Transfer technologii kosmicznych do innych sektorów gospodarki [ANALIZA]

Czym jest transfer technologiczny?

Załogowe i bezzałogowe operacje kosmiczne wymagają opracowywanie i wdrażania rozwiązań technologicznych, które potrafią sprostać ekstremalnym warunkom środowiskowym panującym w kosmosie. Przede wszystkim należą do nich: próżnia, promieniowanie kosmiczne, skrajne temperatury, ograniczona dostępność zasobów.

Specyfika środowiska wymusza konieczność, aby projektowane innowacje charakteryzowały się wysokim stopniem wytrzymałości w zakresie materiałoznawstwa, elektroniki, systemów komunikacyjnych, zarządzania energią oraz automatyki. Po odpowiedniej adaptacji mogą znajdować one szerokie zastosowanie także poza przemysłem kosmicznym.

Proces ten określany jest mianem transferu technologii kosmicznych lub technologicznegospin–offu. Polega on na przenoszeniu rozwiązań pierwotnie opracowanych dla zastosowań orbitalnych  do innych sektorów gospodarki. Wśród wiodących warto wymienić: medycynę, transport i motoryzację, energetykę, rolnictwo, informatyka.

Konieczność adaptacji zasadniczo odnosi się do  dostosowania fizycznych komponentów (np. czujników, materiałów kompozytowych, systemów napędowych). Dodatkowo może obejmować również złożone oprogramowanie, zaawansowane metody analizy danych, standardy inżynieryjne, a nawet techniki zarządzania projektami i modele współpracy międzyinstytucjonalnej.

Wiele rozwiązań powstałych z myślą o eksploracji kosmosu przeszło do użytku cywilnego niemal niezauważalnie. Powszechnie znanym przykładem jest globalny system nawigacji GPS–NAVSTAR, który początkowo został zaprojektowany wyłącznie do użytku w sferze militarnej. Oprócz tego trzeba nadmienić o termoizolacyjnych materiałach ratunkowych, inteligentnych systemach monitorowania zdrowia i metodach przetwarzania żywności.

Co istotne, transfer tych technologii może przebiegać dwojako. Po pierwsze, odbywa się on przez formalne kanały, czyli programy licencjonowania patentów prowadzone przez agencje kosmiczne. Po drugie, jest realizowany przez inicjatywy start–upowe, współpracę badawczo–rozwojową z uczelniami wyższymi oraz działalność centrów inkubacyjnych zajmujących się komercjalizacją innowacji.

Zastosowanie technologii kosmicznych w medycynie

Medycyna jest jednym z bezpośrednich beneficjentów transferu technologii z sektora kosmicznego. Wymogi stawiane przez misje kosmiczne doprowadziły do opracowania szeregu zaawansowanych rozwiązań. Dotyczą one m. in. monitorowania funkcji życiowych, utrzymywania homeostazy organizmu w warunkach nieważkości oraz zapewnienia bezpieczeństwa zdrowotnego astronautów przebywających w izolacji przez wiele miesięcy. W efekcie powstały technologie, które po adaptacji z powodzeniem znalazły zastosowanie w codziennej praktyce klinicznej, diagnostyce, rehabilitacji i opiece długoterminowej na Ziemi.

Jednym z najbardziej przełomowych obszarów, w których zaobserwowano wpływ technologii kosmicznych, jest zdalne monitorowanie pacjentów. W systemach stworzonych dla astronautów wykorzystywano lekkie, energooszczędne i bardzo dokładne sensory mierzące tętno, ciśnienie krwi, saturację, a także analizujące wzorce oddechowe i aktywność fizyczną.

Te same technologie zostały wdrożone w urządzenia do domowego użytku, stosowanych przez osoby przewlekle chore, seniorów i pacjentów po hospitalizacji. Stanowią one podstawę rozwoju telemedycyny i zdalnej opieki zdrowotnej, szczególnie istotnej w regionach o ograniczonym dostępie do placówek medycznych.

Wpływ transferu technologii kosmicznych oddziaływał też na rozwój zaawansowanych metod obrazowania medycznego. W tym celu wykorzystano algorytmy przetwarzania i analizowania zdjęć satelitarnych w czasie rzeczywistym. Pozwalały one na identyfikację anomalii w danych wizualnych pochodzących z powierzchni Ziemi.

Z tego powodu zostały z powodzeniem zaadaptowane w systemach analizy obrazów generowanych przez rezonans magnetyczny, tomografię komputerową i pozytonową tomografię emisyjną. Umożliwiło to zwiększenie precyzji diagnozowania chorób nowotworowych, neurologicznych oraz układu krążenia przy jednoczesnej automatyzacji niektórych etapów interpretacji wyników.

Kolejnym ważnym obszarem zastosowań są technologie oczyszczania i sterylizacji powietrza oraz wody. Systemy te były pierwotnie opracowywane do użytku na pokładach statków kosmicznych i stacji orbitalnych, gdzie niemożność dostarczenia świeżych zasobów z Ziemi wymagała pełnej recyrkulacji i niezawodnej filtracji.

Obecnie wykorzystuje się je w placówkach medycznych do eliminowania patogenów, alergenów i innych zanieczyszczeń, podnosząc poziom bezpieczeństwa epidemiologicznego. Niektóre z tych rozwiązań trafiły również do domów opieki i budynków użyteczności publicznej, stając się częścią infrastruktury ochrony zdrowia publicznego.

Warto wspomnieć również o zaawansowanych materiałach stosowanych w ortopedii i protetyce. Lekkie, wytrzymałe kompozyty, które opracowano do budowy komponentów rakiet i satelitów, okazały się idealne do tworzenia nowoczesnych implantów, ortez i protez kończyn. Charakteryzują się one nie tylko trwałością, ale także biokompatybilnością oraz zdolnością do integracji z tkankami pacjenta. Z kolei w chirurgii robotycznej wykorzystuje się precyzyjne siłowniki i systemy kontroli opracowane z myślą o zdalnym sterowaniu ramionami robotów kosmicznych. Umożliwia to przeprowadzanie skomplikowanych operacji z niespotykaną dotąd precyzją.

Technologie kosmiczne przyczyniły się również do postępu w diagnostyce chorób rzadkich i genetycznych. W tym wymiarze stosuje się zaawansowane metody analizy danych, pierwotnie stworzone do obsługi dużych zbiorów danych telemetrycznych z misji orbitalnych. Dzięki temu możliwe jest wykrywanie subtelnych korelacji genotypowo–fenotypowych i identyfikowanie biomarkerów, które wcześniej pozostawały niezauważone.

Zastosowanie technologii kosmicznych w transporcie i motoryzacji

Sektor transportu to następna branża, która w znacznym stopniu czerpie z osiągnięć technologicznych przemysłu kosmicznego. Nowoczesne pojazdy osobowe i ciężarowe coraz częściej korzystają z rozwiązań wywodzących się z technologii opracowanych pierwotnie z myślą o eksploracji kosmosu. Ich implementacja wpływa na bezpieczeństwo, komfort jazdy, efektywność energetyczną oraz ochronę środowiska.

Jednym z najbardziej znanych przykładów transferu technologii kosmicznych są globalne systemy pozycjonowania satelitarnego. Technologie ta umożliwiają dokładną nawigację w czasie rzeczywistym, zarządzanie flotą pojazdów, monitorowanie ruchu drogowego i optymalizację tras w transporcie publicznym. Ich znaczenie wzrasta w kontekście pojazdów autonomicznych, które do funkcjonowania wymagają ciągłego i precyzyjnego określania swojej pozycji w przestrzeni.

Niemniej istotne są technologie sensorowe, rozwijane przez dekady w ramach projektów kosmicznych. Sondy i łaziki eksplorujące powierzchnie innych ciał niebieskich muszą samodzielnie analizować otoczenie, omijać przeszkody i podejmować decyzje na podstawie zebranych danych. Czujniki wykorzystywane w tych obiektach stały się inspiracją dla rozwoju zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ang.Advanced Driver Assistance Systems – ADAS).

Posiłkowano się takimi rozwiązaniami jak: kamery stereowizyjne, radary krótkiego zasięgu, lidary, czujniki inercyjne. Współcześnie technologie te są stosowane w pojazdach wysokiej klasy, gdzie odpowiadają za funkcje automatycznego hamowania awaryjnego, utrzymania pasa ruchu, rozpoznawania znaków drogowych.

Postęp w dziedzinie materiałoznawstwa, będący wynikiem prac nad konstrukcjami statków kosmicznych, również znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym. Materiały kompozytowe zostały zaadaptowane w konstrukcji podwozi, elementów karoserii oraz części mechanicznych. Ich użycie pozwoliło obniżyć masę pojazdów, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa, poprawę osiągów oraz redukcję emisji CO₂.

Nie można też pominąć wpływu technologii zarządzania temperaturą, które opracowano z myślą o ochronie urządzeń elektronicznych i komponentów mechanicznych przed ekstremalnymi warunkami panującymi w kosmosie. Systemy te bazują na materiałach zmiennofazowych, foliach termoizolacyjnych i aktywnym chłodzeniu cieczą.

Zostały one dostosowane do potrzeb motoryzacji, w tym szczególnie do chłodzenia baterii litowo–jonowych w pojazdach elektrycznych. Efektywne zarządzanie temperaturą ogniw akumulatorowych wpływa bezpośrednio na ich żywotność, bezpieczeństwo użytkowania oraz wydajność w różnych warunkach klimatycznych.

Zastosowanie technologii kosmicznych w energetyce

Energetyka to jeden z tych sektorów, który zyskał liczne korzyści dzięki transferowi technologii opracowanych na potrzeby eksploracji kosmosu. Konieczność niezawodnego i długotrwałego zasilania w warunkach izolacji od jakiegokolwiek źródła zewnętrznego doprowadziły do przełomowych innowacji w obszarze pozyskiwania, magazynowania i zarządzania energią. Technologie te z powodzeniem weszły do użytku komercyjnego, w tym szczególnie do sektorów energii odnawialnej, mikrosieci oraz inteligentnych systemów zarządzania energią.

Jednym z najbardziej widocznych przykładów transferu technologii kosmicznych do energetyki są panele fotowoltaiczne. Ich rozwój był i wciąż jest ściśle związany z potrzebami przemysłu kosmicznego. Od lat sześćdziesiątych XX wieku, kiedy to pierwsze satelity wykorzystywały prymitywne ogniwa krzemowe, nastąpił ogromny postęp w dziedzinie fotowoltaiki.

Technologie opracowane przez agencje oraz prywatne firmy działające w sektorze kosmicznym przyczyniły się do zwiększenia sprawności ogniw, wydłużenia ich żywotności i poprawy odporności na niekorzystne warunki atmosferyczne. Innowacyjne materiały półprzewodnikowe, w tym arsenek galu, perowskity, które były testowane w ekstremalnych warunkach przestrzeni kosmicznej, są coraz powszechniej badane i wdrażane w instalacjach naziemnych. Dzięki temu energia słoneczna stała się bardziej opłacalna, niezawodna, a także dostępna dla szerokiego grona odbiorców.

Technologie kosmiczne wpływają również na energetykę w aspekcie zarządzania energią. Na pokładach obiektów kosmicznych niezbędne jest zapewnienie stabilnych i wydajnych systemów energetycznych działających w pełnej autonomii, z ograniczonymi możliwościami interwencji z Ziemi. Stąd wywodzą się zaawansowane systemy zarządzania przepływem energii, które po modyfikacjach znajdują zastosowanie w domowych systemach fotowoltaicznych, magazynach energii oraz mikrosieciach. Za ich pośrednictwem możliwe jest gromadzenie energii w momentach jej nadmiaru i wykorzystywanie w okresach zwiększonego zapotrzebowania.

Trzeba wspomnieć o nowoczesnych metodach magazynowania energii, które pierwotnie zostały opracowane na potrzeby projektów kosmicznych. Rozwój kompaktowych, wysokowydajnych baterii litowo–jonowych oraz eksperymenty z alternatywnymi nośnikami energii wykorzystuje się w systemach stacjonarnych służących do stabilizacji pracy sieci i zwiększenia udziału OZE w miksie energetycznym. Rozwiązania opracowane z myślą o misjach międzyplanetarnych, w których nie ma możliwości uzupełnienia zasobów energii, są obecnie podstawą systemówoff–grid oraz niezależnych sieci zasilania wykorzystywanych w trudno dostępnych lokalizacjach.

Zastosowanie technologii kosmicznych w rolnictwie

Współczesne rolnictwo w coraz większym stopniu opiera się na zaawansowanych technologiach. Jednym z jego najważniejszych filarów staje się transfer rozwiązań kosmicznych. Rolnictwo precyzyjne w dużej mierze korzysta z technologii satelitarnych i systemów informatycznych. Dane pochodzące z satelitów obserwacyjnych są aktualnie nieocenionym źródłem informacji dla rolników i agroanalityków.

Dzięki obrazowaniu wielospektralnemu i hiperspektralnemu możliwe jest monitorowanie stanu gleby, identyfikowanie obszarów dotkniętych suszą, a także wczesne wykrywanie chorób i szkodników. Pozwala to na podejmowanie trafniejszych decyzji agronomicznych, w praktyce przekładających się na większą efektywność upraw i zmniejszenie strat plonów.

System GPS–NAVSTAR znalazł swoje zastosowanie w sektorze rolnictwa jako narzędzie do automatyzacji maszyn rolniczych i optymalizacji prac polowych. Współczesne ciągniki, kombajny i siewniki wyposażone są w systemy lokalizacji, które pozwalają na wykonywanie operacji z dokładnością do kilku centymetrów. Wówczas możliwe jest precyzyjne nawożenie, opryskiwanie i nawadnianie, ograniczając nadmierne zużycie środków ochrony roślin i nawozów mineralnych. Takie podejście nie tylko zwiększa wydajność produkcji, ale również przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego poprzez redukcję zanieczyszczeń i poprawę gospodarki wodnej.

Kolejnym przykładem transferu technologii kosmicznych do rolnictwa jest wdrażanie zaawansowanych systemów monitorowania mikroklimatu i warunków środowiskowych. Sensory opracowane z myślą o kontrolowaniu warunków życia astronautów oraz parametrów misji w przestrzeni kosmicznej znalazły zastosowanie w rolnictwie szklarniowym i w uprawach hydroponicznych.

Pozwalają one na bieżącą kontrolę temperatury, wilgotności powietrza, stężenia dwutlenku węgla i innych zmiennych mających znaczenie dla wzrostu roślin. Automatyczne systemy reagujące na zmiany tych parametrów przyczyniają się do uzyskiwanie plonów wyższej jakości.

Ważny aspekt stanowi wpływ technologii kosmicznych na łańcuch dostaw w sektorze rolnym. Systemy kontroli jakości i monitorowania temperatury opracowane w celu przechowywaniu żywności na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej znalazły zastosowanie w logistyce produktów rolnych i spożywczych. Za pomocą czujników można na bieżąco monitorować warunki transportu i magazynowania, co umożliwia zachowanie świeżości produktów i wydłużenie ich przydatności do spożycia. Tego typu rozwiązania są szczególnie cenne w transporcie owoców, warzyw oraz produktów mleczarskich, których jakość w dużym stopniu zależy od warunków przechowywania.

Technologie satelitarne służą także do tworzenia map użytkowania gruntów, monitorowania zmian pokrycia terenu, wykrywania nielegalnych upraw i degradacji środowiska rolniczego. Informacje te wspierają rolników, agencje rządowe, organizacje międzynarodowe odpowiedzialne za bezpieczeństwo żywnościowe, planowanie przestrzenne oraz zarządzanie kryzysowe. Obserwacje satelitarne pomagają w prognozowaniu plonów na poziomie lokalnym i globalnym, co ma bezpośrednie przełożenie na politykę cenową i planowanie zapasów.

Zastosowanie technologii kosmicznych w rozwoju technologii informatycznych i danych

Eksploracja kosmosu stała się jednym z głównych determinantów rozwoju technologii informatycznych, miniaturyzacji urządzeń elektronicznych oraz przetwarzania danych. Wysokie wymagania dotyczące niezawodności systemów użytych w statkach kosmicznych doprowadziły do przełomowych innowacji, które później znalazły szerokie zastosowanie w sektorze IT.

W szczególności miniaturyzacja układów elektronicznych przyczyniła się do powstania mniejszych, bardziej wydajnych i mniej energochłonnych technologii mobilnych. Smartfony, tablety i inne gadżety elektroniczne, które stały się nieodłącznym elementem współczesnego życia, są wynikiem prac badawczo–rozwojowych zapoczątkowanych w kontekście technologii kosmicznych.

W kontekście technologii kosmicznych opracowano również rozwiązania w zakresie komunikacji bezprzewodowej. Zostały one zaprojektowane w celu przesyłaniu danych między statkami kosmicznymi a Ziemią, zachowując stabilność połączeń i szybkość transmisji. Systemy komunikacji satelitarnej adaptowano do rozwiązań stosowanych w sektorach takich jak: bankowość, infrastruktura krytyczna, bezpieczeństwo publiczne.

Za przykład może posłużyć użycie systemu zabezpieczeń używany w bankowości internetowej oraz transakcjach elektronicznych. Bazują one na zaawansowanych metodach szyfrowania i technologii zabezpieczeń testowanych w środowiskach kosmicznych. Wykorzystanie tych technologii w cyberbezpieczeństwie i systemach komunikacji zapewnia większą odporność na ataki, powodując wzrost bezpieczeństwa transmisji danych w dobie powszechnego dostępu do internetu i zagrożeń związanych z cyberatakami.

Kolejnym obszarem jest przetwarzanie i analiza dużych zbiorów danych, znane również jako Big Data. W przestrzeni kosmicznej zarządzanie ogromnymi ilościami informacji jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania misji. Zatem technologie opracowane do analizy takich zbiorów danych (np. algorytmów sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, technologie chmurowe), zostały zastosowane w wielu innych branżach.

Współczesne systemy Big Data umożliwiają przetwarzanie danych na ogromną skalę i umożliwiają wyciąganie z nich istotnych wniosków. Następnie są one wykorzystywane w prognozowaniu zjawisk meteorologicznych, analizie danych finansowych, monitorowaniu zdrowia publicznego i optymalizacji działalności biznesowej.

Technologie te opracowano do zarządzania danymi z misji kosmicznych, pozwalając na doskonalsze prognozowanie zdarzeń klimatycznych, ekonomicznych oraz zdrowotnych. Za ich pośrednictwem możliwe jest szybsze reagowanie na kryzysowe sytuacje i podejmowanie bardziej trafnych decyzji na poziomie globalnym i lokalnym.