8 октября 1992 стартовал восьмой спутник «Фотон» для проведения экспериментов в микрогравитации

Этот полет стал продолжением масштабной работы, начатой ещё в советское время. Тогда перед космической отраслью была поставлена задача научиться использовать невесомость для производства новых материалов, сплавов и лекарств. Всех волновала перспектива получения веществ, которые невозможно или крайне сложно изготовить на Земле. Первые попытки наладить технологические процессы на борту пилотируемых объектов показали, что у этой задачи нет простого решения.

Обитаемые комплексы вынуждены постоянно корректировать своё положение в пространстве. Включение двигателей ориентации и коррекции, работа механизмов и любые перемещения экипажа порождали микроскопические толчки. Из-за этих возмущений исходные растворы, расплавы и газовые смеси внутри научной аппаратуры приходили в движение. В результате нарушался равномерный рост кристаллов, что мешало получить безупречно чистые материалы.

Стало ясно: для выполнения подобных экспериментов на орбите нужна специализированная необитаемая платформа с минимальным уровнем возмущений и полной автоматизацией при проведении исследований. Работы по её созданию начались в 1983 году в куйбышевском Центральном специализированном конструкторском бюро (ЦСКБ, ныне самарский РКЦ «Прогресс»). Специалисты разработали автономную орбитальную лабораторию на основе спутника семейства «Зенит», в модернизированном спускаемом аппарате которого разместили комплекс экспериментальной технологической аппаратуры.

Предполагалось, что лаборатория будет совершать длительный автономный пассивный полет без включения исполнительных органов системы ориентации. Ключевое ее отличие от пилотируемых станций было в том, что во время движения по орбите микродвигатели включались только на начальном этапе (для успокоения беспорядочного вращения после отделения от последней ступени ракеты-носителя) и перед торможением. Таким образом исключались динамические возмущения. Уровень микроускорений падал до величины порядка 10⁻⁵–10⁻⁶ g.

На борту лаборатории должны были проводиться эксперименты по получению полупроводниковых и оптических материалов (объёмная и направленная кристаллизация, бестигельная зонная плавка, в том числе с магнитным полем), выращиванию различных кристаллов, получению биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Исследования охватывали такие сферы, как физика невесомости, клеточная биология, изучение воздействия условий космического полета на биообъекты.

Первый подобный аппарат стартовал 16 апреля 1985 года с Плесецка и проработал на орбите 13 суток. В момент запуска он официально назывался «Космос-1645». Название «Фотон» закрепилось за всей серией спутников позже. С 1985 по 1999 год запустили 12 подобных аппаратов, Запуски шли практически ежегодно, длительность полётов составляла от 13 до 18 суток. Затем последовали модернизированные «Фотоны-М». В период с 2002 по 2014 год орбиты достигли три аппараты данной серии.

Первые четыре аппарата типа «Фотон» несли полностью российскую нагрузку. Начиная с «Фотона-5» (1989) участвовало французское агентство CNES, в 1991 году присоединилась Германия, а с 1992 года — Европейское космическое агентство. К концу 1990-х иностранная аппаратура могла занимать до 2/3 полезной нагрузки.

Основная программа полёта «Фотона-8», как и у прежних аппаратов, была связана с проведением исследований и получением различных материалов в условиях микрогравитации. Для этого на спутнике была установлена российская научная аппаратура: «СПЛАВ» (изучение кристаллизации полупроводниковых материалов и отработка технологии получения плоских линз из стекла); «ЗОНА» (отработка технологии получения особо чистых полупроводниковых материалов методом бестигельной зонной плавки и исследование влияния магнитных полей на качество кристаллов полупроводниковых материалов); «КАШТАН» (эксперименты с органическими веществами по электрофоретическому разделению смеси биологических веществ и получению высокоочищенных гормональных и белковых препаратов); «БИССЕР» (получение полимерных, чистых и наполненных монодисперсных микросфер, совершенных монокристаллов и цеолитов).

Кроме того, на борту имелась унифицированная система управления, система вакуумирования, интерфейсные блоки и две системы измерения микроускорений. Акселерометры по трём осям позволяли измерять микроколебания в диапазоне частот 2–200 Гц с амплитудами от 3·10⁻³ до 3 м/с².

В качестве сопутствующего эксперимента на внешней обшивке «Фотона-8» был размещен европейский контейнер «БИОПАН» (Германия и Италия) для изучения воздействия открытого космоса на электронные компоненты вычислительных систем.

40 лет первому «Фотону» — орбитальной лаборатории передовых технологий

Европейская аппаратура представляла собой контейнер с крышкой. На орбите крышка открывалась, подвергая образцы воздействию вакуума, солнечного света, радиации и температурных колебаний. Перед входом в атмосферу контейнер закрывался для защиты содержимого от перегрева. На «Фотоне-8» систему тестировали: проверяли способность открывать контейнер в космосе, записывать данные и безопасно возвращать образцы на Землю.

В эксперименте CARD, проведенном внутри контейнера «БИОПАН», использовались карты энергонезависимой компьютерной памяти. Между ними разместили пленки CR-39, фиксирующие микроскопические следы под воздействием тяжелых заряженных частиц. Так предполагалось определить, какие частицы прошли сквозь микросхемы, и проверить, привели ли они к ошибкам в данных. В космос отправили два идентичных комплекта.

«Фотон-8» провёл на орбите 16 суток. 24 октября спускаемый аппарат совершил посадку возле казахстанского города Кустаная. Поскольку выращивание полупроводников было одним из главных направлений в российских экспериментах, проведенных на борту, в невесомости были получены кристаллы CdTe, CdSeTe и CdZnTe. Для улучшения однородности состава по объёму растущего кристалла использовалось вращающееся магнитное поле.

В отдельном исследовании, посвящённом кристаллам CdTe₀.₉Se₀.₁: Cl, выращенным на «Фотоне-8» методом движущегося нагревателя, было показано, что воздействие вращающегося магнитного поля (400 Гц, 2 мТл) значительно улучшило их свойства как детекторов излучения.

Эффективность сбора заряда детекторов на основе полученных кристаллов выросла с 10% (без магнитного поля) до 66% (с магнитным полем).

Крышка «БИОПАНА» оставалась открытой примерно 8 суток. При спуске в атмосфере из-за перегрева повредились внешние кабели «БИОПАН», а белая термозащитная краска покрылась пузырями. Однако контейнер и данные остались невредимыми.

После возвращения на Землю ученые не обнаружили ошибок в ячейках памяти. При этом пленки зарегистрировали 392 следа частиц в одном комплекте и 267 в другом; через каждую из четырех проверенных зон с микросхемами прошло от 6 до 11 частиц. Результат показал, что детекторы замечают отдельные тяжелые частицы и помогают сопоставлять их пролет с состоянием электроники.

«БИОПАН» прошёл проверку космосом, после чего ЕКА использовало улучшенные версии платформы на следующих спутниках серии «Фотон». Там проводились эксперименты с микроорганизмами, органическими веществами и детекторами радиации.

На обложке спускаемый аппарат 12-го спутника «Фотон» на месте приземления.