Сразу после завершения полета в каждом из контейнеров часть суспензии водорослей была законсервирована специальным фиксатором для дальнейшего подробного анализа состояния культуры (в конце сравнительного эксперимента), а часть транспортировалась в наземные лаборатории в живом состоянии для изучения разного рода воздействий факторов космического полета на культуры водорослей. Это позволило в отличие от ранее проводившихся в космосе экспериментов с хлореллой непосредственно сравнить результаты воздействия невесомости как на активно растущие, так и на покоящиеся клетки водорослей. В значительной степени такое сравнение стало возможным благодаря тому, что космонавты принимали активное участие в проведении эксперимента во время полета.
В четвертом контейнере находились три ампулы с разными видами водорослей, которые использовались и в первых трех контейнерах. На «Салюте-6» все три ампулы были раздавлены одновременно, и в питательной среде оказалась культура, состоящая из трех различных видов водорослей. При этом предполагалось изучить проявление конкуренции различных форм в процессе их роста и возможное в конечном итоге преобладание одних форм над другими.
Завершения эксперимента «Хлорелла» ожидали с особым интересом, учитывая, что эвкариотическая клетка данной водоросли обладает структурой и физиологией, очень близкой клеткам высших растений и всех животных, в то время как прокариотическая отличается от клеток других организмов. Результаты этого эксперимента освещались в научной печати, о них докладывалось на международных конференциях. В частности, они показали, что состояние невесомости никак не влияет на скорость роста популяции водорослей. Принципиальных различий между свойствами популяций, выращенных из этих клеток и из тех, которые сохранялись во время полета в состоянии покоя на Земле, также не было обнаружено.
На следующий день после выполнения эксперимента «Хлорелла» космонавты приступили к выполнению других советско-чехословацких экспериментов, в частности технологических экспериментов «Морава», открывших серию исследований в области космического материаловедения, которые были продолжены в ходе полетов последующими международными экипажами. О перспективности этого направления космических исследований, сулящего в будущем буквально революционные преобразования в технологии изготовления традиционных и новых материалов, писалось достаточно много. Отметим только, что цель космической технологии — использование факторов космического полета для получения полезных и подавления вредных влияний на процесс изготовления веществ и создание новых, технически перспективных материалов.
Начало космической технологии было положено экспериментами, проведенными на борту советского космического корабля «Союз-6» в 1969 г. и американской орбитальной станцией «Скайлэб» в 1973–1974 гг., а также в ходе совместного экспериментального полета космических кораблей «Союз-19» (СССР) и «Аполлон» (США) в 1975 г. В дальнейшем эти эксперименты неоднократно проводились на борту советских научных орбитальных станций «Салют». Задача серии технологических экспериментов под общим названием «Морава» состояла в исследовании новых материалов, полученных в состоянии почти полной невесомости (микрогравитации), в выяснении связи между этими условиями и условиями кристаллизации, в выявлении воздействия микрогравитации на структуру и другие физические характеристики конденсированных систем.
Специалисты Института физики твердого тела АН ЧССР и ряда советских научных организаций совместно разработали методику проведения экспериментов. Причем чехословацкие коллеги выбрали и подготовили для них материалы, кварцевые ампулы и металлические капсулы. Перед доставкой капсул с ампулами на борт «Союза-28» аналогичные им опытные экземпляры были подвергнуты всесторонним испытаниям на Земле: тряске на вибростенде, ударным нагрузкам до 100 g, нагреву, имитирующему ход эксперимента. И лишь успешно сдав эти «экзамены», комплексный эксперимент «Морава» получил путевку в космос.
Первый эксперимент в данной серии — изучение процесса затвердевания расплава двух веществ, представляющего собой эвтектику[3]. При этом один из компонентов содержался в расплаве в избытке. В этом случае процесс затвердевания проходил в два этапа: кристаллизация из расплава основного компонента и последующее отвердевание остаточной эвтектики.
В качестве основного компонента был выбран анизотропный кристалл хлористого свинца, поскольку на нем проще проследить влияния температурного перепада и гравитационного поля. Вторым изучаемым веществом стал кристалл бромида ртути, обладающий чрезвычайно высокими значениями параметра связи в кристаллической решетке. Изучение этих двух веществ составляло содержание первого этапа технологического эксперимента «Морава».
Второй этап эксперимента состоял в изучении анизотропного оксихлорида висмута, приготовленного методом выращивания из жидкой фазы в условиях невесомости, а третий этап — в исследовании затвердевания и образования стекловидной системы, представленной полупроводниковым стеклом с тетраэдрической структурой решетки (в состав которой входят атомы германия, сурьмы и серы). Цель последнего исследования заключалась не только в определении условий образования стекла в состоянии невесомости, но также в изучении процессов зародышеобразования и разделения фаз, протекающих в стеклянной матрице, и определении влияния этих процессов на основные физические характеристики получаемых материалов.
Эксперимент проходил следующим образом. Чехословацкий космонавт В. Ремек поместил контейнер с исследуемыми веществами в электронагревательную установку «Сплав», доставленную на орбитальную станцию «Салют-6» с помощью грузового транспортного корабля «Прогресс-1». Установка «Сплав» была размещена вблизи корпуса орбитальной станции, неподалеку от центра тяжести всего научного комплекса. В ходе эксперимента весь орбитальный комплекс ориентировался так, чтобы его продольная ось была направлена к центру Земли.
Для повышения «чистоты» эксперимента в наиболее ответственные периоды кристаллизации на орбитальном комплексе выключались все системы и агрегаты, вызывающие колебания станции, сводились к минимуму даже перемещения космонавтов. Поэтому в эти решающие для эксперимента периоды времени сила тяжести по всем трем направлениям была несущественной и составляла не более 10–6 — 10–7g.
В контейнере, представляющем собой герметический стальной цилиндр длиной 172 мм и диаметром 17 мм, находились в кварцевых ампулах (в условиях вакуума) образцы исследуемых материалов. После помещения контейнера в цилиндрическую полую печь начиналось нагревание образцов с таким расчетом, чтобы температура в контейнере росла до тех пор, пока не достигала величины выше точки плавления исследуемых материалов (в первой серии это были системы «хлористый свинец — хлористая медь» и «хлористый свинец — хлористое серебро»).
Максимальный нагрев в экспериментах «Морава» достигал 500 °C. После достижения максимальной температуры началось ее регулируемое снижение. Причем максимальная температура достигалась примерно через 24 ч после начала эксперимента, а затем в режиме охлаждения возникал процесс затвердевания. Охлаждение длилось около 20 ч со скоростью примерно 11 °C в 1 ч. Таким образом, весь рабочий цикл составлял около двух суток.
Одновременно в ЦПК им. Ю. А. Гагарина специалисты СССР и ЧССР провели наземную часть эксперимента. Она по своей сути обратна космической: если в космосе нужно было свести к минимуму силу земного тяготения, то здесь с помощью центрифуги исследовались рост и направленное затвердевание кристаллических материалов при различных перегрузках. Располагая контейнер с исходным веществом то по вектору углового ускорения, то перпендикулярно ему, специалисты сравнивали структуру и свойства материалов, полученных при различных взаиморасположениях направления перегрузки с осью кристаллизации.
Наземный эксперимент на центрифуге был осуществлен на установке «Кристалл», работающей по методу направленной кристаллизации. Однако в отличие от установки «Сплав» процесс здесь происходит в условиях фиксированного теплового поля, а изменение зон нагрева достигается перемещением ампулы с материалом, которое осуществляется механически в соответствии с требуемой программой. Сопоставление результатов всего комплекса экспериментов «Морава» помогло определить зависимость свойств материалов от гравитационных условий их получения и выработать рекомендации по созданию перспективных технологических соединений.
3
Эвтектика — сплав в жидком состоянии, находящийся в равновесии с кристаллами исходных компонентов и кристаллизующийся при постоянной температуре (в так называемой эвтектической точке). В твердом состоянии представляет собой механическую смесь кристаллов-компонентов.