Услышав словосочетание «космические технологии», большинство жителей Земли, скорее всего, представят себе взлетающую ракету. Кто-то, возможно, вспомнит про GPS, спутниковое телевидение и интернет или даже про метеорологию, а другой просто задастся вопросом: зачем все это нужно, ведь космос так далеко? К счастью, реальность интересней: космос намного ближе, чем мы о нем думаем. Наследие космонавтики подарило нам сотни небольших вещей, которые ежедневно окружают нас в быту и упрощают наши жизни. Сегодня мы расскажем о самых популярных из них.
Эта статья уже выходила на Onlíner — теперь мы обновили ее с учетом новых данных. Рейтинг самых популярных в быту космических технологий стал еще точнее и актуальнее.
Популярный миф гласит, что благодаря космонавтике появились застежки-молнии, липучки и даже спортивные кроссовки. На самом деле нет. Мир увидел некоторые из этих изобретений задолго до космической эры, чей отсчет начинается с 4 октября 1957 года — со старта «Спутника-1», первого искусственного объекта в космосе. Современные застежки-молнии были запатентованы еще в 1913 году, а липучки — в 1955-м, хотя последние действительно поначалу использовались как элементы одежды для астронавтов, аквалангистов и горнолыжников. Тем не менее отрасль сделала мощный вклад в материалы, которые используются в спецодежде и в обиходе обычных людей.
Среди очевидных примеров: мембранные ткани (например, Gore-Tex) — разработаны для скафандров, теперь используются в туристической и спортивной одежде; термозащитные материалы — фольгированные покрытия, спасательные одеяла, утеплители в термосах; пена с эффектом памяти (memory foam) — изначально выступала как амортизатор для космонавтов, теперь используется в матрасах и креслах.
Еще один пример — очки. Поколения людей при производстве аксессуаров, защищающих наши глаза, использовали полированное стекло. Но в 1972-м Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США выпустило постановление, согласно которому линзы солнцезащитных и рецептурных очков, продаваемых в стране, должны быть ударопрочными. Производитель выбрал пластик. Он обладал большим рядом достоинств: меньшая стоимость производства, лучшее поглощение ультрафиолета, меньший вес. Но имелся и один существенный недостаток — намного бо́льшая уязвимость к царапинам.
Решение снова нашлось в космонавтике. Технология защиты пластикового покрытия появилась в работе ученого NASA Теда Уайдевена. Доктор Уайдевен работал над системой очистки воды для космических аппаратов. Для защиты мембраны фильтра он наносил на нее тонкий слой пластиковой пленки. Позже этот же метод стал применяться для нанесения защитного покрытия на визоры шлемов астронавтов и другие пластиковые поверхности. В 1983 году технологию NASA лицензировала компания Foster-Grant, скрестив ее с собственными исследованиями. В итоге потребитель получил материал, который обладал устойчивостью к царапинам и всеми достоинствами пластика.
В 1953 году Норман Ларсен разрабатывал новое водоотталкивающее вещество. В те времена он был основателем Rocket Chemical Company и выполнял заказ аэрокосмического подрядчика США компании Convair. Корпоративная легенда говорит, что тридцать девять попыток были неудачными, но сороковая дала необходимый результат, в честь чего новую чудо-формулу так и назвали — WD-40 («Водоизместитель-40»).
Convair использовали новую смазку для защиты сверхтонких стенок топливных баков и электроники ракет Atlas во время перевозки и хранения. Межконтинентальные баллистические ракеты Atlas, конечно, разрабатывались как грозное оружие и даже стояли на боевом дежурстве во время Карибского кризиса, но постепенно списывались. Их передавали NASA для научных целей, а в рамках программы Mercury в 1962 году обеспечили первый американский орбитальный полет астронавта Джона Гленна.
Формула водоотталкивающей смазки Нормана Ларсена оказалась настолько удачной, что конструкторы Convair использовали ее и в собственных целях, обрабатывая запчасти личных автомобилей. Осознав потенциальный коммерческий успех, в 1958 году Rocket Chemical Company начинают продажи нового вещества в локальных магазинах в Сан-Диего. А в 1969-м компания переименовывается, взяв название самого важного на тот момент предложения в своем портфеле — WD-40. Сегодня чудо-смазка продается в более чем половине стран мира и знакома, пожалуй, почти каждому автомобилисту (и просто крепкому хозяйственнику). А в спектре возможных способов ее использования и рекомендаций по применению уже невозможно отличить миф от реальности: от очистки заржавевших деталей до удаления собачьих экскрементов или даже выведения жвачки из волос.
На самом деле, речь идет больше о так называемой сублимационной сушке, или, если совсем по-научному, лиофилизации. Продукт охлаждают, помещают в вакуум и лишают влаги. При этом сохраняются его свойства и структура (даже запах и вкус). После лиофилизации продукты можно хранить при комнатной температуре, и они не портятся, хотя в противном случае быстро оказались бы непригодными к употреблению. Существуют и другие способы сушки, однако они наносят больше вреда. Восстановить продукт после лиофилизации просто. В США наиболее известным примером является «сухое мороженое», созданное для астронавтов.
Нередко применяется подобный подход для хранения растворимого кофе, а также для подготовки фруктов, овощей и тофу (фактически такой прием можно использовать почти для любых продуктов) — остается до 98% питательных веществ, а вот вес может составлять 20% от первоначального.
Справедливости ради стоит подчеркнуть: метод хоть и использовался в космонавтике, но получил свое развитие и широкое распространение во время Второй мировой войны для хранения и транспортировки лекарств. А разработан был еще раньше — в самом начале XX века.
В 1992 году Дэниел Голдин, назначенный на место администратора NASA, обрисовал новый принцип работы агентства через три простых слова: «Быстрее, лучше, дешевле». Этот принцип поставил перед инженерами миссий конкретные задачи: например, миниатюризация цифровых камер с CCD-матрицей, используемых в межпланетных миссиях, без потери научной ценности получаемых снимков.
В результате инженер лаборатории реактивного движения NASA Эрик Фоссум представил CMOS Active-Pixel Sensors. Само по себе использование металлооксидных полупроводников к девяностым годам XX века не было чем-то новым, но практическая реализация Голдина совершила переворот на рынке цифровой фотографии. Новые сенсоры потенциально были дешевле в производстве, менее энергозатратны и давали бо́льшие возможности в миниатюризации камеры и работе с изображением.
Фоссум понял, что его разработка будет востребована и на Земле. В 1995-м он основал компанию Photobit и запатентовал новую технологию. В дальнейшем история компании Photobit — это история поглощений и переименований. Но главное, что в итоге CMOS-матрицы стали использоваться почти повсеместно: начиная от мобильных телефонов и заканчивая камерами автомобилей и медицинских приборов.
Кстати, использование слова «пиксель» впервые было зафиксировано в 1965 году в работе инженера лаборатории реактивного движения Фредерика Биллингсли. Он ввел это слово для описания минимальных элементов изображений, получаемых от станций, отправленных к Луне и Марсу.
Право на эту торговую марку долгое время принадлежало компании DuPont. Тефлон был разработан химиками частной компании в 1938 году «случайно» — специалисты изучали свойства сжатого образца ядовитого тетрафторэтилена с целью найти эффективный и безопасный хладагент. Во время очередных экспериментов они обнаружили вновь образованное соединение, которое потом и получило название «политетрафторэтилен», или «тефлон» (последнее на самом деле является товарным знаком, а PTFE — один из его базовых компонентов).
Очевидно, что обнаружить соединение — это лишь часть пути. Нужно еще понять, как его можно использовать. Рой Планкетт, который и стоит за открытием PTFE, подверг новый материал настоящим «пыткам», однако смог обнаружить его свойства: к тефлону ничего не прилипало, его не брали кислоты и различные агрессивные среды.
Нам этот материал известен скорее как напыление для сковородок, однако вначале его активно использовали для покрытия заглушек и клапанов для труб, по которым перегоняли фторид урана в рамках Манхэттенского проекта в США — тогда были закуплены неимоверные объемы состава. Позже в виде волокон тефлон пробрался в скафандры американских астронавтов, им покрывали снаряды, ну а сковороды под маркой Tefal зародились в 1954 году благодаря французу Марку Грегуару.
Бокал пива недоступен космонавтам на орбите, но, возможно, это справедливая цена за лучший в известной вселенной вид из окна на нашу планету. Роберт Зубрин — не астронавт, но американский инженер, основатель «Марсианского общества» и, пожалуй, один из самых ярких сторонников немедленной колонизации землянами соседних миров.
Долгое время он работал над концептами планов доставки людей на Марс и инструментами, которые позволят будущим поселенцам получать часть необходимых ресурсов прямо из атмосферы Красной планеты: кислород или топливо для ракетных двигателей и роверов. Некоторые из разработанных его командой технологий нашли применение на Земле — например, в добыче нефти и природного газа. Но и Зубрину не чуждо все земное — из «приземленной» технологии родилась еще более приземленная.
При производстве пива углекислый газ образуется естественным образом, но бо́льшая его часть рассеивается в воздухе еще в процессе приготовления. Крупные производители могут позволить себе установку довольно дорогих систем, задерживающих CO2 для последующего повторного обогащения. Небольшие пивоварни закупают дополнительный объем у сторонних поставщиков, что в итоге увеличивает себестоимость продукта.
Внезапно на помощь пришли технологии, разрабатываемые для будущих колонистов Марса. Компания Зубрина Pioneer Energy представила довольно необычный для своей деятельности продукт — систему обогащения углекислым газом для крафтовых пивоварен. Компактный комплекс задерживает производимый при приготовлении CO2, по подсчетам производителя, может сохранять порядка 5 тонн углекислого газа в месяц и сэкономить до $15 тысяч в год для небольшой пивоварни.
В середине 2010-х Pioneer Energy получила десятки заказов на систему. Согласно оценкам, потенциальный рынок — около 20 тысяч крафтовых пивоварен по всему миру. Встретите ли вы пузырьки, полученные с помощью околокосмических технологий в Беларуси, науке вряд ли известно. Но как это обычно бывает, там, где есть новый подход, удешевляющий ваше производство, довольно быстро появляются другие возможности его применения и «аналоги, не уступающие оригиналу».
Предтеча GPS появился во времена холодной войны и применялся военными — к идее создать подобную систему американских инженеров подтолкнул запуск советского космического аппарата «Спутник-1». С помощью географических координат с привязкой ко времени можно определить месторасположение интересующего объекта.
Первой системой спутниковой навигации в 1960-х стала TRANSIT (также известна как NAVSAT и NNSS), испытанием которой занимались американские ВМС. Тогда на орбите находилось лишь пять спутников, фиксировавших месторасположение объекта один раз в час. Затем стартовала программа Timation с применением сверхточных атомных часов.
В 1983 году администрация Рейгана предложила открыть доступ к спутниковой навигации гражданским организациям — в первую очередь речь шла о морских и воздушных грузо-пассажирских перевозках. Модернизация системы GPS задержалась из-за катастрофы шаттла «Челленджер» в 1986 году, и пауза затянулась до 1989 года. К 1993 году США запустили 24-й по счету спутник в рамках программы Navstar, что стало завершающим этапом в развертывании современной сети спутниковой навигации, а в 1995-м ее вывели на полную мощность.
До начала 90-х один GPS-приемник сложно было назвать миниатюрным (весил около 25 кг), но на смену ему пришли устройства в 20 раз более легкие. Постепенно снимались ограничения для гражданских и увеличивалась точность данных: в 2000 году после двух лет рассмотрения вопроса был запущен так называемый GPS III.
Сейчас GPS есть практически везде: это навигаторы, смартфоны, автономные автомобили, роботы, фитнес-гаджеты и так далее.
Когда NASA понадобилось измерять температуру у астронавтов в скафандрах, обычные градусники оказались бесполезны. Так появились инфракрасные термометры — устройства, которые считывают тепловое излучение поверхности без контакта. Технология, созданная для космоса, сегодня используется в каждом доме и больнице: достаточно навести прибор на лоб, чтобы узнать температуру за секунду.
Жизнь на орбите потребовала и новых систем водоочистки. Космические фильтры должны были превращать любую влагу — даже конденсат — в питьевую воду. Эти технологии легли в основу современных бытовых и походных фильтров, которые теперь спасают миллионы людей, в первую очередь в регионах с загрязненной водой. Мембранная фильтрация, ионный обмен и активированный уголь — прямые потомки инженерных решений NASA. К слову, системы жизнеобеспечения МКС легли в основу и домашних воздухоочистителей.
Не менее необычное изобретение — безводные шампуни и очищающие салфетки, появившиеся у космонавтов из-за того, что в условиях невесомости помыть голову невозможно. Для них разработали состав, который можно нанести на тело и вытереть без капли воды. Сегодня эти средства используют пациенты в больницах, туристы и спасатели — формулы давно стали привычной частью аптечек и дорожных наборов.
Когда инженеры конструировали первые ракеты и спутники, им требовались материалы, способные выдерживать огромные нагрузки при минимальном весе. Так появились алюминиевые сплавы высокой прочности — сочетание алюминия с магнием, медью и цинком. Эти металлы делали корпус ракеты легким, но устойчивым к перепадам температур и вибрациям. Для космоса это было критично: каждый лишний килограмм топлива стоил миллионы долларов, а надежность конструкции решала вопрос жизни и смерти.
Со временем разработанные для космоса сплавы стали использоваться в авиации и автопроме. Они обеспечили возможность строить легкие самолеты, экономящие топливо, и автомобили с лучшей управляемостью. Легкие, но прочные кузовы, диски и элементы подвески — все это прямые наследники космических технологий. Даже архитекторы взяли их на вооружение: из таких сплавов делают легкие конструкции крыш и фасадов небоскребов. Сегодня алюминиевые сплавы — это не просто материал из аэрокосмической отрасли, а стандарт в повседневной технике. Их можно встретить в корпусах ноутбуков, смартфонов, велосипедов и даже кухонной утвари.
Спутниковая связь появилась как способ поддерживать радиоконтакт намного дальше, чем при использовании существовавших тогда систем, а позже — с удаленными на тысячи километров от Земли объектами — став основой глобальных коммуникаций. Именно космические антенны и орбитальные ретрансляторы сделали возможными прямые телетрансляции, международные звонки и интернет в любой точке планеты. Сегодня та же технология работает в навигации, системах мониторинга транспорта, на морских судах и даже в самолетах. А запуск низкоорбитальных спутниковых систем вроде Starlink превратил идею «интернета с неба» из фантастики в повседневность — теперь спутники обеспечивают связь там, где нет вышек и проводов (в том числе в горах или пустынях).
Тут стоит упомянуть, что и о самом интернете заговорили именно на фоне запуска советского «Спутника-1» — выходит, и здесь «замешан» космос. Событие подтолкнуло США к созданию новой по тем временам технологии передачи данных. Всемирная паутина появилась благодаря американским военным и сети ARPANET, не существующей уже десятки лет. Первые шаги интернет сделал в 1969 году, когда исследователи из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса (UCLA) и Стэнфордского исследовательского института (SRI) предприняли попытку удаленного подключения для передачи короткого сообщения. Начало по созданию незаменимой части нашей жизни было положено в 1962 году — в тот момент во всем мире насчитывался десяток тысяч примитивных компьютеров. Идею «межгалактической сети», в которой компьютеры объединены в структуру для обмена данными, озвучил профессор MIT Джозеф Ликлайдер, стоявший у истоков ARPANET.
Позже его коллеги развили концепцию, провели активную разработку концепта того, что позже стало интернетом. К концу 1969-го в сети ARPANET было четыре компьютера, затем темпы стремительно росли, в 1972-м состоялась первая публичная презентация новой технологии связи. Когда ученые поняли, что сеть растет как на дрожжах, настало время протокола TCP/IP и пакетной передачи данных — сеть перешла на него в 1983 году. Спустя примерно шесть лет Тим Бернерс-Ли изобрел URI, URL, HTTP, HTML.
Ну а потом началась коммерциализация интернета.
Космонавтика, как и любая наука на острие прогресса, меняет привычные вещи. Некоторые из них так и не находят применения в космосе, но пригождаются на Земле. Американское космическое агентство NASA периодически публикует доклады о «приземленных» технологиях — их уже очень много.
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by