროთ მე-17 საუკუნეში შემუშავებულ ვაკუუმურ ტუმბოს.
ამ ეტაპზე, ამ ჯერ კიდევ შეუსწავლელი ტერიტორიის დაფასება შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ რამდენიმე ინდუსტრიული კორპორაცია გადადგამს ნაბიჯს კოსმოსში, რადგან არცერთ ინდუსტრიულ საწარმოს არ უნდა უგულებელყოს დიდი ცვლილებების ახალი ერა, რომლის ზღურბლზეც ჩვენ ვდგავართ მიმდინარე ფონზე. ტექნოლოგიური პროგრესი.
კოსმოსური წარმოების უპირატესობები ყველაზე მარტივად აიხსნება ხმელეთის ნაკლოვანებებით, რომელთაგან მთავარი გრავიტაციაა. მყარი მასალების უმეტესობა გადის დარბილების ან დნობის სტადიას მათი შექმნისა თუ დამუშავების პროცესში და სადაც არის გრავიტაცია, ისინი უნდა დაიჭიროს ამა თუ იმ კონტეინერის კედლებში - მატერიალური ხარვეზების მიზეზი.
უფრო მეტიც, გრავიტაცია იწვევს კონვექციურ დენებს, რომლებიც მიჰყვება ტემპერატურის გრადიენტებს სითხის ფენებში. კონვექციური დინებები, ქაოტური და ცვალებადი ბუნებით, ხშირად იწვევს მოულოდნელ და არასასურველ სტრუქტურულ და კომპოზიციურ განსხვავებებს მყარ მასალებში, როგორიცაა რბილი ან თხევადი უბნების წარმოქმნა. გრავიტაცია ასევე გამოყოფს მოლეკულებს და ტოვებს ღრუებს, რომლებშიც უცხო მინარევები გროვდება. თუ სითხე შედგება ორი ან მეტი შემადგენელისაგან, გრავიტაცია მიდრეკილია გამოყოს ეს მასალები, არღვევს მათ ერთგვაროვნებას მყარ მდგომარეობაში.
გრავიტაციის ამ მავნე ზემოქმედებამ აწამა მრეწველების ერთზე მეტი თაობა პირველი ბრინჯაოს ქანდაკებების ჩამოსხმის შემდეგ; ამის გამო ლითონები ვერასოდეს მიაღწიეს იმ სიმტკიცეს და სხვა მახასიათებლებს, რაც მათ თეორიას ანიჭებს. მაგალითად, ფოლადი შეიძლება იყოს ათჯერ ან თუნდაც ასჯერ უფრო ძლიერი ვიდრე ახლანდელი. რეაქტიული ძრავის პირები იშლება ტემპერატურაზე, რაც მნიშვნელოვნად გაზრდის მის ეფექტურობას. კარდიოსტიმულატორის მიკრო-მავთულები ან ძვლის გადანერგვის ქინძისთავები (ორივეს ღირებულება მაღალია, რომ აღარაფერი ვთქვათ მათი ჩანაცვლების ტრავმაზე) უფრო სწრაფად ცვივა, ვიდრე თეორიულად უნდა.
კოსმოსური უწონობის პირობებში, მასალების წარმოებაში ამ სირთულეების უმეტესობა არ არსებობს. რა თქმა უნდა, მკაცრად რომ ვთქვათ, ნულოვანი გრავიტაცია არ არსებობს, რადგან ყველა ნაწილაკი და ყველა ატომი იზიდავს ერთმანეთს. თუმცა, კოსმოსური თვითმფრინავის ბორტზე უწონაობა მიუახლოვდება ამ მიუწვდომელ ნულს: მშვიდი ფრენისას ის დედამიწის მიზიდულობის მემილიონედს უდრის, მაგრამ როდესაც ასტრონავტები ჩართავენ დამხმარე რაკეტებს კურსის გამოსასწორებლად ან, ვთქვათ, დაიწყებენ მოძრაობას. მათი შეწოვის თასის ჩექმები, უწონაობა გაიზრდება დედამიწის მიზიდულობის მეათასედამდე, რასაც მეცნიერები "მიკროგრავიტაციას" უწოდებენ. NASA-ს ერთი კვლევითი ფირმა აღნიშნავს, რომ გრავიტაცია ხელს უშლის სულ მცირე ოთხასი სხვადასხვა შენადნობების წარმოებას. ბევრი მათგანი ლითონების ერთობლიობაა, რომლებიც, ისევე როგორც ზეთები და წყალი, არ ერევა ხმელეთის პირობებში. მაგრამ უწონადობის პირობებში, ისინი ერთმანეთში ირევიან მიკროსკალამდე და გამკვრივების შემდეგ იძენენ უპრეცედენტო ძალას და უცნობ ელექტრულ, მაგნიტურ და სხვა ფიზიკურ თვისებებს. ამ ლითონის შენადნობები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ძლიერი და მსუბუქი მანქანების, თითქმის უწონო ავეჯის და ა.შ. ელექტროენერგიის ფირმები განსაკუთრებით დაინტერესებულნი არიან სუპერგამტარი შენადნობებით, რომლებსაც შეუძლიათ ელექტროენერგიის გადაცემა დაბალ ტემპერატურაზე ენერგიის პრაქტიკულად არ დაკარგვის გარეშე.
მაგალითად, სპილენძი და ტყვია ან ტყვია და ალუმინი, გარკვეული პროპორციებით შენადნობი, ავლენს ურთიერთშეზეთვის თვისებებს, რაც, შესაძლოა, დაეხმარება დიზაინერებს შექმნან ისეთი საავტომობილო ძრავა, რომელიც გაგრძელდება მანქანის რვაასი ან მეტი ათასი კილომეტრის მანძილზე. .
ამ მასალის ბევრი წარმოება შესაძლებელია მხოლოდ კოსმოსში ეგრეთ წოდებული კონტეინერის მეთოდით: თხევადი ლითონი მყარდება არაფრის შეხების გარეშე. ეს შესაძლებელია კოსმოსში არსებული ყველა ობიექტისთვის დამახასიათებელი „ცურვის“ გამო. თხევადი ან მყარი ნიმუში შეიძლება დაიკიდოს ძალისხმევის გარეშე აკუსტიკური, ელექტრომაგნიტური ან ელექტროსტატიკური ველებში. ვინაიდან სივრცეში ჭარბობს მეორადი ძალები, როგორიცაა ზედაპირული დაძაბულობა, შერწყმული მასალა ავტომატურად იღებს სფეროს ფორმას. სფეროს სასურველი ფორმის მინიჭება მხოლოდ მასზე გარეგანი ძალების უმნიშვნელო გავლენით შეიძლება. დედამიწაზე უკონტეინერის პროცესი შორს არ წასულა, რადგან აქ ის მოითხოვს გარე ძალების მასიურ ზემოქმედებას. კოსმოსში ჩვეულებრივი მოთამაშის ხმის ტალღები ფოლადის ბურთს აფრინდება.
კონტეინერის გარეშე პროცესმა შეიძლება გამოიწვიოს ვოლფრამის მიკროსტრუქტურის გაუმჯობესება, ერთ-ერთი ცეცხლგამძლე ლითონი (დნობის ტემპერატურა 3410°C), რომელიც გამდნარ მდგომარეობაში განსაკუთრებით მიდრეკილია დაბინძურებისკენ. ჭურჭელში წარმოქმნილი უცხო მინარევები აფერხებს სუფთა ოპტიკური მინის წარმოებას და ზრდის მაღალი ხარისხის მინის ბოჭკოების წარმოების ღირებულებას, რომელიც საჭიროა ახალი საკომუნიკაციო ხაზებისთვის, რომელსაც ავითარებს ამერიკული სატელეფონო და სატელეგრაფო კომპანია და სხვა. კოსმოსური მინა, რომელსაც აქვს უნიკალური რეფრაქცია და დისპერსიულობა, ფართო გამოყენებას იპოვის ლაზერულ ტექნოლოგიასა და სხვა ოპტიკურ სისტემებში. "ოპტიკური ინსტრუმენტების სია გაორმაგდება", - პროგნოზირებს რალფ ჰეპე, მინის წარმოების სპეციალისტი Rockwell International Corporation-ში.
მაგრამ, ალბათ, უახლოეს მომავალში ყველაზე ფართო პერსპექტივები იხსნება კოსმოსურ ინდუსტრიაში კრისტალებისთვის, რომლებიც გახდა ელექტრონიკისა და ელექტრონული ოპტიკის განუყოფელი ნაწილი. ელექტრონიკაში ისინი იყენებენ კრისტალის თვისებას ელექტრონების გასატარებლად მკაცრად განსაზღვრულ და სრულიად კონტროლირებად პირობებში, ოპტიკაში - მის გამჭვირვალობას, რომელიც ვერ შეედრება უმაღლესი ხარისხის მინასაც, რომელიც თავისი ამორფული სტრუქტურის გამო ნაწილობრივ აფანტავს სინათლეს.
დედამიწაზე კრისტალების გაზრდა ზოგადად განიხილება არა მეცნიერებად, არამედ ხელოვნებად. სპეციალისტები, რომლებიც ზრდიან უდიდეს სტაფილოს ფორმის კრისტალებს, რომლებიც გამოიყენება ნახევარგამტარული ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში, საკუთარ თავს „კრისტალების მწარმოებლებს“ უწოდებენ, რაც, ფაქტობრივად, შორს არ არის სიმართლისგან. მიუხედავად იმისა, რომ კრისტალები არ არიან ცოცხალი არსებები, ისინი გარკვეულწილად მცენარეებს ჰგვანან. კრისტალებს სჭირდება საკვები და გადაჭიმულია კვების წყაროსკენ. და აი, როგორც ერთმა მკვლევარმა თქვა, „კრისტალების მწარმოებელი ამატებს ცოტას ამას, ცოტას, ისევე როგორც რეცეპტს“. ყველა ამ მნიშვნელოვანი მინარევების ერთგვაროვანი განაწილება, რომელიც ანიჭებს ნახევარგამტარ კრისტალს საჭირო ელექტრონული თვისებებით, ძნელია მიღწეული ხმელეთის პირობებში გრავიტაციით გამოწვეული კონვექციური დენების გამო. შედეგად, ნახევარგამტარებისთვის შესაფერისი კრისტალების დედამიწის „მოსავალი“ მცირეა.
კოსმოსში კრისტალების ზრდის წარმატებას მჭევრმეტყველად მოწმობს Skylab-ის ორბიტალურ სადგურზე ჩატარებული ექსპერიმენტები. ბალის ექსპერიმენტები შეიმუშავა ჰარი გატოსმა, MIT პროფესორმა, რომელიც სპეციალიზირებულია მასალების სიძლიერესა და საინჟინრო დიზაინში. ასტრონავტებმა მოახერხეს ინდიუმ-ანტიმონიდის კრისტალის ნიმუშის მიღება. ნიმუშის გამტარობის მთელ სიგრძეზე გაზომვით, გატოსმა აღმოაჩინა, რომ ბროლის ელექტრული თვისებები მუდმივი იყო. მსგავს კრისტალში, რომელიც გაიზარდა ხმელეთის პირობებში, ეს თვისებები შეიცვალა ერთი ბოლოდან მეორემდე. აპოლო-სოიუზის ერთობლივი ფრენის დროს გატოსმა მოახერხა იგივე იდეალური გერმანიუმის ბროლის ნიმუშის გაზრდა. და მიუხედავად იმისა, რომ ეს ექსპერიმენტები, გარემოებების გამო, ძალიან მარტივი იყო, მათ მაინც გადააჭარბეს ყოველგვარ მოლოდინს.
კოსმოსში კრისტალების ზრდა განახლდება ლაბორატორიული კოსმოსური თვითმფრინავების პირველი ფრენების დაწყებისთანავე. მტკიცებულებად მოყვანილია ჰელიუმის არსენიდის მაგალითი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება LED-ების, ლაზერების, მიკროტალღური მოწყობილობების და სხვა ტექნიკური აღჭურვილობის წარმოებაში. ფუნტი (450 გრამი) არც თუ ისე მაღალი ხარისხის გალიუმის არსენიდი ამჟამად 15000 დოლარი ღირს. შედეგად, ამ ბროლის წარმოების ღირებულება მისი გასაყიდი ფასის მცირე ნაწილია. გარე კოსმოსური კრისტალები იძლევა ბევრად უფრო დიდ რაოდენობას სრულყოფილი ნახევარგამტარული ინტეგრირებული სქემებით და ამით ამართლებს ბროლის მაღალ ფასს. თუ კრისტალების მაღალი ხარისხი წარმოშობს მათი გამოყენების ახალ სფეროს, მაშინ მათ ფაქტიურად ფასი არ ექნებათ.
კიდევ ერთი პროდუქტი, რომელიც სავარაუდოდ მომგებიანი იქნება, არის ძალიან გავრცელებული პლასტმასისგან - პოლისტიროლის ლატექსისგან დამზადებული პატარა ბურთი. ორ მიკრონზე ნაკლები დიამეტრის და 40 მიკრონიზე მეტი ბურთების დამზადება შესაძლებელია დედამიწაზე, მაგრამ საშუალო ზომის ბურთები არასტაბილური აღმოჩნდება და რთული ტექნიკური მიზეზების გამო არ შეიძლება მასობრივი წარმოება. და მეცნიერებს ძალიან სჭირდებათ ასეთი საშუალო დიამეტრი. თუ, მაგალითად, სხვადასხვა დიამეტრის ბურთები შეჰყავდათ ბაქტერიულ კულტურაში, სანამ ის გაანალიზდებოდა ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ, მაშინ მათი დახმარებით მეცნიერებს შეეძლოთ ზუსტი გაზომვები გაეკეთებინათ მრავალი ობიექტი ვირუსებიდან დაწყებული დიაფრაგმების ხვრელებამდე. გარდა ამისა, პაწაწინა ბურთები შეიძლება გამოყენებულ იქნას თავად ელექტრონული მიკროსკოპისა და სხვა ინსტრუმენტების დასაკალიბრებლად.
სივრცე სავსეა ფართო შესაძლებლობებით ბიოლოგიისა და მედიცინის შემდგომი პროგრესისთვის. მიკროგრავიტაცია დაეხმარება მეცნიერებს გამოყოს კონკრეტული უჯრედების ტიპები, უჯრედული კომპონენტები და პროდუქტები და ცილები. ვაქცინები შეიძენენ დედამიწაზე მიუწვდომელ სიწმინდეს. წინა ფრენები არა მხოლოდ ღირებულ ინფორმაციას, არამედ მომავლის გაკვეთილსაც აძლევდა; ორაგულის რძის დნმ-ზე ექსპერიმენტის დროს ბაქტერიები შეაღწიეს გარემოში და მთლიანად გაანადგურეს იგი.
საქმე იმაშია, რომ დედამიწაზე ასობით ბიოლოგიური ნივთიერება არ ექვემდებარება არც სინთეზს და არც განცალკევებას იმავე კონვექციური დინებების გამო, რომლებიც არათანაბარ და არაპროგნოზირებად კომპოზიციებს იძლევა. ამ კომპლექსური ბიოლოგიური პროდუქტების უმეტესობა წარმოიქმნება ადამიანის ორგანიზმის მიერ. მაგალითად, უროკინაზა ხელს უწყობს ფერმენტების გააქტიურებას, რომლებიც ხსნიან თრომბებს და ღვიძლის უჯრედების მხოლოდ ხუთი პროცენტია ჩართული ამ ღირებული ქიმიური ნივთიერების წარმოებაში. კოსმოსური ლაბორატორიების ამოცანაა ამ უჯრედების გამოყოფა და შემდეგ, გამრავლების მიზნით, მათი გაშენება დედამიწაზე. აპოლო-სოიუზის ფრენის დროს იზოლირებული ღვიძლის უჯრედები ჩვეულებრივზე შვიდჯერ მეტ უროკინაზას აწარმოებდნენ, მაგრამ მეცნიერები დაინტერესებული მიზეზების გამო, ამ უჯრედებმა შეწყვიტეს უროკინაზას გამომუშავება დედამიწაზე.
ორგანიზმის მიერ წარმოქმნილი ჰორმონები და სხვა ნივთიერებები, როგორიცაა ანტივირუსული აგენტი ინტერფერონი ან ენდორფინები - თავის ტვინის ტკივილგამაყუჩებლები, ასევე შეიძლება სუფთა სახით მიიღოთ სივრცეში. ორბიტალური ლაბორატორიების შემდეგი კანდიდატი არის ერითროპოეტინები, რომლებიც წარმოიქმნება თირკმელებით და ასტიმულირებს სისხლის წითელი უჯრედების წარმოქმნას წითელ ტვინში. დედამიწაზე სუფთა ერითროპოეტინების წარმოება ჯერ არავის მიუღწევია.
მიუხედავად ამისა, მეცნიერებმა დიდი პროგრესი მიაღწიეს სისხლის უჯრედების შესწავლაში, აღმოაჩინეს მათში ახალი ნივთიერებები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც იმუნიზატორული აგენტები. უწონობის პირობებში, მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ გამოყოფენ ახალ წამლებს, რომლებიც დაეხმარება, ვთქვათ, რევმატოიდულ ართრიტთან ბრძოლაში, რომელიც არ ექვემდებარება იმუნური მექანიზმების დამცავ მოქმედებებს. ჯონ კარუტერსი, NASA-ს მასალების განვითარების პროგრამის დირექტორი, პროგნოზირებს, რომ „ერთ დღეს კოსმოსიდან ნარკოტიკები დაიწყება“.
უწონობის გარდა, კოსმოსის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობაა ატმოსფეროს სისუფთავე და სიმკვრივე 300 კილომეტრის სიმაღლეზე. რობერტ ტ. ფროსტი, კოსმოსური კვლევის დირექტორი General Electric-ში, ზედა ატმოსფეროს უწოდებს „მსოფლიოში საუკეთესო ვაკუუმ კამერას“. მაგრამ აქ აუცილებელია დაჯავშნა. შატლის ფრენების არეალში, კოსმოსი არ იქნება ისეთი სუფთა, როგორც მკვლევარებს სურთ, რადგან სარაკეტო ძრავებიდან გამონაბოლქვი აირები და სატვირთო ნაწილების ნამსხვრევები ყოველთვის თან ახლავს ორბიტებს. გარდა ამისა, ამ სიმაღლეზეც კი არსებობს ატმოსფერო, რომელიც შედგება გაფანტული ჟანგბადის ატომებისგან და ქმნის წნევას, რომელიც უდრის დედამიწის წნევის მხოლოდ ათი მილიარდი ნაწილის ზღვის დონიდან. ამასთან დაკავშირებით, NASA აპირებს მოწყობილობის ცხვირზე კოსმოსური ფარის აგებას. ფარის ირგვლივ კოსმოსური სიჩქარით „ჰაერი“ შემოვა და მის უკან თითქმის სრულყოფილ ვაკუუმს შექმნის. ფროსტი თვლის, რომ ამ ულტრასუფთა სივრცეში მზის უჯრედებისთვის თხელი ფირის წარმოების ღირებულება იქნება დედამიწაზე მისი წარმოების ღირებულების მხოლოდ ერთი პროცენტი.
რა თქმა უნდა, ყველა ეს სასწაული ერთ დღეში არ მოხდება. მომავალში, ასტრონავტები უფრო მეტ გამოყენებას იპოვიან საკუთარ თავზე. მათ მოუწევთ კოსმოსში ელექტროსადგურების დაყენება მზის ენერგიის დედამიწაზე გადასაცემად და სხვა ფუნქციების შესასრულებლად. უახლოეს მომავალში, ნასა, სავარაუდოდ, გახდება ერთგვარი საჯარო სერვისის ცენტრი. კოსმოსის ყველა აქტივის მფლობელი, მენეჯმენტი მიყიდის თავის მომსახურებას ინდუსტრიულ კორპორაციაზე მთელს მსოფლიოში. თუმცა, არ არის გამორიცხული, რომ ნასამ თავისი ბიზნესი რომელიმე კერძო ფირმას გადასცეს. მაგალითად, ავიაკომპანია Boeing-ს სჯერა, რომ მას შეუძლია კოსმოსური თვითმფრინავების კომერციული ექსპლუატაციიდან მოგება მიიღოს.

ახლახან იაპონელმა მეცნიერებმა მოახერხეს მყარი ჰელიუმის იდეალური კრისტალების გაზრდა, რაც ძალიან რთულია ხმელეთის ლაბორატორიებში - ისინი ადვილად დეფორმირდება გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. თუმცა, მკვლევარები ძალიან ორიგინალურად მოიქცნენ - ნულოვანი გრავიტაციით ზრდიდნენ ჰელიუმის კრისტალებს, რომლებიც შეიქმნა რეაქტიული თვითმფრინავის ბორტზე.

მყარი ჰელიუმის კრისტალების შესახებ მოთხრობის დაწყებამდე აუცილებელია გავიხსენოთ, რატომ სჭირდებოდათ ისინი მეცნიერებს საერთოდ. როგორც ვიცით, მატერიის სხვადასხვა საერთო მდგომარეობებს შორის, გარდა თხევადი, მყარი და აირისა, არის ისიც, რომელსაც ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი ეწოდება. ამ მდგომარეობაში მატერია არ შედგება მოლეკულებისა და ატომებისგან, არამედ ბოზონებისგან, რომლებიც გაცივებულია აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურამდე.

ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის ერთ-ერთი საინტერესო თვისებაა ზესთხევადობა - მდგომარეობა, რომელშიც მას აქვს ნულოვანი სიბლანტე, ანუ სხვადასხვა ხვრელების გავლისას ან უბრალოდ ზედაპირზე, მას შორის საერთოდ არ არის ხახუნი. გესმით, ასეთი ქონება შეიძლება საკმაოდ სასარგებლო იყოს. გარდა ამისა, დადასტურდა, რომ ზესთხევად მდგომარეობაში ნივთიერებები ასევე შეიძლება იყვნენ მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარები.

ერთი სიტყვით, თუ მეცნიერებს შეეძლოთ ჩვენთვის ცნობილი ნივთიერებების უპრობლემოდ გადატანა ზესთხევად მდგომარეობაში, ბევრი პრობლემა მოგვარდებოდა. მაგრამ აქ არის პრობლემა - ამის გაკეთება ჯერ კიდევ საკმაოდ რთულია. ამავდროულად, ჯერ კიდევ გასული საუკუნის 60-იან წლებში იყო ვარაუდი, რომ ზოგიერთ მყარ სხეულს, განსაკუთრებით მათ, რომლებიც ქმნიან კრისტალებს, ასევე შეიძლება ჰქონდეთ ზესთხევადობა. და ასეთი როლის პირველივე კანდიდატებს უწოდეს მყარი ჰელიუმის კრისტალები, რომლებიც წარმოიქმნება 25 ატმოსფეროზე მეტი წნევის დროს.

ჯერ კიდევ 2004 წელს ალბერტას უნივერსიტეტის ამერიკელმა ფიზიკოსებმა განაცხადეს სრულიად მოულოდნელი ეფექტის ექსპერიმენტული დაკვირვების შესახებ - ზესთხევადობა მყარ ჰელიუმში. თუმცა, მათი ექსპერიმენტების გამეორება სხვა ლაბორატორიებში ვერ მოხერხდა, რის შედეგადაც ამ სამუშაოს შედეგების სანდოობა ეჭვქვეშ დადგა. ცოტა მოგვიანებით, 2009 წელს, ბერკლის კალიფორნიის უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა მოახერხეს რუბიდიუმის გაზის მიღება ზესთხევად მდგომარეობაში.

თუმცა ეს მიმართულება უპერსპექტივოდ იქნა აღიარებული - ფაქტია, რომ რუბიდიუმთან მუშაობა რთულია. მიუხედავად იმისა, რომ იგი დედამიწის ქერქში გავრცელების თვალსაზრისით დაახლოებით მე-20 ადგილზეა (როგორიცაა სპილენძი, ნიკელი და თუთია), მაგრამ ბუნებაში ეს ლითონი არსებობს დისპერსიულ მდგომარეობაში, საკუთარი მინერალების წარმოქმნის გარეშე და ძირითადად გვხვდება სხვა ტუტე ელემენტებთან ერთად. მაგალითად, კალიუმთან ერთად. ანუ მისი მოპოვება საკმაოდ რთულია, რაც მასთან ყველა კვლევას ძალიან აძვირებს.

ამის გამო მეცნიერებმა კვლავ გადაწყვიტეს საყვარელ ჰელიუმში დაბრუნება. მაგრამ იმისათვის, რომ გამოვიკვლიოთ მისი ზესთხევადობის თვისება მყარ მდგომარეობაში, პირველ რიგში საჭიროა იმავე კრისტალების გაზრდა. პრინციპში, ეს არ არის რთული - ამისათვის თქვენ უბრალოდ უნდა შექმნათ წნევა 25 ატმოსფეროზე ზემოთ და ტემპერატურა -272 გრადუს ცელსიუსამდე დაწიოთ. არაერთხელ იქნა ნაჩვენები, რომ ასეთ „საყინულეში“ კრისტალი თითქმის წამებში წარმოიქმნება. თუმცა, არის კიდევ ერთი "მაგრამ": როდესაც ჰელიუმის კრისტალები იზრდება გრავიტაციის თანდასწრებით, ისინი ადვილად დეფორმირდება. და ეს ძლიერ გავლენას ახდენს ყველა მათ თვისებებზე, მათ შორის ზესთხევადობაზე.

და ახლახან იაპონელმა მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს ძალიან ორიგინალური გზა ამ პრობლემის მოსაგვარებლად - თქვენ უბრალოდ უნდა გაიზარდოთ კრისტალები ნულოვანი გრავიტაციით! უფრო მეტიც, კოსმოსში ამის გაკეთება სულაც არ არის საჭირო - მკვლევარებმა ექსპერიმენტებისთვის გამოიყენეს პატარა რეაქტიული თვითმფრინავი. ყოველივე ამის შემდეგ, მოძრაობის გარკვეული ტრაექტორიებით, მაგალითად, პარაბოლური ფრენის დროს, ეს თვითმფრინავი შეიძლება იყოს ნულოვანი გრავიტაციაში 20 წამის განმავლობაში, რაც სავსებით საკმარისია ნორმალური კრისტალის გასაშენებლად. შედეგად, ფრენის 20 საათის განმავლობაში ფიზიკოსებმა მოახერხეს რვა ექსპერიმენტის ჩატარება!

ექსპერიმენტები ასე წარიმართა: ჯერ სტანდარტული ტექნოლოგიით იზრდებოდა პირველადი კრისტალები, შემდეგ კი ასხურებდნენ ჰელიუმ-4-ის „წვეთებს“, რომელიც უკვე ზესთხევად მდგომარეობაში იყო. ეს ყველაფერი მოხდა სპეციალურ ბორტ მაცივარში. ჰელიუმის დიდი კრისტალები მოთავსებული იყო მის ქვედა წნევის პალატაში და შემდეგ გაანადგურეს აკუსტიკური ტალღით, რათა დაშალეს ისინი პატარა ნაჭრებად. მას შემდეგ, რაც ისინი შეისხურეს ზესთხევად ჰელიუმ-4-ით, უფრო პატარა კრისტალები დნება, ხოლო უფრო დიდი კრისტალები სწრაფად იზრდებოდნენ, საბოლოოდ მიაღწიეს ზომას დაახლოებით 10 მმ.

შედეგად, მკვლევარებმა შეძლეს სრულად დააკვირდნენ ბროლის წარმოქმნის პროცესს. საინტერესოა, რომ მსგავსი იყო ფენომენი, რომელსაც ეწოდება Ostwald ripening. ეს შეიძლება შეინიშნოს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ნაყინის მაგალითზე: დროთა განმავლობაში მასში შემავალი უფრო დიდი ყინულის კრისტალები წვრილმანებს ამაგრებენ საკუთარ თავს და შედეგად, მთელი პროდუქტი ხდება მყარი და ხრაშუნა. მაგრამ ამ შემთხვევაში ოსვალდის მომწიფება საკმაოდ ნელია, მაგრამ ჰელიუმთან ერთად ეფექტი ძალიან სწრაფი აღმოჩნდა – პროცესს წამები დასჭირდა.

"ჰელიუმის კრისტალები შეიძლება ძალიან სწრაფად გაიზარდოს ზესთხევადი მატერიიდან. ეს არის იდეალური მასალა ასეთი კრისტალების ფუნდამენტური თვისებების შესასწავლად, რადგან ისინი ძალიან, ძალიან სწრაფად ყალიბდებიან", - თქვა პროფესორმა ნომურა რიუჯმა, კვლევის წამყვანმა ავტორმა. ახლა, როდესაც ფიზიკოსებმა საბოლოოდ მიაღწიეს წარმატებას მყარი ჰელიუმის სრულყოფილი კრისტალის გამომუშავებაში, შესაძლებელი იქნება მისი სუპერთხევადობის ტესტირება.

სხვათა შორის, ამერიკელმა მეცნიერებმა, რომლებმაც ეს თვისება 2004 წელს აღმოაჩინეს, ნამუშევრის კრიტიკის საპასუხოდ, აღნიშნეს, რომ მათმა ოპონენტებმა წარმატებას ვერ მიაღწიეს იმის გამო, რომ კრისტალები, რომლებითაც ისინი მუშაობდნენ, დეფორმირებული იყო. ახლა იაპონელი მკვლევარები შეძლებენ ორჯერ გადაამოწმონ თავიანთი კოლეგების შედეგები ნულოვან გრავიტაციაში გაზრდილი უკვე სრულიად ნორმალური კრისტალის გამოყენებით...

© V.I. სტრელოვი, ბ.გ.ზახაროვი
© კოსმონავტიკის ისტორიის სახელმწიფო მუზეუმი. კ.ე. ციოლკოვსკი, კალუგა
განყოფილება "K.E. ციოლკოვსკი და კოსმოსური წარმოების პრობლემები"
2008 წ

კოსმოსურ ხომალდზე რეალური მიკროგრავიტაციის პირობებში მზარდი ნახევარგამტარული ერთკრისტალების ექსპერიმენტების შედეგების ანალიზი აჩვენებს, რომ თვისებების მთლიანობის თვალსაზრისით, კოსმოსურ ექსპერიმენტებში მიღებული კრისტალები არ იყო უკეთესი, ვიდრე მიწის პირობებში მიღებულს. როგორც წესი, მათ გააჩნდათ ან მნიშვნელოვანი მიკროინჰომოგენურობა (ზრდის ზოლები) ან მაკროინჰომოგენურობა დოპანტის განაწილებაში ღვეზელების დიამეტრსა და სიგრძეზე, რომლის წარმოშობა შეიძლება დაკავშირებული იყოს მხოლოდ ბუნების ცვლილებასთან და ზრდასთან. დნობის კონვექციის ინტენსივობა. ამიტომ, მოყვანილი კრისტალების თვისებების მაღალი ჰომოგენურობის მისაღწევად აუცილებელია დნობაში დიფუზიური სითბოს და მასის გადაცემის პირობების უზრუნველყოფა.

ეს პირობები და კრისტალების მოსალოდნელი შემზღუდველი პარამეტრების მიღება შესაძლებელია:

- თერმოგრავიტაციული კონვექციის არარსებობის შემთხვევაში,

– დნობის თავისუფალი ზედაპირის გამორიცხვით,

- დნობაზე გარე კვაზი-სტატიკური ზემოქმედების მინიმიზაციისას, რაც მიკროგრავიტაციის პირობებში იწვევს მათში იძულებით კონვექციურ ნაკადებს დნობის მზარდი გრავიტაციული მგრძნობელობის და, შესაბამისად, ზრდასრული კრისტალების შემადგენლობისა და თვისებების არაერთგვაროვნების გამო.

მხოლოდ დიფუზიური სითბოს და მასის გადაცემის პირობებში მოხდება კრისტალების თავისუფალი ზრდა სტაბილური ტემპერატურის პირობებში ატომების თვითორგანიზების გზით და უზრუნველყოფილი იქნება შემადგენლობისა და თვისებების ერთგვაროვნება ამ დონეზე. ამ პირობებში შესაძლებელია საცნობარო ნიმუშების ან ცალკეული სამუშაო ნიმუშების მიღება, რომლებზედაც დადგინდება არა მხოლოდ კრისტალების პარამეტრები, არამედ ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ნიმუშების დამზადება მაქსიმალური მისაღწევი პარამეტრებით. თუმცა, ამ პირობების განხორციელება ამჟამად რთულია.

ამრიგად, კოსმოსური ტექნოლოგიების მთავარი ამოცანაა არა კრისტალების მასობრივი წარმოების ორგანიზება სივრცეში დნობისგან, არამედ კოსმოსში მიღებული კრისტალიზაციის პროცესების შესახებ ახალი ცოდნის გამოყენება ხმელეთის ტექნოლოგიებში მაქსიმალური მიახლოებით იმ პირობებთან, რომლებიც უზრუნველყოფენ კონვექციური პროცესების მინიმიზაციას. .

თანამედროვე ინსტრუმენტული ტექნოლოგიები მოითხოვს უაღრესად ერთგვაროვან დოპირებული კრისტალებს რამდენიმე ასეული მილიმეტრის დიამეტრით. ამავდროულად, მათი გაშენებისთვის საჭიროა მრავალტონიანი დანადგარები, რომლებიც არარეალურია და არ არის საჭირო მათი კოსმოსში განთავსება, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც მათ აქვთ ალტერნატივა დედამიწაზე დნობის კონვექციური პროცესების მინიმუმამდე შემცირებით. როგორც ჩანს ნახევარგამტარულ დნობებში სითბოს და მასის გადაცემის პროცესების ექსპერიმენტული და თეორიული კვლევების ანალიზიდან, ეს არის წმინდა ტექნიკური პრობლემა: პირველ რიგში, ეს არის რადიალური ტემპერატურის გრადიენტის მინიმიზაცია, კრისტალიზაციის მიმართულების ორიენტაციის სიზუსტე და დნობის თავისუფალი ზედაპირის არარსებობა.