Kosmiczne technologie, których używamy na co dzień

Misje kosmiczne dla wielu z nas mogą wydawać się czymś bardzo abstrakcyjnym. Nic dziwnego, w końcu nasze życie nie zmienia się z powodu tego, że wysłana wiele lat temu sonda miliony kilometrów od Ziemi zbada jakieś ciało niebieskie. I choć z zaciekawieniem śledzimy np. perypetie łazika Curiosity, przemierzającego kolejne kilometry po powierzchni Marsa, z punktu widzenia zwykłego człowieka zasadne wydaje się pytanie: co ja z tego mam?

Zostawmy na boku wielkie słowa o rozwoju nauki, badaniach związanych z początkiem Wszechświata czy różne pomysły fizyków teoretycznych. To wszystko jest ogromnie ważne, ale misje kosmiczne oznaczają również coś bardziej wymiernego, czego każdy z nas może w różny sposób doświadczyć.

Chodzi o różne wynalazki, które powstały jako efekt uboczny projektów związanych z eksploracją Kosmosu, lub – dzięki tym właśnie projektom – pojawiły się i weszły do użytku znacznie wcześniej. Z jakich, kosmicznych technologii korzystamy na co dzień?

Jednym z celów misji Apollo było zebranie przez astronautów próbek księżycowego gruntu. Ponieważ przewidywano, że w pobliżu miejsca lądowania nie wszystkie interesujące obiekty da się w łatwy sposób oderwać od podłoża, pojawiła się konieczność dostarczenia astronautom narzędzi pomocnych w pobieraniu próbek.

W tym właśnie celu NASA, we współpracy ze znanym producentem narzędzi, firmą Black&Decker opracowała serię elektronarzędzi, które miały pomóc w bezproblemowym pobieraniu skał z powierzchni Księżyca. Poza m.in. akumulatorową wiertarką, najsłynniejszym przedstawicielem sprzętu o kosmicznym rodowodzie jest odkurzacz Dustbuster, w którym zastosowano technologię wymyśloną początkowo po to, aby ograniczyć ilość kurzu wydzielanego w czasie odłupywania księżycowego gruntu.

Wśród bezprzewodowych narzędzi znalazł się również klucz, pozwalający na odkręcanie śrub w warunkach nieważkości – nie było to proste, bo trzeba było zaprojektować go w taki sposób, aby narzędzie odkręcało śrubę bez obracania obsługującego je astronauty.

Innowacją wprowadzoną przez Black&Decker była nie tylko sama idea bezprzewodowych elektronarzędzi, ale również sposób zarządzania energią, minimalizujący jej straty w sytuacjach, gdy urządzenie pracuje pod obciążeniem.

Jeśli używacie markowych okularów przeciwsłonecznych, to być może korzystacie przy okazji z technologii opracowanej z myślą o astronautach. O ile szkło jest stosunkowo odporne na zarysowania, to nie można powiedzieć tego samego o tworzywach

sztucznych, z których często są obecnie wykonywane soczewki okularów, a które były – i są – wykorzystywane również m.in. w hełmach skafandrów kosmicznych.

Rozwiązaniem okazało się, wymyślone w należącym do NASA ośrodku badawczym Lewis Research Center (obecnie to Centrum Badawcze imienia Johna H. Glenna), powlekanie tworzyw sztucznych warstwą węgla diamentopodobnego (DLC).

Pomysł, zastosowany pierwotnie przez NASA, został przejęty przez producentów okularów i zastosowany m.in. w serii Ray-Ban Survivors, których powierzchnia jest, jak zapewnia producent, 10-krotnie odporniejsza na zarysowania niż w przypadku innych okularów.

Filtrowanie wody jest starym wynalazkiem, ale dopiero misje kosmiczne wymusiły opracowanie naprawdę doskonałych filtrów. Wszystko za sprawą faktu, że – o ile wagę żywności można zmniejszyć np. w procesie liofilizacji (proces suszenia w niskiej temperaturze i przy obniżonym ciśnieniu) – to w jakiś sposób trzeba dostarczyć astronautom wodę.

Obecnie – za sprawą filtracji – woda na stacji kosmicznej krąży w obiegu prawie zamkniętym, w myśl powiedzenia „dzisiejsze siki to jutrzejsza kawa”. Choć nie zawsze tak było, to od samego początku misji kosmicznych przywiązywano ogromną wagę do tego, by przeznaczona dla astronautów woda była możliwie najczystsza.

W tym celu udoskonalono istniejące filtry – inżynierowie NASA zastosowali w nich aktywowany chemicznie węgiel drzewny i jony srebra. Rozwiązanie to stosuje się obecnie również w konsumenckich filtrach, używanych w kranach czy czajnikach.

Fotografia cyfrowa i nagrywanie cyfrowego wideo mają długa historię, ale technologia, stosowana obecnie zarówno w aparatach fotograficznych, jak i w kamerach naszych smartfonów, jest stosunkowo młoda i ma kosmiczne pochodzenie.

Był nim model Sharp J-SH04. Telefon trafił na japoński rynek w listopadzie 2000 roku. Był wyposażony w kolorowy ekran, wyświetlający 256 kolorów i aparat z matrycą o rozdzielczości 0,11 megapiksela.

Wszystko zaczęło się w latach 90., gdy NASA postanowiła zmodernizować używany w Kosmosie sprzęt optyczny i zastąpić duże, prądożerne i stosunkowo wolne matryce CCD czymś doskonalszym. Zadanie to wyznaczono ośrodkowi badawczemu Jet Propulsion Laboratory (JPL), gdzie pod kierunkiem Erica Fossuma zdatna do praktycznego zastosowania stała się technologia CMOS – częściowo poradzono sobie wówczas z problemem generowanych przez matryce CMOS szumów.

Niedługo później, po dopracowaniu technologii, zespół inżynierów z JPL stworzył w 1995 roku firmę Photobit, która zajęła się komercjalizacją nowego wynalazku. Matryce CMOS trafiły zarówno do NASA, jak i – na przełomie wieków - na rynek fotograficzny, a z czasem również do naszych smartfonów.

Opracowanie tego wynalazku jest wynikiem szczęśliwego – przynajmniej dla ogółu ludzkości, bo nie dla jednego z uczestników – zbiegu okoliczności. W 1984 roku pracujący w NASA inżynier, David Saucier, trafił na stół operacyjny z powodu problemów kardiologicznych. Operowało go dwóch lekarzy – George Noon i Michael DeBakey, którzy od lat próbowali udoskonalić sztuczną komorę serca.

Nawiązana przy okazji operacji znajomość okazała się bardzo owocna – David Saucier był bowiem inżynierem, odpowiedzialnym za pompy paliwa w silnikach rakietowych i to właśnie on – bazując na doświadczeniach związanych z napędzaniem rakiet – podsunął obu kardiochirurgom pomysł na stworzenie niezawodnej komory serca.

W ten sposób powstała komora, znana jako Micromed De Bakey, która – dzięki tylko jednej ruchomej części – charakteryzuje się bardzo wysoką niezawodnością i od 2003 roku jest wszczepiana pacjentom.

Badania nad aerodynamiką znajdują niekiedy bardzo niecodzienne zastosowania. Jednym z problemów, z jakimi boryka się nie tylko NASA, są opory powietrza podczas lotów w atmosferze, wpływające m.in. na prędkość poruszania się i nagrzewanie na skutek tarcia różnych obiektów.

Próby zminimalizowania oporów, działających w atmosferze na powracające z orbity statki kosmiczne, znalazły zastosowanie również w przypadku sportów wodnych. Dzięki badaniom NASA już w latach 80. opracowano kostium pływacki, który dzięki specjalnemu ukształtowaniu powierzchni pozwalał na pływanie z prędkością większą o 10-15 proc.

Prawdziwy przełom miał jednak nadejść dopiero w XXI wieku. Dzięki danym dostarczonym przez NASA firma Speedo opracowała kostium nazywany „skórą rekina”, minimlizujący opór wody opływającej ciała pływaków. O przewadze, zapewnianej przez tę technologię dobitnie świadczą statystyki: w roku, w którym na różnych zawodach pojawiły się stroje ze skóry rekina, ustanowiono w różnych dyscyplinach pływackich 108 nowych rekordów świata.

W rezultacie Międzynarodowa Federacja Pływacka (FINA) podjęła decyzję o wprowadzeniu zakazu stosowania strojów zapewniających przewagę dzięki technologii.

Ta technologia wydaje się najbardziej oczywista – w końcu określenie naszej pozycji na Ziemi jest możliwe dzięki flocie satelitów, umieszczonych w przestrzeni kosmicznej. Mniej oczywisty jest fakt, że zarówno amerykański GPS, jak i rosyjski GLONASS czy wiele innych, rozwijanych obecnie programów nawigacji satelitarnej, nie są wynalazkami ostatnich lat.

Wykorzystanie satelitów do precyzyjnego określania położenia jest niemal tak stare, jak eksploracja Kosmosu – pierwsze, przeznaczone dla wojska systemy nawigacji pojawiły się już w latach 60., czego przykładem jest amerykański program Transit i późniejszy o dekadę rosyjski CYKADA.

Zadaniem pierwszych systemów nawigacyjnych było możliwie precyzyjne określenie położenia ruchomych wyrzutni rakiet międzykontynentalnych, a w szczególności okrętów podwodnych.

To niesamowite, jak wiele zastosowań może mieć tak niepozorny przedmiot. Folia NRC, czyli cienka, metalizowana płachta tworzywa sztucznego została opracowana przez NASA w latach 60. – jej ważną cechą jest nieprzepuszczalność m.in. dla pary wodnej i odbijanie 97 proc. promieniowania cieplnego.

Choć rozwiązanie chroniące przed przegrzaniem bez wątpienia może przydać się w Kosmosie, to folia NRC wielokrotnie udowodniła swoją przydatność w bardziej przyziemnych okolicznościach. Na ziemi folia NRC sprawdza się jako tzw. koc ratunkowy lub folia termiczna.

Nie tylko chroni przed utratą ciepła, ale może również – po skierowaniu właściwą płaszczyzną w stronę ciała - chronić przed przegrzaniem albo stanowić osłonę przed deszczem. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary, symboliczną wagę i uniwersalność zastosowań stanowi częste wyposażenie apteczek lub ekwipunku survivalowego.