Twoja wyszukiwarka

EDWIN BENDYK
Z KSIĘŻYCA NA ZIEMIĘ
Wiedza i Życie nr 7/1999
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/1999

W KOSMOSIE PANUJĄ EKSTREMALNE WARUNKI - WYSOKA PRÓŻNIA, OLBRZYMIE WAHANIA TEMPERATUR, STAN NIEWAŻKOŚCI. WARUNKOM TYM MUSZĄ SPROSTAĆ LUDZIE, POJAZDY I INSTRUMENTY BADAWCZE. BYŁOBY TO NIEMOŻLIWE BEZ ZASTOSOWANIA NOWYCH TECHNOLOGII, OPRACOWYWANYCH SPECJALNIE NA POTRZEBY EKSPLORACJI KOSMOSU. WIELE ROZWIĄZAŃ ZNAJDUJE PÓŹNIEJ JAK NAJBARDZIEJ ZIEMSKIE ZASTOSOWANIA.

Fot. NASA

Transfer technologiczny obrasta często mitami, opartymi na dość powszechnym stereotypie, że najciekawsze rozwiązania techniczne spotykane w życiu codziennym mają swój rodowód w badaniach kosmicznych lub wojskowych. Prawda jest bardziej złożona. To fakt, że duże projekty kosmiczne wiążą się z dużymi pieniędzmi, znakomicie ułatwiającymi prace badawczo-rozwojowe. Pamiętajmy jednak, że powszechną praktyką stosowaną np. przez NASA jest zatrudnianie do realizacji poszczególnych etapów programów prywatnych korporacji.

Korporacje te, wybierane w drodze starannych przetargów, są najczęściej liderami technologicznymi w swojej dziedzinie. Do udziału w misji są zapraszane dlatego, że w ich laboratoriach już prowadzi się prace badawcze i wdrożeniowe w tematach korespondujących z celem przedsięwzięcia. Impuls w postaci dodatkowego finansowania przyspiesza te prace, a marketingowy zmysł komercyjnych wszak instytucji powoduje, że "kosmiczne" pomysły szybko trafiają na rynek. Pod jednym warunkiem - że przyniosą zysk.

Skafander do akcji w warunkach ekstremalnych

Fot. PhotoDisc

Zdarza się tak, że realizację misji kosmicznych umożliwiają pionierskie technologie już dawniej opracowane na Ziemi. Dosyć powszechnie uważa się na przykład, że jednym z owoców projektu Apollo było wynalezienie wspaniałego tworzywa sztucznego - teflonu. Cóż, teflon znany był już w latach trzydziestych, a teflonowe patelnie można było kupić na dziesięć lat przed lądowaniem pierwszego człowieka na Księżycu. Prawdą natomiast jest, że materiał ten spełnił bardzo ważną rolę w projekcie Apollo. Pokrywano nim m.in. włókna, z których powstawał materiał na skafandry astronautów.

Wcześniej, bo w latach czterdziestych, teflon zastosowano w projekcie Manhattan, którego celem było wyprodukowanie bomby atomowej. W 1969 roku, czyli tym samym, kiedy dokonywał się wielki księżycowy skok, wynaleziono niezwykle ciekawy materiał - goretex. To ten sam teflon, który pokrywa patelnie, tylko w postaci użytecznej dla przemysłu tekstylnego.

Prawdą jest również, że kosmos stwarza wiele problemów, o których instytucje komercyjne nigdy by nie pomyślały. Ich rozwiązaniem zajmują się wówczas najczęściej instytuty badawcze NASA lub laboratoria uniwersyteckie. W końcu ostatni nurt poszukiwań technologicznych to świadome poszukiwanie rozwiązań technologicznych na potrzeby ziemskie, ale możliwych do realizacji tylko w warunkach kosmicznych. Podczas kolejnych misji kosmicznych bada się więc procesy hodowli kryształów półprzewodnikowych, rozwoju roślin, rozwoju organizmów żywych.

Wróćmy jednak do efektów praktycznych, jakie pozostawił po sobie wyścig do Księżyca.

Cyfrowe przetwarzanie obrazów. Zacznijmy od tego tematu, gdyż o cyfrowej rewolucji pisaliśmy wiele w poprzednich numerach "Wiedzy i Życia". W pewnym sensie zaczęła się ona właśnie podczas realizacji projektu Apollo. Zarządzający projektem, przed wysłaniem na Księżyc ludzi, chcieli zdobyć jak najwięcej danych o Księżycu. Posłużyć temu miały loty próbników Ranger z zadaniem dostarczenia jak największej liczby fotografii księżycowego gruntu. Pierwszych sześć misji zakończyło się fiaskiem, dopiero loty Ranger 7, 8 i 9, które miały miejsce w latach 1964 i 1965, przyniosły oczekiwany rezultat. Ich owocem było 17 tys. zdjęć o wysokiej rozdzielczości.

Systemy bezpieczeństwa lotniskowego

Fot. PhotoDisc

Niestety, mimo stosowania najnowocześniejszych wówczas technik fotograficznych, jakość obrazu pozostawiała wiele do życzenia - fotografie trzeba było "poprawić". Można było tego dokonać metodami klasycznej fotografii. Zdecydowano się jednak na inny krok: dygitalizację obrazów i retusz komputerowy. Twórcą pomysłu był Robert Nathan, inżynier w Jet Propulsion Laboratory.

Zaczynano praktycznie od zera: w latach sześćdziesiątych nie istniało żadne oprogramowanie ani wyposażenie nadające się do realizacji tego zadania. Metody opracowane w ramach projektu Apollo szybko zaczęły się rozwijać. Pierwotnie wykorzystywano je głównie do obróbki rosnącej ilości danych nadchodzących z kosmosu, z coraz to nowych misji rozpoznawczych. W pewnym momencie ilość informacji była tak duża, że dostępne komputery przestały wystarczyć. Rozwiązaniem problemu było opracowanie metod równoległego przetwarzania danych, metody powszechnie dziś stosowanej w przemyśle komputerowym.

Cyfrowe przetwarzanie obrazu szybko utorowało sobie drogę do zastosowań cywilnych. Trudno dziś znaleźć miejsca, gdzie technologii cyfrowych się nie stosuje. Jednym z najbardziej spektakularnych skutków było jednak wprowadzenie opracowanych metod do medycyny, w której umożliwiły one rozwinięcie zupełnie nowych technik diagnostycznych: tomografii komputerowej, tomografii rezonansu magnetycznego, radiografii i wielu innych polegających na konieczności przetwarzania danych analitycznych dla uzyskania obrazu organizmu. Kosmiczne technologie wykorzystuje nawet przemysł kosmetyczny. W firmie Estée Lauder na przykład nowoczesne technologie obrazowania wykorzystuje się do oceny działania kosmetyków na skórę.

Zestawy medyczne. Podczas misji załogowych bardzo istotne są możliwość badania stanu zdrowia astronautów i przesyłanie danych na Ziemię do dyżurujących lekarzy. Opracowano więc szereg technik analitycznych, umożliwiających łatwe dokonywanie podstawowych analiz krwi, moczu, akcji serca. Nowoczesne, zminiaturyzowane analizatory płynów fizjologicznych mają taki właśnie rodowód. Również opisywany w poprzednim numerze kardiofon [patrz: Zabić odległość, "Wiedza i Życie" nr 6/1999] - urządzenie do badania akcji serca i przesyłania danych do znajdującego się w oddali lekarza - powstało na potrzeby lotu na Księżyc.

Dla użytku kosmonautów opracowano również przenośny zestaw dentystyczny, umożliwiający wykonywanie podstawowych zabiegów osobom z niewielkim przygotowaniem. Zestaw ten znajduje zastosowanie na Ziemi wszędzie tam, gdzie trudno dotrzeć do gabinetu stomatologicznego.

Nakarmić astronautów. Podczas lotów załogowych jednym z najważniejszych problemów jest właściwe odżywianie załogi. Karmienie w stanie nieważkości, z dala od Ziemi, jest nie lada problemem. Żywność nie może się kruszyć, bo okruchy będą latać w nieskończoność po statku kosmicznym, grożąc uszkodzeniem przyrządów. Ponadto musi istnieć pewność, że produkty pozbawione są zanieczyszczeń chemicznych i bakteryjnych zagrażających zdrowiu.

Panele słoneczne

Fot. PhotoDisc

Pierwszy problem rozwiązano stosunkowo łatwo, przygotowując potrawy w postaci małych, powlekanych i zamykanych szczelnie porcji. Trudniej było zapewnić gwarancje bezpieczeństwa bakteriologicznego pożywienia.

Dla rozwiązania tej trudności opracowano metodę HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point - analiza ryzyka i krytyczne punkty kontrolne). Polega ona na dokładnym prześledzeniu poszczególnych etapów przygotowania produktu i ocenie ryzyka skażenia, jakie może powstać na w tzw. punktach krytycznych. Następnie określa się standardowe działanie, jakie musi być na każdym etapie spełnione, aby ryzyka uniknąć. Jeśli cały proces przygotowania produktu zostanie przeprowadzony z zachowaniem tych procedur, można uznać, że jest bezpieczny. Wystarczy jednak, jeśli na którymś z punktów krytycznych nie zachowano standardowej procedury, a całą partię produktu należy odrzucić. Metoda ta została przyjęta przez amerykańską FDA (Food and Drug Administration) i jej stosowanie jest wymagane np. podczas przygotowywania całkiem ziemskich konserw.

Na potrzeby astronautów opracowano również sposób podgrzewania i podawania potraw, wykorzystywany dziś w amerykańskich szpitalach.

Czas to pieniądz. Zegarki napędzane sprężyną i taktowane balansem stanowią dziś zdecydowaną, egzotyczną mniejszość. Wyparły je zegarki zasilane prądem elektrycznym z miniaturowych baterii, w których o dokładności wskazań czasu decyduje kwarcowy kryształ. Drga on pod wpływem prądu elektrycznego z bardzo dużą stałością, dzięki czemu może stanowić podstawę do określania upływu czasu. Pomiar czasu za pomocą zegarów kwarcowych opracowano na potrzeby programu Apollo. Skutki ziemskie tej technologii widzimy dziś wszyscy.

Bez kabla. Jednym z zadań lądujących na Księżycu astronautów było pobranie próbek księżycowego gruntu nie tylko z powierzchni, ale również z pewnej głębokości. Potrzebne było więc specjalne urządzenie wiertnicze umożliwiające pobranie próbek z głębokości 2.5 m. Na dodatek urządzenie to musiało być lekkie i zajmować niewiele miejsca. Do tego jeszcze powinno być zasilane własnym źródłem energii, gdyż trudno było liczyć na ciągnięcie kabla od wiertarki do kapsuły lądowniczej.

Tomografia komputerowa

Fot. PhotoDisc

Wyzwaniu sprostała firma Black&De-cker, znany producent narzędzi elektrycznych. Inżynierowie z tej firmy opracowali nowy model silnika o zoptymalizowanym zużyciu energii, który można zasilać akumulatorami. Dziś urządzenia bezprzewodowe: wiertarki, śrubokręty, szlifierki, a nawet przenośnie odkurzacze stanowią poważną część rynku narzędzi elektrycznych. Działające na podobnej zasadzie urządzenia służą również lekarzom, a zwłaszcza chirurgom podczas zabiegów operacyjnych.

Warto również dodać, skoro już jesteśmy przy temacie narzędzi, że badanie kosmosu było impulsem do opracowania nowoczesnych metod przenoszenia i przechowywania wyposażenia. Problem jest znany każdemu majsterkowiczowi: jak szybko we właściwym momencie znaleźć odpowiedni przyrząd lub właściwą śrubkę? Jedną z odpowiedzi na to pytanie jest wynalazek niezwykle dziś popularnego zapięcia typu "rzep".

Ciepło, ciepło. Na powierzchni Księżyca jest zimno. Projektanci skafandrów dla astronautów musieli rozwiązać problem ogrzewania najbardziej wrażliwych na odmrożenia części ciała: stóp i rąk. Opracowano więc system ogrzewania butów i rękawic zasilany z akumulatorów. Okazało się, że podobne problemy z marznięciem nóg, jak astronauci, mogą mieć narciarze. Wiele firm produkujących obuwie sportowe w trosce o zdrowie swych klientów zastosowało kosmiczne technologie, oferując ogrzewane buty narciarskie. Akumulatory umożliwiają wielokrotne ładowanie. Narciarz może mieć ciepłe nogi przez wiele sezonów.

Technika kosmiczna nie kończy się jednak tylko na butach narciarskich. Różne pomysły wykorzystane w strojach astronautów znajdują zastosowanie w obuwiu sportowym innego rodzaju. Rodem z kosmosu są różnorodne wypełnienia przeciwwstrząsowe, a także nie ulegające odkształceniom podeszwy itp.

Tratwa ratunkowa. Jednym z najbardziej dramatycznych momentów misji załogowych jest powrót na Ziemię i lądowanie, a często wodowanie. Zawsze istnieje ryzyko, że kapsuła lądownicza znajdzie się z dala od oczekujących na jej powrót służb ratowniczych. Astronauci muszą więc w bezpiecznych warunkach spędzić czas, jaki upłynie do ich odnalezienia. Rozwiązaniem problemu było opracowanie napełniającej się automatycznie pneumatycznej tratwy ratunkowej.

Proces napełniania się tratwy trwa 12 sekund. Jest ona skonstruowana tak, że zapewnia stabilność nawet podczas sztormu. Technologia, która posłużyła astronautom do bezpiecznego powrotu do domu, dziś ratuje życie ludziom morza. Obecnie podobne tratwy wytwarzane są w różnych wielkościach, z przeznaczeniem dla od 6 do 20 osób. Szacuje się, że dzięki samonapełniającym się tratwom uratowano około 500 marynarzy.

Powyżej wymieniłem tylko kilka z tysięcy technologii opracowanych na potrzeby projektu Apollo. Znaczna ich część znalazła ziemskie zastosowania, z czego w większości przypadków nie zdajemy sobie sprawy. Tak, wydawałoby się, nie związane z programem kosmicznym rozwiązania, jak rozrusznik serca, pompy mikroinekcyjne do wstrzykiwania określonych porcji insuliny, nowoczesne materiały ognioodporne, technologie nanoszenia ultratwardych warstw węglowych (powszechnie dziś stosowane przy produkcji ostrzy maszynek do golenia), manipulatory dla ludzi niepełnosprawnych, łożyska bezsmarowe, urządzenia do detekcji ukrytych uszkodzeń bez ingerencji w strukturę materiału, metalizowane folie - to wszystko zawdzięczamy wyprawie ludzi na Księżyc.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(06/99) Zabić odległość