Наука и техника: прошлое и настоящее

Космос – Земле

К исследованию космоса на Земле всегда относились с особым вниманием. Так, концепция множественности миров Джордано Бруно, считавшего иными мирами видимые с Земли звёзды и планеты, стоила ему жизни. А Галилео Галилей за чрезмерную, по мнению католической церкви, популяризацию гелиоцентрической системы Коперника, был осуждён инквизицией. Однако уже в XVII в. с исследованиями космоса связывали решение не только мировоззренческих, но и вполне земных проблем, – в частности, от телескопических исследований Галилея ожидалось решение исключительно важной для мореплавания проблемы определения долготы.

Но со всей остротой вопрос о том, зачем нужны человеческой цивилизации космические исследования, был поставлен вскоре после старта чрезвычайно затратной американской программы «Аполлон» – программы высадки человека на Луну. В итоге длительных обсуждений в СМИ и в экспертном сообществе сформировалась вполне разумная точка зрения: многочисленные технологические новинки, разработанные в ходе реализации программы технологии, были использованы на Земле, а потому с полным основанием можно считать, что гигантские затраты на программу себя оправдали.

При этом неудивительно, что в растиражированных СМИ историях внедрения «на Земле», созданных «специально для космоса» технологических новинок не обошлось без мифов. Так, в качестве примеров успешного трансфера космических технологий часто называют тефлон и липучки. Исследования космоса действительно сыграли ключевую роль в распространении в нашем быту и тефлоновых сковородок, и застёжек на липучках. Но тефлон – полимер тетрафторэтилена – был открыт ещё в 1938 г. и в виде порошка использовался (и используется до сих пор) в ракетном топливе. Всеобщий же интерес к космическим исследованиям на начальном этапе привлёк к тефлону повышенное внимание, и в итоге его уникальные качества оказались востребованы на Земле.

То же и с липучками: патент на них был выдан за два года до начала космической эры – в 1955 г. Космическое же применение липучек началось, когда астронавты обнаружили, что при передвижении в открытом космосе именно липучки позволяют быстро и эффективно застёгиваться и расстёгиваться. Вслед за астронавтами липучки стали использовать горнолыжники, обнаружившие, что их костюмы не так уж отличаются от костюмов астронавтов, за ними последовали аквалангисты… Настоящая же популярность пришла к липучкам после телепередачи с околоземной орбиты, когда перед зрителями предстали астронавты, легко прикреплявшие к стенам при помощи липучек упаковки с продуктами и демонстрировавшие стойку вверх ногами. Именно после этой телепередачи липучки стали привычным элементом детской одежды.

Поскольку в космических проектах используются наиболее ценные «земные» изобретения, то телереклама липучек (скорее всего непреднамеренная) оказалась социально значимой, ведь именно благодаря ей продвижение на рынок крайне полезного изобретения оказалось чрезвычайно быстрым.

В целом же то, что связано с освоением «земной» промышленностью «внеземных» технологий, во всех без исключения программах освоения космоса признаётся исключительно важным. Причина этого вполне очевидна. Возможность тратить ежегодно на свои исследования миллиарды долларов обеспечивает и Европейскому космическому агентству (ЕSA), и американскому NASA, и японскому космическому агентству IAXA доступ к лучшему в мире технологическому оборудованию.

Но эти исключительные возможности накладывают на исследователей космоса и вполне очевидные обязательства перед обществом. Некоторые «истории успеха» в трансфере космических инноваций заслуживают самостоятельного рассказа. Так, пять лет назад внимание привлекли кантилеверы – миниатюрные устройства, которые контролировали расположение зеркал на орбитальных телескопах. При пропускании электрического тока кантилеверы нагревались и определённым образом деформировались, что давало возможность нужным образом корректировать положение зеркал.

Учёные из Лондонского университета королевы Марии (Queen Mary University of London) предложили поместить кантилевер в жидкость. Оказалось, что на скорость их изгибания влияет вязкость жидкости. Именно тогда и пришла в голову идея использовать кантилевер в качестве измерителя вязкости крови. Напомним, что пациенты кардиологов, стремясь предупредить возможный инфаркт, регулярно проверяют вязкость своей крови с тем, чтобы принять в нужное время разжижающие кровь препараты. Если вязкость чрезмерно велика, то увеличивается риск возникновения тромбов, если же кровь чересчур разжижена, пациент может испытывать дискомфорт. Именно предполагая высокий спрос на измерители вязкости крови, П. Вермон из Британского совета по научному и технологическому оборудованию основал компанию Microvisk для производства измерителей новой конструкции. Ближайшая цель – наладить серийное производство нового медицинского прибора, клинические испытания которого уже подтвердили исключительные возможности.

Ещё одна история успешного использования космических технологий в медицине также связана с кардиологией – речь идёт об изобретении имплантируемого кардиологическим больным микронасоса. Хирурги из Бэйлоровского медицинского колледжа в Техасе (США) в течение десятилетий работали над конструкцией насоса, который смог бы взять на себя часть функций сердца по перекачке крови. В 1984 г., во время очередной операции по пересадке сердца, выяснилось, что их пациент Дэвид Сосер был ранее сотрудником NASA, специалистом по насосам, обеспечивавшим подачу топлива к двигателям шаттлов. Он познакомил хирургов со своими бывшими коллегами по NASA, и в результате работы над совместным проектом был сконструирован миниатюрный насос для кардиологических больных. За последние семь лет такой насос был имплантирован более чем 400 больным. Его преимущество – малый уровень шума и компактность, что позволяет имплантировать этот насос не только взрослым, но и детям.

Ещё одно «медицинское измерение» космических технологий связано с офтальмологией. Это устройство LADAR, в котором удалось использовать элементы технологии стыковки космических кораблей. Он работает, как радар, определяя расстояние до исследуемого объекта по времени, затрачиваемому электромагнитной волной на распространение до объекта и обратно. В отличие от работающего в радиодиапазоне радара, LADAR использует видимый свет и обеспечивает контроль за положением космического корабля в пространстве с миллиметровой точностью. Чем же LADAR оказался полезен офтальмологам? В ходе операции по лазерной коррекции зрения хирурги направляют луч хирургического лазера на нужный участок роговицы глаза с помощью видеокамеры. Глаз, однако, совершает множество быстрых перемещений, которые видеокамеры не успевают отслеживать. Хирурги могут даже принять решение прервать операцию. С помощью же LADARа эту проблему удалось разрешить. Так аппаратура, используемая для стыковки космических кораблей, помогла тысячам людей отказаться от очков или контактных линз.

Все достижения космических технологий описаны в доступных базах данных и на сайтах Интернета. Но космический брокер, безусловно, должен обладать эрудицией, широким кругозором и нестандартным мышлением. Так, способность взглянуть на привычную ситуацию с непривычной точки зрения позволила найти неожиданное применение самой известной космической технологии – системе глобального позиционирования GPS. Реальная сфера её использования простирается далеко за пределы ставших уже привычными GPS-навигаторов. В частности, система спутниковой навигации обеспечивает своевременное предсказание наводнений и выявляет масштабные загрязнения окружающей среды.

Недавно в область применения системы GPS были включены... компьютерные игры. Автором нетривиальной идеи можно считать жителя Германии Э. Люрлинга. Каждый уикенд Люрлинг погружался в компьютерные игры, а кроме того любил смотреть с друзьями соревнования Формулы-1. «Почему бы не совместить эти два занятия?» – задумался Энди. В этом случае его друзья соревновались бы не с виртуальными игроками, а с реальными пилотами Формулы-1. За пределы здравого смысла идея не выходила. Действительно, датчики, размещённые на современных гоночных автомобилях, обеспечивают непрерывный мониторинг ключевых параметров болидов, в том числе скорости, ускорения и координат. Каких-либо принципиальных ограничений на доступность для геймеров этой информации (с помощью интернета) нет. Основная проблема связана с информацией о положении автомобиля в пространстве в данный момент времени, т. к. точность определения координат GPS-навигатором нередко снижается до 15 м, что, естественно, лишает смысла обсуждение вопроса о сопряжении гонок с компьютерными играми.

Люрлинг обратился в отдел ЕSA по технологическому трансферу (г. Ноордвик, Нидерланды) и принял участие в конкурсе проектов, организованном специально с целью поиска новых сфер приложения для создаваемой в Европе системе спутниковой навигации Galileo. В итоге его бизнес-проект был признан одним из лучших и удостоен гранта в

80 000 евро. Galileo, однако, будет запущен не скоро, пока же Люрлинг предполагает определять координаты автомобилей с помощью сервиса Omni-STAR. Напомним, что GPS-устройства определяют собственное положение в пространстве исходя из тех промежутков времени, которое затрачивает сигнал на преодоление расстояния между навигаторами и находящимися на околоземной орбите спутниками. Возникающие при этом ошибки обусловлены прерывающими сигнал атмосферными флуктуациями. Их, однако, можно скорректировать с помощью специальной сервисной системы Omni-STAR, выявляющей ошибки по всем элементам системы спутниковой навигации и высылающей своим подписчикам откорректированную информацию.

20 000 геймеров, намеревающихся познакомиться с новой технологией, обратились в сервис с соответствующими запросами, а к октябрю 2009 г. более 5000 из них уже протестировали бета-версию программного обеспечения. В итоге оказалось, что измерять положение автомобилей удаётся с точностью 10 см. История с подключением Galileo и Формулы-1 к индустрии компьютерных игр – одна из самых успешных историй продаж.

Предметом технологического трансфера может стать не прибор, а программное обеспечение. Именно так появилась на свет новая методика ранней диагностики злокачественных опухолей груди.

В апреле 1990 г., когда, спустя неделю после запуска на орбиту космического телескопа Хаббл, инженеры NASA обнаружили размытость получавшихся изображений, связанную с загрязнённостью зеркала телескопа, было решено встроить в оптическую схему телескопа корректирующие оптические элементы, позже их назвали очками Хаббла.

Технологически, однако, установить очки Хаббла оказалось крайне сложно. Специалисты NASA начали искать более простые способы коррекции и в итоге разработали специальное программное обеспечение, позволяющее обрабатывать нечёткие изображения. Его и начали в 1994 г. использовать при скрининговых исследованиях рака груди. Новая методика спасает миллионы женщин от болей и лечения облучением. Только в США расходы граждан на лечение ежегодно уменьшились приблизительно на миллиард долларов.

Рассказанные нами истории успеха в трансфере космических технологий вполне уместно завершить кратким (и, безусловно, не претендующим на полноту) перечнем технологических новинок последних лет, «пришедших» из космоса: • браслет для диабетиков со встроенным насосом для инсулиновых инъекций разработан с использованием пьезоэлектриков, созданных для обеспечения стабильной работы оптических систем на спутниках • огнестойкая ткань для костюмов пожарников впервые была использована при разработке скафандров астронавтов • система мониторинга для предупреждения внезапной смерти детей разработана на основе приборов, осуществлявших мониторинг дыхания астронавтов • беспроводные сенсоры, с помощью которых осуществляется мониторинг напряжений мостовых конструкций, первоначально использовались для мониторинга состояния оболочек космических кораблей • пиротехника, используемая для надувания подушек безопасности на кораблях, позаимствована из систем запуска космических аппаратов.

Завершает же этот список вполне бытовой прибор. Его появление на свет вряд ли стало бы возможным, не получи американская фирма Black&Decker заказ NASA на разработку дрели, с помощью которой можно было бы проводить бурение на Луне на глубину до 3 м, которая к тому же потребляла бы крайне незначительное количество энергии. Используя приобретённый её инженерами уникальный «космический» опыт, фирма выпустила на рынок портативный пылесос на батарейках.

По материалам статьи J. Cartwright
(Down to Earth: Gadgets from outer space // New Scientist, 18.01.2010.
Электронная версия: URL: http://www.newscientist.com)