2014-05-08

Космічні технології на землі

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Тефлон володіє практично нульовою змочуваністю

До вивчення космосу на землі завжди ставилися надзвичайно уважно. Космологія завжди входила істотною частиною в будь-яку міфологічну систему: небо розглядалося як місце перебування богів, безсмертних душ праведників, а іноді там навіть знаходилося місце для покарання душ грішників. Детально розроблена концепція нескінченного Всесвіту та множинності світів Джордано Бруно (Giordano Bruno, 1542-1600) підтримувала всю будову його єретичної системи, яку він винайшов і яка коштувала йому життя. Перші інтерпретації геліоцентричної системи Коперника не як математичного прийому, що полегшує обчислення, а як фізичної реальності, були зроблені на початку XVII століття саме теологами, що прагнули ототожнити геліоцентризм з теоцентризмом. В результаті римська інквізиція запідозрила прихований теологічний (і єретичний) зміст в цілком науковому творі Галілео Галілея (Galileo Galilei, 1564-1643), що було офіційно визнано помилкою римсько-католицькою церквою тільки 350 років потому. Проте сам Галілей чекав від космосу вирішення цілком прозових і нагальних проблем. Наприклад, він хотів знайти спосіб визначати географічну довготу місця у відкритому морі.

Але з особливою гостротою питання про те, чим конкретно корисні для людства космічні дослідження, було поставлене незабаром після старту американської програми висадки людини на Місяць - програми «Аполлон». Після тривалих обговорень експерти погодилися, що численні технологічні новинки, які з'явилися в ході реалізації програми, були використані на землі, і тим самим гігантські витрати на програму себе виправдали навіть цим.

Цілком природно, що в розказаних журналістами історіях впровадження «на землі» створених для «космосу» технологічних новинок без легенд не обійшлося. Так, найвідомішими поширеними прикладами успішного трансферу космічних технологій вважаються тефлон і липучки. Журналісти вельми часто пов'язують ці винаходи з активною діяльністю дослідних підрозділів NASA. І справді: дослідження космосу зіграли ключову роль у поширенні в нашому житті і тефлонових сковорідок, і застібок на липучках - вони зробили ці цілком земні винаходи виключно популярними.

Тефлон - полімер тетрафторетилену (-CF2-) n був випадково відкритий ще в квітні 1938 року американським хіміком Роєм Планкеттом (Roy J. Plunkett, 1910-1994), патент на нього було отримано через два роки, в 1941-му. Новий полімер привернув увагу своєю дуже високою тугоплавкістю і рекордно низьким коефіцієнтом тертя - настільки низьким, що на ньому не можуть утриматися навіть мухи. Завдяки цим властивостям його можна було використовувати при очищенні урану, ним покривали поверхні збагачувального комбінату Манхеттенського проекту в Окриджі, які перебували у контакті із високорадіоактивним фторидом урану. А покривати ним алюмінієві сковорідки придумав в 1954 році французький інженер Марк Грегуар (Marc Gr?goire), який дав їм ім'я Tefal.

Історія з липучками теж почалася ще в докосмічну еру: патент на них був виданий в 1955 році. «Космічний вимір» в історії липучок почався в той момент, коли астронавти виявили, що при пересуванні у відкритому космосі саме липучки дозволяють швидко і ефективно застібнутися і розстібнутися. Потім липучки стали використовувати гірськолижники, які виявили, що у їхніх костюмів не так вже й багато відмінностей від костюмів астронавтів. За ними пішли і аквалангісти...

Справжня ж популярність прийшла до липучок після того як в одній з телепередач з навколоземної орбіти глядачі побачили астронавтів, що прикріплювали за їх допомогою продукти до стін, і які, до того ж, демонстрували стояння догори ногами в стані невагомості. Саме після цього липучки стали звичним елементом дитячого одягу. Історія про липучки як винахід, що прийшов до нас «з космосу», виявляється всього лише легендою.

Оскільки в космічних проектах використовуються найбільш цінні «земні» винаходи, то в даному випадку телереклама липучок (швидше за все ненавмисна) виявилася соціально значущою: завдяки їй було істотно прискорене просування на ринок вкрай корисного винаходу.

Що ж стосується освоєння «земною» промисловістю «позаземних» технологій, то у всіх без винятку програмах освоєння космосу ця діяльність є виключно важливою. Зокрема велике значення надає трансферу космічних технологій Європейське космічне агентство (ESA). Причина цього очевидна. І ESA, і американське NASA, і японське космічне агентство JAXA мають доступ до найкращого в світі технологічного устаткування, яке забезпечується їх виключно високими бюджетами. Значне фінансування обертається так само підвищеними громадськими очікуваннями. За словами Зальцбегера Франка (Frank Salzgeber), голови розташованого в голландському Ноордвійку відділу ESA з технологічного трансферу (Technology Transfer Programme Office), «ми намагаємося отримати максимальну віддачу від кожного цента, який вкладають у нашу роботу платники податків».

У відділі Зальцгебера працює десять співробітників - десять «космічних брокерів». Щороку завдяки їх активній роботі на ринку з'являється не менше дюжини технологічних новинок. Деякі з них цілком заслуговують окремої розповіді.

Пол Вернон (Paul Vernon) поєднує свою співпрацю в групі Зальцгебера з роботою в Британській раді з наукового та технологічного устаткування (Science and Technology Facolities Council) в Дарсбері. На золоту жилу він напав ще п'ять років тому, коли студентом проводив години в лабораторії лондонського університету королеви Марії (Queen Mary University of London). Там йому якось показали в мікроскоп незвичайний пристрій - тоненьку полімерну волосинку. За будовою вона була схожа до біметалічної платівки, що згиналася при зміні температури, оскільки у двох металів, з яких вона зроблена, різні термодинамічні параметри. Тут все те ж саме, тільки замість двох металів два різновиди пластмаси. Волосок нагрівається електричним струмом і, вигинаючись, повертає мікроскопічне дзеркало. Ця конструкція була розроблена для використання в оптичних системах супутників.

Тут Вернону прийшла думка, що якщо волосок помістити в в'язку рідину, то ступінь його викривлення може залежати від в'язкості рідини. Думка була правильною, до того ж, як виявилося, прилад, розроблений для того, щоб контролювати кут нахилу дзеркала, тепер зміг визначити ступінь викривлення полімерної волосини. Інакше кажучи - в'язкості рідини! Це був приємний і несподіваний подарунок. Саме тоді, як пояснював роки потому Вернон кореспондентові журналу «New Scientist», «мені прийшла в голову ідея використовувати полімерний волосок в якості вимірювача в'язкості кровотоку».

Нагадаємо, що загроза інфаркту змушує кардіологічних пацієнтів регулярно перевіряти в'язкість своєї крові і вчасно приймати розріджуючі препарати. У разі надмірно вязкої крові зростає ризик утворення тромбів, якщо ж кров надто розріджена, виникає небезпека кровотеч. Орієнтуючись на світовий ринок багатомільйонний вимірювачів в'язкості крові, Вернон заснував для їхнього виробництва спеціальну компанію Microvisk. Його найближча мета - налагодити серійне виробництво нового медичного приладу, клінічні випробування якого вже підтвердили його виняткові можливості.

Друга історія успішного впровадження космічної технології в медицину також пов'язана з кардіологією - з винаходом мікронасосу, що імплантується кардіологічним хворим. Її герої - хірурги Джордж Нун (Georg Noon) та Мікаель Дебейкі (Michael DeBakey) з Бейлорівського медичного Коледжу в Техасі (Baylor College of Medicine in Texas) та інженер NASA Давид Сосье (David Saucier). Протягом десятиліть Дебейкі розробляв насос, який зміг би взяти на себе частину функцій серця з перекачування крові. У 1984 році хірурги виконували чергову операцію з пересадки серця, і несподівано з'ясувалося, що їхній пацієнт, Давид Сосье, працював раніше в NASA і що в сферу його інтересів входили насоси, які забезпечали подачу палива до двигунів космічних човнів. Сосье познайомив хірургів з трьома іншими інженерами NASA, і поступово справа склалася: результатом їхньої спільної роботи став мініатюрний насос для кардіологічних хворих. Починаючи з 2003 року такий насос було імплантовано сотням кардіологічних хворих. Одна з його переваг - малий рівень шуму, який він видає під час роботи.

Ще один «медичний» вимір космічних технологій пов'язаний з використанням в офтальмології технології стикування космічних кораблів. Мова йде про пристрій, відомий під назвою LIDAR (LADAR). Принцип його роботи аналогічний принципу роботи радара, який, як відомо, визначає відстань до об'єкта за часом, що витрачається електромагнітною хвилею на поширення до об'єкта та назад. На відміну від радара (RADAR, radio detection and ranging), що працює в радіодіапазоні, LIDAR (light detection and ranging) використовує діапазон видимого світла і дозволяє контролювати положення космічного корабля в просторі з міліметровою точністю.

У ході операції з лазерної корекції зору хірурги використовують відеокамери для орієнтації хірургічного лазера на потрібну ділянку рогівки ока. Однак людське око здійснює безліч швидких переміщень, які не встигають відстежувати відеокамери. У результаті хірурги іноді навіть приймають рішення про припинення операції. А LIDAR дозволив зняти цю проблему з порядку денного, оскільки за допомогою цього пристрою промінь лазера встигає за рухами очей. У результаті апаратура, яка використовується при здійсненні стикування космічних кораблів, допомогла тисячам людей відмовитися від окулярів або контактних лінз.

Всі досягнення космічних технологій представлені в легко доступних базах даних і на web-сайтах, і в той же час в кінцевому підсумку однією з головним умов успішного трансферу є ерудиція і кругозір інженера або вченого, який приймає рішення, що знайома йому космічна технологія може спуститися «з небес на землю ». Таких людей зараз називають космічними брокерами. Але від брокера потрібно також уміння поглянути на звичну ситуацію з незвичної точки зору. Саме воно дозволило знайти несподіване застосування найвідомішій космічній технології - системі глобального позиціонування GPS. Реальна сфера її використання простягається далеко за межі вже звичних GPS-навігаторів. Зокрема система супутникової навігації забезпечує своєчасне передбачення повеней і виявляє масштабні забруднення навколишнього середовища.

Порівняно недавно фахівці з трансферу космічних технологій розширили область застосування системи GPS, включивши в неї ... комп'ютерні гри. Нетривіальна ідея прийшла в голову мешканцю Німеччини Анді Люрлінгу (Andy L?rling). Його головними розвагами в кінці тижня були комп'ютерні ігри, а також спільний з друзями перегляд змагань «Формули-1». Анді задумався: а чому б ці два заняття не поєднати? У цьому випадку Анді і його друзям довелося б змагатися не з віртуальним гравцями, а з реальними пілотами «Формули-1».

Ідея Анді Люрлінга не виходила за межі здорового глузду. Дійсно, сотні датчиків, що розміщені на сучасних гоночних автомобілях, забезпечують безперервний моніторинг їх ключових параметрів, в тому числі швидкості, прискорення і координат. Будь-які принципові обмеження на доступність за допомогою Інтернету цієї інформації для геймерів відсутні. Основна проблема пов'язана з інформацією про становище автомобіля в просторі в даний момент часу, оскільки точність визначення координат за допомогою GPS-навігатора нерідко знижується до 15 м. Це, природно, позбавляє сенсу обговорення питання про поєднання гонок «Формули-1» з комп'ютерними іграми.

Для допомоги у вирішенні цієї проблеми Люрлінг звернувся до відділу Зальцгебера. Невдовзі він взяв участь у конкурсі проектів, що був організований спеціально з метою пошуку нових сфер для створюваної в Європі системи супутникової навігації Galileo. У результаті бізнес-проект Люрлінга зайняв призове місце і отримав грант в розмірі ? 80 000.

Однак до запуску Galileo ще далеко. Поки ж Люрлінг має намір скористатися порадою Зальцгебера і визначати координати автомобілів за допомогою сервісу Omni STAR. Нагадаємо, що GPS-пристрої визначають власне положення в просторі, виходячи з тих проміжків часу, які витрачає сигнал на подолання відстані між навігатором і супутниками на навколоземній орбіті. Джерелом помилок стають при цьому атмосферні флуктуації, які переривають сигнал. Однак їх можна скорегувати за допомогою спеціальної сервісної системи Omni STAR, що виявляє помилки всіх елементів системи супутникової навігації і висилає своїм передплатникам відкориговану інформацію.

20 тис. геймерів, які мають намір ознайомитися з новою технологією, звернулися в сервіс з відповідними запитами, а до жовтня 2009 року більше п'яти тисяч з них вже протестували бета-версію програмного забезпечення. У результаті виявилося, що вимірювати положення автомобілів вдається з точністю до 10 см. Зальзгебер вважає історію з підключенням Galileo і «Формули-1» до індустрії комп'ютерних ігор однією зі своїх найуспішніших історій продажів.

Трапляється, що у дусі часу предметом технологічного трансферу стає не прилад, а програмне забезпечення. Саме так з'явився на світ новий метод ранньої діагностики злоякісних пухлин грудей.

Його появі передувала наступна історія. У квітні 1990 року, через тиждень після запуску на орбіту космічного телескопа Хаббл, інженери NASA виявили, що через забруднення дзеркала телескопа зображення виходять розмитими. Було прийнято рішення вмонтувати в оптичну схему телескопа коригувальні оптичні елементи - пізніше прозвані «окулярами Хаббла».

Технологічно, проте, встановити «окуляри Хаббла» виявилося вкрай складно; відповідні спроби тривали майже три роки і не принесли результату. Фахівці NASA почали шукати більш прості способи корекції ... у результаті ними було розроблено спеціальне програмне забезпечення для обробки нечітких зображень. Саме його і стали в 1994 році використовувати при скринінгових дослідженнях раку грудей. «Для мене це стало найбільш вражаючим прикладом тієї користі, яку космічні технології можуть приносити людям», - ці слова Мішеля Брекке наводить журнал New Scientist. Нова методика рятує мільйони жінок від болю і від лікування опроміненням, і тільки в США щорічно зменшує витрати громадян на лікування приблизно на мільярд доларів.

Розказані історії успіху у трансфері космічних технологій цілком доречно завершити коротким переліком технологічних новинок останніх років, які «прийшли» з космосу:

  • браслет для діабетиків з вбудованим насосом для інсулінових ін'єкцій - був розроблений з використанням п'єзоелементів, створених для забезпечення стабільної роботи оптичних систем на супутниках;
  • вогнестійка тканина для костюмів пожежників - вперше була використана при розробці скафандрів астронавтів;
  • система моніторингу для попередження раптової смерті дітей - була розроблена на основі приладів, які здійснювали моніторинг дихання астронавтів;
  • бездротові сенсори, за допомогою яких здійснюється моніторинг напруг мостових конструкцій - спочатку використовувалися для моніторингу стану оболонок космічних кораблів;
  • піротехніка, що використовується для надування подушок безпеки на кораблях - запозичена з систем запуску космічних апаратів.

Завершує ж цей список цілком побутовий прилад, поява якого навряд чи стало б можливою, якщо б не одержала фірма Black & Decker замовлення NASA на розробку дрилі, за допомогою якої можна було б проводити буріння на Місяці на глибину до 3 м і яка до того ж споживала б вкрай незначну кількість енергії. Використовуючи набутий її інженерами унікальний «космічний» досвід, фірма випустила на ринок портативний пилосос Dustbuster, який працює на батарейках.

За матеріалами vokrugsveta.ru

Коментарі:

blog comments powered by Disqus