Почему эти эксперименты проводят именно в космосе?

Потому что на Земле нельзя во многих случаях воспроизвести условия космоса.

Начать с того, что здесь всё находится под воздействием силы тяжести. Например, мы с вами хотим вырастить какой-нибудь чистый кристалл. Вырастили – с виду он красивый и ровный. Но при углубленном изучении оказывается, что кристаллическая решетка «прогнута». При этом кристаллы с правильной решеткой очень востребованы в современной лазерной технике, они формируют тончайший луч, и вырастить такие можно только в невесомости. То же самое со сплавами – на Земле правильно сплавить очень тяжелый и очень легкий металлы практически невозможно, всё равно получается градиент. В невесомости это можно сделать, потому что металлы не будут разделяться из-за разницы в собственном весе. То же самое с белками – большие молекулы белков (или протеиновые кристаллы) можно вырастить только в невесомости, а они, насколько мне известно, востребованы передовой медициной, поскольку помогут разработать новые эффективные лекарства, в том числе от болезней, которые пока считаются неизлечимыми. Эксперименты с кристаллами, сплавами, белками закладывают основу для космической промышленности; она когда-нибудь будет серийно выдавать продукт, который трудно или невозможно производить на Земле.

Иногда задают вопрос: нельзя ли в этих делах заменить человека роботом, а станцию – беспилотным спутником? Можно, но тогда любой эксперимент неимоверно усложнится, ведь его разработчикам придется учесть тысячу мелочей, по факту предсказать все проблемы и как-то их предотвратить. Результаты такого эксперимента всегда будут вызывать сомнения, ведь космонавт работает как исследователь непосредственно с образцом, а что происходит на спутнике, увидеть обычно затруднительно. Тут можно провести аналогию с первыми орудиями труда. Инструменты и станки сначала изготавливались вручную, а затем уже с помощью примитивных инструментов создавались более сложные устройства, вплоть до современного станка с ЧПУ или 3D-принтера, которые произведут деталь по одному только чертежу. Вот так и мы на станции – пробуем всякое, экспериментируем с разным, занимаемся ручным трудом, чтобы в будущем на нашем опыте строились автоматизированные космические заводы. Каменный век? Но без каменного не было бы бронзового, железного и так далее.

Другое направление – изучение жизни в условиях полета. Невесомость и космическая радиация, плюс быстрая смена дня и ночи, выход из земного суточного ритма. Смотрим, как развиваются зародыши и семена. Смотрим на урожайность растений, на поведение насекомых. Накапливаем представления о формировании замкнутой биосферы вне Земли. Пригодится при проектировании межпланетных кораблей и космических колоний.

Слева – пламя на Земле, справа – пламя в невесомости (фотография NASA)

Физика невесомости. Тут тоже много нового. Например, пламя в невесомости круглое, потому что нет конвекции, когда теплый воздух поднимается, а холодный опускается. Таким образом пламя распределяется вокруг горючего объекта. Естественно, если не подавать специально кислород в зону горения, то вокруг быстро всё выгорит, а пламя потухнет. Этот эффект тоже можно использовать для создания уникальных сплавов.

Был еще удивительный эксперимент «Плазменный кристалл». В космической плазме часто содержатся частицы пыли. И вот было решено посмотреть в лабораторных условиях, как они себя ведут. Сделали установку, прислали на МКС. И выяснилось, что частицы выстраиваются в кристаллическую структуру, которую можно «расплавить» в прямом смысле слова. При изменении условий частицы выстраивались в спирали, похожие на ДНК. Получается, что формирование основы жизни заложено на фундаментальном физическом уровне Вселенной. Эксперимент завершен, а его результаты сейчас пытаются осмыслить и приспособить к решению задач промышленности: создание новых материалов, систем очистки и так далее. Можно было бы его провести без станции? Вероятно, можно. Но потребовало бы это намного больше времени и сил.