Короткая миссия на высоту более 100 км над поверхностью Земли может предоставить ответы, которые трудно получить в обычной лаборатории. Поэтому в рамках миссии, проведенной с использованием бразильской испытательной платформы, эксперименты будут подвергнуты воздействию микрогравитации и впервые будут возвращены после полета для анализа исследователями на суше.
Эта инициатива реализуется с помощью Платформы Суборбитальной Микрогравитации Сниженной (PSM-R), разработанной для перевозки научных экспериментов во время короткого полета. Аппарат будет запущен в Центре Запуска Барьер Инферно (CLBI) в Парнамириме (RN) в ходе Операции Потигуар 2, проводимой Воздушными Силами Бразилии (FAB).
Операция, начавшаяся 31 августа, запланирована к завершению 19 сентября, при этом запуск экспериментов, установленных на PSM, с помощью зондирующей ракеты VS-30, должен состояться в течение этого периода. Основная цель этой миссии — проверить сами эксперименты и работоспособность системы, отвечающей за возврат и восстановление платформы. В случае успеха исследователи смогут извлечь эксперименты после полета и провести анализ, который невозможно осуществить только на основе данных телеметрии во время миссии.
Термин микрогравитация относится к состоянию, при котором гравитационные эффекты резко снижены, что приводит к тому, что определенные физические, химические и биологические процессы демонстрируют поведение, существенно отличающееся от наблюдаемого на земной поверхности. Такая среда может быть полезна для исследований новых материалов, процессов горения, лекарств и космического сельского хозяйства.
Особый интерес представляет формирование кристаллов — структур, которые могут иметь иные характеристики при производстве в условиях микрогравитации, поскольку влияние гравитации на их рост значительно меньше. Руи Ботелью, магистр мехатроники, редактор канала Brazilian Space и бывший сотрудник Бразильского космического агентства (AEB), объяснил в интервью Olhar Digital, что синтетическая кристаллография пытается воспроизвести кристаллы в промышленной среде, однако гравитация вмешивается в организацию элементов на микроскопическом уровне. В космосе, где нет фиксированного направления силы тяжести, структуры растут симметрично и гораздо более однородно. Он отметил: «Когда вы находитесь в среде микрогравитации, эта различная форма уменьшает вероятность ее возникновения. Таким образом, эти кристаллы растут во всех направлениях гораздо более равномерно, чем здесь, на Земле».
По мнению специалиста, этот процесс порождает кристаллы высочайшего качества, имеющие применение от фармацевтической промышленности до электроники, например, в точности часов и тактовых импульсах компьютеров. «В космосе вы можете получить гораздо более высокое качество в составе этих кристаллов, что устраняет проблему разницы во времени практически».
Пример такого применения произошел в 2023 году, когда компания Varda Space Industries провела миссию на орбите для производства кристаллов ритонавира, лекарства, используемого для лечения людей с ВИЧ. Этот эксперимент продемонстрировал одну из возможностей использования космической среды для изучения процессов производства и свойств веществ.
Согласно заявлению FAB, PSM-R устанавливается на верхней части ракеты VS-30 V16, разработанной Институтом Аэронавтики и Космоса (IAE). Этот аппарат длиной около девяти метров классифицируется как суборбитальный, поскольку не выводит свою полезную нагрузку на орбиту. Его задача — достичь высоты свыше 100 км, выполнить миссию и вернуться на Землю.
После зажигания ракета поднимается на первой фазе полета, следуя траектории, похожей на параболу. Двигатель работает около 30 секунд. Когда аппарат теряет скорость и приближается к самой высокой точке траектории (апогею), платформа отделяется от ракеты и начинает выполнять предусмотренные процедуры для экспериментов.
Время пребывания в космической среде очень короткое. Хотя официальные сообщения упоминают более длительные окна, Ботелью полагает, что для данной конфигурации аппарата фактическое время микрогравитации составляет около двух-трех минут. Тем не менее, он подчеркивает, что этого периода достаточно для проверки гипотез и тестирования электронных компонентов или биологических систем перед инвестированием в долгосрочные орбитальные миссии.
После достижения самой высокой точки траектории платформа начинает возвращаться, запуская этап, столь же важный, как и сам эксперимент. Во время спуска платформа сначала находится в свободном падении. Затем активируется первый парашют для стабилизации оборудования и подготовки к открытию основной системы. После этого открывается больший парашют для снижения скорости и обеспечения того, чтобы конструкция достигла воды в подходящих условиях для обнаружения и спасения.
Область падения определяется заранее, но точное местоположение может варьироваться из-за таких факторов, как ветер и морские течения. Поэтому платформа оснащена GPS для передачи своего местоположения и радиосистемой, излучающей сигналы для спасательных команд. Ботелью разъясняет, что платформа полностью герметична и водонепроницаема, что гарантирует защиту и целостность образцов даже в воде. При условии корректной работы парашюта и отсутствия сильного удара при падении, ожидается, что спасательные команды FAB быстро произведут эвакуацию.
«Время восстановления обычно короткое, не должно превышать нескольких часов. Если платформа прибудет целой и не возникнет проблем с открытием парашюта, время восстановления не должно превысить трех часов максимум», — объясняет специалист. Способность плавать и непрерывно передавать сигналы гарантирует, что оборудование будет спасено в оптимальное окно, позволяя извлечь эксперименты неповрежденными и доставить их для анализа ученым на суше.
Возможность восстановления платформы представляет собой важнейшую веху для закрытия исторического пробела в бразильской космической программе. Ботелью напоминает, что, хотя Бразилия проводит суборбитальные запуски на протяжении шести десятилетий (с ракет Nike Apache и национальной семьей Sonda в 1965 году), страна всегда зависела от импортных платформ и отсеков полезной нагрузки. Разработка и повторное использование полностью национальной платформы меняет эту ситуацию с точки зрения затрат и технологической автономии. Специалист анализирует: «Производство платформы здесь, в Бразилии, с точки зрения стоимости рабочей силы, материалов и валютного курса, дешевле, чем производство за рубежом и приобретение импорта. Восстанавливая платформу, вы можете летать чаще при гораздо меньших затратах».
PSM-R номинально спроектирована для четырех полетов, а ракета VS-30 V16, которая ее транспортирует, является одноразовой. Ботелью подчеркивает, что эта текущая платформа служит «технологическим испытателем» меньшего размера. Успешная проверка ее системы спасения послужит основой для разработки PSM Standard, окончательной и более крупной модели, способной разместить больше экспериментов и укрепить промышленную и академическую экосистему частых запусков в стране.
Среди экспериментов, размещенных на PSM-R, находится исследование, связанное с космическим сельским хозяйством, разработанное исследователями Школы Высшего Сельского Хозяйства Луиса де Кейроза (Esalq) Университета Сан-Паулу (USP). Согласно сообщению Esalq, институт проводит исследования, чтобы понять, как растения и другие организмы ведут себя в условиях микрогравитации, с потенциальными применениями как в космосе, так и в наземном сельском хозяйстве. Исследование проводится в Лаборатории Растительной Микрогравитации Esalq под руководством профессора Пауло Серхилио Виегаса Родригеса из Департамента Растительного Производства и ангольского исследователя Адерито Томаса Пайса да Куньхи из Высшего Политехнического Института Куанза Сул. Работа также включает итальянских исследователей и является частью международного сотрудничества, посвященного развитию знаний для космического сельского хозяйства.
В данном случае экспериментальная полезная нагрузка включает CubeSat 1U с лиофилизированными микроорганизмами и биодозиметрами радиации. Грибы и бактерии обезвоживаются процессом лиофилизации для сохранения во время полета, в то время как биодозиметры регистрируют воздействие радиации. После возвращения PSM-R исследователи смогут оценить состояние организмов и проверить эффекты, которым они подверглись во время миссии. Это исследование также связано с работами Esalq в лаборатории посредством клиноротации — техники, используемой для имитации определенных эффектов микрогравитации. В этой процедуре оборудование под названием клиностат непрерывно перемещает образцы, изменяя направление воздействия гравитации на них. Результаты, полученные в смоделированной среде, могут быть сравнены с теми, что получены в реальных условиях полета. Такой тип исследований направлен на расширение знаний, необходимых для производства продуктов питания и поддержания биологических систем вне Земли. Космическое сельское хозяйство может стать важным в длительных миссиях, где постоянная доставка продуктов питания и других ресурсов с Земли будет малореалистичной. Поэтому понимание того, как живые организмы реагируют на микрогравитацию и радиацию, является шагом к разработке будущих технологий жизнеобеспечения в космосе.
Страна ранее проводила аналогичную миссию в 2022 году. В Операции Санта Бранка ракета VSB-30 доставила Модель Квалификации Суборбитальной Платформы Микрогравитации (MQ-PSM) в космос из Акантары (MA). Теперь Операция Потигуар 2 добавляет новый этап в проект: тестирование в реальных условиях полета системы, ответственной за восстановление платформы после запуска. В настоящее время исследования в микрогравитации также проводятся на орбитальных установках, таких как Международная космическая станция (ISS) и китайская станция Тяньгун. Однако доступ к этим структурам сопряжен с высокими расходами и очередями ожидания. Национальная полностью восстанавливаемая суборбитальная платформа предлагает Бразилии гибкую, недорогую и независимую альтернативу для краткосрочных экспериментов. Если тест будет успешно завершен, PSM-R ознаменует собой сдвиг в уровне бразильских космических исследований. Способность восстанавливать эксперименты в целости и повторно использовать модуль в последующих миссиях снижает исторические финансовые барьеры, открывая путь к регулярной рутине научных испытаний на «крайней границе».
