12 апреля мы отправим наш сервер в стратосферу. Скоро мы подробно напишем о технической начинке нашего проекта «Космический ЦОД». А пока хотим рассказать о том, для чего сегодня используют полёты в стратосферу.
Исследовательский стратостат NASA
Космос гораздо ближе, чем нам кажется. И это не красивая метафора: сегодня граница атмосферы Земли принята на уровне 100—122 км. Однако уже на 30 км, в стратосфере, 99 % воздушной массы остаются ниже тебя. Последний один процент воздуха «размазан» на остальные 70—90 км высоты. Для сравнения, на уровне моря среднее атмосферное давление составляет около 1000 миллибар, а на 30 км — порядка 12 миллибар. Поскольку именно стратосфера является «озоновым щитом», то в верхней её части гораздо выше уровень солнечной радиации. Из стройной картины суровой почти безвоздушности выбивается только температура: от -75°С на 12 км она поднимается до 0°С на 45 км (иногда прогревается до такой температуры уже на 30 км, хотя обычно здесь -20...-10°С).
Из-за совокупности условий, диапазон высот 30—40 км сегодня иногда называют «предкосмосом» и активно используют для проведения всевозможных научных исследований, требующих минимального влияния атмосферы. То есть в верхней стратосфере можно задёшево проводить исследования и испытания, не тратясь на полноценный вывод в космос.
Первый в мире стратостат был построен учёным Огюстом Пикаром для исследования космических лучей. Природа космических лучей вплоть до 1940-х гг. оставалась неясной. Исследования взаимодействия космических лучей с веществом с помощью ядерных фотоэмульсий, поднимаемых на шарах-зондах привели, в частности, к открытию новых элементарных частиц – позитрона (1932), мюона (1936), π-мезона (1947).
В наши дни, несмотря на звание «предкосмоса», чаще всего стратосферу используют для… формирования прогнозов погоды. Согласно современным представлениям, атмосферные процессы, протекающие в стратосфере, очень сильно влияют на погоду на Земле. Поэтому каждые сутки, в 12 и в 24 часа по единому времени, по всей планете запускают сотни метеозондов: это маленькие воздушные шарики, под которыми привязаны небольшие аппаратные блоки, которые по мере подъёма в стратосферу регистрируют температуру и влажность воздуха, скорость и направление ветра. Информация с метеозондов собирается в единую информационную систему и применяется в моделях прогнозирования погоды. К примеру, если сегодня воздушные массы движутся из Африки на северо-северо-восток, то при такой скорости этот атмосферный фронт через пару дней окажется в Европе, и так далее.
Также в стратосфере проводятся исследования, при которых атмосфера мешает, а выходить совсем за её пределы слишком дорого. И мешает атмосфера обычно астрономам. Ещё в 1950-е в США был запущен первый в мире стратосферный телескоп с диаметром главного зеркала 30 см, который сделал непревзойдённые на то время снимки солнечной короны. В 1966-м в СССР для съёмки нашего светила под стратостатом в полёт отправилась 8-тонна платформа с автоматической обсерваторией «Сатурн». Главное зеркало её телескопа было диаметром 50 см (хотя конструктивно он был рассчитан аж на метровое зеркало).
Также в стратосферу летали и летают телескопы, работающие в рентгеновском и инфракрасном диапазонах; для них влияние атмосферы гораздо пагубнее, поскольку она поглощает такие виды излучения.
Ещё из интересных задач можно вспомнить изучение серебристых облаков. Это редкое атмосферное явление, которое появилось порядка 130 лет назад, вскоре после извержения вулкана Кракатау. Серебристые облака образуются на высоте около 80 км, только с мая по сентябрь и только в высоких широтах. Они становятся видны лишь тогда, когда солнце почти село и находится в 6—16° над горизонтом.
Серебристые облака изучают с тех пор, как их впервые увидели в 1885 году. До сих пор точно не известно, откуда они берутся. По одной из версий, мельчайшая пыль от извержения вулкана попала в мезосферу, и её частицы в определённых условиях конденсируют на себе влагу и становятся видимыми. А несколько лет появилась свежая гипотеза, что это метан поднимается в верхние слои атмосферы, взаимодействует с космической пылью и превращается в кристаллики льда.
Большое подспорье стратосфера оказывает и в освоении космоса. Условия там очень похожи на космические: давление в 100 раз ниже, чем на уровне моря, высокий уровень солнечной радиации, по мере подъёма очень сильный перепад температуры, что тоже характерно для космоса: разница между «солнечной» и «теневой» стороной может достигать 170 градусов.
Карточка, используемая для перевозки бактерий на стратостате
Так во время одного из солнечных затмений NASA провело исследование поведения бактерий в среде похожей на Марс. Атмосфера Марса на поверхности примерно в 100 раз меньше земной, с более прохладными температурами и большим количеством радиации. В нормальных условиях верхняя часть нашей стратосферы похожа на марсианские условия, а во время солнечного затмения сходство с Марсом увеличивается. Луна сдерживает выброс излучения и тепла от Солнца, блокируя определенные ультрафиолетовые лучи, которые менее распространены в атмосфере Марса, и еще больше понижая температуру в стратосфере. В общем, стратосфера — отличная «песочница» для испытания различной техники и материалов.
Ещё одно интересное направление стратосферных исследований — испытание спутниковых систем связи. Из-за шарообразности Земли дальность прямой радиосвязи на поверхности планеты ограничена примерно 27 км, это расстояние до горизонта. А если поднять передатчик в стратосферу, то он будет «бить» уже на несколько сотен километров, этого вполне достаточно для натурных испытаний.
Также в стратосфере проводят биологические эксперименты: изучают способность различных живых организмов выживать в условиях высокого радиоактивного фона, который всегда сопровождает астронавтов за пределами нашей атмосферы.
А вот сами люди — редкие гости на высоте 30 км. Обычно они здесь бывают только проездом, когда их везёт ракета. В 1950-60-х годах было совершено несколько сверхвысотных стратосферных парашютных прыжков, но за последние 40-50 лет таких было только два. Последний из них, самый нашумевший, это прыжок Феликса Баумгартнера с высоты больше 36 км.
Удовольствие крайне дорогое: нужен большой стратостат, подъёмная капсула, скафандр с системой жизнеобеспечения — всё вместе это стоит миллионы долларов.
Наконец, одно из стратегических направлений в исследованиях — поиск конструкционных материалов, наиболее эффективных с точки зрения объёма, массы и прочности, поскольку одной из самых сложных и дорогостоящих задач в создании орбитальных и планетарных объектов, предназначенных для пребывания людей, является доставка с Земли крупных элементов конструкций. И в стратосфере изучают поведение полимерных композитов, из которых в будущем планируют выдувать (с последующим отверждением) целые помещения на орбите, Луне или Марсе. Учёные выясняли, как материал вёл себя в ходе отверждения, с какой скоростью, какие свойства обрёл. Также из свежего можно вспомнить исследование углеродоволоконного материала.
Конечно, наш новый проект «Космический ЦОД» обойдётся во много-много раз дешевле упомянутых экспериментов. Сейчас полным ходом идёт согласование запуска с ответственными инстанциями. Приехала большая часть оборудования, сервер собран и мы увязываем компоненты друг с другом.
Следите за новостями в блоге :)
Автор: ru_vds
