О случайных открытиях, инженерных задачах и способах решения, о космической медицине и многом другом корреспондент журнала«За науку» поговорила с известным популяризатором космонавтики и инженером-конструктором космического приборостроения Центрального научно-исследовательского института робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) Александром Хохловым.
Александр Хохлов
— Расскажите, пожалуйста, о каком-нибудь «случайном» открытии или наблюдении в области изучения космоса.
— Мой самый любимый пример — это реликтовое излучение. Оно было предсказано, но его долго не могли найти. В итоге впервые явление наблюдали два инженера, совершенно случайно. Они работали с антенной, настраивая ее для других целей, и неожиданно зафиксировали помехи непонятного происхождения. Оказалось, что это действительно то самое реликтовое излучение, и они получили Нобелевскую премию за открытие. Так что этот пример совершения астрофизического открытия инженерами — очень показательный случай столкновения приборостроения и науки.
— Почему совершение астрофизического открытия инженерами — это что-то необычное?
— Обычно инженеры просто делают аппаратуру по техническому заданию ученых. Основная схема: ученые-теоретики что-то предсказывают, ученые-практики придумывают схему прибора с учетом предполагаемых параметров явления, инженеры создают по этой схеме прибор, а ученые-наблюдатели с помощью нового прибора пробуют зарегистрировать предсказанное. То есть инженеры — очень важный элемент цепочки совершения астрофизического открытия. Тем не менее, статьи пишут ученые, а не инженеры. Поэтому мне так нравится пример с реликтовым излучением: в этой истории очень значимое открытие прошло по цепочке вдвое быстрее.
— Случалось ли такое, что какие-то заблуждения ученых-астрофизиков серьезно влияли на приборостроение или космонавтику?
— Само слово «космонавтика» придумал известный популяризатор Ари Штернфельд. Он вложил в это понятие все, что связано с полетами космических аппаратов в космосе. И тут очень важно понимать: ученые исследуют мир, который есть, а конструкторы создают то, чего нет. Информация о физике небесных тел, не управляемых человеком, появилась гораздо раньше космических аппаратов. Поэтому да — каждая теоретическая выкладка ученых-астрофизиков напрямую влияла на то, что создавали инженеры. Но та область астрофизики, знания из которой обеспечивают теоретическую базу, существует так давно, что все заблуждения были развеяны до первых полетов в космос
Другое дело — предсказания о том, что до полетов проверить не было практически никакой возможности. Например, наблюдения в области космической медицины. Первые космонавты думали, что самое страшное — это перегрузки, а невесомость может привести к помешательству. Но оказалось, что перегрузки можно спокойно выдержать в штатных условиях полета, и на психологическое состояние невесомость не влияет. Зато сюрпризом оказалось влияние длительного пребывания в невесомости на мышечную ткань. Так, когда в июне 1970 года полетел экипаж Союза-9 (Андриан Николаев и Виталий Севастьянов), по возвращении оказалось, что их мышцы атрофировались, в том числе мышечная ткань сердца. Экипаж едва спасли, у Андриана Николаева были два микроинфаркта сердца. К этому ученые готовы не были.
— Получается, что одно случайное наблюдение стимулировало развитие целого раздела космической медицины?
— Да, после этого стали думать, как воспроизвести невесомость на Земле, чтобы подробнее исследовать ее последствия. Одной из моделей стала модель сухой иммерсии: бассейн, покрытый водонепроницаемой пленкой большой площади, в котором нагрузка на тело распределяется настолько равномерно, что это очень близко к настоящей невесомости. Испытуемый лежит в этой ванне несколько суток, и медики отслеживают состояние ключевых систем организма. Я как раз недавно принимал участие в таком эксперименте в качестве испытателя. (Эксперимент проходил в марте-апреле 2018 года в ИМБП РАН — прим. ред.)
Во время эксперимента по изучению влияния невесомости на человека
Так, разобравшись с влиянием невесомости в лабораторных условиях, ученые придумали, как ее компенсировать: спортивные тренировки, специальные костюмы, использование электростимуляции. Все эти методы позволили увеличить срок безопасного пребывания в невесомости со случайно открытого предела в 17 дней до 14-ти месяцев. Тем самым было подтверждено, что мы можем лететь на Марс. И таких мелких сюрпризов было много.
— А если говорить об областях науки, из которых в космонавтику приходят не данные, а уже готовые инженерные решения? Материаловедение, химия — было ли такое, что предварительные испытания нового материала прошли успешно, а потом оказалось, что на практике он не пригоден?
— Да, такое было. К примеру, была попытка делать космические аппараты из титана. Но оказалось, что он подходит для обшивки хуже, чем более «привычный» алюминий. А потом уже стали появляться композитные материалы, и замену алюминию стали искать не среди металлов и сплавов, а среди углепластиков.
Тем не менее, инженерия — это рутина. Случайно появляющиеся и выявляемые дефекты инженерных решений могут иметь очень серьезные последствия, вплоть до гибели людей, но глобально важнее не сам факт полета, а те астрономические данные, которые мы в итоге получаем.
— Как вы считаете, возможно ли «случайное» открытие или появление какого-либо заблуждения в наши дни, если говорить об астрономии и космонавтике? Кажется, что с ростом точности и мощности оборудования вероятность почти нулевая, но так ли это?
— Случайностей все меньше и меньше. Все чаще происходит так, что вкладываются огромные бюджеты и создаются огромные команды специалистов и дорогое оборудование с узким диапазоном чувствительности для поиска чего-то, что было предсказано, как, например, в случае с большим адронным коллайдером и бозоном Хиггса. А все сюрпризы в таких экспериментах оказываются ошибкой измерений.
— То есть даже такие ситуации, как в случае с реликтовым излучением, больше невозможны?
— Случайные открытия в области каких-то фундаментальных законов скорее невозможны, чем вероятны. Но, с другой стороны, стало гораздо проще говорить о случайных наблюдениях. Сейчас стандартный обзор неба, выполняемый многими инструментами, настолько обширен, что больше не нужно выжидать определенную комету для регистрации ее полета или настраивать аппаратуру специально для поиска сигналов внеземной цивилизации: любой сигнал и так будет зафиксирован в штатном режиме. Главное — интерпретировать. Есть замечательный пример астрономического наблюдения 2017 года: космическое тело Оумуамуа, пролетевшее мимо Солнца, поменявшее траекторию и улетевшее дальше в космос. Его зафиксировал телескоп на Гавайях, выполнявший полное сканирование неба для других целей. Сначала думали, что это просто астероид или комета, но потом, когда рассчитали траекторию, оказалось, что тело не из Солнечной системы, и это первый зарегистрированный случай. И, конечно, любое значимое случайное наблюдение становится основой для продолжения научного цикла в виде новых гипотез, новых технических заданий, новых специализированных приборов и набора новых данных; цикл никогда не прекращается.
