Астронавты Массачусетского технологического института на борту Международной космической станции и исследователи Массачусетского технологического института, проводившие эксперименты, расширили наши знания о науке, космосе и Вселенной.
2 ноября 2000 года астронавт НАСА Билл Шепард, OCE '78, SM '78, и российские космонавты Сергей Крикалев и Юрий Гидзенко вошли в историю, когда их космический корабль «Союз» состыковался с Международной космической станцией.
Это событие ознаменовало начало 25-летнего периода непрерывного пребывания человека в космосе на борту МКС — плодотворного периода для космических исследований. Астронавты, учёные и инженеры, прошедшие обучение в Массачусетском технологическом институте, сыграли ключевую роль во всех аспектах проектирования, сборки, эксплуатации и научных исследований станции.
Один из самых опытных астронавтов НАСА из Массачусетского технологического института, Майк Финк (выпуск 1989 года), отмечает это знаменательное событие в космосе. Проведя 381 день в трёх предыдущих миссиях на МКС, он вернулся 1 августа в составе экипажа 73-й экспедиции. «Ух ты, 25 лет постоянного пребывания человека в космосе!» — сказал он мне в сентябре, разговаривая со станцией. «Какое достижение и свидетельство для наземных команд, инженеров, учёных и дипломатов».
Строительство и эксплуатация МКС
«Мы понимали, что строительство МКС будет значительно сложнее, чем всё, что мы пытались сделать раньше, за исключением, пожалуй, «Аполлона»», — говорит Памела Мелрой, лётчица 1984 года, которая трижды управляла космическим челноком в ходе сборочных миссий МКС, включая STS-92 в октябре 2000 года, где были установлены ключевые модули и конструкции, подготовившие станцию к прибытию Шепарда и его экипажа менее чем через две недели. «Мы многому научились в ходе программы «Шаттл-Мир», что, я думаю, придало нам гораздо больше уверенности перед сборкой МКС», — говорит она.
Мелрой была одной из десяти астронавтов Массачусетского технологического института, участвовавших в 13 миссиях шаттлов по сборке и снабжению МКС до 2011 года. «Это просто потрясающе – осознавать: „Вау, вот наглядное доказательство того, на что мы потратили 10–14 дней“», – вспоминает она. Она также увидела, насколько важна логистика для снабжения, особенно после вывода шаттлов из эксплуатации.
Шеперд, командир первой экспедиции, и его экипаж преодолели множество трудностей, адаптируясь к жизни в космосе, продолжая сборку МКС, а также устанавливая и активируя её системы жизнеобеспечения и связи. «Большую часть полёта мы были простыми рабочими, — говорит он. — Мне очень нравилась эта часть». Прибыв на МКС, он обнаружил, что в российском сервисном модуле отсутствует рабочий стол, который его экипаж счёл очень полезным для тренировок. Он спросил Москву: «Где наш стол?», и ему ответили: «Он появится через полгода после того, как вас не будет».
Грузовые рейсы доставили контейнеры с поглотителями углекислого газа, упакованные в прочные алюминиевые рамы. Осмотрев рамы, они решили, что нет причин оставаться без стола. «У нас были специальные инструменты, которые мы пронесли на борт», — вспоминает он. «Поэтому мы начали резать, сверлить, нарезать резьбу и изготавливать стол из обрезков». Стол оказался довольно хорошим. «Когда в Хьюстоне об этом узнали, они просто сошли с ума, потому что мы там пилили, делали стружку и алюминиевые опилки», — говорит он. «Но мы всё это преодолели». Теперь, в Смитсоновском институте, это «определённо стол, разработанный Массачусетским технологическим институтом», — говорит Шепард.
Двенадцать выпускников Массачусетского технологического института и один филиал Института Уайтхеда из Массачусетского технологического института совершили в общей сложности 18 длительных миссий к МКС. Кэди Коулман, родившаяся в 1983 году, была ведущим специалистом по робототехнике и науке во время 159-дневной экспедиции в 2010 и 2011 годах. Она провела сотни экспериментов, от фундаментальной науки до разработки технологий для будущих миссий на Луну и Марс. «В MIT нас всегда приглашали участвовать в научных открытиях», — говорит Коулман. «Мы привнесли стандарты качества MIT во все области. Но самое главное, наше образование научило нас понимать, что мы являемся частью более масштабной миссии по изменению мира к лучшему».
Ссылаясь на девиз «Mens et manus» на своей кепке Brass Rat, которую он носил в космосе, Финк отметил, что Массачусетский технологический институт хорошо подготовил его к работе. «Когда есть такая критическая масса действительно умных и критически мыслящих людей, это действительно имеет значение и раскрывает лучшее в каждом из нас, включая меня», — сказал он. «Так что спасибо, MIT».
Вуди Хобург (выпуск 2008 года), который был доцентом кафедры аэрокосмической техники, прежде чем совершить 186-дневный полёт на МКС в 2023 году, соглашается: «Неудивительно, что так много выдающихся мыслителей и деятелей Массачусетского технологического института в конечном итоге формируют наши самые смелые достижения в космосе. МКС, безусловно, одно из них — это прекрасная машина, построенная, когда я ещё учился в старшей школе, а позже учился на 16-м курсе Массачусетского технологического института. Всё это время она летала над Землёй со скоростью восемь километров в секунду».
Наука в космосе
Многие преподаватели и студенты Массачусетского технологического института воспользовались уникальным доступом МКС в космос для проведения исследований.
«Проект MACE-II [Эксперимент по активному управлению на Миддеке] Массачусетского технологического института стал первым активным американским научным исследованием, проведённым на Международной космической станции», — сказал Шеперд в 2001 году. «Проведение таких научных исследований, как MACE-II, на борту станции позволяет успешно взаимодействовать практически в реальном времени между астронавтами в космосе и исследователями на Земле». Разработанный профессором аэроастрономии Дэвидом Миллером (выпуск 1982 г.), магистром наук (выпуск 1985 г.), доктором наук (выпуск 1988 г.) и Лабораторией космических систем (SSL), которой он тогда руководил, MACE-II успешно провёл испытания методов прогнозирования и управления динамикой конструкций в условиях микрогравитации. По словам Миллера, методы структурной динамики, разработанные в рамках MACE, впоследствии были использованы для испытаний космического телескопа имени Джеймса Уэбба.
Миллер и SSL также руководили разработкой SPHERES (Synchronized Position Hold Engage and Reorient Experimental Satellites), набора спутников, используемых на борту МКС с 2006 по 2019 год. Вдохновленный тренировочным мячом джедаев из оригинальных Звездных войн, SPHERES превратился из студенческого аэрокосмического проекта в установку МКС для изучения динамического управления спутниками, летящими вместе в космосе. Три независимых свободно летающих спутника работали внутри МКС в рамках инфракрасной/ультразвуковой измерительной системы, которая предоставляла точную информацию о позиционировании и ориентации в трех измерениях. SPHERES позволил исследователям разрабатывать и тестировать алгоритмы для точного управления несколькими космическими аппаратами во время сложных совместных операций. Его модульная конструкция позволила добавлять электромагниты для точного тандемного полета, системы зрения для навигации и оборудование для исследования плескания жидкостей в космосе.
Грег Шамитофф, доктор философии 1992 года, стал первым руководителем исследований, непосредственно проводившим собственные научные исследования на МКС, когда он программировал SPHERES во время экспедиции 17 в 2008 году. Миллер вспоминает, что, когда Шамитофф позже посетил Массачусетский технологический институт, он спросил: «Почему бы нам не организовать первое соревнование по робототехнике для начальной школы, когда-либо проводимое за пределами планеты?» В течение следующего десятилетия около 20 000 учащихся старших и средних классов со всего мира приняли участие в проекте Zero Robotics, разрабатывая алгоритмы для управления спутниками SPHERES в соревнованиях по STEM, проводившихся на борту МКС. И MACE-II, и SPHERES были возвращены на Землю и будут выставлены в галерее «At Home in Space» Национального музея авиации и космонавтики, открытие которой запланировано на 2026 год.
Сэмюэл Си Си Тинг, профессор физики имени Томаса Дадли Кэбота в Массачусетском технологическом институте, возглавил международную инициативу стоимостью 2 миллиарда долларов по разработке альфа-магнитного спектрометра (AMS) с амбициозной целью поиска антиматерии, определения происхождения тёмной материи и изучения свойств космических лучей. Доставленный на МКС в 2011 году одной из последних миссий космического челнока, AMS точно измерил более 253 миллиардов событий космических лучей с энергиями до нескольких тераэлектронвольт. Полная интерпретация обширных экспериментальных данных, всё ещё получаемых AMS, потребует новых физических моделей. «Я полагаю, что через 100 лет большая часть моей работы будет забыта», — говорит Тинг. «Но если люди что-то и будут помнить, то это, вероятно, будет AMS».
Кейт Рубинс, микробиолог, была научным сотрудником Института Уайтхеда, когда ее выбрали астронавтом НАСА в 2009 году, и стала первым человеком, который секвенировал ДНК в космосе за время своей долгой работы.
Длительность миссии МКС в 2016 году. Она использовала коммерчески доступный метагеномный секвенатор, несмотря на риск того, что он может не сработать на орбите. «К всеобщему удивлению, он сработал, причём с первого раза», — вспоминает она. «Не знаю, был ли в моей жизни лабораторный эксперимент, который удался с первого раза, но геномное секвенирование в космосе стало для меня настоящим открытием».
Рубинс хотела проводить собственные научные исследования в свободное время на орбите, поэтому она получила разрешение от NASA заменить свой собственный лабораторный стол оборудованием — включая пипетки, пробирки и научную пластиковую посуду — на небольшой набор личных вещей, которые астронавтам разрешено брать с собой в космос. Она обратилась за помощью к психологу NASA. «Он сказал: „Знаете, Кейт — зануда, она любит этим заниматься… мы должны взять это с собой на борт“», — говорит она. Рубинс успешно продемонстрировала, что обычное биологическое лабораторное оборудование можно использовать для проведения научных исследований в космосе, и передала это оборудование в пользование будущим экипажам МКС. («Каждый астронавт становится ученым, когда попадает на борт космической станции», — говорит она.) Недавно она стала соавтором статьи, в которой описывается создание карты микробиома МКС — трехмерной карты, показывающей, где астронавты находили различные микробы и метаболиты, когда собирали образцы в космосе. Она называет эту работу «супер захватывающей».
МКС также служит испытательным полигоном для новых технологий, которые будут поддерживать амбициозные программы НАСА по исследованию Луны и Марса. В 2023 году лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института успешно продемонстрировала широкополосную лазерную связь в космосе между своим лазерным терминалом связи ILLUMA-T на борту МКС и демонстрационным спутником NASA Laser Communications Relay. Когда астронавты миссии Artemis II отправятся на Луну в начале 2026 года, их космический корабль Orion будет использовать оптическую систему связи, разработанную Группой оптических и квантовых коммуникаций Линкольнской лаборатории и Центром космических полётов имени Годдарда, для передачи изображений лунной поверхности высокого разрешения на Землю с помощью лазеров, способных обеспечивать скорость передачи данных до 260 мегабит в секунду.
Международное сотрудничество
Одним из самых важных достижений Международной космической станции, которая, как планируется, продолжит функционировать до 2030 года, является масштабное международное сотрудничество, сделавшее ее создание возможным.
Корни проекта восходят к 1984 году, когда президент Рональд Рейган поставил перед NASA задачу возглавить усилия по созданию околоземной космической станции в течение десятилетия. Но к началу 1990-х годов космическая станция «Фридом» значительно превысила бюджет и отставала от графика. Вскоре после вступления в должность в 1993 году президент Билл Клинтон попросил президента Массачусетского технологического института Чарльза Веста возглавить Консультативный комитет по перепроектированию космической станции. После распада Советского Союза комитет Веста рекомендовал «NASA и администрации продолжить изучение возможностей сотрудничества с русскими в целях повышения возможностей станции, снижения затрат, предоставления альтернативного доступа к станции и расширения исследовательских возможностей». Это побудило NASA пригласить российское космическое агентство «Роскосмос» присоединиться к международной коалиции по МКС. И сегодня МКС совместно эксплуатируется космическими агентствами США (NASA), России (Роскосмос), Японии (JAXA), Канады (CSA) и Европы (ESA).
«Мы прошли путь от космической гонки во времена программы «Аполлон» до… по сути, теперь мы работаем вместе, люди по всей планете Земля, создавая нечто поистине невероятное», — говорит Финк. «Снимаю шляпу перед всеми моими товарищами по команде и всеми командами по всей планете Земля, которые создали эту прекрасную космическую станцию».
Занимая пост заместителя администратора НАСА с 2021 по 2025 год, Мелрой помогала руководить НАСА в сложный период после российского вторжения на Украину. «Когда людей объединяет то, что их одинаково увлечёт, — говорит она, — вы преодолеваете барьеры культурных, языковых и политических различий». НАСА и Роскосмос установили «определённый уровень доверия, — говорит она, — и отношения существуют на всех уровнях». Руководящим принципом, по словам Мелрой, было сохранение неполитизированных отношений, «и наши российские партнёры уважали это и согласились с этим».
«У нас по-прежнему есть партнёрство в космосе, хотя на Земле дела идут не очень хорошо», — говорит Финк. «У нас есть прекрасная Солнечная система, которую нужно исследовать, и когда-нибудь мы доберёмся до звёзд». И это, по его словам, станет возможным, «если мы перестанем бороться и направим усилия на исследования».
В 2001 году Шепард предсказал: «Весьма вероятно, что день нашего запуска… станет последним днём, когда люди будут жить только на планете Земля». И после 25 лет жизни и работы на Международной космической станции люди, похоже, готовы доказать его правоту.
Джон Тылко (выпуск 1979 г.), доктор наук (выпуск 23 г.), инженер по аэрокосмической технике и историк технологий, был свидетелем запуска первого экипажа МКС в 2000 году с космодрома Байконур и стыковки космического корабля с МКС из российского Центра управления полетами под Москвой.
Источник: www.technologyreview.com
