Чимало наукових проєктів, реалізованих NASA для МКС, згодом були застосовані на Землі та зробили наше життя комфортнішим. Ми розповімо про п’ять розробок, які скоро змінять життя людства на краще.
Космічна наука від NASA
Освоєння Всесвіту стало викликом для науковців, бо життя космонавтів на орбіті — це чимало труднощів, що потребують нестандартних рішень. Прості дії, які ми не замислюючись виконуємо на Землі, у невагомості перетворюються на проблему. Людина не може випити води зі склянки, скористатися душем та просто приготувати їжу звичним способом. Розв’язання таких задач підштовхує науку до розвитку та дозволяє подивитись на них під іншим кутом.
З часом ці рішення знайшли своє застосування і на Землі. Багато що з того, що змінило наше життя у 80-ті та 90-ті роки починалося у космосі. І цей процес не зупиняється. Астронавти проводять на МКС все більше експериментів. Нова порція неймовірної науки, яка покращить життя, на підході.
Світлодіоди, що нормалізують добові ритми
Відколи американські астронавти почали літати на Міжнародну космічну станцію, час їхньої роботи на орбіті почав вимірюватися місяцями. Усе світло на станції штучне і «холодне». Тож медиків дуже зацікавило питання, як воно впливає на сон та самопочуття людей, які перебувають на МКС постійно.
Національний інститут космічних біомедичних досліджень вивчав це питання з 1997 по 2017 рік. Досить швидко стало зрозуміло, що надлишок синього світла у спектрі порушує вироблення мелатоніну. Цей гормон нормалізує добові ритми, завдяки йому нам увечері хочеться спати.
А ось в астронавтів із цим можуть бути проблеми. На щастя, на допомогу медикам прийшли інженери. З 2011 року, коли виникла необхідність замінити освітлення на Міжнародній космічній станції, вони багато експериментували з діодами та навчилися керувати довжиною хвилі цих приладів. У 2016 році на МКС з’явилися нові лампи, які підлаштовувалися під розпорядок дня екіпажу. Зранку їх світло містило багато блакитних променів, а ближче до вечора за бортовим годинником ставало м’якішим.
Інженери NASA зрозуміли, що нові світильники вийшли дуже вдалими, й на Землі багато хто їх також потребує. Тож вони перейшли на роботу в компанію Lighting Science, яка з початку 2000-х виробляє діодні лампи з певною частотою випромінювання. Такі лампи широко використовуються як бактерицидні.
Тепер дослідники хочуть подарувати діоди з керованим спектром усім людям. І йдеться не лише про тих, хто ввечері довго сидить під «холодним» світлом і потім не може заснути. Їхні розробки стали у пригоді й для любителів вирощування рослин.
Вертикальні ферми, які створила космічна наука
З рослинами пов’язана інша, значно глобальніша розробка NASA. Там уже давно цікавляться можливістю забезпечити астронавтів на орбіті зразу і киснем, і їжею. Сільське господарство дозволяє впоратися з цими проблемами одночасно. Однак у космосі відсутні два важливі для нього елементи: природне сонячне світло та ґрунт.
Спочатку NASA проводила експерименти з водоростями. Але якщо кисень вони виробляли без проблем, то зробити з них смачну страву не вдалося. Тоді біологи звернулися до традиційної городини та навчили її рости у невагомості за відсутності ґрунту. У цьому їм допомогла удосконалена гідропоніка — система подачі води з розчиненими у ній поживними речовинами.
Космічна наука сформулювала новий підхід до вирощування рослин. Чому б просто не створити для них штучне середовище, краще, ніж будь-де на Землі. Такий підхід дістав назву землеробства у контрольованому середовищі. За прогнозами вчених, до 2050 року населення планети збільшиться ще на 2,3 млрд людей. А посівних площ для забезпечення їх харчами не вистачає вже зараз. Однак вертикальні ферми, у яких рослини розташовуються у своєрідних комірчастих стінах, здатні розв’язати цю проблему.
Компанія Plenty Unlimited Inc. уже зараз створює такі ферми, спираючись на розробки NASA. Усього з 0,8 гектара цих конструкцій можна отримати стільки ж їжі, скільки з 290 гектарів звичайних городів. Однак вчені радять перетворити їх на системи з повністю контрольованим середовищем. Від трубок, по яких стікає вода, пропонується перейти до використання пористої плівки, крізь яку вода з поживними речовинами буде подаватися до коренів.
Робота усієї системи буде контролюватися комп’ютером. Температура, вологість повітря, освітлення, швидкість подачі води до тих чи інших секцій — усе разом це створює умови для росту, які були раніше недоступними не тільки на городі, але й у теплиці. Завдяки цьому можна ще збільшити продуктивність однієї «сотки» вертикальних ферм.
Одним із компонентів нової системи замкненого землеробства стануть уже згадані діоди з контрольованим спектром випромінювання. Річ у тім, що рослини ефективно використовують тільки частину сонячного світла. Тому нові лампи зможуть випромінювати хвилі тільки тієї довжини, що потрібно. На цьому можна зекономити чимало енергії.
Вертикальні ферми можна буде розташовувати на дахах будинків, що дозволить максимально скоротити відстань між місцем, де їжа вирощується, та її споживачами. Це дозволить не лише зекономити на транспортуванні, але й частково розв’язати проблему надмірного трафіку в містах. Фактично кожен багатоповерховий житловий комплекс наближується до космічної станції, яка сама себе забезпечує усім необхідним.
Наука від NASA очищає воду
Але для того, щоб вирощувати овочі на вертикальних фермах, потрібна чиста вода. Зазвичай ґрунт виступає природним фільтром, який звільняє її від усіх домішок. Однак людство забруднило Землю великою кількістю небезпечних речовин. І одними з найбільш руйнівних для природного очищення H₂O є хлоровмісні сполуки.
Частіше за все вони використовуються як засоби для чищення. Ці сполуки є важкорозчинними й досить отруйними. Вони осідають у нижніх шарах ґрунту та повільно отруюють підземні води. Вимити їх звідти дуже важко. І саме космічна наука знайшла відповідь для цілком земної проблеми. Розв’язанням питання хлоровмісних забруднювачів стало емульговане нульвалентне залізо (EZVI). Патент на нього отримали у 2005 році й невдовзі почали використовувати для очищення багатьох інших промислових територій.
EZVI являє собою мікроскопічні частинки заліза, обгорнуті масляною емульсією. Цей простий рецепт виявився дуже ефективним при детоксикації ґрунту під стартовим майданчиком 34 на мисі Канаверал. Олія притягує до частинок гідрофобні речовини, а залізо запускає реакцію, що руйнує їх.
Гаряча вода на вимогу
Космічна наука здатна забезпечити людей не тільки чистою, але й гарячою водою. При цьому великі баки, у яких нагрівальні елементи повільно передають енергію великій кількості води, можуть невдовзі відійти у минуле.
Системи прямого нагріву існують вже кілька десятиліть. Однак їхня низька ефективність та керованість не давала досі можливості застосовувати їх у домашньому господарстві. Система, розроблена інженерами NASA, дозволяє отримати гарячу воду в необмеженій кількості як на орбіті, щоб там можна було прийняти душ, так і на Землі.
Перше, що зробили інженери — скрутили довгу трубу з водою у спіраль навколо чотирьох послідовно розташованих нагрівальних елементів. Завдяки цьому за час, поки рідина іде цим шляхом, вона встигає розігрітися майже до кипіння.
Звичайно, така система потребує великої кількості енергії, але виходить ефективнішою, ніж традиційні водонагрівачі. Єдина проблема — контролювати нагрів дуже важко. Але тут на допомогу прийшли автоматизовані системи контролю, які зазвичай застосовуються для контролю вібрації під час запуску космічних кораблів.
Виявилося, що їх можна використовувати й для контролю температури у трубопроводі, регулюючи потужність нагрівачів у постійному режимі. Тож цілком можливо, що невдовзі безбакові системи водонагрівання стануть звичайним елементом наших помешкань.
Одяг, який створила наука від NASA
Контроль температури — взагалі один із найважливіших напрямів у космосі. Звичайним явищем на орбіті Землі є перепади від -200 градусів за Цельсієм до +200.
Звичайно, що в таких умовах усі скафандри космонавтів мають якось вирівнювати перепади тепла. Найбільш ефективною зараз є технологія матеріалів із фазовим переходом. Вона базується на тому факті, що при перетворенні твердого тіла на рідину поглинається набагато більше енергії, ніж при простому підігріванні. Аналогічно, при твердінні речовина віддає оточенню багато тепла.
В обох випадках явище має назву фазового переходу. Ще у 1980-х роках NASA почала експерименти з пошуку таких речовин, фазовий перехід в яких відбувався б контрольовано і при цьому забирав максимум енергії. Ці матеріали невдовзі були знайдені, однак у космос потрапили вже у XXI столітті. А потім їм знайшли застосування і на Землі.
Вперше на гранули, які в залежності від температури стають то рідиною, то твердим тілом, звернули увагу у світі автоперегонів. Температура в кокпіті боліда може сягати 45 градусів за Цельсієм. І звичайна термобілизна таких випробувань не витримує. А от костюми з матеріалів із фазовим переходом показали значно кращу ефективність.
Однією з головних переваг матеріалів із фазовим переходом є те, що надлишкова енергія, отримана при перегріві, нікуди не зникає. Вона акумулюється всередині й при зниженні температури назовні починає її віддавати тілу. Саме тому нею зараз все більше цікавляться туристи, які вдень стикаються зі спекою, а вночі — з холодом.
Космос на Землі
Космос — середовище, до якого людина абсолютно не пристосована ані біологічною еволюцією, ані історичним розвитком. Жити там, як на Землі, не вийде. Але наука може зробити життя в космосі не тільки можливим, але і комфортним. І якість життя, завдяки науці, може виявитися навіть вищою, ніж на Землі.
Ворожі умови примушують нас застосувати науковий підхід навіть до тих речей, які здаються нам звичними. І відповіді, отримані в експериментах, примушують нас замислитися, чи правильно ми їх робили на Землі. Можливо, саме космос допоможе вирішити проблеми, які, здавалося, будуть переслідувати нас вічно.
Дізнатися більше про технології NASA можна на сайті Spinoff.nasa.gov
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
