Что нужно в космосе
Краткое пособие по выживанию в космосе
Предыдущий пост был посвящён тому, как обеспечить дешёвый и массовый выход человечества за пределы земного притяжения, в космос. Сегодня я хочу поговорить о том, как можно жить в местах, которые изначально не предназначены для биологической жизни.
Сразу хочу оговориться, что являюсь сторонником мнения, что проще изменить самих людей путём биологической или кибернетической модификации, либо их комбинации, чем пытаться выносить земные условия в космос. Однако, данная тема слишком широка, чтобы её охватить, к тому же, изменение людей как вида мне видится более крупномасштабным проектом, чем освоение ближайшего космоса, поэтому всё, что изложено здесь, выводится из предположения, что люди в космосе первое время будут обитать такими, какие они есть сейчас.
Данный пост – обзорный, и касается в первую очередь вещей, которые потребуются в любом месте Солнечной системы. Разумеется, техники колонизации Луны и, скажем, Титана будут сильно различаться, а принципы жизнеобеспечения космической станции – отличаться от тех же принципов на Лунной базе. Поскольку Луна является ближайшим к нам небесным телом, ей будет уделено более пристальное внимание.
Чтобы выжить, нам необходимо предусмотреть всё, что требуется для жизни человека, и эти вещи можно ранжировать по критерию насущности.
Наиболее важным и самым насущным для нас ресурсом является кислород. В течение суток, человек вдыхает кислород и производит около килограмма двуокиси углерода или углекислого газа (CO₂). Количество требуемого кислорода разнится, разумеется, от человека к человеку, но, в целом, это зависит от количества сожжённых калорий. Здесь сразу стоит развенчать первый миф, связанный с дыханием, якобы разговаривая, мы сжигаем больше кислорода. Если бы разговоры могли сжигать калории, это было бы во всех наставлениях по похуданию. Разница действительно есть, но она настолько мала, что ей вполне можно пренебречь. Если упростить, то потребление кислорода возрастает вместе с частотой вашего пульса и наоборот.
Первейший риск в замкнутом помещении, не ограниченное количество кислорода, а накопление углекислого газа. Предположим, я нахожусь в комнате 5х8 метров с высотой потолка 2,5 м, для ровного счёта 100 куб. м или 100 тыс. литров. Кислород занимает 21% этого объёма или 23% массы всего воздуха. Почти всё остальное – азот, который легче кислорода. При комнатной температуре, плотность воздуха составляет примерно 1,2 кг на куб. м, соответственно в нашей комнате 120 кг воздуха, 28 кг из которых – кислород.
Кислорода в этой комнате теоретически хватило бы одному человеку на 38 дней! Однако, он не сможет прожить там 38 дней, даже если найдёт способ избавляться от углекислого газа, отравление которым в противном случае начнётся весьма скоро. Дело в том, что как только концентрация кислорода в воздухе упадёт вдвое, начнутся проблемы с дыханием, тошнота, обмороки и весьма предсказуемый финал. Если удастся сократить объём комнаты каким-либо образом, снова увеличив концентрацию доступного кислорода, это позволит продлить вам жизнь.
Азот людям для дыхания не нужен, поэтому, например, американцы специально понижали давление в своих космических кораблях, наполняя их кислородом. Это позволяло экономить массу (для удержания пониженного давления требуется менее прочный корпус с более тонкими стенками), кроме того, чем ниже давление тем менее интенсивны будут возможные утечки. Кстати, это создавало определённые инженерные трудности во время стыковки «Союз» – «Апполон» в 1975 году, так как советские космонавты дышали обычным воздухом.
Наверное, стоит упомянуть ещё один миф насчёт утечек воздуха. Если проткнуть в обшивке космического корабля дырку с палец толщиной (1 см²), при нормальном давлении, вы будете терять около 1 кг воздуха в минуту. Даже если вы просто заткнёте дырку пальцем, вы остановите утечку. Вот ещё один миф – нет, вас не «высосет» наружу через эту дырку. Утечка воздуха замедлится по мере падения давления, но вы не упадёте в обморок до момента, пока давление не снизится до половины атмосферы, что для нашей комнаты в 100 кв. м займёт примерно 1 час. При этом, утечку, особенно в условиях невесомости найти очень легко. Скорость утечки растёт приблизительно линейно пропорционально площади отверстия – увеличьте дыру вдвое, скорость утечки так же возрастёт вдвое. Даже если неплотно закрыть отверстие любым предметом, это уменьшит скорость утечки.
Углекислый газ представляет более насущную проблему, так как у нас уже начинаются проблемы, когда его массовая доля во вдыхаемом воздухе возрастает до 1%. С этой концентрации уже начинаются головные боли, головокружения, повышается раздражительность, что снижает способность думать рационально над решением проблемы.
При достижении массовой концентрации углекислоты 10% (7% объёма), летальный исход обеспечен в 80% случаев.
Разумеется, на МКС и на подлодках уже сейчас имеются средства для очистки воздуха от углекислого газа, в последние годы, когда выбросы CO₂ в нашу собственную атмосферу заставляют серьёзно задуматься о его утилизации, разрабатываются и новые способы.
Методы очистки воздуха от углекислоты можно подразделить на 2 категории: регенеративный и нерегеративный. Регенеративный метод не расходует какие либо материалы в процессе очистки. Нерегенеративный метод требует расходных материалов.
В случае нерегеративной очистки, обычно используется какое-либо химическое вещество, которое расходуется примерно в равной пропорции по массе, какое количество углекислоты требуется удалить, что из расчёта в 1 кг на человека в сутки весьма накладно.
Например, можно использовать негашёную известь (оксид кальция CaO), который связывает углекислоту в карбонат кальция. Так же можно для этих целей использовать другие минералы, хорошо связывающие углекислоту. Вы вложите в процесс 56 кг оксида кальция и получите в конце 100 кг карбоната кальция, связав 44 кг двуокиси углерода – это всего 44 дня на 1 человека, кроме того, останется 100 кг бесполезного карбоната кальция.
Разумеется, более предпочтительным будет способ фильтрации воздуха и удаления излишков CO₂ из воздуха, а в идеале – разложению его обратно на углерод и кислород.
Из школьного курса природоведения мы знаем, что с этим прекрасно справляются растения. Ещё определённые растения можно есть, и, казалось бы, это прекрасное решение, однако растения занимают много места, процесс регенерации длится довольно долго, а энергия, которая потребуется растениям, будет гораздо выше, чем альтернативные способы очистки воздуха от двуокиси углерода.
Химически очень сложно разложить CO₂ на углерод и кислород (под «сложно» следует понимать «энергозатратно»). Если делать это в промышленных масштабах, то можно выйти на уровень порядка двух сотен киловатт-часов на тонну CO₂, что эквивалентно 720 КДж/кг, либо 8 Вт на человека. Сравнительно недавно (в 2014) так же было обнародовано исследование о разложении углекислого газа при помощи ультрафиолета.
Это значит, что мы можем использовать достаточно лёгкую и малогабаритную солнечную батарею для очистки от CO₂ воздуха в нашем скафандре или жилище. Кроме того, необходим аппарат по восстановлению оксидов, чтобы можно было добывать кислород из каменистых пород. Например, Луна по массовой доле почти наполовину состоит из кислорода, связанного в оксидах. Добыча кислорода из них достаточно энергозатратна, нам потребуется порядка 100 МДж энергии на 1 кг добываемого кислорода, что эквивалентно 1 КВт на человека.
Кроме того на Луне достаточно метеоритного льда, соответственно, при энергозатратах порядка 30 МДж/кг, мы вполне сможем добывать кислород из этой воды.
Я постоянно привожу «стоимость» того или иного процесса в ваттах, чтобы подчеркнуть, что в космосе можно раздобыть практически любой ресурс, была бы энергия.
Как уже было сказано, вода может добываться из ледяных астероидов или метеоритного льда. В Солнечной системе много мест, где воды много, к сожалению, во внутренней её части вода и даже водород встречаются реже. Разумеется, само Солнце – огромный склад водорода, но извлечь его оттуда довольно сложно. Как правило, там где редко встречается вода, там редко встречается и водород, так что воды у вас будет либо более, чем достаточно, либо не будет практически никакой, поэтому регенерация воды останется насущной заботой (см. Обратный осмос).
Хорошие новости состоят в том, что уже сейчас космические агентства добились весьма неплохих результатов по регенерации воды из. продуктов жизнедеятельности человека.
Продолжим азотом. Азот – главный компонент земной атмосферы, однако, это довольно редкий ресурс в космосе. Хотя мы и не используем азот для дыхания, азот нужен растениям, которые нам в любом случае понадобятся, если мы не хотим умереть с голоду. Потери азота могут в долгосрочной перспективе оказаться более губительны, чем потери кислорода (которого, в том или ином виде полно в лунном грунте). Азота в лунном грунте практически нет (Марс не лучше), впрочем, те крохи, что в нём содержатся, можно будет получать как побочный продукт в процессе спекания реголита для производства строительного материала.
Исходя из этого, следует тщательнейшим образом сберегать каждый грамм азота, так как его следует рассматривать как невосполнимый ресурс (если, конечно, у нас нет «в кустах» термоядерного реактора, наличие которого сделает бессмысленными почти все рассуждения в данном посте).
Для полноценной жизни и сохранения здоровья человек должен не только иметь достаточное по энергетической ценности питания, но и питаться разнообразно и, что немаловажно – вкусно. Кроме того, в условиях с даже слегка отличающимися условиями по гравитации, составу воздуха и влажности, наши вкусовые предпочтения могут измениться непредсказуемым образом.
Разумеется, для самообеспечения космическое поселение должно иметь возможность выращивать собственную пищу. Есть даже небольшое преимущество по выращиванию еды в космосе, так как там нет ни сорняков, ни вредителей. Мы можем так же экспериментировать с генетическими модификациями растений, не опасаясь загрязнить земную биосферу. Однако, на этом преимущества заканчиваются и начинаются трудности. Мы можем с лёгкостью обеспечить растения светом для фотосинтеза и углекислотой для питания, так же водой, однако, многим растениям так же нужна гравитация (хотя бы небольшая), азот, фосфор и другие элементы.
Естественного солнечного освещения растениям хватит в области, простирающейся до орбиты Сатурна, если мы находимся дальше, потребуется уже искусственный свет.
Если мы хотим приготовить пригодную для культивации растений почву на месте, довольно простым способом это осуществить будет искусственное разведение культур земных микроорганизмов, обитающих в почве, которые придётся предусмотрительно захватить с Земли.
В целях экономии гидропонные сооружения, возможно, будут содержать атмосферу насыщенную углекислым газом.
Хотя некоторые веганы, возможно, будут и счастливы от чисто растительного рациона, человеку так же желательно получать и животный белок.
И, хотя, теоретически, мы могли бы выращивать скот в космосе, это довольно непрактично, поэтому большое внимание уже сейчас уделяется культивируемому мясу (VitroMeat). Уже сейчас исследователи добились в этом направлении определённых успехов – был приготовлен первый гамбургер, котлета для которого создана целиком из выращенного в пробирке мяса. Клетки данного мяса никогда не были частью животного.
Сейчас уже есть возможность производить мясной фарш, а долгосрочной целью является выращивание полноценной культивированной мышечной ткани. Потенциально мышечную ткань любого животного можно выращивать в пробирке.
Мясо из пробирки не следует путать с имитацией мяса, которая является вегетарианским продуктом, произведённым из растительного белка, чаще всего из соевого или пшеничного, коим, впрочем, так же может найтись место на столе будущих колонистов.
К сожалению, сейчас наука располагает весьма скудными данными о долгосрочных (многолетних) последствиях воздействия малой гравитации на организм. На Луне сила тяжести 16% земной, на Марсе — 38%. Тем не менее, даже самая малая гравитация намного лучше её полного отсутствия (хотя бы для того, чтобы принять душ или справить естественную нужду).
Восполнить недостаток гравитации до стандартного 1g можно при помощи центробежной силы, причём, даже на поверхности другой планеты.
Исследования показали, что неподготовленный человек без каких-либо побочных эффектов в виде головокружений и тошноты может переносить вращение до 2 об./мин. К сожалению, центробежная сила увеличивается пропорционально квадрату скорости вращения и лишь линейно пропорционально радиусу – для достижения 1g при такой скорости вращения, цилиндр должен быть довольно большой 224 метра с длиной окружности 1400 метров. Однако, на поверхности Луны или Марса нам не требуется восполнять все 100%, соответственно, диаметр центрифуги должен составлять, соответственно 85 метров для Луны или 36 метров для Марса. Если люди пройдут соответствующую подготовку и будут спокойно переносить до 4-6 оборотов в минуту, и требования к радиусу сократятся, соответственно до 55-25 м. К сожалению с уменьшением радиуса растёт проявление эффекта Кориолиса, а так же растёт разница между силой тяжести на уровне вашей головы и ваших ног, поэтому центрифуги должны быть относительно большого размера.
Кому интересно, вот здесь есть онлайн-калькулятор, позволяющий поиграть с параметрами космической центрифуги.
Если мы в открытом космосе, нам необязательно иметь даже цилиндр или тор, достаточно взять две капсулы, связанные тросом и раскрутить их друг относительно друга.
Подобные конструкции могут быть подвержены вибрациям, однако они не настолько огромны, чтобы это представляло серьёзную проблему. Для стабилизации можно использовать обратное вращение, гироскопы, и пр.
На поверхности планет имеет смысл заглублять жилые помещения под грунт для защиты от микрометеоритов (особенно, это важно на Луне, лишённой атмосферы). Одним из достоинств планет с малой силой тяжести является то, что экскавация грунта будет проходить гораздо легче, а несущие конструкции подобных сооружений могут иметь меньшую прочность, чем на Земле.
Под поверхностью не будет окон (впрочем, это может быть даже и хорошо, так как вращающееся небо может вызвать головокружение), что подводит нас к следующей теме:
Освещение и температура
До сих пор, наши потребности в энергии оставались весьма скромными. Однако, когда речь заходит об освещении и отоплении, «счёт» за коммунальные услуги может серьёзно увеличиться. Потребности в освещённости на 1 человека довольно скромны, 10 Вт светодиодная лампа вполне способна справиться с задачей, но когда нам требуется освещать большие площади, отведённые под гидропонику, всё меняется. По самым скромным оценкам, требования по мощности освещения гидропонических плантаций, способных прокормить одного человека составляют 2 КВт, и это при том, что энергопотребление идеально оптимизировано – то есть, освещение осуществляется только с теми длинами волн, которые необходимы для фотосинтеза, на плантации поддерживается оптимальная температура, давление, содержание углекислоты и удобрений. Разумеется, если нам доступен солнечный свет, то мы сможем сэкономить на освещении, однако не всегда это может быть хорошей идеей.
Если же мы находимся на поверхности Луны, для отвода тепла мы так же можем использовать теплопроводность и конвекцию. Тем не менее, следует принять во внимание, что если длительность суток на Земле и Марсе практически идентичны, на Луне ситуация другая, там сутки длятся почти земной месяц. Так «днём», температура на поверхности может достигать 107 °С, ночью же – опускаться до –153 °С. Наиболее оптимальной стратегией на Луне будет закапывание поглубже, где разница дневной и ночной температуры не настолько сильная. Кроме того, это будет целесообразно и по другой причине – для защиты от метеоритов и радиации. По этой причине, искусственное освещение или освещение при помощи отражённого зеркалами света может оказаться предпочтительнее, чем естественное освещение «из окон». Отражающие поверхности так же могут «фильтровать» ненужные длины волн, например зелёной части спектра, которая практически не нужна растениям.
Осталось осветить три вещи:
Средства связи, строительные и производственные мощности
Если мы находимся недалеко от Земли, связь с ней не представляет особой проблемы, однако по мере удаления, задержка сигнала может достигать минут или даже часов, кроме того (и это немаловажно), нам будет требоваться всё более мощные передатчики для поддержания каналов связи, каждый байт переданной информации будет обходиться всё дороже. Можно иметь на месте инструкцию к сложному оборудованию или медицинский справочник, однако консультация квалифицированного специалиста на Земле может оказаться весьма кстати.
То же касается строительства и производства – всё, что может быть произведено in situ (на месте) сберегает огромное количество денег, времени и энергии. Огромное значение имеет возможность не брать с собой 50 запасных частей, а иметь возможность 3D печати необходимого инструмента и оборудования из подручного материала. Ещё большее значение имеет возможность переработки вышедших из строя частей обратно в строительный материал. Лунный грунт, например, содержит кремний, алюминий, железо, кальций натрий, калий марганец и титан в достаточных количествах для изготовления строительных конструкций, стекла, солнечных батарей, электрических кабелей и трубопроводов.
Необходимый пластик можно производить из водорослей, которые так же можно разводить на месте.
В заключение, хочется остановиться ещё на двух критически важных «ресурсах» в космосе – научное знание и желание жить. Эти две вещи кажутся очевидными не не стоящими упоминания, но, если вы загляните в любое пособие по выживанию где бы то ни было, совет «Успокойтесь» и «Не паникуйте», стоит обычно в самом начале. Во время непосредственной опасности наш рефлекторный инстинкт выживания «работает» и без нашего осознанного участия, но если опасная ситуация длится продолжительное время, люди могут впадать в растерянность и апатию, смиряясь со своей судьбой. Психологический аспект – ресурс не менее важный в критических ситуациях. Если люди сдаются, то всё уже будет кончено до того, как будут действительно исчерпаны все возможности. Кроме того, уныние и апатия, как инфекционное заболевание может передаваться и другим людям, которые, в иных ситуациях, могли бы найти решение проблемы.
Какие технологии из космической отрасли мы используем ежедневно
Хайлайты:
Путешествия в космос не только открыли нам возможность видеть пространство за пределами земной атмосферы, но и стали причиной появления новых технологий, которыми мы теперь пользуемся каждый день. Компания NASA даже разработала специальный сайт, чтобы показать, какие космические технологии стали частью обычной жизни.
Найти достоверную информацию о том, какие технологии действительно появились благодаря освоению космоса, непросто. Вокруг этой темы существует много мифов — например, есть достаточно правдоподобная легенда о том, что луноходы — это прототипы беговых кроссовок.
В 1969 году Нил Армстронг и Базз Олдрин впервые ступили на поверхность Луны в ботинках, созданных компанией General Electric — крупным подрядчиком NASA в подготовке миссии «Аполлон-11». Стоит заметить, что космическая обувь никак не меняла походку космонавтов. «Летящей» ее делала гравитация, которая на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле. Особенность ботинок космонавтов заключалась в силиконовой подошве, и будто бы именно она стала прародительницей кроссовок с полыми подошвами. Но это не совсем правда. Космос действительно повлиял на эволюцию спортивной обуви, но не луноходами, а скафандрами и шлемами.
Еще одно изобретение, которое часто приписывают к заслугам космических исследований, — липучка для одежды. На орбите их использовали для того, чтобы не потерять ничего в условиях невесомости. Вот только появились липучки задолго до появления человека в космическом пространстве — в 1955 году благодаря Жоржу де Местралю. Космическая гонка повлияла только на рекламу изобретения, которая вдохновила людей на создание детской одежды с липучками, а позже — экипировки для горнолыжников и дайверов.
Так какие изобретения действительно появились благодаря исследованиям космоса, а какие стоит ожидать в скором будущем?
Космические технологии, которые мы используем уже сейчас
Кроссовки с инновационной подошвой
В 1970-е годы инженер NASA Фрэнк Руди придумал, что одежду космонавтов можно сделать более герметичной за счет воздушных прослоек. Разработка Руди стала толчком для создания обуви с полыми подошвами, в которых амортизация снижает нагрузку на суставы во время движения. Происходит это за счет расположенных под пяткой и передней частью стопы подушечек с взаимосвязанными воздушными ячейками. Свою идею инженер начал предлагать производителям кед и ботинок, но откликнулись на космическую разработку только в компании Nike. Дизайнеры Nike решили выставить технологию напоказ и поместили воздушную капсулу в «окошке» прямо под пяткой — так появились Nike Air.
Но кроссовки Nike Air — не единственная модель спортивной обуви, которая появилась благодаря освоению космоса. В 2003 году за несколько минут до приземления разбился шаттл NASA «Колумбия». Установили, что причиной аварии было падение куска теплоизоляционного кислородного бака еще при старте. Это произошло из-за разрушения наружного теплозащитного слоя на левой части крыла.
Во время расследования NASA использовало стереофотограмметрическую систему ARAMIS. Суть ее в следующем. Две синхронизированные камеры снимают процесс столкновения двух материалов. Далее программное обеспечение анализирует их деформацию. Технология похожа на человеческое зрение, которое видит окружающий мир в трехмерной плоскости. «С помощью двух камер мы можем точно понять, приближается или удаляется объект, и оценить расстояния, которые оно преодолевает», — объяснил Джон Тайсон, президент компании, которая построила стереофотограмметрическую систему, используемую NASA.
Такую же технологию решила использовать Adidas для создания новой модели кроссовок AlphaBOUNCE, которые презентовали в 2016 году. Для этого были проанализированы движения ног марафонцев босиком и в обуви. Выяснили, что во время бега кроссовок сжимает сухожилие. Поэтому решили сделать v-образное отверстие в задней части ботинка, чтобы нога могла свободно двигаться. Также разработчики создали материал под названием Forgedmesh, который обеспечивает опору ноги и гибкость движения одновременно.
Плавательный костюм
В 2008 году NASA совместно со спортивным брендом Speedo разработало плавательный костюм для спортсменов. Он снижает сопротивление воды на 38%. Это увеличивает скорость пловцов примерно на 4%. Более того, он максимально поддерживает мышцы и не ограничивает движения.
Бесшовный костюм производят из высокотехнологичной сверхлегкой водоотталкивающей ткани. Ткань состоит из переплетенных нитей эластана-нейлона и полиуретана.
Производители утверждают, что благодаря этому костюму у спортсменов на 1,9-2,2% выше вероятность победить. Американские пловцы Натали Кафлин и Майкл Фелпс уверены, что стали олимпийскими чемпионами в 2008-м в том числе благодаря костюму от NASA. На Олимпиаде в Пекине 98% медалистов по водным видам спорта были именно в этом костюме, побив заодно 25 мировых рекорда.
Цифровая фотография
Техническим оборудованием для съемки высадки на Луну «Аполлон-11» обеспечила шведская компания Hasselblad. Полвека спустя производители фотоаппаратов снова вернулись к космической теме и сделали камеру для смартфона OnePlus 9 Pro, которая позволяет снимать Луну, используя ночной режим, суперзум и другие инструменты.
По сути, все, что теперь умеют делать камеры, — результат освоения космоса. Это относится не только к профессиональной оптике, но и к матрице, которую используют для компактных девайсов. Чтобы улучшить качество изображения и уменьшить размеры камер для межпланетных миссий придумали технологию CMOS-матриц.
Это устройство визуализации на основе полупроводниковых приборов и оксида металла, которое может принимать и обрабатывать световые импульсы и переводить их в изображение. Ее преимущество заключается в низком энергопотреблении, возможности захватывать и обрабатывать изображение. CMOS-матрицы начали создавать еще в 1960-х годах, а в 1990-е их начали использовать в различных цифровых устройствах.
Лазерный радар
Еще одно космическое достижение — лидар. LIDAR — технология, которая посредством активных оптических систем получает информацию об удаленности объектов с точностью до миллиметра. Эта технология изначально была изобретена для военных целей. Первый прототип построила американская военно-промышленная авиастроительная компания Hughes Aircraft Company в 1961 году. Но широкое применение технология нашла после использования в рамках миссии «Аполлон-15» для картографирования Луны.
LIDAR состоит из трех основных компонентов: сканер, лазер и GPS-приемник. Другими элементами, играющими важную роль в сборе и анализе данных, являются фотоприемник и оптика. Суть технологии заключается в том, что система вычисляет, сколько времени требуется лучам света, чтобы попасть на объект или поверхность, отразиться от него или нее и «долететь» обратно к лазерному сканеру. Затем расстояние вычисляется с помощью формулы скорости света.
Сегодня LIDAR применяется для определения глубины водоема, поиска археологических улик на поверхности и в воде, предупреждения лесных пожаров, при лазерной коррекции зрения, в беспилотниках и iPhone 12.
Техника с дистанционным управлением
Популяризатором этой технологии в 1990-х годах стал бизнесмен Дэвид Мэнсбери. Ему надоело питаться фастфудом, а на приготовление домашней еды не было времени. Он подумал, что будет здорово, если духовка сама приготовит ужин к его приезду с работы. Мэнсбери обратился к инженерам исследовательского центра Гленна, которые разрабатывали удаленную систему управления для космонавтов на МКС.
Получив доступ к технологии Embedded Web Technology, Дэвид Мэнсбери основал компанию TMIO для реализации своей идеи. В итоге была разработана духовая печь Connect to Intelligent Oven. Она работала следующим образом: пользователь помещал в нее свежие продукты, где они хранились, как в холодильнике, до тех пор, пока не запускался процесс приготовления. Для этого с любого устройства, которое имело выход в интернет, нужно было ввести время старта, длительность и температуру. Сделать это можно было удаленно с любого устройства, где был интернет. Программа также позволяла регулировать настройки, когда процесс приготовления уже запущен. Духовая печь имела два отделения, так что готовить можно было сразу два блюда.
В 2003 году журнал TIME признал «умную» духовку изобретением года. С этой духовой печи началась эра «умного» дома. Однако после 2007 года модель, похоже, сняли с производства и никакой новой информации о ней не появлялось.
Фильтры для воды
Технология фильтрации воды известна человечеству еще со времен Древнего Египта. Но фильтр в привычном нам виде появился недавно. В 1960-х годах NASA поставило на космический корабль «Аполлон» принципиально новую легкую модель очистителя воды. В отличие от существовавших в то время фильтров, модель NASA чистила воду не хлором, а ионами серебра, которые не вредят здоровью и не придают воде неприятный вкус. Ионизация воды понравилась не только космонавтам. Такой способ фильтрации стал популярен на Земле. Причем ионизатор начали использовать и для отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха.
Со временем фильтры модернизировали. В 2000 году обнаружили, что нанокерамические волокна отлично фильтруют воду. Частицы, в том числе вирусы и бактерии, проходят через сплетенные волокна, притягиваются к ним и застревают, оставляя воду чистой. Это происходит благодаря тому, что волокна нанокерамики производят положительный электрический заряд, когда через них проходит вода, в то время как у многих примесей заряд отрицательный.
На этом модернизация очистителей воды не закончилась. В 2008 году на МКС доставили фильтр с системой The Water Recovery System. Вода, попадая в коллектор фильтра, проходит через специальные фильтры, после чего образуется небольшое гравитационное поле. Примеси остаются на стенках резервуара, а очищенная вода — внутри. Далее она испаряется при температуре 131 °C, чтобы образовался конденсат. В конце жидкость повторно прогоняется через фильтры.
Оптические линзы
Миф о том, что космические технологии коснулись и солнцезащитных очков, можно объяснить тонким золотистым отражающим фильтром на шлеме у космонавтов. Именно он стал причиной слухов о родстве скафандра с очками-авиаторами. На самом деле освоение космоса действительно повлияло на изменения аксессуара — но только на эволюцию линз обычных очков для зрения.
В 1972 году по указу Минздрава США линзы начали делать из пластика. Преимущество материала заключалось в том, что его почти невозможно было разбить. Но поцарапать пластиковые линзы можно было запросто. Решение нашел инженер NASA Тед Уайдевен.
Уайдевен занимался системами очистки воды на космических кораблях и придумал технологию, которая позволяла наносить тонкую защитную пластиковую пленку на поверхность мембраны фильтров для воды с помощью электрических разрядов. Позже разработку начали применять для защиты забрала шлема скафандров, а в 1983 году компания-изготовитель очков Foster-Grant получила лицензию на создание оптики по той же технологии.
Автомобильные шины
Компании по производству автомобильных шин тоже заняли свое место в улучшении космического оборудования. В 1970-х годах разработчики Goodyear создали волокнистый материал для парашютных строп «Викинга-1» — космического корабля, который в августе 1975 года совершил первую успешную посадку на Марсе в рамках исследовательской миссии «Красная Планета». Позже компания начала применять технологию в производстве автомобильных шин, увеличив ресурс резины на 16 тыс. км.
Еще одно достижение принадлежит Michelin. В 2004 году компания разработала безвоздушную покрышку, которую впоследствии стали использовать для луноходов и марсоходов. Такие шины держат форму за счет сложной структуры ребер жесткости, а не за счет давления. Сейчас такую покрышку уже можно встретить на гражданских автомобилях, вот только покататься на общественных дорогах с такими шинами не удастся — пока только по треку.
Матрасы с эффектом памяти
Во время полета космонавты и летчики испытывают сильные перегрузки. Именно поэтому в 1960-х годах NASA решило разработать индивидуальные кресла для космонавтов. Но это оказалось очень дорого, поэтому придумали более универсальный вариант — пену, которая принимает форму тела. Так появился модифицированный пенополиуретан низкой упругости Memory Foam. Этот материал состоит из множества ячеек, которые под действием человеческого веса и тепла сжимаются, принимая форму тела. В итоге в ракетах и самолетах начали делать кресла из пенополиуретана. Они лучше защищают от ударов в случае аварии, повышают комфорт экипажа и пассажиров (если речь о самолетах) за счет равномерного распределения давления.
Позже пенополиуретан стали использовать в массовом производстве матрасов. Матрас из полиуретана хорошо поддерживает позвоночник, в нем не заводятся грибки и плесень, он не накапливает пыль, долго служит.
Космические технологии, которые мы будем использовать в ближайшие годы
Биопринтер
Российские ученые в 2016 году создали рабочий прототип биопринтера «Орган.Авт», который может печатать микроорганы и ткани. В 2018 году его решили запустить в космос. На МКС напечатали хрящевую ткань человека, а также ткань щитовидной железы мыши. Результаты признали успешными
Создание новых клеток и тканей в космосе понадобилось по нескольким причинам. Во-первых, отсутствие гравитации позволяет печатать объект сразу со всех сторон, а не послойно, как на Земле. Во-вторых, не приходится использовать токсичные соли гадолиния, которые обычно используются в экспериментах в земных лабораториях. Это повышает выживаемость создаваемых клеточных структур.
Когда такой принтер войдет в повседневность и людям смогут пересаживать органы, напечатанные на орбите, пока неизвестно.
Переработка пластика
Для переработки пластика в космосе используют 3D-принтер Refabricator. Он разработан компанией Tethers Unlimited и уже работает на МКС. Принтер-гибрид может как перерабатывать пластиковые отходы, так и отпечатывать новые предметы. Как это происходит? Использованный во время экспедиции пластик загружают в принтер. Далее он плавит мусор и делает из него волокна для дальнейшей 3D-печати инструментов и пластиковых запчастей. В дальнейшем этот прибор пригодится не только космонавтам в длительных полетах, но и людям на Земле.
Фотобиореактор
В Москве команда инженеров в 2018 году создала фотобиореактор, который умеет выращивать водоросли. Это прозрачный сосуд с лампочками, насосом и датчиками. В нем растут одноклеточные водоросли. Внешне аппарат похож на большой блендер. Разработка может пригодиться в космосе для путешествий на большие расстояния для жизнеобеспечения членов экипажа. Например, водоросли можно использовать как корм для рыб, которых тоже можно выращивать на борту корабля.
На Земле выращенными в фотобиореакторе водорослями можно кормить не только рыб, но и скот. Также растения можно использовать для очистки сточных вод и создания биотоплива.