Российские ученые исследовали полотенце с пылью из открытого космоса

Вряд ли кому-нибудь приходило в голову специально исследовать состав грязи, которая попадает, к примеру, на стекло движущегося автомобиля. Всем и без того понятно, что там фрагменты почвы, растений, отходов жизнедеятельности человека и животных, бензин и прочая химия. А вот что оседает на внешней поверхности космической станции? Скрупулезный научный труд по изучению состава космической «грязи» провели ученые Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) Росстандарта и Института медико-биологических проблем ран. Одним из объектов их исследования стало… небольшое полотенце, размещенное одним из космонавтом более 10 лет назад на внешней стороне МКС, на модуле «Пирс».

Работа космонавта на внешней стороне модуля «Пирс». фото предоставлено ВНИИФТРИ

Сначала – предыстория. На дворе, то есть на орбите, 15 мая 2019 года. Российские космонавты Олег Кононенко и Алексей Овчинин работают по программе ВКД (внекорабельной деятель), а возвращаясь на станцию, забирают с собой аккуратно привязанное 10 лет назад к одному из поручней махровое полотенце. Подобный материал обычно используется космонавтами для протирки перчаток скафандра после соприкосновения с токсичными остатками топлива, которое остается на поверхности модулей. 

То самое «порыжевшее» полотенце, привязанное к поручням модуля «Пирс». фото предоставлено ВНИИФТРИ

Данный сверток ткани был оставлен 23 декабря 2008 года Юрием Лончаковым и американским космонавтом Майклом Финком на кронштейне 2312 в ходе выполнения сеанса ВКД (Майкл Финк даже оставил свой автограф на внутреннем участке ткани). Кононенко и Овчинину было дано задание забрать порыжевший со временем «объект» с собой. Внутри станции они запаковали его в герметичный контейнер, а после спуска, в сентябре 2019 года передали его ученым для исследования. Было интересно проверить состав загрязнения ткани, и соответственно, внешней поверхности станции, накопившегося на них за десятилетие, и возможной связи загрязняющих факторов с имеющимися микроповреждениями корпуса станции.

МКС под напряжением 

Над проблемой таких микроповреждений российские ученые активно работали начиная с 80-х годов прошлого века. К примеру, в отделении гидроакустики ВНИИФТРИ был разработан и изготовлен «карманный» вариант прибора «Указатель течи» для выявления возможной утечки воздуха на станции «Мир». Начиная с 2008 года в связи с обнаружением множества очагов коррозии на внутренней поверхности гермокорпуса МКС было принято решение о разработке научной аппаратуры для фиксации деформации гермокорпуса по распространяющимся акустическим волнам. технический проект по приборам, размещаемым внутри станции, был выполнен сотрудниками Научно–исследовательского отделения акустооптических измерений и лазерной оптоэлектроники института (это отделение было сформировано на базе лаборатории, основанной в 1966 году выдающимся академиком Владиславом Пустовойтом).  

По словам заместителя начальника отделения Владимира Беляева, ученые пришли к выводу, что небольшая деструкция может возникать внутри корпуса космической станции из-за внутреннего давления, сырости, работы систем жизнеобеспечения станции и колебаниями температуры. 

На поверхности станции найдены ДНК бактерий                    

– У вас были изначально предположения по поводу источников загрязнения с внешней стороны МКС? – спрашиваю я Беляева.

Мы предполагали три возможных источника, от которых на станции появляются рыжеватые или серые пятна. В числе первых рассматривалась внеземная пыль. «Если мы изучим ее, сможем узнать, из чего состоит Космос!» – предвкушали мы. Второе предположение основывалось на земном происхождении, поскольку мазки с внешней поверхности МКС, взятые ранее, показали наличие земных микроорганизмов. В разное время в рамках эксперимента «Тест» были найдены ДНК бактерий, которые встречаются в почве Мадагаскара, и ДНК бактерий биопланктона из Баренцева моря. А методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии ученые обнаружили рений. Этот элемент присутствует при вулканических выбросах. У нас есть предположение, что своеобразным лифтом для доставки земных частиц на высоту 400 километров могли стать джеты (разряды молний, бьющих из грозового облака не в сторону Земли, а в сторону неба. — Авт.). В-третьих, мы надеялись, что найдем на поверхности станции следы ее всевозможных собственных выбросов, которые образуют внешнюю атмосферу МКС. К примеру, в пылевом осадке могут присутствовать материалы конденсации вещества отработанного топлива, многих других сопутствующих загрязнителей, которые способны вызвать появление технологических отложений. В этом осадке могут даже присутствовать частицы материалов корпуса МКС, образующиеся в результате микроповреждений конструктивных элементов.

Загрязнения на поверхности станции под увеличением. фото предоставлено ВНИИФТРИ

– Так чего же там оказалось больше?

– больше всего оказалось микрочастиц алюминия (основного конструкционного материала МКС) и кремния (компонента солнечных панелей и кварцевого стекла). Дальше по убывающей расположились: железо, магний, цинк и другие элементы, но в меньших количествах.

О чем «рассказало» полотенце

— Возвращенный космонавтами кусочек махровой ткани, накопивший загрязнения за десяток лет, подтвердил ранее полученные результаты?

— Да, похоже на то, – подключается к разговору инженер отделения Алексей Прядка. – правда, с ним возникли некоторые сложности. Во-первых, хлопчатобумажная объединённых общим происхождением не идеальна для подобных экспериментов, ведь она сделана из природного материала, который сам по себе имеет богатый минеральный состав. Во-вторых, ее упаковали в контейнер не в открытом космосе, а внутри жилого отсека, что также нарушает чистоту эксперимента, в третьих, – у нас не было контрольного образца, ведь полотенце, оставленное в космосе, было использовано нами как «ловушка» для внешних загрязнений по чистой случайности.

– И все-таки, о чем оно вам «рассказало»?

– Мы сразу обратили внимание на частичное разрушение самой ткани. Оно было похоже на результат интенсивного удара, к примеру, быстро летящей космической частицей, – говорит Беляев. – Для того чтобы проверить эту версию, мы привлекли сотрудников Физико-химического института ран, которые сделали рентгеноструктурный анализ образцов. Но он показал, что ожидаемых нами кристаллических частиц в полотенце нет. Возможно, их вещество со временем успело улетучиться.

— А как «добывали» из полотенца другие элементы?

— Образец сначала высушили, потом взвесили, а затем растворили эту тряпочку до жидкого состояния в смеси соляной, фторводородной и азотной кислот в микроволновом поле, – поясняет Алексей Прядка. – Дело в том, что наш прибор –  оптический спектрометр –  работает только с растворами. Наряду с ним к исследованию был подключен ядерный реактор, который находится в ОИЯИ, в Дубне. В итоге, в отличие от наших предыдущих исследований загрязняющих элементов на внешней стороне станции, мы обнаружили в полотенце больше железа. Были в нем в незначительных, но всё-таки определяемых количествах совсем новые вещества, например, торий и уран. Мы предположили, что хлопок, из которого было сшито полотенце, мог выращиваться в местности, расположенной недалеко от мест ядерных испытаний.

— Чем объяснили наличие большого количества железа?

– Оно поставило нас в тупик, – говорит Владимир Беляев. – Сначала мы решили проверить версию о метеоритном веществе. Но, соотнеся между собой железо и никель, пришли к выводу, что оно не имеет ничего общего с метеоритами. Также разбилась наша версия и по поводу каменных метеоритов. Осталась только вероятность того, что их традиционные компоненты: кремний, фосфор, мышьяк, сурьма, медь и др. могут быть компонентами земной пыли.

– Был ли компонент, который вы не ожидали обнаружить при исследовании?

– Мы нашли иридий, но его оказалось слишком мало для метеоритов и слишком много для земного содержания. Обратили внимание на редкоземельные элементы, которые просто так ниоткуда не прилетят. например, цинк и титан – это очень рассеянные элементы и их оказалось относительно много в ткани. Нашли мы также и следы рения. Он может быть свидетельством только земного переноса, потому что ни на самой станции, ни в космосе рения нет. Зато его много в вулкане «Кудрявом» на острове Итуруп. Рения там столько, что стоит уже вопрос о его промышленной добыче. Он используется, к примеру, для производства катализаторов, для микроэлектроники. 

В общем, нам стало понятно, что осадки на внешней стороне МКС, включая полотенце, берутся со всех трех предполагаемых нами источников. Но все-таки больше всего меня заинтересовал другой вопрос: почему при наличии этих источников загрязнения, на МКС все еще много чистых поверхностей?

– Есть версия ответа?

– Есть рабочее объяснение, что их отбеливает солнечное облучение, – оно как бы испаряет грязь. На эту версию меня натолкнул один факт: все загрязненные места поручней или других частей модулей «смотрят» внутрь, а чистые  – наружу. 

Интересно, что в NASA только сейчас заинтересовались проблемой загрязнения и наличия жизни, то есть микроорганизмов, на внешней поверхности станции. значит, российские ученые, которые начали их «инвентаризацию» еще семь лет назад, снова оказались впереди в целом направлении научных изысканий.

Источник