Астероидный сок, орбитальная катапульта и квантовая связь: патенты, определяющие будущее покорения космоса

#Технологии
АА
Александр Артамонов

Освоение космоса начиналось как один из фронтов Холодной войны — с помощью спутников и ракет СССР и Штаты старались продемонстрировать свое научно-техническое превосходство. Но сегодня мир вступил в новую эпоху, в которой космосом занимаются в основном частные компании. И их отношение совсем другое — не имея бесконечных бюджетов НАСА, предприниматели стремятся сделать исследование космоса максимально экономичным и монетизируемым. 

Сегодняшние покорители космоса ищут замену дорогому ракетному топливу, учатся возвращать аппараты на землю и использовать их снова, а полеты на Луну планируют не для галочки, а для добычи ценных ресурсов. Рассказываем о смелых космических изобретениях последних лет, по которым можно понять, в какую сторону будет развиваться эта индустрия в ближайшие десятилетия. 

Многоразовая ракета 

Пожалуй, главным аэрокосмическим изобретением прошлого десятилетия стали многоразовые ракеты. Они могут несколько раз слетать в космос и вернуться на землю — это снижает цену отдельного запуска в разы. Разработать первые такие аппараты почти одновременно удалось двум главным частным аэрокосмическим компаниям. В 2015 году SpaceX Илона Маска смогла успешно посадить первую ступень Falcon 9, а компания Blue Origin Джеффа Безоса вернула на землю New Shepard.

С точки зрения покорения космоса, преимущество здесь у компании Маска — его ракета орбитальная, то есть может достичь МКС, в то время как у Безоса — всего лишь суборбитальная и предназначена для развлекательных космических путешествий. Но в патентовании своих открытий Blue Origin впереди — именно она владеет несколькими семействами патентов (1, 2, 3, 4), которые описывают технологию посадки космического аппарата. 

У Space X тоже есть несколько важных космических патентов, но они связаны с радиосвязью, спутниками или материалами для строительства ракет. Ключевые изобретения компания не защищает. Все дело в том, что Маск негативно относится к идее патентования — и вовсе не из филантропических соображений. «У нас практически нет патентов на SpaceX, — рассказывал он в одном интервью. — Наша основной долгосрочный конкурент — Китай. И публиковать патенты было бы крайне глупо, потому что китайцы просто использовали бы их как кулинарную книгу». Об этом мы даже писали отдельный материал

Российская космонавтика старается не отставать от тренда. В ноябре 2021 года РКК «Энергия» получила патент на многократный суборбитальный космический корабль для космического туризма.

Космическая влага от «рабочих пчелок» TransAstra  

В 2015 году американский аэрокосмический инженер Джоэл Серсел основал стартап Trans Astronautica. Компания намеревается стать первой в орбитальной логистике и добыче ресурсов в космосе — двух индустриях, которые пока еще даже не появились. Главная инновация TransAstra — линейка космобуксиров «рабочая пчёлка» (Worker Bee), которая пока что существует лишь в виде чертежей будущих прототипов. Предполагается создавать аппараты, которые будут обслуживать спутники и космические станции, а также марсоходы и луноходы. 

Но сами по себе «пчелки» задумываются лишь как платформы для еще более инновационных устройств. С их помощью TransAstra планирует наладить добычу воды и полезных ископаемых на Луне, Марсе и из астероидов. Компания ведет около десятка крупных проектов, хотя в ее патентном портфеле всего три изобретения. Тем не менее, каждое из них — это целая технология, которая органичнее смотрелась бы в мире «Стартрека» или «Звездных войн», чем в нашей реальности.

В начале 2021 года TransAstra получила патент «оптика и конструкция для космического использования». Под этим весьма скромным названием скрывается механизм добычи полезных ископаемых и воды из астероидов с помощью солнечного света. Изобретение представляет собой цепочку аппаратов, объединенных в транспортную сеть. Роботизированный манипулятор захватывает небольшой астероид. Затем оптические накопители фокусируют на нем солнечные лучи. Это приводит к нагреванию астероида, в результате чего вода и другие летучие вещества, содержащиеся в нем, начинают испаряться. Затем система сбора собирает пар и замораживает в хранилище.

Второй патент, опубликованный в 2018 году,  — система добычи воды на Луне и Марсе сквозь вечную мерзлоту. Она работает так. Сначала алгоритм находит участки поверхности планет, над которыми на высоте 100-200 м постоянно падает солнечный свет. Затем космический корабль устанавливает на этих участках солнечные батареи на мачтах, которые генерируют энергию для марсо- или луноходов и буровых устройств, создающих скважины. Затем микроволновый механизм выдавливает частички воды и улавливает их. 

Третье изобретение компании, патент на которое был получен в 2021 году, будет напоминать око Саурона высотой с Бурдж-Халифа. Это 500-1000-метровая башня с огромной солнечной батареей на вершине. Она собирает свет и передает энергию на темные участки поверхности планет — например, в кратеры. Особенно это актуально для Луны, где на полюсах солнечный свет падает почти горизонтально, и любое углубление или возвышенность создают темные зоны. 

Квантовая криптография со спутника

Космос — это не только пространство для исследования и добычи ресурсов, но и среда, с помощью которой земляне общаются. Благодаря космическим спутникам функционирует интернет, телефония и телевидение, системы навигации и метеорологии. В ближайшем будущем космос поможет человечеству реализовать еще один, принципиально новый способ коммуникации — квантовое распределение ключей (QKD). 

Это сверхзащищенный метод связи, который использует для шифрования сообщений квантовые свойства фотонов, элементарных частиц света. QKD невозможно взломать, так как любое вмешательство третьей стороны изменит состояние фотонов и разрушит ключи. 

Это самый безопасный метод обмена информацией, который существует сегодня — но пока он работает очень медленно. Единственный способ передачи такого сигнала— оптическое волокно. Но в нем сигнал быстро ослабевает, и на расстоянии всего 300 км можно передавать информацию со скоростью максимум 1 бит/с. 

Единственный способ ускорить передачу сигнала, при этом сохранив приватность — использовать спутники. В космическом вакууме фотонный сигнал будет передаваться достаточно быстро, чтобы обеспечить приличное качество связи. Технологию создания таких спутников описывает патент британского криптографического стартапа Arqit, зарегистрированный в 2020 году. К 2023 году компания планирует запустить в космос обширную сеть небольших, 300-килограммовых спутников, которые будут летать на высоте около 700 км и позволят обеспечить всю планету качественной квантовой связью. 

Космическая катапульта 

Сегодня экология становится одной из главных тем повестки дня. Аэрокосмонавтика требует огромного количества сгораемого топлива и относится к самым вредным для природы отраслям. Поэтому технология, которая позволит сделать космические запуски более экологичными, гарантированно будет крайне востребована. 

Главный претендент на лидерство в этой нише— американский стартап Spinlaunch. Его инженеры разработали метод вывода на орбиту небольших спутников с помощью кинетической энергии. По сути, их пусковое устройство — это огромная праща. Сначала центрифуга, работающая на электричестве, очень быстро раскручивает космический корабль, а затем «выстреливает» его в космос. На орбите ему будет помогать уже обычный ракетный двигатель, но на его тягу придется крошечная часть пути. 

В 2020 Spinlaunch получила патент на это изобретение. А в октябре 2021 года компания провела первый успешный пробный запуск, отправив небольшой летательный аппарат на высоту больше 30 километров. Хотя стартап привлек более 110 миллионов долларов венчурных инвестиций, о ней говорят гораздо меньше, чем о SpaceX или Virgin Galactic. Но, по мнению директора компании Джонатана Яни, это даже хорошо: «Я считаю, что чем более смел и безумен ваш проект, тем больше смысла просто работать над ним, а не болтать о нем», — рассказал он журналистам после запуска.

Источник фото: Flickr

Читайте в нашем журнале: 

Электронная тату, вентилятор и медведь: самые необычные патенты Google

Бейдж, бар и роботы: 10 необычных патентов «Сбера»

Как корпорация IBM стала «крестным отцом» интеллектуальной собственности в США

Александр Артамонов
Онлайн Патент
#Технологии
Спасибо! Мы перезвоним вам в ближайшее время!