День космонавтики — это не только про ракеты и полеты. Космос дал нам технологии, без которых сложно представить современную жизнь. «Это просто космос!» — так обычно говорят о невероятно сложных и впечатляющих вещах. И не зря! Ведь изучение и освоение космоса требует высокотехнологичных решений, нестандартных подходов, дерзких изобретений, смелых экспериментов и принципиально новых материалов. Инновации после апробации на орбите часто находят применение в обыденной жизни, двигая нашу цивилизацию к техническому прогрессу. Давайте познакомимся с некоторыми из них.
Солнечные батареи
В основе — фотоэлектрический эффект, открытый в 1839 году французским физиком Александром Эдмоном Беккерелем. Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком Джакомо Луиджи Чамичаном. Сначала базовым компонентом был селен, позже — кремний. В 1958 году СССР и США запустили искусственные спутники, способные использовать солнечную энергию, — «Спутник-3» и «Авангард-1». Поначалу солнечные батареи осваивали всего 6 % получаемого света. Сейчас КПД выше. К примеру, 35-метровые «крылья» МКС превращают в электричество 14 % получаемого света. Технологию продолжают совершенствовать, при этом она уже стала обыденной — солнечными батареями оснащают дома, светофоры, электроприборы и даже игрушки.
Ноутбуки
Первый в истории ноутбук был создан для космонавтов. Все компоненты пришлось сделать миниатюрными и легкими, а корпус — прочным. Ноутбук весил всего 5 кг — небывалый показатель во времена, когда обычный мощный компьютер был размером со шкаф, а персональный занимал полстола. Стоила новинка — в пересчете на современные деньги — 3 млн рублей. В 1983 году он отправился в космос на борту шаттла «Колумбия». К концу 1980-х годов компактные переносные персональные компьютеры стали появляться в домах обывателей, не связанных с космической индустрией.
Смартфоны с фотокамерами
Без заданного космической отраслью курса на миниатюризацию электроники, вряд ли когда бы то ни было появились смартфоны, электронные планшеты и цифровые фото- и видеокамеры. С 1970-х годов для съемки в космосе использовали так называемые «приборы с зарядовой связью» (ПЗС, или на английском CCD). Сначала их применяли как устройства памяти, но вскоре выяснилось, что благодаря фотоэлектрическому эффекту такие устройства могут создавать изображения при помощи электронов. Технологию доработали: появились так называемые CMOS-матрицы. После космического дебюта такие матрицы стали внедрять в быту: сначала CMOS-сенсоры прописались в зеркальных фотоаппаратах, потом — в сотовых телефонах.
Беспроводная дрель
За пределами Земли классические электроприборы крайне неудобны: провода «привязывают» их к электрогенераторам и розеткам. Именно необходимость в мобильности инструментов заставила в 1960-е годы — при реализации программы пилотируемых полетов «Аполлон» — создать их легкие и удобные беспроводные варианты. Известному производителю инструментов было поручено разработать компактную дрель, которая позволила бы пробурить поверхность Луны для сбора образцов. Задача была выполнена, а портативные дрели, шуруповерты и другие электроинструменты вскоре стали доступны всем любителям комфортного ремонта.
Навигация
Звезды очень давно указывают человечеству путь к прогрессу. Более 2000 лет назад была изобретена астролябия, с помощью которой по небесным светилам мореходы ориентировались в безбрежных просторах и понимали, куда им плыть. Теперь мы, глядя на экран мобильного телефона или навигатора, можем чувствовать себя уверенно в любой незнакомой местности, составлять маршруты и выстраивать логистику. Идея GPS возникла в 1950-х годах при наблюдении за первым искусственным спутником Земли, запущенным СССР. Были замечены колебания частоты сигнала спутника по отношению к объектам на Земле. Частота увеличивалась при приближении и уменьшалась при отдалении спутника. Рассчитывать с помощью спутников координаты начали в 1973 году для космических и военных целей, и лишь в 1980-х — для гражданских нужд. В 1999 году GPS-приемники интегрировали в мобильные средства связи. Российская спутниковая система ГЛОНАСС также обеспечивает задачи навигации с 1982 года, ее работу обеспечивают 24 спутника.
«Умный дом»
Очень модная сейчас бытовая дистанционная система управления домашней электроникой — тоже детище космической рутины. Для управления космическими зондами, луно- и марсоходами требовались технологии, позволяющие управлять аппаратами на расстоянии. Использовались радиосигналы. В 1994 году была разработана система, благодаря которой космонавты могли контролировать эксперименты на борту МКС с помощью интернета из любой точки станции. В 2000-х идею переняли гражданские инженеры. Первой на рынке появилась дистанционно управляемая духовка. Следом соответствующими датчиками начали оснащать и другую бытовую технику, вплоть до розеток.
Пена с эффектом памяти
Пенополиуретан Memory Foam, который сегодня часто используют при изготовлении матрасов и подушек, защитных спортивных шлемов, стелек для обуви, амортизирующих сидений, ортопедических стелек для обуви, подкладок для протезов, был создан в 1960-е годы при доработке конструкции кресел астронавтов. Нужно было сделать полет максимально комфортным, снизить давление и вибрацию. Продукция оказалась востребованной и в спортивной отрасли: технологию применили для создания модных кроссовок серии Nike Air с суперамортизирующей, почти полой подошвой.
Сверхпрочные и суперлегкие композиты
Источник: Интерактивный музейный комплекс «Буран».
Создание прочных и легких материалов для космической отрасли — одна из постоянно совершенствующихся областей науки и техники. Материалы из углепластика, карбона, стеклопластика и керамики, способные переносить без изменения формы сверхвысокие температуры (речь идет о нескольких тысячах градусов!), необходимы для обшивки корпусов космических аппаратов и обтекателей ракет. В Калужской области есть научно-производственное предприятие «Технология», которое производит эту уникальную продукцию, востребованную не только в космосе, но и, к примеру, в авиации и морском транспорте. Образцы композитов, использованные при создании космического корабля «Буран», можно увидеть в Музее космонавтики.
Ядерные батарейки
Атомную энергию для бытовых устройств начали применять в середине ХХ века. В 1950-е годы создали первые ядерные батарейки для слуховых имплантов и радиоприемников, а в 1970-е СССР и США — элементы питания для кардиостимуляторов на прометии и плутонии. Из-за дороговизны, вредного влияния радиоизотопов на организм и угрозы их неконтролируемого оборота о бытовом дебюте нуклидов вскоре забыли. «Мирный атом» помогал покорять космос: атомные реакторы, работающие по принципу «батарейки», без радиосинтеза, устанавливали на космические аппараты («Кассини-Гюйгенс», «Вояджер», «Галилео» и т. д.), предназначенные для работы на дальних рубежах Солнечной системы, куда поступает крайне мало солнечного света. Сейчас ученые продолжают дорабатывать идею. В России создана мощная атомная батарейка размером всего 5×5 мм, работающая на изотопе никеля-63. Если удастся удешевить технологию, она сможет перевернуть мир. Только представьте, что сотовый телефон можно будет не заряжать десятилетиями!
Сканер штрих-кодов
Устройство, позволяющее считывать информацию, закодированную в виде черно-белых полосок, разработали для NASA в 1975 году для учета и идентификации оборудования. Сейчас эта технология применяется очень широко — в библиотеках, логистике, торговле.
Спутниковое телевидение
Технология, которая позволяет принимать и передавать телевизионные сигналы с помощью спутника, была создана в 1960-е годы и долгое время применялась исключительно для связи на геостационарной орбите. Сейчас — во всех сферах, где востребован мультимедийный контент: для телевещания, трансляции художественных и документальных фильмов, дистанционного обучения.
Светодиоды
«Неперегорающие» источники света начали активно использоваться в 1960-е годы. Особенно востребованы они были в качестве индикаторов на панелях управления. Принцип работы светодиодов открыл русский ученый Олег Лосев в 1923 году. В нижегородской лаборатории он выявил свечение в точке контакта двух материалов — стали и карборунда. В 1927 году Олег Лосев получил патент на свое изобретение, которое назвал «световым реле». Однако изобретателем первого практически примененного светодиода считается американский ученый Ник Холоньяк.
Фильтры глубокой очистки воды
Системы очистки воды с помощью ионов серебра и нанокерамики разработали для космонавтов. Первую — для миссии «Аполлон» в 1960-е годы, вторую — в 2000-х. Позже на рынке появились фильтры ионизации воды, их применяли также для систем вентиляции и кондиционеров. Одна из последних новинок — походные бутылки для воды ÖKO с угольным и нанокерамическим фильтрами. Они позволяют очищать любую воду от примесей и бактерий, делая ее безопасной.
Очиститель воздуха
Замкнутость пространства на МКС потребовала создания систем фильтрации воздуха. Для космонавтов был собран особый аппарат — скруббер, который очищал воздух без воздействия химикатов, с помощью УФ-излучения, кислорода и молекул воды. Сейчас такие очистители воздуха устанавливают на некоторых производственных объектах, а также в торговых и медицинских центрах. Существуют аналоги и для дома.
Лечебные костюмы
Костюм «Пингвин», который помогал мышцам космонавтов адаптироваться к земным нагрузкам после невесомости, разработали в СССР. Результаты оказались впечатляющими. Идею стали применять в восстановительной медицине: были разработаны костюмы «Регент» и «Адели» для реабилитации людей после инсульта, черепно-мозговых травм и для лечения ДЦП.
Искусственный снег
Субстанцию создали в 1949 году в ходе космических экспериментов. Сейчас искусственный снег производят для оформления площадок для зимних видов спорта и декораций с помощью специальных машин, которые распыляют воду и воздух под давлением.
Лазерные измерения
В 1964 году советский физик Николай Басов, его научный руководитель Александр Прохоров и американец Чарльз Хард Таунс получили Нобелевскую премию за открытый ими принцип работы квантового генератора. Однако официально изобретателем лазера считается американский инженер Теодор Мейман, который запатентовал соответствующее устройство собственной разработки.
Впоследствии лазер стал базой для разработки большого количества инноваций. Особо отметим технологию лидар (англ. light identification, detection and ranging — световая идентификация, обнаружение и изменение), которая применялась для автоматической стыковки космических аппаратов. Специальные датчики через оптические системы определяют удаленность объекта, координируя процесс с точностью до миллиметра. Сейчас эта технология невероятно востребована в обыденной жизни: с ее помощью определяют скорость движущихся автомобилей, получают данные в геодезии и картографии, а также применяют при проведении высокоточных операций по лазерной коррекции зрения.
Роботы-манипуляторы
Роботизированные «руки» востребованы во многих областях, в том числе при проведении высокоточных малоинвазивных хирургических операций. Однако важно знать, что первая механическая рука появилась в космосе в 1981 году, ее длина составляла 15 метров, вес — более 400 килограммов. Использовалась она для разгрузки компонентов, сборки МКС и даже для перемещения космонавтов.
Прогноз
Илья Овчинников, космический инженер, специалист по космическим аппаратам, популяризатор науки:
Космическая отрасль всегда была и будет оставаться высокотехнологичной отраслью, поставщиком инновационных технологий. Ученые, инженеры и конструкторы по-прежнему будут стремиться сделать имеющееся оборудование более функциональным и миниатюрным, создавать легкие и тугоплавкие композитные материалы для космических аппаратов и ракет, разрабатывать новые виды двигателей и топлива, создавать более функциональные оптические и оптико-электронные системы, которые нужны для сканирования Земли из космоса и изучения Вселенной. Абсолютно точно новые возможности для развития технологий даст дальнейшее развитие широкополосного интернета, который будет обеспечиваться группами спутников.
