5 инноваций от NASA, улучшающих жизнь на Земле

Многие научные проекты, реализованные NASA для МКС, затем были применены на Земле и сделали нашу жизнь более комфортной. Мы расскажем вам о пяти разработках, которые скоро изменят жизнь человечества к лучшему.

Наука от NASA может улучшить жизнь на Земле
Космическая наука от NASA может улучшить жизнь на Земле. Источник: www.marca.com

Космическая наука от NASA

Освоение Вселенной стало вызовом для ученых, потому что жизнь космонавтов на орбите — это множество трудностей, требующих нестандартных решений. Простые действия, которые мы не задумываясь выполняем на Земле, в невесомости превращаются в проблему. Человек не может выпить воду из кружки, воспользоваться душем и просто приготовить еду привычным способом. Решение таких задач подталкивает науку к развитию и позволяет взглянуть на них под другим углом.

Со временем эти решения нашли свое применение и на Земле. Многое из того, что изменило нашу жизнь в 80-е и 90-е годы, начиналось в космосе. И этот процесс не останавливается. Астронавты проводят на МКС все больше экспериментов. Новая порция невероятной науки, которая улучшит жизнь, на подходе.

Бесконтактный термометр
Бесконтактный термометр когда-то был изобретен NASA для использования на орбите

Светодиоды, нормализующие циркадные ритмы

С тех пор как американские астронавты начали летать на Международную космическую станцию, время их работы на орбите начало измеряться месяцами. Весь свет на станции искусственный и «холодный». Медиков очень заинтересовал вопрос, как он влияет на сон и самочувствие людей, находящихся на МКС постоянно.

Национальный институт космических биомедицинских исследований изучал этот вопрос с 1997 по 2017 год. Довольно быстро стало ясно, что избыток синего света в спектре нарушает выработку мелатонина. Этот гормон нормализует циркадные ритмы, благодаря ему нам вечером хочется спать.

А вот у астронавтов с этим могут быть проблемы. К счастью, на помощь медикам пришли инженеры. С 2011 года, когда возникла необходимость заменить освещение на Международной космической станции, они много экспериментировали с диодами и научились управлять длиной волны этих приборов. В 2016 году на МКС появились новые лампы, подстраиваемые под распорядок дня экипажа. Утром их свет содержал много голубых лучей, а ближе к вечеру по бортовому времени становился более мягким.

Светодиодное освещение от NASA
Светодиодное освещение с управляемой длиной волны. Источник: Spinoff.nasa.gov

Инженеры NASA поняли, что новые светильники получились очень удачными, и на Земле многие в них тоже нуждаются. Они перешли на работу в компанию Lighting Science, которая с начала 2000-х производит диодные лампы с определенной частотой излучения. Такие лампы широко используются как бактерицидные.

Теперь исследователи хотят подарить диоды с управляемым спектром всем людям. И речь идет не только о тех, кто вечером долго сидит под «холодным» светом и потом не может заснуть. Их разработки пригодились и для любителей выращивания растений. 

Вертикальные фермы, созданные космической наукой

С растениями связана другая, более глобальная разработка NASA. Там уже давно интересуются возможностью обеспечить астронавтов на орбите сразу и кислородом, и едой. Сельское хозяйство позволяет решать эти проблемы одновременно. Однако в космосе отсутствуют два важных для него элемента: естественный солнечный свет и почва.

Сначала NASA проводила эксперименты с водорослями. Но если кислород они производили без проблем, сделать из них вкусное блюдо не удалось. Тогда биологи обратились к традиционным овощам и научили их его расти в невесомости при отсутствии почвы. При этом им помогла усовершенствованная гидропоника — система подачи воды с растворенными в ней питательными веществами.

Вертикальная ферма, которую создала наука от NASA
Вертикальная ферма. Источник: Spinoff.nasa.gov

Космическая наука сформулировала новый подход к выращиванию растений. Почему бы просто не создать для них искусственную среду, лучше, чем где-либо на Земле. Такой подход получил название земледелия в контролируемой среде. По прогнозам ученых, к 2050 году население планеты увеличится еще на 2,3 млрд человек. А посевных площадей для обеспечения их продовольствием не хватает уже сейчас. Однако вертикальные фермы, на которых растения располагаются в своеобразных ячеистых стенах, способны решить эту проблему.

Компания Plenty Unlimited Inc. уже сейчас создает подобные фермы, опираясь на разработки NASA. Всего из 0,8 гектара этих конструкций можно получить столько же еды, сколько с 290 гектаров обычных огородов. Однако ученые советуют превратить их в системы с полностью контролируемой средой. От трубок, по которым стекает вода, предлагается перейти к использованию ячеистой пленки, через которую вода с питательными веществами будет подаваться к корням.

Работа всей системы будет контролироваться компьютером. Температура, влажность воздуха, освещение, скорость подачи воды в те или иные секции — все вместе это создает условия для роста, которые были ранее недоступны не только на огороде, но и в теплице. Благодаря этому можно увеличить производительность одной «сотки» вертикальных ферм.

Одним из компонентов новой системы замкнутого земледелия станут уже упомянутые диоды с контролируемым спектром излучения. Дело в том, что растения эффективно используют только часть солнечного света. Поэтому новые лампы могут излучать волны только той длины, которая нужна. На этом можно сэкономить немало энергии.

Вертикальные фермы можно будет размещать на крышах домов, что позволит максимально сократить расстояние между местом, где еда выращивается, и ее потребителями. Это позволит не только сэкономить на транспортировке, но и отчасти решить проблему чрезмерного трафика в городах. Фактически каждый многоэтажный жилой комплекс приближается к космической станции, которая сама себя обеспечивает всем необходимым.

Наука от NASA очищает воду

Но для того, чтобы выращивать овощи на вертикальных фермах, нужна чистая вода. Обычно почва выступает естественным фильтром, который освобождает ее от всех примесей. Однако человечество загрязнило Землю большим количеством опасных веществ. И одними из наиболее разрушительных для естественной очистки H₂O являются хлорсодержащие соединения.

Очистка грунтовых вод
Очистка грунтовых вод — одна из важнейших задач, которую решает наука от NASA. Источник: Spinoff.nasa.gov

Чаще всего они используются в качестве чистящих средств. Эти соединения являются труднорастворимыми и достаточно ядовитыми. Они оседают в нижних слоях почвы и медленно отравляют подземные воды. Вымыть их оттуда очень тяжело. И именно космическая наука нашла ответ на вполне земной вопрос. Решением проблемы хлорсодержащих загрязнителей стало эмульгированное нуль-валентное железо (EZVI). Патент на него получили в 2005 году и вскоре начали использовать для очищения многих других промышленных территорий.

EZVI представляет собой микроскопические частицы железа, обернутые масляной эмульсией. Этот простой рецепт оказался очень эффективным при детоксикации почвы под стартовой площадкой 34 на мысе Канаверал. Масло притягивает к частицам гидрофобные вещества, а железо запускает разрушающую их реакцию.

Горячая вода по требованию

Космическая наука способна обеспечить людей не только чистой, но и горячей водой. При этом большие баки, в которых нагревательные элементы медленно передают энергию большому количеству воды, могут вскоре уйти в прошлое.

Безбаковая система подогрева воды
Безбаковая система подогрева воды. Источник: Spinoff.nasa.gov

Системы прямого нагрева существуют уже несколько десятилетий. Однако низкая их эффективность и управляемость не давала возможности применять их в домашнем хозяйстве. Система, разработанная инженерами NASA, позволяет получить горячую воду в неограниченном количестве как на орбите, чтобы там можно было принять душ, так и на Земле.

Первое, что сделали инженеры, скрутили длинную трубу с водой в спираль вокруг четырех последовательно расположенных нагревательных элементов. Благодаря этому за время, пока жидкость идет по этому пути, она успевает разогреться почти до кипения.

Конечно, такая система требует большого количества энергии, но получается более эффективной, чем традиционные водонагреватели. Единственная проблема — контролировать нагрев очень тяжело. Но здесь на помощь пришли автоматизированные системы, обычно применяемые для контроля вибрации при запуске космических кораблей.

Оказалось, что их можно использовать и для контроля температуры в трубопроводе, регулируя мощность нагревателей в постоянном режиме. Вполне возможно, что вскоре безбаковые системы водонагрева станут обычным элементом наших помещений.

Одежда, которую создала наука от NASA

Контроль температуры — одно из важнейших направлений в космосе. Перепады от -200 градусов по Цельсию до +200 — это обычное явление на орбите Земли.

Космические скафандры
Материалы с фазовым переходом впервые были разработаны для скафандров. Источник: Spinoff.nasa.gov

Конечно, в таких условиях все скафандры космонавтов должны как-то выравнивать перепады тепла. Наиболее эффективна сейчас технология материалов с фазовым переходом. Она базируется на том факте, что при превращении твердого тела в жидкость поглощается гораздо больше энергии, чем при простом подогреве. Аналогично, затвердевая, вещество отдает окружающей среде много тепла.

В обоих случаях явление называется фазовым переходом. Еще в 1980-х годах NASA начала эксперименты по поиску таких веществ, фазовый переход в которых происходил бы контролируемо и при этом отнимал максимум энергии. Эти материалы были найдены, однако в космос попали уже в XXI веке. А потом им нашли использование и на Земле.

Впервые на гранулы, которые в зависимости от температуры становятся то жидкостью, то твердым телом, обратили внимание в мире автогонок. Температура в кокпите болида может достигать 45 градусов по Цельсию. И обычное термобелье таких испытаний не выдерживает. А вот костюмы из материала с фазовым переходом показали лучшую эффективность.

Одним из главных преимуществ материалов с фазовым переходом является то, что избыточная энергия, полученная при перегреве, никуда не исчезает. Она аккумулируется внутри и при понижении температуры извне начинает ее отдавать телу. Именно поэтому одеждой из такого материала сейчас все больше интересуются туристы, которые днем ​​сталкиваются с жарой, а ночью — с холодом.

Космос на Земле

Космос — среда, к которой человек совершенно не приспособлен ни биологической эволюцией, ни историческим развитием. Жить там, как на Земле, не получится. Но наука может сделать жизнь в космосе не только возможной, но и комфортной. И качество жизни, благодаря науке, может оказаться даже выше, чем на Земле.

Космос на Земле
Космос на Земле

Враждебные условия заставляют нас применить научный подход даже к тем вещам, которые кажутся нам привычными. И ответы, полученные в экспериментах, заставляют нас задуматься, правильно ли мы их проводили на Земле. Возможно, именно космос поможет решить проблемы, которые, казалось, будут преследовать нас вечно.

Узнать больше о технологиях NASA можно на сайте Spinoff.nasa.gov

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine