Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Космические брокеры играют на повышение

Специалисты нового направления придумывают, как можно использовать на земле то, что было изобретено для космоса

Командир шестой международной экспедиции на МКС Кеннет Бауэрсокс (Kenneth D. Bowersox) во время тренировок на вибрационной беговой дорожке (Treadmill with Vibration Isolation System) российского модуля «Звезда». Сцепление ноги с дорожкой обеспечивается лентами Velcro, получившими на русском языке устойчивое название «липучка». Фото: NASA

К изучению космоса на земле всегда относились чрезвычайно внимательно. Космология всегда входила существенной частью в любую мифологическую систему: небо рассматривалось как место обитания богов, бессмертных душ праведников, а иногда там даже находилось место для наказания душ грешников. Детально разработанная Джордано Бруно (Giordano Bruno, 1542–1600) концепция бесконечной Вселенной и множественности миров поддерживала все здание его еретической системы, которую он изобрел и которая стоила ему жизни. Первые интерпретации гелиоцентрической системы Коперника не как математического приема, облегчающего вычисления, а как физической реальности, были предприняты в начале XVII века именно теологами, стремившимися отождествить гелиоцентризм с теоцентризмом. В результате римская инквизиция заподозрила скрытое теологическое (и еретическое) содержание во вполне научном сочинении Галилео Галилея (Galileo Galilei, 1564–1643), что было официально признано ошибкой римско-католической церковью только 350 лет спустя. Однако сам Галилей ожидал от космоса решения вполне прозаических и насущных проблем. Например, он хотел найти способ определять географическую долготу места в открытом море.

Но с особой остротой вопрос о том, чем конкретно полезны для человечества космические исследования, был поставлен вскоре после старта американской программы высадки человека на Луну — программы «Аполлон». После длительных обсуждений эксперты согласились, что многочисленные технологические новинки, появившиеся в ходе реализации программы, были использованы на земле, и тем самым гигантские затраты на программу себя оправдали даже этим.

Вполне естественно, что в рассказанных журналистами историях внедрения «на земле» созданных для «космоса» технологических новинок без легенд не обошлось. Так, самыми известными распространенными примерами успешного трансфера космических технологий считаются тефлон и липучки. Журналисты весьма часто связывают эти изобретения с активной деятельностью исследовательских подразделений NASA. И действительно: исследования космоса сыграли ключевую роль в распространении в нашей жизни и тефлоновых сковородок, и застежек на липучках — они сделали эти вполне земные изобретения исключительно популярными.

Тефлон обладает практически нулевой смачиваемостью, поэтому вино, пролитое на тефлоновую поверхность, собирается в аккуратные капли правильной формы. Эта замечательная пластмасса обладает и множеством других удивительных свойств, благодаря которым сфера ее применений в космосе чрезвычайно высока. Однако вопреки распространенному мнению, изобрели ее задолго до начала космических исследований. Фото (Creative Commons license): Gunnar Grimnes

Тефлон — полимер тетрафторэтилена (-CF2-)n — был случайно открыт еще в апреле 1938 года американским химиком Роем Планкеттом (Roy J. Plunkett, 1910–1994), патент на него было получен спустя два года, в 1941-м. Новый полимер привлек внимание своей очень высокой тугоплавкостью и рекордно низким коэффициентом трения — настолько низким, что на нем не могут удержаться даже мухи. Благодаря этим свойствам его можно было использовать при очистке урана, им покрывали находящиеся в контакте с высокорадиоактивным фторидом урана поверхности обогатительного комбината Манхэттенского проекта в Окридже. А покрывать им алюминиевые сковородки придумал в 1954 году французский инженер Марк Грегуар (Marc Grégoire), давший им имя Tefal.

История с липучками тоже началась еще в докосмическую эру: патент на них был выдан в 1955 году. «Космическое измерение» в истории липучек началось в тот момент, когда астронавты обнаружили, что при передвижении в открытом космосе именно липучки позволяют быстро и эффективно застегнуться и расстегнуться. Затем липучки стали использовать горнолыжники, обнаружившие, что у их костюмов не так уж много отличий от костюмов астронавтов. За ними последовали и аквалангисты…

Настоящая же популярность пришла к липучкам после того, как в одной из телепередач с околоземной орбиты зрители увидели астронавтов, прикреплявших с их помощью продукты к стенам и к тому же демонстрирующих стояние вверх ногами в состоянии невесомости. Именно после этого липучки стали привычным элементом детской одежды. История о липучках как изобретении, пришедшем к нам «из космоса», оказывается таким образом всего лишь легендой.

Поскольку в космических проектах используются наиболее ценные «земные» изобретения, то в данном случае телереклама липучек (скорее всего непреднамеренная) оказалась социально значимой: благодаря ей было существенно ускорено продвижение на рынок крайне полезного изобретения.

Что же касается освоения «земной» промышленностью «внеземных» технологий, то во всех без исключения программах освоения космоса эта деятельность признается исключительно важной. В частности, большое значение придает трансферу космических технологий Европейское космическое агентство (ESA). Причина этого очевидна. И ESA, и американское NASA, и японское космическое агентство JAXA имеют доступ к лучшему в мире технологическому оборудованию, что обеспечивается их исключительно высокими бюджетами. Выдающееся финансирование оборачивается столь же повышенными общественными ожиданиями. По словам Франка Зальцбегера (Frank Salzgeber), главы расположенного в голландском Нордвейке отдела ESA по технологическому трансферу (Technology Transfer Programme Office), «мы стараемся получить максимальную отдачу от каждого цента, который вкладывают в нашу работу налогоплательщики».

Выполненная при помощи электронного микроскопа фотография биполимерных чувствительных язычков, с помощью которых измеряется вязкость крови. Идея этого медицинского прибора в прямом смысле слова пришла из космоса: микроскопические биполимерные стержни используются для точного позиционирования зеркал в оптических системах спутников. Фото: Microvisk Technologies Limited, Science and Technology Facilities Council

В отделе Зальцгебера работает десять сотрудников — десять «космических брокеров». Каждый год благодаря их активной работе на рынке появляется не менее дюжины технологических новинок. Некоторые из них вполне заслуживают отдельного рассказа.

Пол Вернон (Paul Vernon) совмещает свое сотрудничество в группе Зальцгебера с работой в Британском совете по научному и технологическому оборудованию (Science and Technology Facolities Council) в Дарсбери. На золотую жилу он напал еще пять лет назад, когда студентом проводил часы в лаборатории лондонского университета королевы Марии (Queen Mary University of London). Там ему как-то показали в микроскоп необычное устройство — тоненький полимерный волосок. Он был устроен вроде биметаллической пластинки, изгибающейся при изменении температуры, поскольку у двух металлов, из которых она сделана, разные термодинамические параметры. Здесь всё то же самое, только вместо двух металлов две разновидности пластмассы. Волосок нагревается электрическим током и, изгибаясь, поворачивает микроскопическое зеркало. Вся конструкция была разработана для использования в оптических системах спутников.

Тут Вернону пришла мысль, что, если волосок поместить в вязкую жидкость, то степень его искривления может зависеть от вязкости жидкости. Мысль была правильной, к тому же, как оказалось, прибор, разработанный для того, чтобы контролировать угол наклона зеркала, теперь смог определить степень искривления полимерного волоска. Иначе говоря — вязкости жидкости! Это был приятный и неожиданный подарок. Именно тогда, как объяснял годы спустя Вернон корреспонденту журнала «New Scientist», «мне пришла в голову идея использовать полимерный волосок в качестве измерителя вязкости кроветока».

Напомним, что угроза инфаркта заставляет кардиологических пациентов регулярно проверять вязкость своей крови и вовремя принимать разжижающие кровь препараты. В случае чрезмерно вязкой крови растет риск образования тромбов, если же кровь чересчур разжижена, возникает опасность кровотечений. Ориентируясь на многомиллионный мировой рынок измерителей вязкости крови, Вернон основал для их производства специальную компанию Microvisk. Его ближайшая цель — наладить серийное производство нового медицинского прибора, клинические испытания которого уже подтвердили его исключительные возможности.

Вторая история успешного внедрения космической технологии в медицину также связана с кардиологией — с изобретением микронасоса, имплантируемого кардиологическим больным. Ее герои — хирурги Джордж Нун (Georg Noon) и Микаэль Дебэйки (Michael DeBakey) из Бэйлоровского медицинского Колледжа в Техасе (Baylor College of Medicine in Texas) и инженер NASA Давид Сосье (David Saucier). В течение десятилетий Дебэйки разрабатывал насос, который смог бы взять на себя часть функций сердца по перекачке крови. В 1984 году хирурги выполняли очередную операцию по пересадке сердца, и неожиданно выяснилось, что их пациент, Давид Сосье, работал ранее в NASA и что в сферу его интересов входили насосы, обеспечивавшие подачу топлива к двигателям космических челноков. Сосье познакомил хирургов с тремя другими инженерами NASA, и постепенно дело сложилось: результатом их совместной работы стал миниатюрный насос для кардиологических больных. Начиная с 2003 года такой насос был имплантирован сотням кардиологических больных. Одно из его преимуществ — малый уровень шума, который он издает во время работы.

Насос HeartAssist 5 весит всего 92 г и легко умещается в кулаке. По сути дела, это первое в истории искусственное сердце, одобренное и уже использующееся в медицинской практике. Фото: MicroMed Cardiovascular, Inc

Еще одно «медицинское» измерение космических технологий связано с использованием в офтальмологии технологии стыковки космических кораблей. Речь идет об устройстве, известном под названием LIDAR (LADAR). Принцип его работы аналогичен принципу работы радара, который, как известно, определяет расстояние до объекта по времени, затрачиваемому электромагнитной волной на распространение до объекта и обратно. В отличие от радара (RADAR, radio detection and ranging), работающего в радиодиапазоне, LIDAR (light detection and ranging) использует диапазон видимого света и позволяет контролировать положение космического корабля в пространстве с миллиметровой точностью.

В ходе операции по лазерной коррекции зрения хирурги используют видеокамеры для ориентации хирургического лазера на нужный участок роговицы глаза. Человеческий глаз, однако, совершает множество быстрых перемещений, которые не успевают отслеживать видеокамеры. В результате хирурги иногда даже принимают решение о прекращении операции. А LIDAR позволил снять эту проблему с повестки дня, поскольку с помощью этого устройства луч лазера поспевает за движениями глаза. В итоге аппаратура, используемая при осуществлении стыковки космических кораблей, помогла тысячам людей отказаться от очков или контактных линз.

Все достижения космических технологий представлены в легко доступных базах данных и на web-сайтах, и в то же время в конечном итоге одним из главным условий успешного трансфера является эрудиция и кругозор инженера или ученого, принимающего решение, что знакомая ему космическая технология может спуститься «с небес на землю». Таких людей сейчас называют космическими брокерами. Но от брокера требуется также умение взглянуть на привычную ситуацию с непривычной точки зрения. Именно оно позволило найти неожиданное применение самой известной (и самой, пожалуй, востребованной) космической технологии — системе глобального позиционирования GPS. Реальная сфера ее 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.

Сравнительно недавно специалисты по трансферу космических технологий расширили область применения системы GPS, включив в нее… компьютерные игры. Нетривиальная идея пришла в голову жителю Германии Анди Люрлингу (Andy Lürling). Его главными развлечениями в конце недели были компьютерные игры, а также совместный с друзьями просмотр соревнований «Формулы-1». Анди задумался: а почему бы эти два занятия не совместить? В этом случае Анди и его друзьям пришлось бы соревноваться не с виртуальным игроками, а с реальными пилотами «Формулы-1».

Идея Анди Люрлинга не выходила за пределы здравого смысла. Действительно, сотни датчиков, размещенных на современных гоночных автомобилях, обеспечивают непрерывный мониторинг их ключевых параметров, в том числе скорости, ускорения и координат. Какие-либо принципиальные ограничения на доступность с помощью Интернета этой информации для геймеров отсутствуют. Основная проблема связана с информацией о положении автомобиля в пространстве в данный момент времени, поскольку точность определения координат с помощью GPS-навигатора нередко снижается до 15 м. Что, естественно, лишает смысла обсуждение вопроса о сопряжении гонок «Формулы-1» с компьютерными играми.

Члены германо-голландской компании iOpener разработали технологию полного погружения (с точностью до 10 см) реальных гонок в виртуальный мир. Слева направо: Свен Баккерс (Sven Bakkes), Анди Люрлинг (Andy Lürling) и Мануэль Рейен (Manuel Rejen). Фото: iOpener

Для помощи в решении этой проблемы Люрлинг обратился в отдел Зальцгебера. Вскоре он принял участие в конкурсе проектов, организованном специально с целью поиска новых сфер приложения для создаваемой в Европе системы спутниковой навигации Galileo. В итоге бизнес-проект Люрлинга занял призовое место и получил грант в 80 000.

До запуска Galileo, однако, еще далеко. Пока же Люрлинг предполагает воспользоваться советом Зальцгебера и определять координаты автомобилей с помощью сервиса Omni STAR. Напомним, что GPS-устройства определяют собственное положение в пространстве, исходя из тех промежутков времени, которые затрачивает сигнал на преодоление расстояния между навигатором и находящимися на околоземной орбите спутниками. Источником ошибок становятся при этом прерывающие сигнал атмосферные флуктуации. 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 тыс. геймеров, намеревающихся познакомиться с новой технологией, обратились в сервис с соответствующими запросами, а к октябрю 2009 года более пяти тысяч из них уже протестировали бета-версию программного обеспечения. В итоге оказалось, что измерять положение автомобилей удается с точностью в 10 см. Зальзгебер считает историю с подключением Galileo и «Формулы-1» к индустрии компьютерных игр одной из своих самых успешных историй продаж.

Случается, что — в духе времени — предметом технологического трансфера становится не прибор, а программное обеспечение. Именно так появился на свет новый метод ранней диагностики злокачественных опухолей груди.

Его появлению предшествовала следующая история. В апреле 1990 года, спустя неделю после запуска на орбиту космического телескопа Хаббл, инженеры НАСА обнаружили, что из-за загрязненности зеркала телескопа изображения получаются размытыми. Было принято решение встроить в оптическую схему телескопа корректирующие оптические элементы — позже прозванные «очками Хаббла».

Испытание космической дрели, разработанной фирмой Black & Decker для бурения лунной поверхности. Фото: NASA, сканирование J. L. Pickering

Технологически, однако, установить «очки Хаббла» оказалось крайне сложно; соответствующие попытки продолжались без малого три года и не принесли результата. Специалисты NASA начали искать более простые способы коррекции… в итоге ими было разработано специальное программное обеспечение для обработки нечетких изображений. Именно его и стали в 1994 году использовать при скрининговых исследованиях рака груди. «Для меня это стало наиболее впечатляющим примером той пользы, которую космические технологии могут приносят людям», — эти слова Мишеля Брекке приводит журнал New Scientist. Новая методика спасает миллионы женщин от боли и от лечения облучением и только в США ежегодно уменьшает расходы граждан на лечение 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, которые «пришли» из космоса:

• браслет для диабетиков со встроенным насосом для инсулиновых инъекций — был разработан с использованием пьезоэлементов, 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 — была 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, появление которого вряд ли стало бы возможным, не получи фирма Black & Decker заказ NASA на разработку дрели, с помощью которой можно было бы проводить бурение на Луне на глубину до 3 м и которая к тому же потребляла бы крайне незначительное количество энергии. Используя приобретенный ее инженерами уникальный «космический» опыт, фирма выпустила на рынок работающий на батарейках портативный пылесос Dustbuster.

Борис Булюбаш, 22.03.2010

 

Новости партнёров