Тема больших затрат на развитие космических программ всегда была камнем преткновения и эпицентром жарких споров. Но именно для задач космонавтов часто создаются с нуля или совершенствуются многие современные технологии. Мы решили рассмотреть самые показательные примеры таких изобретений, о природе которых вы вполне могли не знать.
Линзы с защитой от царапин
В своих исследованиях оптики NASA выяснили, что пластик имеет уникальные свойства поглощения УФ-лучей. При этом он выдерживает значительные удары, что очень важно для создания различных элементов скафандров. Тем не менее, пластик легко царапался, и, учитывая наличие пыли и мусора в космосе, было важно разработать способ защиты от мелких повреждений.
По итогам таких исследований, козырьки для космических шлемов стали покрывать тонкими пленками из алмазоподобного углерода, значительно повышающими их прочность. Эта технология нашла свое применение и на Земле: современные солнцезащитные очки Ray-Ban применяют эти прочные покрытия, а компания Foster Grant приобрела лицензии на использование этой инновации для своих продуктов.
Домашние датчики дыма
Хотя первый детектор дыма был изобретен Фрэнсисом Роббинсом Аптоном еще в 1890 году, только в 1973 году NASA представила модель с переменной чувствительностью. Это было важным шагом в организации защиты от ложных срабатываний. Планировалось задействовать изобретение на станции Skylab в целях обнаружения токсичных паров.
Эти детекторы функционировали по принципу ионизации, оснащались камерой и двумя металлическими пластинами. В процессе ионизации электроны притягивались к положительно заряженной пластине, а ионы — к отрицательной, создавая электрический ток. Когда частицы дыма попадали в камеру, они нарушали электропроводность, связываясь с ионами, что вызывало падение тока и активировало сигнал тревоги. Теперь схожие датчики помогают защищать дома и другие объекты от пожаров.
Спутниковое телевидение
В 1962 году на орбиту был запущен исторический спутник Telstar 1, ставший одним из первых в мире космических аппаратов, предназначенных для ретрансляции телевизионных сигналов через Атлантический океан. Этот амбициозный проект был результатом сотрудничества Bell Laboratories и NASA.
Спутник функционировал с помощью транспондера, принимая микроволновые сигналы через антенную решетку. Telstar 1 увеличивал их мощность и частоту в трубке бегущей волны, после чего передавал их обратно на Землю. NASA продолжила улучшать эту технологию, совершенствуя системы для снижения шумов и ошибок, что позволило получать видео- и аудиосигналы высокого качества.
Стельки для обуви
Скафандр NASA для лунных миссий включал в себя революционный 3D-материал «спейсер», который использовался в конструкции ботинок для обеспечения амортизации и вентиляции. Эти ботинки, предназначенные для улучшения маневренности астронавтов на поверхности Луны, представляли собой многослойную обувь, включающую защитные галоши, надетые поверх герметичных ботинок скафандра.
Внешняя часть ботинка была сделана из ткани с металлическим переплетением, а подошва — из силиконовой резины с рубчиками для дополнительного комфорта при ходьбе по лунному грунту. Язычок ботинка изготовлен из тефлоново-стекловолоконной ткани, как и внутренние слои. За этими слоями следовало 25 чередующихся слоев пленки Kapton, предназначенных для эффективной теплоизоляции. На этой основе производители обуви разработали серию кроссовок для бега и повседневной носки, которые отличаются легкостью, теплотой и пружинистостью и продаются в престижных магазинах по всему миру.
Современные ямки на мяче для гольфа
В рамках амбициозной программы «Спейс шаттл» специалисты NASA активно работали над максимальным увеличением аэродинамических характеристик новых запусковых систем, особенно внешних топливных баков. Применение рифленой поверхности на баках позволило улучшить баланс между подъемной силой и лобовым сопротивлением, значительно повысив дальность и устойчивость полетов.
Эта технология, ставшая публичной, заинтересовала компанию Wilson Sporting Goods Company. Ее инженеры, на основе исследований NASA, обнаружили, что нанесение углублений на поверхность мяча для гольфа позволяет ему лететь более плавно и с меньшим сопротивлением воздуха. Использование компьютерного 3D-моделирования позволило Wilson создать оптимальный мяч с углублениями среднего размера, обеспечивший улучшенные аэродинамические свойства. Сегодня такие рифленые покрытия можно увидеть на всех мячах для гольфа.
Джойстик
Цифровые джойстики, которые мы видим сегодня в автомобилях, самолетах и геймпадах, своим существованием обязаны NASA, хотя их прообраз появился задолго до этого. История этой технологии берет начало в разработках для программы «Аполлон», а именно в механизме управления луноходом.
Задача NASA заключалась в создании функционального и надежного контроллера для сложных лунных условий. Джойстик лунохода имел форму буквы «Т» и управлялся целой системой моторов: четыре из них отвечали за движение, а два за рулевое управление. Если сдвинуть ручку вперед, луноход начинал движение; повороты влево и вправо осуществлялись соответствующими движениями джойстика, а наклонить его назад — значит, включить тормоза.
Для того чтобы поехать задним ходом, нужно было предварительно активировать специальный переключатель на джойстике. Максимальный отвод ручки назад приводил в действие стояночный тормоз.
Фильтры для воды
Базовые фильтры для воды существовали с середины 1950-х годов, но современные системы фильтрации начали разрабатываться только после того, как NASA направила ресурсы на исследования для программы «Аполлон» в 1963 году. Необходимость в чистой воде в условиях космоса сделала это приоритетным, так как требовалось сохранять большие объемы жидкости незагрязненными в течение длительного времени.
Для этого NASA создала систему, использующую древесный уголь, который при специальной обработке мог поглощать загрязняющие вещества и твердые частицы из воды. Процесс окисления открывал миллионы пор между атомами углерода, улучшая способность древесного угля впитывать загрязнения. Это и позволило избавить жидкость от лишних примесей.
Микропроцессоры
Хотя саму интегральную схему изобрел инженер-электрик Джек Килби в 1958 году, NASA внесла значительный вклад в развитие и усовершенствование этой технологии. Программа «Аполлон» сыграла ключевую роль в микросхемной революции, так как в 1960-х NASA закупила более 60% американских интегральных схем, что способствовало массовому производству и стабилизации рынка, когда других значительных заказов практически не существовало.
Одним из первых ярких применений микрочипов стал навигационный компьютер с интерфейсом DSKY. Компьютер обеспечивал вычисления на борту, навигацию и контроль над командным и лунным модулями. Сегодня интегральные схемы широко используются в повседневной жизни — от мобильных телефонов и персональных компьютеров до микроволновых печей и калькуляторов, благодаря возможности их недорогого производства по всему миру.
Защитные шлемы
В 1970-х NASA разработала пенопласт, специально для повышения безопасности авиационных подушек. Пенопластовая подкладка использовалась в шлемах и сиденьях космических кораблей Apollo, чтобы смягчить экстремальные нагрузки на астронавтов.
Пенопласт, известный как Temper Foam, представляет собой полиуретан, модифицированный дополнительными химическими веществами, что делает его высоковязким и плотным — идеальные свойства для поглощения значительных ударов и распределения энергии. Пена является упругой и температурочувствительной, что позволяет ей подстраиваться под форму тела человека, уменьшая нежелательные зазоры и обеспечивая большее прилегание.
Temper Foam был выпущен в свободное использование в начале 1980-х годов и быстро нашел применение в различных областях. Его использовали в медицинском оборудовании, таком как матрасы из пенопласта Temper, а также в спортивной экипировке, включая шлемы для американского футбола и велосипедные каски.
Беспроводные инструменты
Когда в 1961 году президент Джон Кеннеди объявил о смелой программе «Аполлон», мир вошел в новую эру исследований космического пространства. Одним из крупных шагов в решении практических вопросов для этой миссии стало сотрудничество NASA с компанией Black + Decker, результатом которого стал аккумуляторный гаечный ключ без ударного усилия. Этот инструмент был способен вращать болты в условиях невесомости, не приводя к вращению астронавтов. Эти разработки послужили основой для целого ряда аккумуляторных инструментов. Например, беспроводная перфораторная дрель, использовавшаяся для освоения лунной поверхности.
Эти устройства работали на основе новейших технологий компактных перезаряжаемых электрохимических элементов, собранных в мощные аккумуляторы, которые могли создавать необходимый крутящий момент для бурения лунной коры. В наши дни эта технология стала настолько распространенной, что мы можем видеть ее в повсеместном использовании беспроводных инструментов с перезаряжаемыми батареями. Интересно, что именно на базе этих оригинальных исследований 1960-х годов, Black + Decker создала популярный беспроводной ручной пылесос «Dust Buster».
