Wiele wynalazków, które pierwotnie powstały z myślą o astronautach i misjach kosmicznych, z czasem znalazło szerokie zastosowanie na Ziemi. Dziś uznaje się je za oczywiste. Przykładem są rozwiązania stosowane w smartfonach – powiedział PAP dr Tomasz Barciński z Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Początek eksploracji kosmosu to połowa XX wieku. Od tego czasu rozwój technologii kosmicznych wpływa na życie ludzi, a wynalazków czy innowacji, które dziś są stosowane na co dzień, jest bardzo wiele.
Wśród nich jest nawigacja satelitarna (np. GPS), folia termoizolacyjna (np. w kocach ratowniczych), kompozyty węglowe (lekkie i odporne materiały), pianka z pamięcią kształtu (np. w materacach czy kaskach), filtry węglowe do oczyszczania wody (w dzbankach filtrujących), wzmocnione opony, termometry na podczerwień, teflon (wprawdzie nie wynaleziony przez NASA, ale szeroko stosowany), cyfrowe przetwarzanie obrazu (co m.in. wpłynęło na rozwój techniki tomografii komputerowej), ale też bezprzewodowe odkurzacze czy słuchawki.
Wynalazki kosmiczne trafiły też do smartfonów. „Dzisiaj nie potrafimy sobie wyobrazić smartfonu bez aparatu fotograficznego. Jego sercem jest malutka matryca elektroniczna, nazywana matrycą CMOS, która została opracowana dla potrzeb misji międzyplanetarnych NASA” – przypomniał w rozmowie z PAP dr Tomasz Barciński, kierownik Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej w Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Jak dodał, specjaliści wiedzieli, że nie da się sfotografować planet dawną techniką na kliszy, ponieważ takich zdjęć nie uda się wywołać w kosmosie. „Dlatego potrzebny był nowy sposób, aby ten obraz jakoś zarejestrować i drogą radiową przesłać na Ziemię. W latach 70. i 80. stosowano duże i energochłonne urządzenia podobne do kamer TV, w latach 90. pracowano nad miniaturyzacją zapisu obrazu. Stało się to impulsem do stworzenia elektronicznych matryc, w których kliszę zastąpiono ekranem z pikselami światłoczułymi, przekształcającymi padające na nie fotony w sygnał elektryczny, możliwy do wzmocnienia i przesłania radiowo na Ziemię” – opisał.
Po wielu latach zaś wynalazek trafił do smartfonów, wpisując się jednocześnie w trend miniaturyzacji technologii.
Z kolei z pierwszej misji księżycowej Apollo pochodzi – używany dziś w smartfonach – tzw. filtr Kalmana. „To przełomowy algorytm” – ocenił Barciński.
Wyjaśnił, że dzięki nawigacji w telefonach z dużą dokładnością wiemy, gdzie jesteśmy. Wiemy też, w którą stronę i w jakiej płaszczyźnie jest zorientowany nasz telefon. Dzieje się to dzięki czujnikom pola magnetycznego i czujnikom przyspieszenia.
„To są akcelerometry, czyli czujniki przyspieszenia, żyroskopy, czyli czujniki prędkości kątowej, czujniki pola magnetycznego, a także sygnał GPS, które łącznie dają mnóstwo sygnałów. Ale za pomocą surowych danych z nich niewiele da się zmierzyć, ponieważ są one bardzo zaszumione. Takie wyzwanie mieli także w NASA, gdy potrzebne było +naprawienie+ tych danych, aby pokazywały pozycję i orientację, a także prędkość statku kosmicznego. Zastosowano algorytm opracowany przez Rudolfa Kalmana, który potrafi odrzucić ten szum, by uzyskać estymację, czyli przybliżenie tej wartości – najlepiej jak tylko się da. Udało mu się. Kiedyś ten algorytm poprowadził astronautów na Księżyc, a dziś nawiguje nas podczas podróży” – opisał naukowiec.
Wspomniał też o technologii LED, która wprawdzie nie była stworzona na potrzeby kosmosu, ale jej rozwój i zastosowanie zostały znacząco przyspieszone dzięki badaniom związanym z programami kosmicznymi, szczególnie tymi prowadzonymi przez NASA.
„Pierwsze diody były słabiutkie, nie dało się nimi oświetlić pomieszczenia. Pracowano więc nad ich wydajnością, aby móc je wykorzystywać w badaniach nad uprawą roślin w kosmosie. Cel osiągnięto, a później technologia LED na dobre zadomowiła się na rynku oświetleniowym” – powiedział Tomasz Barciński.
Dodał, że także technologie rozwijane na potrzeby współczesnych misji załogowych trafiają do codziennego użytku. „Statek kosmiczny musi mieć tzw. system podtrzymywania życia, który zapewnia nie tylko warunki niezbędne do życia astronautów, ale też podnosi jego komfort. Dzieje się to m.in. poprzez coraz doskonalsze systemy filtracji powietrza czy wody, które potem dość szybko znajdują zastosowanie na Ziemi. Może nie są to przełomowe wynalazki, ale kluczowa jest tu ich optymalizacja, udoskonalanie, poprawa jakości i wydajności energetycznej, co pokrywa się z trendem na Ziemi na maksymalizację wydajności urządzeń i technologii” – podkreślił.
Na pytanie, który kierunek rozwoju technologii dla kosmosu dominuje: tworzenia innowacyjnych rozwiązań czy ulepszania tych istniejących, ekspert odparł, że panuje równowaga.
„Społeczność kosmiczna – w dużym uproszczeniu – dzieli się na dwie grupy: konserwatystów i progresistów. Ci pierwsi korzystają ze zdobyczy techniki w myśl: skoro coś działa, po co to zmieniać, można jedynie nieco ulepszyć. A druga wykorzystuje najnowsze trendy i szuka zupełnie nowych pomysłów. Co ciekawe, często rozwiązania, które proponują jedni i drudzy działają równie dobrze. Kluczowy jest więc balans” – podsumował Tomasz Barciński.
Agnieszka Kliks-Pudlik (PAP)
akp/ agt/ ktl/
