МКС — место, где проводятся эксперименты и научные исследования

Многие из нас задумываются, для чего страны вкладывают сотни миллионов и миллиардов в исследования космоса и фундаментальных основ Вселенной? Выгода не очевидна, вот мы и постараемся рассказать какую пользу приносят новейшие космические технологии.

Всем нам знакома технология GPS. Которая наверняка не раз спасала заблудившихся водителей в дебрях каменных джунглей. Это самый очевидный пример космических технологий в повседневной жизни. Практически не один смартфон уже не выпускается без GPS/Глонасс.

Вы будете удивлены, но настолько банальная вещь как липучка и молния тоже появились и были востребованы вначале в космосе, а потом уже перекочевали в нашу повседневную жизнь.

Каждый, кто занимается приготовлением еды не понаслышке знает про тефлон, который является антипригарным покрытием. Первоначально он был изобретен как теплоизоляционный материал для космических кораблей, а уже после этого перекочевал к нам на кухню.

Современные фотоаппараты используют так называемую ПЗС-матрицу, пресловутые Мегапиксели у всех на слуху. Но мало кто знает, что эти микросхемы из светочувствительных фотодиодов из кремния были созданы при разработке новых электронных телескопов и совершенствования астрономических наблюдений, поскольку даже лучшая пленка не может дать и половину преимуществ цифровых камер.

Современный широкополосный интернет и спутниковое телевидение, это прямое использования космический технологий буквально в каждом доме.

Спутниковая связь позволяет соединять далекие регионы, где нет возможности поставить базовые станции сотовых операторов.
Космические технологии проникли во все отрасли жизни.

Даже в стоматологии используются передовые материалы созданные космической промышленностью.

Коронки из оксида циркония, передовое направление в протезировании зубов, использует материал применяемый для изготовления теплоизоляционной обшивки кораблей.

Поэтому исследование космоса это одно из самых перспективных направлений, позволяющее на основе фундаментальных изысканий внедрять в жизнь каждого из нас фантастические технологии.

Телескоп «Хаббл» и диагностика рака груди

Техника обработки изображения, разработанная для телескопа «Хаббл», сегодня помогает медикам раньше диагностировать рак груди. Она была создана перед полетом для обслуживания аппарата на орбите в 1993 году, чтобы улучшить качество размытых фотоснимков, однако теперь может применяться для поиска микроскопических уплотнений в ткани молочной железы на ранней стадии онкологических заболеваний. Сейчас технологию тестирует группа астрономов из Научного института космического телескопа (Space Telescope Science Institute) в Балтиморе и врачей из Университета Джонса Хопкинса и Медицинского центра Джорджтаунского университета в Вашингтоне. Если испытания пройдут успешно, очень скоро космические технологии оптимизации нечетких изображений можно будет найти в кабинетах маммографии.

Марсианская миссия Viking и прочные шины

Когда в конце 60-х NASA планировало запуск исследовательской миссии к Марсу, для аппаратов «Викинг-1» и «Викинг-2» были разработаны особые ультрапрочные шины. Ученые понимали, что автоматический космический аппарат не сможет совершить посадку на Красной планете, если будет оснащен обыкновенными колесами, и заключили контракт на производство шин с компанией Goodyear. Ее специалисты создали для марсианской миссии новый волокнистый материал, который был в пять раз прочнее стали. «Викинг-1» и «Викинг-2» успешно сели на Марсе и проработали значительно дольше срока, на который рассчитывали специалисты, а Goodyear внедрили разработку в коммерческие линейки своей продукции. Благодаря этому сегодня некоторые шины этой компании способны «пройти» на 16 000 км больше, чем их аналоги.

«Аполлон-11» и спортивные кроссовки

Лунные ботинки, разработанные для высадки американских космонавтов на Луну в 1969 году, являются «предками» современных кроссовок. Обувь участников лунной миссии была снабжена стельками, уменьшавшими давление на ступню, и «системой вентиляции». Сегодня эти технологии применяют компании-производители спортивных товаров. Тем не менее, 10 пар ботинок-первопроходцев так и остались на Луне: вместо них на борт взяли грунт и камни. Сегодня они все еще могут оставаться там. Если обувь цела, металлические пряжки и замки, скорее всего, выглядят так же, как в день высадки: на Луне нет кислорода, а значит, окисления не происходит. Однако силиконовые стельки и синтетическая ткань должны были истончиться из-за процессов газовыделения. Если кто-нибудь дотронется до космических ботинок, они, вероятно, рассыплются в пыль.

МКС и «липучка»

Текстильные застежки, которые также называют «липучками» и велкро, были изобретены в 1948 году и запатентованы в 1955. Впервые пользоваться ими начали космонавты, аквалангисты и горнолыжники. Лишь затем велкро проникли в текстильную промышленность и стали доступны обычным покупателям. Сегодня в российском сегменте Международной космической станции «липучки» используются для крепления мелких предметов к стенам модулей изнутри. Внутренняя поверхность отсеков здесь оклеена мягким материалом с микропетлями, а инструменты, канцелярские принадлежности и другие предметы снабжены полосками материала с микрокрючками. Если прижать такой карандаш к панели на стене, он прилипнет. Полоски материала с микропетлями есть и на одежде космонавтов: ведь из карманов в условиях невесомости все попросту «уплывает».

Модели ракетных двигателей и пересадка сердца

Технологии, разработанные NASA для моделирования течения жидкостей в ракетных двигателях, помогли американским медикам разработать миниатюрный сердечный насос, или бивентрикулярное вспомогательное устройство. Пациентам, которые ждут пересадки сердца, оно зачастую бывает жизненно необходимо. Такие аппараты способны поддерживать кровообращение даже в случаях, когда сердце работает очень плохо. Это позволяет создать «промежуточный этап трансплантации» и дает пациентам возможность дождаться появления подходящего донора.

Новый прибор имеет размер 2,5 на 7,5 см и весит всего 113 г: в 10 раз меньше, чем другие современные устройства вспомогательного кровообращения. Благодаря этому в 95% случаев инфекций, связанных с использованием подобных аппаратов, удается избежать. При этом сердечный насос может до восьми часов работать от аккумуляторов, предоставляя пациентам возможность заниматься обычными делами каждый день.

Космическая система очистки воды и небьющиеся очки

История очков с ударопрочными линзами, которые сегодня может купить в любом магазине оптики, началась в 1972 году. Тогда Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) обязало производителей очков перейти на пластик, который невозможно разбить. Однако у нового материала существовал один минус: на нем быстро появлялись царапины. Решить эту проблему помогло открытие Теда Уайдевена - специалиста Научно-исследовательского центра им. Эймса NASA, который работал над системами очистки воды на космических кораблях. Уайдевен разработал технологию нанесения тонкой пластиковой пленки на поверхность фильтра для воды с помощью электрических разрядов, пропущенных сквозь пары органических соединений. Постепенно ноу-хау усовершенствовали и начали использовать для нанесения защитного покрытия на прозрачные забрала космических шлемов и другие пластиковые поверхности. В 1983 году компании Foster-Grant удалось получить у NASA лицензию на использование технологии в производстве оптики, и она попала в коммерческую сферу.

Александр Владимирович Фролов

Новые космические технологии

Существует только один истинный закон – тот, который помогает стать свободным.

Ричард Бах

«Чайка по имени Джонатан Ливингстон»

Предисловие

Движение – это изменение места положения объекта, процесс, происходящий как в пространстве, так и во времени. Мы существуем в движении, благодаря тому, что находимся на поверхности планеты, летящей в космосе вокруг Солнца, и вместе с ним в Галактике. С другой стороны, каждая частица вещества материальных объектов является эфиродинамическим процессом, более или менее устойчивым вихревым потоком эфирной среды. Таким образом, в реальном мире нет ничего неподвижного, все объекты находятся в движении. Мы замечаем движение, как изменение места положения, или другое изменение параметров процесса существования материи. Процесс движения не может останавливаться до тех пор, пока материя существует. С данной точки зрения, мы будем рассматривать способы создания движущей силы, действующей на тело, не забывая о том, что все материальные объекты состоят из микрочастиц, и находятся на поверхности нашей планеты. Говоря о перемещении тел, необходимо понимать, что при этом, так или иначе, приходит в движение комплекс частиц материи, существующий при определенных условиях.

Практическое применение процесса движения состоит в том, чтобы перемещать объект, например, пассажиров и груз, из одной точки пространства в другую, по возможности, с минимальными затратами времени. Процесс движения, обычно, происходит с некоторой скоростью, но, как любое другое явление, имеет два «предельных случая»: в одном из них, тело мгновенно меняет местоположение в пространстве, а во втором, тело мгновенно меняет свое положение на оси времени. Первый случай относится к телепортации, а второй – к перемещениям во времени, без изменения положения в пространстве. Мы рассмотрим различные направления развития технологий перемещения в пространстве и времени, включая и эти два предельных случая.

Обычные способы перемещения нам хорошо известны, основной из них – реактивный. Пешеход отталкивается от опоры ногами, автомобиль отталкивается от опоры при вращении колеса, и при этом, опора отталкивается назад, а транспорт получает реактивный импульс, и движется вперед. Лодка может приводиться в движение веслами, водометом или винтом, отталкивая назад воду, создавая реактивный эффект. При таком способе, строго выполняется закон сохранения импульса, который всем нам хорошо знаком: в результате реактивного взаимодействия, каждое из тел получает одинаковый импульс, который равен произведению массы и скорости, для каждого из двух взаимодействующих тел. Ракетные движители, винтовые или турбореактивные самолеты, и другая техника работает в точном соответствии с данным законом сохранения импульса.

Ускорение летательного аппарата, например, ракеты, зависит от того, как много, и с какой скоростью, топливо будет выбрасываться через сопло ракеты во внешнюю среду. Отметим, что, для создания движущей силы, любой реактивный аппарат тратит энергию, чтобы придать ускоренное движение реактивной массе. При этом, выбрасываемое во внешнюю среду топливо увеличивает кинетическую энергию молекул среды, в конечном итоге, увеличивая температуру окружающей среды, нагревая ее. В таком случае, можно сказать, что увеличение тепловой энергии, кинетической энергии молекул окружающей среды, эквивалентно увеличению кинетической энергии летательного аппарата, или другого движущегося тела, использующего реактивный принцип. В этом проявляется закон сохранения импульса и энергии.

Существуют другие, давно известные методы, похожие на реактивный принцип. Эти методы также работают в строгом соответствии с законом сохранения импульса, но в обратном направлении, а именно, за счет уменьшения тепловой энергии окружающей среды. Например, парусник приводится в движение не так, как лодка или катер: он тормозит движущийся поток среды (воздух) своим парусом, что изменяет (уменьшает) кинетическую энергию потока частиц окружающей среды, для того, чтобы увеличить скорость (кинетическую энергию) парусника.

Поскольку термин «реактивный» означает «противодействующий», то принцип, противоположный реактивному, можно называть «активным», то есть «действующим». В реактивных движителях, сила, действующая на транспортное средство, создается, как реакция на увеличение энергии окружающей среды. Реактивные движители требуют источник энергии, для своей работы. В активных движителях, действующая сила создается за счет поглощения энергии окружающее среды. Благодаря этому свойству, активные движители могут служить источниками энергии, при своей работе.

В главе о нанотехнологиях мы рассмотрим метод, позволяющий создать движущую силу без затрат топлива, за счет специального рельефа поверхности наноматериала, обеспечивающего отбор кинетической энергии молекул воздуха, или другой окружающей среды. Данный материал назван «силовой активный материал». Наличие ветра, в данном случае, не имеет значения, так как при масштабах около 100 нанометров, можно сказать, что «ветер есть всегда». Молекулы воздуха, при обычном атмосферном давлении и комнатной температуре, хаотически двигаются со скоростью 500 метров в секунду, но каждая из них движется прямолинейно, без столкновений, только на небольших участках своей траектории, длиной примерно 50 – 100 нанометров. Это движение можно использовать, создав, с помощью современных нанотехнологий, специальный упорядоченный рельеф поверхности.

Итак, известные нам принципы создания движущей силы для ускорения транспортного средства работают за счет взаимодействия с окружающей средой, в соответствии с законами сохранения импульса и энергии, и другого не дано. Отдельно можно отметить, что выполнение данных законов не требует выброса реактивной массы за пределы корпуса транспортного средства, в том числе, и в ракетной и космической технике. Существуют известные технические решения, позволяющие получить реактивный макроимпульс, действующий на корпус транспортного средства, при выбросе сгораемого топлива из движителя в своеобразный «глушитель», находящийся внутри корпуса транспортного средства. В данном «глушителе», микроимпульсы частиц реактивной струи топлива теряют свою кинетическую энергию, и она переходит в окружающую среду в виде теплового излучения. При таком способе создания движущей силы, охлажденная рабочая реактивная масса вещества может быть возвращена в камеру сгорания, где она будет использоваться в новых циклах «нагрева – выброса – охлаждения – возврата».

Рассматривая движение в воздухе, в воде или на поверхности опоры (дороги), мы можем описать почти все известные нам конструкции движителей транспортных средств. Все они являются реактивными или активными движителями. Не являются исключением и так называемые инерциоиды – устройства, использующие для создания движущей силы свойство тел, которое мы обычно называем «инерциальной массой». В главе про инерциоиды, мы рассмотрим физический механизм возникновения инерции при ускоренном движении тел и варианты его практического использования, с точки зрения эфирной теории.

Отдельно от активных и реактивных методов, имеет смысл показать такие способы создания движущей (подъемной) силы, которые обусловлены градиентом давления среды. Перепад давления заставляет воздушный шар подниматься вверх. Теория воздухоплавания проста: окружающая среда имеет градиент плотности, а поскольку плотность среды внутри шара меньше, чем снаружи, то давление окружающей среды вытесняет шар вверх. Аналогично, сила Архимеда заставляет всплывать тела меньшей плотности, чем вода. Градиент давления в среде, в данных случаях, создает гравитационное поле планеты. По этой причине, эти силы действуют в вертикальном направлении.

Разность давления среды возникает также при относительном движении крыла, имеющего профиль Жуковского – Чаплыгина, и окружающей среды, что создает подъемную силу, действующую на крыло со стороны среды. Градиент давления среды работает похожим образом в известном «эффекте Магнуса», который будет рассмотрен в отдельной главе. Силы такой природы могут быть направлены в любую сторону, что выгодно отличает данный метод от методов воздухоплавания.

Физика, как и все естествознание, есть попытка изучить и понять каким образом устроен, то есть, создан, наш мир. В теологии много сказано о тройственной природе всего сущего. Используя метод аналогий между явлениями в трех физических средах, переходя от гидродинамики и аэродинамики к эфиродинамике, мы можем сохранять терминологию, и говорить об эфире разной температуры, разной плотности, которая обуславливает определенное статическое давление. Как и в газодинамике, в эфиродинамике удобно также использовать понятие о «динамическом давлении», которое также зависит от скорости потока. Полагая, что в эфиродинамике выполняется закон Бернулли о полном давлении, мы имеем возможность конструировать технические устройства – движители, работающие не в воздухе или воде, а в вакууме (эфирной среде). При таком подходе, от воздухоплавания мы можем перейти к эфироплавательным аппаратам.

Современные астронавты все еще вынуждены мириться с невесомостью. Создать искусственную гравитацию можно за счет центробежной силы, заставив корабль или орбитальную станцию вращаться вокруг своей оси. Однако этот способ приемлем лишь для станций величиной с футбольное поле. На более мелких объектах скорость вращения будет такой, что астронавты начнут испытывать дезориентацию и головокружение — вплоть до потери сознания.

Для человека не только утомительно, но и опасно выходить в открытый космос. Было бы неплохо, если бы все «внешние» работы за астронавтов совершали летающие роботы. Специалисты NASA уже сделали первый шаг к достижению этой цели, создав шарообразную автоматизированную камеру AERCam, которая будет проверять внешнюю поверхность Международной космической станции. В дальнейшем роботы смогут самостоятельно проводить техобслуживание и ремонт.

Чтобы покинуть корабль или вновь зайти на борт, астронавт проходит через воздушный шлюз. Альтернативой этой неудобной и небезопасной технологии может стать «порт скафандров» с герметичной кабиной и скафандром снаружи. Астронавты больше не будут страдать кессонной болезнью. Также уменьшится количество травм, связанных с длительным пребыванием в скафандре.

Цель международного проекта MAGDRIVE — создание бесконтактных механических узлов для космической техники. Зазор между частями механизмов обеспечивают магниты с одноименными полюсами. Принцип магнитной левитации, который применяется в поездах на воздушной подушке, позволит забыть о проблемах истирания, температурных деформаций и замерзания антифрикционных составов.

Для успеха космических миссий очень важна связь. Однако современные радиопередатчики потребляют слишком много энергии, что особенно критично в длительных межпланетных путешествиях. Одно из возможных решений проблемы — использование лазера, который позволит передавать данные со скоростью от 10 до 100 раз выше, чем радиопередатчик. Ожидается, что лазерные передатчики начнут использовать в 2017 году.

Человекоподобный робот Робонавт разработан NASA совместно с компанией General Motors. На сегодняшний момент один из Робонавтов находится на борту Международной космической станции, выполняя некоторые виды работ наряду с астронавтами. Однако для более широкого использования конечностям машины не хватает гибкости.

CleanSpace One — небольшой ящик с захватывающим устройством для сбора космического мусора. Разработку Швейцарского федерального института технологий уже дважды применяли для того, чтобы убрать с орбиты швейцарские спутники. В будущем подобные устройства будут блюсти чистоту в околоземном пространстве, где сейчас болтается около 55 тысяч различных объектов, в том числе и рукотворных.

Серьезную угрозу для покорителей космоса представляет радиация. Во время путешествия на Марс астронавты получают дозу радиации, в сто раз превышающую годовую норму на Земле. Один из способов решить эту проблему предложила британская Лаборатория Резерфорда-Эплтона. Их разработка называется мини-магнитосферой. Идея состоит в том, чтобы создать вокруг космического корабля магнитное поле, сходное с магнитным полем Земли.

Специалисты национальной лаборатории в Беркли трудятся над технологиями синтеза биологических молекул. Эти разработки позволят астронавтам создавать еду, лекарства, горючее из минералов, газов и почв, собранных на чужеродных планетах, а также из продуктов человеческой жизнедеятельности. Биосинтез открывает безграничные возможности. Например, еду можно получить из бактерии спирулины, а микроб Methanobacterium thermoautotrophicum пригодится для производства метана и кислорода.

В 2012 году японская строительная компания Obayashi Corporation пообещала, что к 2050-му создаст космический лифт высотой 96000 км. В лифте будут использоваться кабины на магнитных подушках. Благодаря японской разработке стоимость вывода килограмма груза на орбиту снизится с нынешних $22 000 до $200.

Многие изобретения, сделанные с прицелом на космос, в итоге находят свое применение на Земле — в виде детского питания, подошв для обуви, солнцезащитных очков, которые поглощают ультрафиолетовое излучение, прочих полезных и приятных предметов. Даже любопытно, как скоро новые научно-фантастические технологии станут частью повседневной жизни.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

Космические технологии в нашей жизни Казённое общеобразовательное учреждение Воронежской области «Бобровская школа-интернат для обучающихся с ограниченными возможностями здоровья» Подготовила и провела учитель ВКК Никулина А.И.

2 слайд

Описание слайда:

3 слайд

Описание слайда:

Тяга к неизведанному Страсть человечества к познанию нескончаема и по сути является основой нашей цивилизации. Испокон веков человек с удивительным упорством, несмотря ни на какие препятствия, стремится познавать всё вокруг. Космос и звёзды всегда манили человечество. На разных этапах, в разное время появлялись прогрессивные научные теории. Галилей, Коперник и другие учёные внесли свой вклад в приближение мечты человечества – покорение космоса. Галилео Галилей 1564-1642 Никола́й Копе́рник 1473-1543

4 слайд

Описание слайда:

Выход на орбиту Основываясь на теоретических наработках великого учёного Циолковского, проделав огромную работу, советские конструкторы под руководством С.П. Королёва осуществили пилотируемый полёт. Началась новая эра в истории нашей планеты К. Э. Циолковский 1857-1935 C. П. Королёв 1906-1966 12 апреля 1961 года землянину впервые удалось вырваться из уз земного притяжения. На космическом корабле Восток-1 старший лейтенант Юрий Алексеевич Гагарин облетел вокруг Земли.

5 слайд

Описание слайда:

Зачем нам нужен космос? Мы совершенно не задумываемся, насколько важен космос в нашей жизни сегодня. А тем временем «космические достижения» используются нами в повседневной жизни довольно часто. Космос и сопутствующие технологии прочно проникают в жизнь каждого современного человека.

6 слайд

Описание слайда:

Связь и телевидение Многие из нас сегодня смотрят сотни телевизионных каналов со всей планеты, звонят в любую точку мира, ориентируются по городу при помощи «навигаторов» . Всё это было бы невозможно без орбитальной группировки спутников на орбите нашей планеты.

7 слайд

Описание слайда:

Одежда Многие из привычных нам сегодня в одежде вещей так или иначе связаны с космической отраслью. Термобельё, например, разрабатывалось как часть экипировки космонавта. Специальная полиуретановая пена, используемая сегодня в кроссовках, также изначально разрабатывалась для ботинок космонавтов.

8 слайд

Описание слайда:

Развитие медицины Огромное влияние на развитие медицины оказала космическая программа. Целые отрасли подготовки космонавтов нашли свое применение в здравоохранении. Например, на основе костюма «Пингвин», уменьшающего вредное воздействие невесомости на организм космонавта, создан универсальный костюм «Регент» для помощи в реабилитации больных, перенёсших острые нарушения мозгового кровообращения или черепно-мозговую травму.

9 слайд

Описание слайда:

Реабилитация пациентов Одной из областей медицины, где «космические достижения» применяются наиболее широко, является реабилитация пациентов. Наряду с уже упомянутым костюмом «Регент» можно назвать в качестве примера уникальный прибор «Коврит». Прибор помогает людям, перенесшим инсульт, вернуться к нормальной жизни, восстановив работу мышц.

10 слайд

Описание слайда:

Иммерсионная ванна МЕДСИМ Ванна, изначально разработанная как система имитации невесомости, способствует выздоровлению пациентов неврологического и кардиологического профилей. Также она активно применяется в качестве восстановительной процедуры после операций, в спортивной медицине. Для поддержания психологического здоровья, восстановления сил, эмоционального восстановления космонавтов разработан комплекс психорелаксации «РЕЛАКСРОТОНДА» Психологическое оздоровление

11 слайд

Описание слайда:

Миниатюрные вспомогательные насосы для сердца Насосы были разработаны при помощи технологии, моделирующей течение жидкостей в ракетных двигателях. Алгоритмы обработки изображений Удивительное применение нашли алгоритмы, разработанные для обработки и анализа изображений с телескопов. Они оказались применимы в диагностике раковых заболеваний. Это лишь малая часть примеров того, как космические технологии продвинули здравоохранение вперёд в самых разных сферах

12 слайд

Описание слайда:

Бытовые приборы Огромное количество бытовых приборов, элементов приборов вряд ли бы появилось, если бы не космические разработки. Все мы знаем и пользуемся для приготовления пищи сковородами с антипригарным (тефлоновым) покрытием. Но мало кто знает, что тефлоновое покрытие изначально разрабатывалось для покрытия космических аппаратов.

13 слайд

Описание слайда:

Фильтры для очистки воды Присутствующие почти на каждой кухне фильтры изначально создавались для очистки воды на космической станции Делая ремонт во дворе, в саду, с фасада дома, мы используем беспроводные электроинструменты. Первоначально подобные инструменты были разработаны для ведения ремонтных работ на орбите. Беспроводные инструменты