Испытание стирального порошка и лекарство от рака: зачем нужна и как устроена самая далёкая научная лаборатория — МКС

Международная космическая станция проводит как государственные, так и коммерческие исследования, а также принимает туристов. Во сколько она обходится, какие исследования там проводят и сколько стоит слетать или провести эксперимент на МКС.

12 апреля 2021 года Россия заявила, что откажется от использования МКС и создаст собственную орбитальную станцию. Три года назад подобные заявления делали представители США. Больше 20 лет МКС функционирует и используется разными странами. За это время космонавты провели на ней больше 3000 экспериментов и приняли 7 космических туристов.

СССР первым в мире создал и запустил долговременную орбитальную станцию «Cалют» в 1971 году. За шесть месяцев космонавты провели картографирование звёздного неба и медицинские эксперименты.

Эти исследования раскрыли потенциал корабля как космической лаборатории. Поэтому с 1973 по 1986 год СССР запустил ещё шесть проектов подобного типа.

В то время единственной орбитальной станцией США была Skylab, запущенная в 1973 году. Последняя экспедиция к аппарату прошла в 1974 году. Поэтому с середины 70-х NASA предлагало СССР использовать американский космический корабль Space Shuttle для перевозки экипажей и грузов на «Салюты», а взамен проводить на них свои исследования. Но договориться не получилось.

Предыстория создания МКС:

В 1993 году российское ракетно-космическое агентство предложило американским коллегам создать международную космическую станцию. И уже через год стороны подписали контракт о запуске.

Начало строительства МКС проходило в три этапа:

С 2000 по 2021 год в состав МКС вошли 16 основных модулей: пять российских, семь американских, европейский Columbus, японский Kibo, состоящий из двух частей, и экспериментальный BEAM.

Астронавтов на МКС доставляли российские корабли «Союз» и американские Space Shuttle. Однако в 2011 году США перестала использовать шаттлы, так как они устарели, а запуск обходился в $1,5 млрд. С того времени только российские аппараты доставляли астронавтов на МКС.

В 2021 году МКС — это орбитальная станция, космический исследовательский комплекс и крупнейший международный проект. В нём участвуют 15 членов, из которых пять — основные: Россия, США, Япония, Европейское космическое агентство и Канада.

Основные задачи экипажа МКС — это исследования в области медицины, астрофизики и биологии, а также изучение материалов и биопрепаратов в условиях микрогравитации.

Изначально страны планировали использовать станцию до 2015 года, затем дважды продлили срок работы: до 2020 и 2024 годов. В 2021 году обсуждается возможность эксплуатации МКС до 2030-го.

В 2021 году у четырёх космических агентств есть лаборатории на международной станции:

Космонавты разных стран провели на станции больше 3000 экспериментов. Самые популярные области исследований: инженерные науки, физика, биология и медицина. По мнению Брендона Ренделла из отдела NASA в Космическом центре Джонсона, основных причин для проведения научных исследований на МКС четыре.

Она помогает учёным понять, насколько важны другие физические факторы, влияющие на исследования на Земле. На МКС можно «исключить» гравитацию из эксперимента и лучше понять суть физических явлений.

Например, на рост белковых кристаллов, выращенных на Земле, действует сила тяжести, которая может менять способ выстраивания молекул в кристалле. В невесомости, на борту космической станции, получаются кристаллы белков очень высокого качества.

Благодаря этому можно лучше определять структуры белковых веществ, вызывающих заболевания, и разрабатывать методы для их лечения.

К ним относятся вакуум, низкие температуры, радиация и космические лучи. Их изучение поможет планировать будущие миссии и исследовать вселенную.

Земная атмосфера оказывает значительное влияние на космические лучи и создает трудности для их изучения на Земле. Но благодаря, например, детектору AMS-02 на МКС, который представляет из себя массивный магнит и собирает данные о космических частицах и лучах, исследователи получают новую информацию об экстремальных условиях и влиянии их на людей.

Расположение станции даёт уникальную точку обзора для исследования Земли и космического пространства. Данные с неё позволяют быстрее реагировать на стихийные бедствия и помогают прогнозировать будущие катаклизмы, например движение ледников или возникновение цунами.

На российском сегменте МКС в рамках эксперимента «Ураган» космонавты передают на Землю информацию о зарождении, развитии и масштабах катастрофических явлений.

Ещё один важный аспект с самого начала работы на станции — это изучение здоровья космонавтов на орбите. Исследования касаются облучения, изменения мышечной массы и влияния гравитации на иммунную систему человека.

Например, учёные заметили изменения в работе сосудистых оболочек глаза космонавтов во время долгих командировок на станцию. Из-за этого у экипажа появляются помутнение зрения и головные боли. Дальнейшее исследование этой проблемы поможет избежать подобного у будущих долговременных космических миссий.

Чтобы провести эксперименты на космической станции, американские компании обращаются в Center for the Advancement of Science in Space — CASIS.

Это посредник NASA, который помогает бизнесу организовать эксперименты в космосе. К 2025 году CASIS планирует выйти на прибыль в $4 млрд — что примерно равно текущим годовым расходам США на содержание МКС.

Благодаря CASIS компания Procter & Gamble провела на орбите исследования, чтобы увеличить срок годности товаров для дома. Эксперименты с отсутствием гравитации помогли улучшить качество таких продуктов компании, как Tide, Gillette и Pantene, и увеличить их срок годности.

Многие такие товары состоят из коллоидов — смесей микроскопических частиц, распределённых в других веществах, например в гелях. Со временем коллоиды распадаются, делая товар непригодным для использования.

Merck & Co исследует на МКС тип антител, которые в последние годы все больше используется в лекарствах для лечения рака и сердечно-сосудистых заболеваний, — терапевтические моноклональные антитела.

Микрогравитация позволяет получить более однородные кристаллические суспензии (или взвеси) этих антител и подробно изучить их. Такие эксперименты помогли компании улучшить наземные процессы производства и доставки лекарств.

В 2021 году Colgate-Palmolive запустит на МКС первое частное исследование в области стоматологии. Компания планирует изучить, как гравитация влияет на формирование биоплёнки во рту и на зубной налёт.

В 2021 году NASA повысило цены для коммерческих компаний:

«Роскосмос» принимает заказы на проведение коммерческих исследований на своём сегменте МКС с 2018 года. Но пока единственный частный эксперимент через российскую сторону провела лаборатория 3D Bioprinting Solutions, которая принадлежит «Инвитро».

Она занимается разработкой технологии производства живых тканей в условиях невесомости и провела на станции эксперимент по печати на биопринтере хрящевой ткани человека и ткани щитовидной железы мышей.

Для проведения коммерческих исследований ЕКА в 2020 году пристыковало к своему модулю Columbus платформу Bartolomeo, разработанную совместно с Airbus. Платформа позволит государственным и частным организациям проводить исследования в космосе, но активировать платформу до сих пор не удалось.

Координатором коммерческого использования японского модуля Kibo стала корпорация Japan Manned Space Systems Corporation — JAMSS. Это единственная структура в Азии, которая дает возможность исследовательским институтам и коммерческим компаниям проводить научные исследования внутри аппарата и в открытом космосе.

По данным РКК «Энергия», общая стоимость создания и эксплуатации МКС в конце 2016 года оценивалась в $121,6 млрд. Из них вклад:

На 2018 год сумма эксплуатации составляла уже более $150 млрд.

Согласно финансовому отчёту NASA, США будет тратить до $4 млрд в год на поддержку станции до 2024 года. При этом общий бюджет, запрошенный на деятельность NASA в 2021 году, — $25,2 млрд.

Россия заплатила за проект менее 10% общей суммы, но по международным договоренностям получила доступ к 33% ресурсов станции.

На участие в программе МКС Россия в настоящее время выделяет 10-15 млрд рублей в год (около $140-200 млн). А бюджет «Роскосмоса» без учета оборонного заказа на 2020 год составил 176 млрд рублей (около $2,4 млрд).

С каждым годом на МКС увеличивается количество коммерческих проектов. Правительство США может прекратить финансирование станции после 2024 года и, чтобы не бросать орбитальную лабораторию, работает над планом её передачи частному бизнесу.

Первый успешный туристический космический полёт на МКС состоялся в 2001 году. Глава американской компании Wilshire Associates Деннис Тито отправился в недельное путешествие за $20 млн.

К июню 2021 года по программе космического туризма на МКС побывали семь человек. Все они были доставлены туда на российских кораблях «Союз». Цена полётов составляла от $20 млн до $35 млн.

Оператором запусков была американская компания Space Adventures, которая помогала «Роскосмосу» и клиентам договориться о путешествии. 8 декабря 2021 года Space Adventures планирует отправить на «Союзе» к МКС японского предпринимателя Юсаку Маэдзава и его помощника Йозо Хирано.

Официально стоимость полёта не разглашается. По мнению руководителя «Института космической политики» Ивана Моисеева, цена «билетов» для японских бизнесменов — около $80 млн.

В середине 2019 года NASA анонсировало открытие своего сегмента на Международной космической станции для туризма и других деловых мероприятий.

Стоимость полёта на борту космических кораблей CST-100 Starliner от Boeing и Crew Dragon от SpaceX оценивается в $58 млн. Другая американская компания Axiom Space продаёт билеты за $55 млн. Ближайший туристический полёт в космос на Crew Dragon назначен на октябрь 2021 года.

По прогнозу UBS, объем рынка космического туризма может достигнуть $3 млрд к 2030 году. Помимо путешествий к МКС — это суборбитальные полёты (без выхода на орбиту планеты) и использование космических аппаратов для дальних перелётов. С их помощью поездку из Лондона в Шанхай можно сократить с 15 часов в самолёте до 40 минут на ракете.

Первый частный надувной модуль BEAM, созданный компанией Bigelow Aerospace, появился на МКС в 2016 году и планировался как склад.

Благодаря BEAM инженеры получают новую информации для разработки надувных модулей в будущем. Ведь они занимают мало места при транспортировке, но расширяются после развертывания в космосе и обеспечивают небольшую защиту станции от космической радиации и мусора.

В 2019 году NASA объявило о планах развития МКС для бизнеса. Компании, если захотят, могут отправить на станцию своих астронавтов. Также это касается производства, транспортировки товаров и съёмки рекламных роликов и фильмов в космосе.

Например, Estée Lauder по контракту NASA в 2020 году отправила на МКС косметику для рекламной съёмки. По данным Business Insider, это обошлось компании в $128 тысяч.

Также NASA и отдельно «Роскосмос» планируют организовать съёмку фильмов на МКС. Universal Pictures вместе со SpaceX разрабатывает фильм, где сыграет Том Круз. Universal пообещала вложить в производство около $200 млн.

Российский фильм станет совместным проектом «Роскосмоса», «Первого канала» и студии Yellow, Black and White. Гендиректор «Главкосмоса» Дмитрий Лоскутов заявил, что съёмки фильма профинансирует «Первый канал». А другая часть работ будет оплачена «Главкосмосом» из средств, полученных от коммерческой деятельности.

В 2020 году NASA выбрало компанию Axiom Space для строительства первого коммерческого жилого модуля для МКС. В феврале 2021 года организация объявила, что получила $130 млн от группы инвесторов на этот проект.

Axiom будет использовать его для исследовательских и коммерческих целей, а также как жилой комплекс для создания отеля в космосе. Компания планирует ввести первый модуль в строй во второй половине 2024 года.

После вывода МКС из эксплуатации к сегменту Axiom присоединят как минимум ещё один служебный модуль, который сможет отделиться и продолжить работу в качестве самостоятельной коммерческой станции.

К 2025 году Россия планирует отказаться от участия в проекте Международной космической станции. В 2020 году гендиректор РКК «Энергия» Владимир Соловьёв заявлял, что многие элементы МКС повреждены и не подлежат замене.

На поддержание потребуется столько же средств, что и на создание отдельной станции. Помимо этого, «Роскосмос» сталкивается с отказом ряда иностранных компаний поставлять комплектующие для станции из-за введённых против России санкций.

Страна планировала выйти из программы МКС к 2020 году ещё в 2014-м. В том же году обсуждалась идея создания своей национальной станции. Но позже правительство России приняло Федеральную космическую программу до 2025 года. «Роскосмос» завершит строительство российской части МКС, пристыковав модуль «Наука», запуск которого планируется на лето 2021 года.

На создание собственной станции, по оценкам члена-корреспондента Российской академии космонавтики имени Циолковского Андрея Ионина, может потребоваться 10-15 лет и триллионы рублей. По данным «Интерфакса», создание собственной станции может обойтись России в $6 млрд. Сейчас Россия ежегодно тратит около 10-15 млрд рублей на содержание своего сегмента МКС.

23 апреля 2021 года «Роскосмос» показал первый строящийся модуль будущей орбитальной станции НЭМ-1, которая будет называться РОСС (Российская орбитальная служебная станция). Стоимость модуля составила 15 млрд рублей.

Сама станция будет создана в два этапа:

Предполагается, что РОСС будет состоять из 3-7 модулей с экипажем от 2 до 4 человек. Чтобы избежать длительного воздействия радиации на экипаж и уменьшить затраты на эксплуатацию, новая станция будет не постоянно обитаемой, а посещаемой, то есть часть времени РОСС будет оставаться в беспилотном режиме.

#космос #мкс