Как в космосе будут делать новые лекарства и материалы

Новые сверхчистые конструкционные материалы, белковые структуры, живые ткани и высокоэффективные лекарственные препараты будут создавать на российской орбитальной станции с помощью аддитивных технологий. Для этого там разместят мастерские с оборудованием для 3D-печати. Об этом рассказал президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук на конференции «Наука на пилотируемых орбитальных станциях» в Институте космических исследований РАН.

Форум стал одним из событий, открывших российскую Неделю космоса, которая проходит с 6 по 12 апреля. В этот период во всех регионах страны запланированы научные, образовательные, творческие и культурные мероприятия, посвященные космическим исследованиям. Неделя приурочена к 65-летию первого орбитального полета человека. Указ о проведении мероприятий подписал Владимир Путин.

По словам Михаила Ковальчука, космическая среда дает новые возможности по созданию материалов и веществ. В частности, очень перспективен может быть «вынос в космос» аддитивных технологий.

— Создание материалов методами 3D-печати означает переход к природоподобным способам производства. Прежние технологии основаны на принципе «отрезания лишнего». Таким образом до 80% затрат энергии и материалов уходит в отвалы, загрязняет окружающую среду. Природа же экономна по своей сути. Она не «отрезает» лишнее, а выращивает новое. Так и 3D-печать дает возможность выращивать из исходных компонентов готовые продукты, используют при этом весь объем сырья, — рассказал Михаил Ковальчук.

Сейчас по поручению президента России Владимира Путина НИЦ «Курчатовский институт», госкорпорации «Росатом» и «Роскосмос» создали Центр аддитивных технологий, где производят все типы исходных порошков для 3D-печати. Также разрабатывают оборудование и технологии, необходимые для этих целей. Отдельно рассматривается вопрос размещения на РОС оборудования для изготовления с помощью аддитивных технологий деталей и узлов для ремонта станции.

По словам ученого, выращивание материалов в космосе позволит использовать условия глубокого вакуума и микрогравитации — состояния, близкого к невесомости, чтобы получить белковые кристаллы идеальной структуры. Это важно, например, для анализа структуры вирусов и разработки лекарств с чистотой, недостижимой на Земле.

Также на орбите отсутствует эффект перемешивания слоев из-за разницы температур и оседания частиц под действием гравитации. Это позволяет выращивать сверхчистые полупроводниковые кристаллы для электроники будущего. В частности, для новых нейроморфных процессоров, потребляющих минимум энергии, и криопроцессоров, в основе которых сверхпроводящие логические элементы.

Зачем нужны космонавты-ученые

— Всего на российском сегменте МКС за весь период эксплуатации завершено 162 космических эксперимента. Сейчас специалисты реализуют 83 научных исследования. Для 57 из них обеспечивается реализация на борту МКС и осуществляется обработка результатов. 26 экспериментов находятся на разных этапах наземной подготовки, — сообщил генеральный конструктор РКК «Энергия» Владимир Соловьев.

В том числе на модуле «Наука» было размещено новое оборудование для высокотемпературного синтеза материалов и анализа кристаллов и белков, полученных в космосе.

Среди наиболее значимых исследований в этой сфере Владимир Соловьев выделил эксперимент «Мираж». Он ориентирован на исследование процессов кристаллизации и получения кристаллов полупроводников с высокой однородностью структуры и свойств методом направленной кристаллизации в условиях микрогравитации. Постановщиком этих исследований выступил НИЦ «Курчатовский институт».

Среди других значимых материаловедческих экспериментов ученый отметил «Экран-М», который подразумевает изготовление на орбите полупроводниковых материалов сверхвысокой чистоты. Главная цель эксперимента — проверка возможности опытно-промышленного производства в космосе кристаллов для микроэлектроники.

Чтобы проводить на орбите сложные эксперименты, в составе экипажей станций должен появиться космонавт-ученый, объяснил главный эксперт РКК «Энергия», космонавт, участник последнего полета на орбитальную станцию «Мир» и четырех экспедиций на МКС Александр Калери.

— В настоящее время приоритеты расставлены так, что главное — обслуживание станции, а подготовка к научной работе ведется по остаточному принципу, — отметил он.

В то же время космонавт-ученый — это профессиональный исследователь, который подготовлен к творческому, поисковому характеру работы. Такой специалист может прямо на орбите обрабатывать данные, анализировать их и менять ход экспериментов, если видит что-то интересное.

Условия, необходимые для того, чтобы космонавт-ученый появился на РОС, сейчас заложены в проект станции. Они включают большие объемы научной аппаратуры, мощное электропитание (более 50 кВт), а также возможность управления станцией только одним человеком, чтобы другой член экипажа мог заниматься наукой, не отвлекаясь на рутину.