Направление 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 возникновениемособым условиям, сопровождающим полёт МКС в космическом пространстве. В первуюочередь это связано с условиями микрогравитации орбитального полёта и такимзначением вакуума, которое на наземных установках получить практически невозможно.Эти условия позволяют получать в космосе материалы и вещества с недостижимымиили 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 кристалловнаправлены на получение новых фундаментальных знаний о процессах кристаллизациив условиях отсутствия силы тяжести, разработку эффективных методов управленияпроцессами переноса в объеме расплава и у фронта кристаллизации с помощьюмагнитных полей и вибрационных воздействий, которые могут позволить получатьмонокристаллы полупроводников и диэлектриков, обладающих высокой однородностьюи совершенной структурой. Конечная цель таких исследований – получение на МКС иперспективных обслуживаемых на орбите технологических космических аппаратахмонокристаллов сложных полупроводниковых соединений и оксидных монокристалловдля нужд микро- и оптоэлектроники, лазерной техники, создания датчиков радиациии т.д., а также совершенствование наземных технологий производства этих идругих материалов, создание на этой основе перспективных технологическихпроцессов для их производства в космосе. Такие исследования позволят установить областиприменения кристаллов фуллеренов в современных технологиях и технике будущего,выявить особенности затвердевания металлов и сплавов при высокоскоростнойкристаллизации в условиях микрогравитации.

Получение различных белковых кристалловпозволит определить структуру этих белков с высоким уровнем разрешения, чтонаходит 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 рядконстант реакции полимеризации, в перспективе могут дать технологию созданиягерметичных крупногабаритных отверждаемых конструкций в космосе.

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

Условия длительной микрогравитации позволяютпроводить исследования по изучению её влияния на процессы высокотемпературногосинтеза и формирование структуры продуктов с целью получения тугоплавкихматериалов с уникальной структурой, пен или зернистых каркасов, которыеявляются эффективными теплоизолирующими материалами для применения вкосмической технике, а также решать технологические задачи по монтажу,демонтажу и ремонту.

Программа исследований по физике жидкости,фазовым переходам и явлениям переноса, физике критического и околокритическогосостояния вещества, а также физике низких температур имеет целью получениеновых фундаментальных и прикладных знаний, решение задач управления конвективнымипотоками в жидкостях и проблем создания новых теплообменных и криогенныхаппаратов для нужд космической техники.

Изучение физических процессов и явлений,происходящих в комплексной плазме, открывает качественно новую областькосмических исследований, имеющих отношение к фундаментальным проблемамформирования звезд и планет. Комплексная плазма представляет собойнизкотемпературную плазму, состоящую из ионизированного газа, нейтрального газаи заряженных пылевых частиц микронного размера. При определённых условиях,комплексное взаимодействие между этими частицами и ионами плазмы приводят к ихсамоорганизованному упорядоченному состоянию, по структуре во многоманалогичному естественным кристаллам, однако легко наблюдаемому в обычныймикроскоп. В земных условиях сила тяжести заставляет макрочастицы оседать из-заих относительно большой массы, что приводит к искажению кристаллическойструктуры плазменного кристалла. В условиях микрогравитации на борту МКСвозможно получение более протяженных и однородных трехмерныхплазменно-кристаллических структур, что позволяет выявить уникальныеособенности их формирования и строения.

В настоящее время в развитие новыхтематических направлений прорабатываются вопросы организации фундаментальных,научно-прикладных и экспериментальных работ по созданию опережающегонаучно-технического задела по ключевым элементам и технологиям для созданияперспективных пилотируемых комплексов и автоматических космических аппаратовдля полётов за пределы околоземного пространства - к Луне, Марсу, астероидам идругим планетам и телам Солнечной системы, для исследования, освоения ииспользования космического пространства в интересах земной цивилизации.

 

Статистика по состоянию КЭ

Эксперименты

Наименование Руководитель Состояние
s-FLAME Губернов В. В., Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, ведущий научный сотрудник, д.ф.-м.н. Реализуется
Адамант Фролов С. М., ИХФ РАН, зав. отд. горения и взрыва, д.ф.-м.н. Реализуется
БАБЛ Сонин А. А., Университет машиностроения, профессор кафедры «Физика», доктор физико-математических наук Готовится
Вампир Бармин И.В., КБОМ, генеральный директор – генеральный конструктор, член-корреспондент РАН, профессор Готовится
Виброкристаллизация Жариков Е.В., РХТУ им Д.И. Менделеева, заведующий кафедрой, д.т.н. ,профессор Готовится
ВИПИЛ Любимова Т.П., ИМСС УрО РАН, зав. лаб. вычислительной гидродинамики, д.ф.-м.н., профессор Выведен
Диск Гоник М.А., с.н.с., к.т.н. Готовится
Дисплей Готовится
Диффузионное пламя Минаев С. С., Дальневосточный федеральный университет - Инженерная Школа , зав.лаб., д.ф.-м.н., Анализируется
ДСМИКС Любимова Т.П., ИМСС УрО РАН, зав. лабораторией вычислительной гидродинамики, д.ф.-м.н., профессор Завершен
Зарево Фролов С.М., ИХФ РАН, зав. отделом, д.ф.-м.н. Завершен
Зона-К Иванов А.И., ФГУП ЦНИИмаш, к.ф.-м.н. Готовится
Кинетика-1 Харанжевский Е. В., Удмуртский государственный университет, физико-энергетический факультет, зав. лаб. экспер. физики, к.т.н, доцент Реализуется
Кинетика-2 Харанжевский Е. В., Удмуртский государственный университет, физико-энергетический факультет, зав. лаб. экспер. физики, к.т.н, доцент Готовится
Конкон Зюзгин А.В., Пермский государственный национальный исследовательский университет, профессор кафедры общей физики, д.ф.-м.н. Готовится
Кристаллизатор Волошин А.Э., Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова, к.ф.-м.н. Реализуется
Крит Полежаев В.И., Институт проблем механики РАН, главный научный сотрудник д.ф.-м.н., профессор Готовится
Магнитоконтроль Раков В.В., филиал учреждения РАН Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова - Научно-исследовательский центр "Космическое материаловедение"., вед. инженер к.т.н. Готовится
Мираж Захаров Б. Г., Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова - Научно-исследовательский центр "Космическое материаловедение", д.т.н. Готовится
ОАСИС Долганов В.К., ИФТТ РАН, г.н.с., д.ф.-м.н. Завершен
Перитектика Кривилев М.Д., Удмуртский государственный университет, физико-энергетический факультет, зав. лаб., к.ф.-м.н., доцент Реализуется
Плазменный кристалл Фортов В.Е., ОИВТ РАН, академик РАН Реализуется
Пыль-УФ Фортов В.Е., ОИВТ РАН, академик РАН Готовится
Репер-Калибр Саприцкий В.И., ФГУП ВНИИОФИ, нач.отделения, профессор Готовится
СВС Мержанов А.Г., ИСМАН РАН, академик РАН (координатор – Сычев А.Е., к.т.н.) Завершен
Слой-К Готовится
Фламенко Снегирёв А.Ю., Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, профессор каф., д.т.н. Реализуется
Фуллерен Левченко А.А., ИФТТ РАН, зам.директора, д.ф.-м.н. Готовится
Экоплазма Фортов В. Е., ОИВТ РАН, директор, д.ф.-м.н., академик РАН Готовится
Экран-М Пчеляков О.П., Институт физики полупроводников СО РАН, зав. отделом, д.ф.-м.н., профессор Готовится
Электрическое пламя Минаев С. С., Дальневосточный федеральный университет - Инженерная Школа , зав.лаб., д.ф.-м.н., Реализуется