Производство на орбите Земли набирает обороты.

Сложное производство в космосе перестает быть научной фантастикой и все чаще воплощается в реальность. Пока это происходит на уровне экспериментов, но в следующем десятилетии орбитальное производство может дать новый мощный стимул для развития космической промышленности, полагают эксперты.

В июне американская компания Varda Space Industries вывела на орбиту спутник W-Series 1. Это первая частная космическая лаборатория для экспериментов с компонентами лекарственных препаратов, в ходе первой миссии проводятся опыты с ритонавиром – препаратом, применяемым в терапии ВИЧ. Varda ставит целью снизить пока еще заоблачно высокую стоимость производственных космических экспериментов, особенно в области фармацевтики и биотехнологий, за счет использования небольших спутников-фабрик. На Земле в них будет загружаться оборудование, космический аппарат отправится на орбиту, где будут осуществляться эксперименты.

Первым аппаратом компании стал W-Series 1, он состоит из возвращаемой капсулы, производственного модуля массой около 90 кг и орбитального буксира Photon от компании Rocket Lab, который выступает в роли разгонного блока, вначале доставляя спутник на нужную орбиту, а затем помогая с нее сойти.

После завершения эксперимента на Землю может быть возвращено до 15 кг груза.

Ранее представители Varda заявляли о планах в перспективе выращивать на орбите искусственные органы на 3D-принтере. В 2018 г. принтер российской компании 3D Bioprinting Solutions впервые в истории напечатал в космосе – на борту МКС – хрящевую ткань человека и щитовидную железу грызуна.

Они создавались по технологии формативного производства, когда объекты формируются одновременно с разных сторон, по аналогии с лепкой снежка. Для этого создается магнитное поле заданной формы, и клетки не соприкасаются со стенками лабораторной посуды, с кюветой, только друг с другом. На Земле они бы все время пытались упасть, а в условиях космоса они зависают в пространстве. Формативное производство позволяет создавать ткани с помощью только клеточного материала – без каркаса, необходимого при послойной печати.

Создание человеческих органов в условиях микрогравитации или же нулевой гравитации считается наиболее перспективным направлением для производства в космосе с учетом высокой стоимости доставки груза на орбиту и возвращения его на Землю (путешествие 1 кг материала в оба конца обойдется минимум в $10 000).

Хесуани Юсеф, управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions, рассказал «Ведомости. Технологиям и инновациям», что компания совместно с Университетом науки и технологий МИСИС планирует новый эксперимент по исследованию возможностей 4D-биопечати на МКС. «В условиях микрогравитации будут собраны трубчатые тканеинженерные конструкции из комбинации синтетических материалов, состоящих из биологических компонентов и материалов с эффектом «памяти формы», – говорит Юсеф. По его словам, такие изделия могут стать основой для конструкций в области регенеративной медицины, ортопедии, костной пластики, а также других областей науки. После эксперимента, когда материалы доставят на Землю, ученые оценят механические и функциональные характеристики сформированной тканеинженерной конструкции.

Гаечный ключ и отвертка

Высокая стоимость доставки грузов на орбиту иногда является препятствием, а иногда стимулом для разворачивания производства на орбите. В ноябре прошлого года российский космонавт Сергей Прокопьев напечатал деталь на борту МКС, используя 3D-принтер, созданный в ракетно-космической корпорации «Энергия» совместно с Томским политехническим университетом и Томским государственным университетом (ТГУ).

На этом принтере из термопластичных полимеров методом послойного наложения расплавленной полимерной нити (филамента) будут печататься образцы и детали, которые в большом количестве используются на борту станции. По словам Ивана Кузьменко, доцента кафедры радиофизики ТГУ, технология позволит космонавтам изготавливать, например, крышки для электроразъемов различной номенклатуры, лопатки для исследований, гаечные ключи и другие инструменты, крепежные изделия, необходимые для работы на МКС.

В сентябре прошлого года американская компания Nanoracks продемонстрировала технологию резки металла на орбите. Исследование проводилось в партнерстве с компанией Maxar Technologies, она разработала роботизированную руку, которая резала металл. Вырезать один небольшой образец стали удалось за минуту.

Успешный опыт Nanoracks – первый шаг в направлении основной цели компании: построить орбитальную станцию из космического мусора. В результате каждого старта ракеты-носителя на орбите остаются верхние ступени и (или) разгонные блоки. Если обнаружить некую область, где этих отходов космической деятельности много, то теоретически можно их собрать, используя орбитальный буксир, соединить и получить некое закрытое пространство на орбите, которое затем можно использовать, например, в научных целях.

В первой версии Федеральной космической программы (ФКП) на 2015–2025 гг. (черновой эту версию назвать нельзя, так как она была направлена на рассмотрение в правительство) предусматривалось создание полигона на Луне. В рамках решения этой задачи в текст программы попали такие на первый взгляд удивительные проекты, как создание лунных экскаватора, грейдера и кабелеукладчика. «Роскосмосу», безусловно, не повезло, что ФКП принималась в последние месяцы 2015 г., т. е. на фоне обвала цен на нефть и снижения бюджетных доходов. В результате из основного отраслевого документа удалили практически все проекты, связанные с Луной. В ином случае мы с вами могли бы стать свидетелями воплощения в реальность некогда воспетого Высоцким «любимого лунного трактора».

Исполнительный директор по перспективным программам и науке «Роскосмоса» Александр Блошенко заявил «Ведомости.

Технологиям и инновациям», что наиболее перспективными направлениями для развития производства в космосе являются области создания искусственных тканей и органов, высокочистых кристаллов, а также фармацевтических субстанций.

По мнению Блошенко, говорить об организации серийных производств можно только при условии использования полностью многоразовых средств выведения и доставки с орбиты. Именно многократное использование космического оборудования является наиболее надежным путем снижения себестоимости доставки груза в космос и обратно на Землю. Что наглядно продемонстрировала компания SpaceX Илона Маска, использующая носители Falcon с возвращаемой первой ступенью (она и является самой дорогой частью ракеты, так как на ней расположены маршевые двигатели).

Falcon Heavy – самая мощная и грузоподъемная ракета Маска на данный момент – может вывести на низкую околоземную орбиту 64 т груза, а стоимость ее запуска оценивается в $90 млн. То есть стоимость выводимого на околоземную орбиту груза приближается к $1500, что в разы ниже сегодняшних расценок, которые значительно разнятся в зависимости от типа ракеты.

По мнению Блошенко, развитие производства на орбите в перспективе может стать существенным стимулом для развития космической промышленности.

Прочь с Земли

Разговоры о развитии производства на орбите порой приобретают совершенно фантастические масштабы. Самые далекоидущие планы в этом отношении в 2021 г. сформулировал основатель Amazon и Blue Origin Джефф Безос. Миллиардер предложил вывести на орбиту всю тяжелую и загрязняющую планету промышленность, обеспечив тем самым максимальную сохранность природы на Земле.

«Нам нужно взять всю тяжелую промышленность, все загрязняющие производства и отправить их в космос, чтобы сохранить эту прекрасную жемчужину, нашу планету. На достижение этой цели уйдут десятки лет, но начать нужно. А большие перемены начинаются с маленьких шагов» – так прозвучал призыв Безоса. Надо сказать, особого резонанса инициатива не получила. Не в силу сложной, почти нереальной реализации (попробуйте вывести на орбиту целлюлозно-бумажный комбинат, расходующий тысячи кубометров воды в сутки). А в первую очередь потому, что для обсуждения такого проекта нужно для начала объединить все человечество в едином идейном порыве. До этого пока еще очень далеко, что хорошо видно прямо сейчас. Так что пока производство будет проникать в космическое пространство скорее маленькими и осторожными шагами.

«В ближайшее десятилетие представляется более реалистичным продолжение экспериментальных исследований, а не массовое производство препаратов на орбите, – говорит Юсеф. – Это связано не только со стоимостью доставки материала, которая действительно в последние годы снижается, но и с особенностями производства тех же лекарственных препаратов». По мнению исследователей, среди факторов окружающей среды, связанных с космическими полетами, которые могут повлиять на производство лекарственных препаратов, хроническое воздействие радиации, которое может быть фактором нестабильности фармацевтических субстанций, в особенности жидких форм, отмечает Юсеф: «Также для производства лекарственных препаратов требуются специальные условия производства и тяжелое и объемное оборудование для производства и хранения субстанций».

По мнению члена-корреспондента Российской академии космонавтики им. Циолковского Андрея Ионина, массовое производство чего-либо в космосе организовать будет сложно, так как объективно там больше неблагоприятных факторов, чем благоприятных. «Собственно на орбите преимущество только одно – микрогравитация в случае с пилотируемыми станциями и кораблями или нулевая гравитация на непилотируемых спутниках, – говорит Ионин. – Остальные факторы – это отягчающие обстоятельства, которые сильно затрудняют процесс организации производства». К таковым эксперт причислил космическую радиацию, высокую амплитуду температур: «Это в условиях Земли вопрос с терморегуляцией решается просто: установил кондиционер и включил его. А на орбите в тени Земли будет минус 200 градусов, а на солнце плюс 200. И обеспечить стабильную температуру – это целая история».

Ионин подчеркивает, что определяющим моментом в развитии космических производств будет экономика. «Сделать в космосе можно практически все, вопрос только в том, сколько это будет стоить, – полагает эксперт. – Пока ни одного кейса с доказанной экономической целесообразностью производства чего-либо в космосе я не видел».

По словам Ионина, на орбите есть смысл производить агрегаты и конструкции, которые там же и будут использоваться. «Например, если решат создать большую солнечную электростанцию на орбите, то отправить в космос материалы и там уже печатать на 3D-принтере детали для солнечных панелей – вот в таких операциях смысл есть», – резюмирует эксперт.

Фото Wikimedia

Источник