Физика вокруг  нас. Выпуск № 1 (105)

Если бы я мог упомнить названия

 всех элементарных частиц, я бы стал ботаником.

 Энрико Ферми

Наш сайт «Физика вокруг нас» успешно прошел экспертизу РОЦИТ и Центра безопасного Интернета в России и включен в каталог безопасных информационных ресурсов «Детский Интернет».

Выключили свет

Россия осталась без единственного научного спутника

В воскресенье, 18 апреля 2010 года, стало известно, что единственный российский научный спутник можно считать окончательно вышедшим из строя. В общей сложности аппарат не проработал и года из заявленных трех гарантийных лет.

Еще в январе 2010 года стало ясно, что из-за неполадок с электроснабжением спутник, скорее всего, будет потерян. Об этом РИА Новости заявил научный руководитель проекта, директор Института астрофизики МИФИ Юрий Котов. Однако у инженеров оставалась слабая надежда - в апреле 2010 года аппарат должен был выйти на бестеневые орбиты, что, теоретически, могло реанимировать аппарат.

Этой надежде не суждено было сбыться: с 5 по 18 апреля в течение 322 часов аппарат непрерывно освещался Солнцем, и его батареи должны были работать на полную, снабжая "Коронас-ФОТОН" энергией. Однако оказалось, что в настоящее время спутник ориентирован неправильно - он повернут к Земле, а не к Солнцу (что, помимо всего прочего, указывает на выход из строя систем ориентации аппарата), из-за чего солнечные батареи выдают лишь доли от необходимой мощности.

История "Коронасов"

В 1992 году Российская академия наук и Академия наук Украины приняли решение о запуске на орбиту сразу трех аппаратов для мониторинга активности нового солнечного цикла (активность нашего светила меняется с периодом примерно в 11 лет). Планировалось, что спутники "Коронас-И", "Коронас-Ф" и "Коронас-ФОТОН" (Комплексные ОРбитальные Околоземные Наблюдения Активности Солнца) полетят в 1993, 1994 и 1995 годах соответственно. Аппараты должны были изучать светило сообща, и у каждого из них была собственная научная специализация.

Из-за недостаточного финансирования этим планам не суждено было сбыться. "Коронас-И" был запущен в 1994 году, а "Коронас-Ф" - только в 2001 году. Соответственно, ко времени запуска "Коронас-ФОТОНа", который состоялся в 2009 году, оба аппарата уже давно были выведены из строя.

К слову, запуск последнего "Коронаса" тоже прошел не совсем гладко. Первая попытка запустить спутник, состоявшаяся 29 января 2009 года, сорвалась - в процессе отделения ферм крепления стартового стола от ракеты-носителя произошел сбой в закрытии дренажного клапана ее второй ступени. Поломка произошла чуть более чем за минуту до запланированного времени старта. В результате запуск был перенесен на сутки и состоялся 30 января 2009 года на космодроме Плесецк. На орбиту "Коронас-ФОТОН", который стал первым российским научным спутником за последние 9 лет, был выведен при помощи ракеты-носителя "Циклон-3".

На орбите

В настоящее время Солнце постепенно выходит из аномально длительного периода спокойствия, поэтому ученые ожидали получить от аппарата большое количество уникальных данных.

Сначала "Коронас-ФОТОН" не разочаровал ученых - первые снимки были получены аппаратом спустя менее месяца его пребывания на орбите. Кроме этого аппарат поучаствовал в совместном российско-японском проекте: в течение 6 дней "Коронас-ФОТОН" синхронно со спутником Hinode фотографировал светило с разных точек. В общей сложности было сделано около 50 тысяч снимков.

Однако с сентября на российском аппарате начались неполадки в системе электроснабжения - приборы, установленные на спутнике, начали неожиданно переходить в аварийный режим. Эти сбои хоть и мешали ученым работать, однако не были критическими. Гораздо больше исследователей беспокоил другой факт - частота сбоев постепенно увеличивалась.

Последующий анализ неполадок показал, что источником неприятностей стали химические аккумуляторы, используемые для хранения собираемой солнечными батареями энергии. Оказалось, что энергопотребление аппаратуры аппарата было рассчитано неправильно, поэтому аккумуляторы износились много раньше гарантийного срока.

Как бы то ни было, 30 ноября 2009 года стало последним днем, когда "Коронас-ФОТОН" передал на Землю научные данные. В течение нескольких суток ученые пытались дистанционно реанимировать аппарат. Таким образом, учитывая время, когда аппарат работал с регулярными сбоями, "Коронас-ФОТОН" прослужил на орбите всего 278 дней из заявленных 1095.

Что дальше?

Сами ученые говорят, что надежда потеряна, однако последнее слово в этом вопросе остается за Федеральным космическим агентством, за которым закреплено право объявить миссию "мертвой". Возникает резонный вопрос: и что теперь?

Некоторое время назад об этом рассказал РИА Новости сотрудник Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) Сергей Богачев. По его словам, в настоящее время для изучения Солнца разрабатывается проект космического аппарата нового поколения "Коронас-4" (неформальное название нового проекта - Solaris). Это позже подтвердил агентству анонимный источник в космической отрасли: секция "Солнечная система" Совета по космосу РАН в конце марта рекомендовала включить в Федеральную космическую программу проект новой солнечной обсерватории.

Сами ученые пока осторожно говорят о сроках, вполне реальными представляются сроки до 2020 года. Часть приборов может быть изготовлена уже к середине 2014 года.

Хочется надеяться, что новый аппарат не повторит судьбу своего предшественника. Пока новая обсерватория строится, Россия будет вынуждена обходиться без собственного источника информации о Солнце. А значит, в течение 10 последующих лет нам придется полагаться исключительно на данные зарубежных систем SOHO и GOES.

Андрей Коняев

Космос понарошку

В Москве отобрали участников 520-дневного "полета" на Марс

25 февраля, стало известно, что врачи и медики отобрали 11 человек, которые примут участие в сверхдлительном эксперименте по имитации полета на Марс. "Космонавты" проведут 520 суток в замкнутом пространстве в изоляции от остального мира. Стоимость эксперимента "Марс-500" составит около 15 миллионов евро. На что планируется потратить такие огромные деньги и стоит ли игра свеч?

История полетов

"Марс-500" - далеко не первая попытка запустить людей в космос, не выводя их за пределы земной орбиты. В России подобные эксперименты проводятся с 60-х годов прошлого века. Самым длительным из них был опыт "Год в земном звездолете" (как позже рассказал один из участников "Года" Герман Анатольевич Мановцев, настоящее название опыта - "Годовой медико-технический эксперимент", а "земной звездолет" придумали журналисты). В течение 365 дней с ноября 1967 по ноябрь 1968 года добровольцы - врач, биолог и инженер - жили в небольшом помещении, причем для имитации пребывания в невесомости участники опыта очень мало двигались.

Спустя два года после завершения эксперимента в Москве был построен Медико-технический экспериментальный комплекс - система боксов, оборудованных таким образом, чтобы экипажи "космических" экспедиций находились в условиях, максимально приближенных к реальной обстановке во время межпланетных перелетов. Экспериментальный комплекс состоит из пяти отсеков. В трех из них "космонавты" живут, проверяют свое состояние и проводят эксперименты. В четвертом отсеке хранятся одежда и запасы пищи, а также находится оранжерея, где участники экспериментов могут выращивать себе "витамины". Пятый отсек имитирует поверхность Марса, и в него "космонавты" заходят только в скафандрах.

Столь масштабное сооружение необходимо врачам и медикам для того, чтобы изучить, как человеческий организм переносит длительную изоляцию, непривычный уклад жизни и необычные воздействия. Конечно, герои фантастических фильмов вовсю бороздят космическое пространство, но реакция реального человека на жизнь за пределами Земли неизвестна. Не исключено, что длительное пребывание в космосе губительно для людей.

Еще до начала эры космических полетов ученые посылали на орбиту животных, чтобы посмотреть, способны ли вообще белковые организмы существовать на значительном удалении от родной планеты. Пребывание на орбите влияло на здоровье крыс и собак не самым лучшим образом (например, Ветерок и Уголек после 22-дневного полета совершенно облысели), но, тем не менее, звери возвращались живыми.

Вслед за животными в космос отправились люди. Гагарин, Леонов и их многочисленные последователи доказали, что "в космосе жить и работать можно". При этом рекордсмены пребывания в космосе работали на орбитальных станциях, куда регулярно прилетают другие космонавты и астронавты и откуда в случае крайней необходимости можно эвакуироваться. В межпланетных перелетах такого комфорта не будет. Миссия на любую из планет Солнечной системы и обратно займет не один год (до нашей ближайшей космической соседки - Венеры - аппараты добираются за шесть месяцев, но им не нужно возвращаться обратно), причем за все это время состав ее участников будет неизменным. Об эвакуации где-нибудь на полдороге между Землей и Венерой думать не приходится.

Для отработки возможных трудностей, с которыми столкнутся будущие исследователи иных миров, был разработан эксперимент "Марс-500". Он должен стать самым длительным из всех экспериментов по имитации космического перелета (до сих пор максимальная продолжительность пребывания в наземном космическом корабле не превышала 240 суток). К проведению столь масштабного опыта ученые долго готовились: сначала добровольцев испытали в двухнедельном "полете", потом - в 105-суточном.

На 14 суток добровольцы отправлялись в "космос" в 2007 году. Основной задачей этого эксперимента была проверка технических характеристик экспериментальных модулей ("космонавты" жили только в двух из них). На следующей стадии эксперимента ученые уже всерьез исследовали, как шестеро мужчин будут уживаться друг с другом в течение длительного времени. Кроме того, организаторы эксперимента проверяли, сможет ли "экипаж" полноценно взаимодействовать с "ЦУПом" - задержка в передаче и приеме сообщений составляла до 20 минут. Столько времени требуется сигналу, чтобы преодолеть расстояние от Земли до Марса и обратно. Во время "полета" ученые смотрели, как будут вести себя "космонавты" при поломках тренажеров, потере связи с Землей, нарушении герметичности "корабля". Ну и наконец, за 105 суток вся аппаратура и системы экспериментального комплекса были еще раз тщательно проверены и отлажены (инженеры выявили ряд мелких неполадок).

Результаты обеих репетиций "полета" на Марс оказались весьма успешными. Экипаж чувствовал себя нормально, медицинская помощь за все время "полета" не понадобилась ни одному из участников, трений между "космонавтами" не возникало.

Туда и обратно

Дату начала основной части эксперимента "Марс-500" несколько раз переносили. Изначально планировалось, что "космонавтов" запрут в экспериментальном комплексе на 520 суток в конце 2009 года. По последним данным, "полет" начнется в марте 2010 года. Из отобранных 11 человек на Марс отправятся только шестеро. До января 2010 года предполагалось, что экипаж будет состоять из четырех россиян и двух европейцев ("Марс-500" проводится совместно со специалистами Европейского космического агентства), но позже стало известно, что в список кандидатов будет включен гражданин Китая. Войдет ли он в окончательный экипаж, станет ясно непосредственно перед началом эксперимента.

Задачи участников третьей стадии эксперимента будут сложнее, чем у их предшественников. Первые 250 суток они будут добираться до Марса, следующие 30 дней проведут на орбите и поверхности Красной планеты, и еще 240 суток займет дорога домой. Во время "полета" экипаж будет выполнять технические обязанности по поддержанию работы "корабля", регулярно выходить на связь с ЦУПом, отслеживать параметры окружающей среды, брать у себя различные анализы. Правда, всех "прелестей" космического пространства участники эксперимента не почувствуют: влияние радиации будет изучаться не на людях, а на макаках-резусах.

В модулях экспериментального комплекса будет снижено содержание кислорода, а вместо него в воздух добавят аргон. При меньшей концентрации кислорода сильно падает вероятность пожара, однако до сих пор неясно, как измененный состав атмосферы скажется на здоровье людей.

Кураторы эксперимента с Земли будут отрабатывать методы мониторинга состояния корабля и членов экипажа, осваивать приемы телемедицины (то есть лечения космонавтов на расстоянии). В течение всего эксперимента медики также будут наблюдать за группой здоровых добровольцев, находящихся в обычных для них условиях. Эти люди станут контрольной группой, по отношению к которой будут оцениваться изменения в состоянии "космонавтов".

Стоимость эксперимента "Марс-500" оценивается в 15 миллионов евро, и основную часть этой суммы предоставит Роскосмос. Каждый из "космонавтов" получит по 50 тысяч евро (участники 105-суточного "полета" заработали по 17 тысяч). Эти цифры выглядят солидно, но они не идут ни в какое сравнение со стоимостью реального полета на Марс. А результаты, полученные по итогам "ненастоящей" экспедиции, помогут ученым снизить стоимость реального полета к Красной планете.

Конечно, в ходе эксперимента "Марс-500" исследователи не смогут получить полное представление о будущей миссии. Во-первых, в Институте медико-биологических проблем не будут поддерживаться постоянные условия микрогравитации, в которых настоящим космонавтам придется провести почти все 520 суток. Во-вторых, участники эксперимента не будут подвержены воздействию космических лучей, способных нанести серьезный вред здоровью. В-третьих, несмотря на все попытки приблизить условия эксперимента к реальным, участники "полета" прекрасно осознают, что их жизни ничего не угрожает, и от Земли они отделены всего лишь не очень толстой стеной бокса.

И тем не менее, не стоит недооценивать значение "Марс-500". Подобные опыты на добровольцах, летавших в космос, не вставая с постели, позволили ученым исследовать влияние на людей неблагоприятных внеземных условий и разработать методы реабилитации и уменьшения вредных последствий. Даже если по итогам полетов к Марсу понарошку специалисты не получат исчерпывающей информации о жизни в космосе, они прояснят многие важные аспекты. Например, вполне может оказаться, что люди не смогут выдержать столь длительное пребывание в изоляции (именно это опасение наряду с соображениями о чрезмерной дороговизне межпланетных пилотируемых полетов является одним из основных аргументов против марсианских экспедиций).

Но даже в этом случае результаты "Марс-500" окажутся ценными. Фундаментальные исследования необязательно должны немедленно приносить практическую пользу. Как говорил физик Лев Арцимович: "Наука - лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счет".

Ирина Якутенко

Из жизни физиков.

Старенький профессор астрономии поднимается на кафедру в черном смокинге и белых тапочках.

- Дорогие студенты, я не буду читать вам лекцию. Я пришел прощаться. В моей обсерватории сегодня остановились часы, который шли без малого триста лет. Я уверен: наступил Конец Света!

Студенты захихикали, заулюлюкали. Крики, вопли: "Купи себе "Ролекс"!", "Замени шестеренки!", "Вставь новую батарейку" и т.п.

Когда шум стих, профессор заговорил снова:

- А теперь я скажу то, от чего вам сразу станет не смешно. У меня в обсерватории остановились солнечные часы!

Помимо блестящих способностей у Паули был и довольно острый язык. Одному из своих коллег-физиков он заявил:

"Я ничего не имею против того, что вы медленно соображаете, но я не выношу, когда вы печатаете свои статьи быстрее, чем их обдумываете".

Несовместимость Паули с экспериментальными установками быстро стала элементом физического фольклора и получила название "эффекта Паули". Однажды несколько итальянских физиков на научной конференции решили продемонстрировать "эффект Паули" в действии. Они соорудили хитроумное приспособление, которое должно было обрушить вниз люстру, когда Паули открыл бы входную дверь. Но из-за неудачно надетой на один из блоков веревки "эксперимент" не удался. Паули же сразу заметил эту конструкцию и весело заявил, что его коллеги продемонстрировали типичный "эффект Паули".

Витрина

·  Подготовка к ЕГЭ 2010. Физика. CD-ROM

·  Большая детская энциклопедия. Астрономия. Электронная энциклопедия. CD-ROM. Энциклопедия красочно иллюстрирована, содержит видео, посвященное созвездиям и основным линиям звездного неба. Диск станет прекрасным подарком для всех, кто интересуется тайнами Вселенной.

·  Алексей Рыков. Тесла против Эйнштейна. Исход Второй Мировой решался не только на полях сражений, но и в секретных лабораториях и на оружейных полигонах - всю войну и гитлеровцы, и союзники бились над созданием Wunder-Waffe ("чудо-оружия"), гарантирующего быструю победу над любым противником. Самое активное участие в этих сверхсекретных экспериментах приняли два величайших ученых эпохи - Альберт Эйнштейн и Никола Тесла. Уже осенью 1939 года Эйнштейн предложил план создания атомной бомбы, а Тесла возобновил работу над своими "лучами смерти". Он и вышел из этой заочной "дуэли" победителем - его убийственные лучи, способные "зажечь небо" и "расплавить самолет или автомобиль на расстоянии 400 км", были впервые опробованы еще за три года до первых ядерных испытаний. Но почему это сверхоружие так и не было принято на вооружение? Почему многие открытия Николы Теслы до сих пор спрятаны в архивах американских спецслужб под грифом "Совершенно секретно"? И как соперничество гениальных ученых помогло СССР? Эта сенсационная книга проливает свет на самые загадочные и запретные страницы истории XX века.

·  Б.Е. Черток. Ракеты и люди. Том 1. От самолетов до ракет. Хотя космические полеты давно стали обычным делом, немногие знают об истории создания ракетной и космической техники в нашей стране. Несмотря на то, что в последнее время появилось много новых изданий на эту тему, книги академика Б.Е.Чертока - видного ученого, разработчика ракетных систем, заместителя Главного конструктора ракет С.П.Королева по-прежнему вызывают неослабевающий интерес. Разгадка не только в том, что он стоял, как говорится, "у истоков", непосредственно участвовал в становлении ракетной и космической техники в СССР и создании ракетно-ядерного щита и наших побед в космосе, но и в безусловном писательском таланте автора. Биография самого Б.Е.Чертока может служить яркой иллюстрацией истории всей страны. В апреле 1945 года по заданию руководителей авиационной промышленности Черток с группой сотрудников НИИ-1 вылетает в Германию. Там он занимается поиском и изучением немецких ракет Фау-2, знакомится с будущими членами Совета главных конструкторов и соратниками на долгие годы. С этого момента начинается новый этап в его жизни.

·  Б.Е. Черток. Ракеты и люди. Том 2. Подлипки - Капустин Яр - Тюратам. Второй том воспоминаний патриарха отечественной ракетной и космической техники, заместителя Главного конструктора, академика Б.Е.Чертока охватывает один из самых интересных и важных периодов становления ракетной техники в Советском Союзе - с 1946 по 1960 год.
Автор как непосредственный участник разработки и испытаний сначала немецких, а затем и всех отечественных ракет на полигоне Капустин Яр обоснованно отвечает на вопрос, насколько правомерно говорить о заимствовании достижений немецких ракетчиков. Б.Е.Черток рассказывает о том, что способствовало быстрому развитию нового вида вооружений, какие трудности подстерегали создателей ракетной техники, как появились первые ракеты на подводных лодках, как складывался творческий союз инженеров и ученых-атомщиков. Именно в этот период создается первая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, строится новый космодром Байконур. С этого времени начинается штурм космоса - исследования околоземного пространства, полеты к Луне, Марсу и Венере. Завершает книгу рассказ о катастрофе на Байконуре 24 октября 1960 года. Выход второго тома приурочен к 100-летию со дня рождения С.П.Королева. Это издание станет хорошим подарком для всех, кто интересуется историей создания отечественной ракетной техники.

·  Физика: Геометрическая оптика. DVD

·  Физика: Электрические явления. DVD.

ã Сечная Н.Ю.