Валентин Козырев - Полеты по программе «Интеркосмос»

Из шести экспериментов серии «Беролина» четыре были посвящены плавкам и последующему выращиванию полупроводниковых монокристаллов. Это одна из ключевых задач космического материаловедения. Требуемая для промышленного получения изделий современной электроники структура полупроводников может быть получена только специально разработанным способом выращивания кристаллов, а условия космоса для такого производства весьма благоприятны. Освоение процессов выращивания кристаллов и создание новых материалов с заданными свойствами — необходимые предпосылки для быстрого развития промышленности полупроводников и полупроводниковой электроники.

В качестве исходных материалов в данных экспериментах были выбраны кристаллы полупроводниковых соединений «свинец—теллур» и «висмут—сурьма». Из первого соединения изготавливаются полупроводниковые диоды для лазеров; во втором соединении оба вещества химически сходны, но даже небольшие изменения их концентрации в кристалле приводят к значительным изменениям его электрофизических свойств.

Использование установок «Сплав» и «Кристалл», работающих по различным принципам, позволяет, в частности, сравнивать полученные в них кристаллы полупроводников. При проведении экспериментов предпринимались особые меры для поддержания микрогравитации на уровне не более 10 –6 g : во время проведения экспериментов не допускалось включение двигателей, а если печи установок уже работали, то космонавты не должны были делать гимнастических упражнений, в частности, пользоваться велоэргометром и бегущей дорожкой (а это имело большое значение для В. В. Коваленка и А. С. Иванченкова), и даже перемещения космонавтов были ограничены, поскольку любые сотрясения установки ухудшали бы рост кристаллов.

Вместе с тем требовалось квалифицированное обслуживание обеих установок и выдерживание заданного технологического режима, не допуская никаких отклонений. Так, например, соединение «свинец—теллур» нагревалось в установке «Кристалл» до 900 °C, а затем в течение 18 ч данная температура поддерживалась примерно постоянной, и, наконец, после этого следовали фазы регулируемого и пассивного охлаждения.

Специалисты ожидали, что в результате будут получены материалы с более равномерным составом смешиваемых компонентов и более совершенной структурой монокристаллов. И эти ожидания в целом подтвердились.

Пятый эксперимент в серии «Беролина» — плавка (в течение 20 ч) и последующая кристаллизация оптического стекла со сложным составом на установке «Сплав». Специалисты стекольного завода «Шотт и Ген» (ГДР) связывали с этим экспериментом большие надежды. Дело в том, что направленными технологическими процессами можно улучшить качество высокоточных оптических приборов, и уже первые исследования полученных образцов показали большую ценность данного эксперимента.

Шестой эксперимент в серии «Беролина» должен был дать информацию об условиях «космической» кристаллизации, подтвердить правильность и применимость термодинамических расчетов для получения материалов путем выделения их из газообразной фазы. В эксперименте таким образом изучались основополагающие физико-химические процессы в газообразном веществе.

В качестве исходного вещества был взят германий, превращающийся в газ под воздействием высоких температур и переносимый веществом-носителем в область низких температур. Специалисты Центрального института физики твердого тела в Дрездене (ГДР) подготовили контейнер с пятью ампулами, заполненными германием и веществом-носителем (йодом), в которых обеспечивался химический перенос при закладке контейнера в установку «Сплав» (при пяти определенных давлениях газа).

В эксперименте предполагалось проверить важную научную гипотезу. Дело в том, что в аналогичных экспериментах в наземных условиях перемещение вещества через газообразную фазу осуществляется диффузионными и конвекционными потоками, причем доля конвекции возрастает при повышении давления газа. Однако оба вида потоков в условиях земного тяготения разделить трудно. В космических же условиях конвекция, обусловленная силой тяжести, очень мала, диффузия доминирует, и ее влияние может быть хорошо изучено при получении кристаллов методом химического переноса.

В результате обследования германиевых кристаллов, выращенных в космосе, эту гипотезу должны сменить надежные теории, поскольку существует обоснованная точка зрения о возможности использования химического переноса при изготовлении современных материалов с заданными свойствами.