1 ноября 2023 БКС Экспресс
Сейчас космос — это площадка для экспериментов, и на Международной космической станции проводится множество опытов. И некоторые компании уже работают над тем, чтобы сделать земную орбиту местом для производства разных вещей. Рассказываем, зачем это нужно.
Чем космос лучше
На Земле на все объекты воздействует гравитация. Это очень важная сила, благодаря которой мы с вами крепко стоим на ногах, а не летаем по планете. Но вместе с тем она создает некоторые сложности в производственных процессах. Например, гравитация тормозит рост кристаллов, способствует оседанию частиц в жидкостях и сплавах, и в результате итоговая продукция получается не такой качественной, как хотелось бы.
Но стоит вылететь на околоземную орбиту, как эта сила практически перестает работать. В условиях так называемой микрогравитации физические процессы происходят совершенно по-другому.
«Обработка сплава с одинаковым процентным содержанием металлов в земных условиях и условиях космических приводит к тому, что их структура значительно отличается друг от друга: в невесомости из сплавов получаются более однородные структуры», — рассказали ученые Уральского федерального университета.
Помимо прочего, в космосе можно достичь почти идеального вакуума и экстремально низких температур. В результате условия для некоторых производств там действительно «чище» и позволяют получать более качественные материалы, чем на Земле.
Кроме того, некоторые исследователи предлагают вынести в космос вредные производства, чтобы снизить нагрузку на земную экологию.
Да, пока очень дорого переносить фабрики за пределы нашей планеты. Однако уже есть компании, которые серьезно занимаются этим вопросом.
Что будут производить на орбите
• Полупроводники
Основанный в 2018 г. британский стартап Space Forge занимается разработкой орбитальных спутниковых платформ, которые можно будет запускать на высоту 480 км над Землей, а через полгода возвращать обратно.
По своей сути это полностью автоматизированные заводы, которые могут производить продукцию на орбите. Компания уже построила два аппарата ForgeStar, позволяющих использовать условия микрогравитации и естественного вакуума для производства полупроводников. При этом время цикла в таком производстве значительно сокращается, а их свойства — улучшаются.
«Это следующее поколение материалов позволит нам добиться эффективности, которой мы никогда раньше не видели. <…> Мы говорим об улучшении производительности полупроводников в 10–100 раз», — сказал управляющий директор Space Forge Эндрю Парлок.
Первый спутник ForgeStar-0 был запущен 9 января 2023 г. с британского космодрома Корнуэлл на ракете-носителе Virgin Orbit, однако миссия провалилась, а станция так и не сумела выйти на орбиту. Но компания собирается отправить второй аппарат уже в начале 2024 г. — спутник ForgeStar-1 в четыре раза больше, чем его предшественник.
«Производство на орбите потенциально может открыть широкий спектр возможностей во многих отраслях промышленности», — заявил вице-президент подразделения американской компании Northrop Grumman, выступающей партнером стартапа.
Там также отметили, что изначально полупроводники, создаваемые в космосе, будут дороже земных. Однако запуск такой фабрики поможет сделать сектор орбитального производства «более доступным».
• 3D-печать
Стартап из Калифорнии Made In Space при поддержке NASA разрабатывает специальные устройства, которые смогут печатать сложные детали без участия человека. Глобальная цель, к которой стремится компания, —печатать в космосе большие модули, а не отправлять их в космос с Земли. Это позволило бы хорошо сэкономить, учитывая стоимость отправки грузов за пределы нашей планеты.
Сложность заключается в том, что в условиях микрогравитации тяжело создавать 3D-объекты, поскольку слои в таких условиях хуже сцепляются друг с другом. Однако компания уже сумела создать такой принтер и даже проверила его работу на Международной космической станции в 2014 г. Спустя год Made In Space успешно испытала принтер, способный функционировать в вакууме в условиях низкой гравитации.
При дальнейшем освоении космоса такие устройства смогут печатать детали для ракет и даже жилые модули, что поможет людям колонизировать другие космические объекты.
• Лекарства
Для производства лекарственных препаратов необходимы «чистые» белки, которые можно получить только путем их кристаллизации, однако это сложный процесс. От условий, в которых он происходит, зависит качество итогового продукта. В лабораториях на Земле практически невозможно создать идеальные условия. Но можно в космосе.
Ученые провели сотни экспериментов на борту МКС и выяснили, что без гравитации молекулы не подвергаются воздействию конвекции и седиментации (т.е. теплообмену и образованию осадка). В результате получаются более качественные и однородные кристаллы, которые при микрогравитации вырастают до больших размеров.
В 2019 г. фармацевтическая компания Merck объявила, что эксперимент на МКС помог сделать противоопухолевый препарат Keytruda стабильнее. В ходе опытов ученым удалось установить условия наилучшей кристаллизации белков. В результате лекарство получило новую форму: теперь его можно вводить подкожно, а не через сложное внутривенное вливание.
• Стволовые клетки и органоиды
NASA выделила грант в размере $2 млн ученым калифорнийской клиники Cedars-Sinai для исследования поведения стволовых клеток в условиях микрогравитации.
«Одним из основных препятствий на пути применения регенеративной клеточной терапии на Земле является отсутствие специфических для пациента клеток, способных заменять поврежденные ткани и органы. <…> Мы надеемся использовать уникальные условия космоса для создания, расширения и дифференциации клеток в гораздо большем масштабе, чем вы можете сделать на Земле», — сообщается в исследовании.
Суть проблемы заключается в том, что стволовые клетки могут преобразовываться в нормальные живые клетки любых органов и тканей, но на Земле процесс трансформации ограничен. Однако ученые полагают, что в условиях микрогравитации они смогут преобразовываться в большое количество разных клеток, например, в клетки мозга или сердца.
Кроме того, еще в 2020 г. исследователи Космического центра Цюрихского университета отправили на МКС стволовые клетки человека для выращивания из них мини-копий человеческих органов — органоидов.
«На Земле невозможно создать трехмерные органоиды без поддержки и матричных структур из-за земной гравитации», — говорит один из авторов проекта Кора Тиль.
Однако на орбите из клеток удалось вырастить структуры, похожие на печень, хрящи и кости. В дальнейшем органоиды могут быть использованы для создания лекарств и замены тканей в поврежденных органах.
http://bcs-express.ru/ (C)
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией
При копировании ссылка обязательна Нашли ошибку: выделить и нажать Ctrl+Enter