Made in space: кто будет делать оптоволокно на МКС

    В июле на МКС привезли прототип устройства, с помощью которого будут изготавливать фторидное оптоволокно ZBLAN. Оно превосходит обычную «оптику» по коэффициенту пропускания в инфракрасном диапазоне и другим оптическим параметрам.

    Если все пройдет удачно, то на орбите появится первый «космический мини-завод» по производству оптоволокна. Под катом — подробнее об особенностях и перспективах разработки.


    / Wikimedia / NASA / PD

    Авторы проекта


    Идея производить что-либо в космосе возникла еще в конце шестидесятых. Сегодня финансовую и технологическую поддержку таких экспериментов оказывают даже частные компании и стартапы.

    Например, прототип для производства ZBLAN в космосе — результат сотрудничества американских технологических компаний Made In Space и Thorlabs. За доставку прототипа отвечает SpaceX, а с организационными вопросами помогают сотрудники НАСА и космонавты на МКС.

    Само стекло ZBLAN в 1975 году разработали исследователи из Университета Ренн во Франции. В состав ZBLAN вошли стеклообразующие фториды ряда металлов — циркония, бария, лантана, алюминия и натрия. По первым буквам этих металлов и назвали стекло.

    Зачем это нужно


    При производстве оптоволокна, специальную заготовку нагревают до температуры выше 300°C и вытягивают её в длинную нить как жвачку. Для этого используют вытяжные установки высотой в несколько десятков метров. Конечная длина кабеля ограничена габаритами преформы и количеством примесей в структуре стекла.

    Главное несовершенство «земных» кабелей кроется в их непрозрачности. Примеси и неровности в стекле мешают прохождению сигнала на дальние расстояния. Чтобы транслировать его, например, через океан, приходится устанавливать большое количество повторителей и усилителей.

    По сравнению с обычными кабелями оптоволокно из группы фторидных стекол ZBLAN отличается низкими показателями оптических потерь в сердцевине световода, обусловленных абсорбцией (поглощением) и рассеянием. Также для ZBLAN характерны низкие потери в области инфракрасного излучения, в частности, в середине инфракрасного (2000–5000 нм) диапазона, где обычные кабели работают хуже.

    Однако стекло ZBLAN довольно хрупкое, поэтому вытягивать длинное волокно из него затратно и трудно. Помимо этого, сила тяжести приводит к образованию осадка в кристаллической структуре волокна.

    Согласно исследованиям компании Made In Space, если изготавливать оптоволокно в космосе, в нем образуется в десять раз меньше «кристаллов». Поэтому оптика, произведенная в условиях невесомости, сможет передавать сигнал дальше «классических» кабелей.


    По словам CEO компании Made In Space Эндрю Раша (Andrew Rush), из четырех килограмм «космических заготовок» можно получить четыре километра оптоволокна. Такое соотношение, говорит Раш, делает все предприятие экономически выгодным, даже несмотря на высокие затраты при отправке заготовок и оборудования в космос.

    Применение и развитие технологии


    Эндрю Раш заявляет, что «космическое» оптоволокно ZBLAN можно будет проложить через всю Атлантику без единого повторителя. Также он отметил, что пропускная способность новых кабелей превысит показатели классического кварцевого оптоволокна в 50–100 раз.

    В перспективе в космосе можно будет изготавливать оптоволокно длиной в несколько десятков километров с пропускной способностью минимум в сто раз выше «земных» кабелей.


    / Flickr / Tim Pierce / CC

    Сейчас исследователи тестируют прототип, который прибыл на МКС в июле. После этого эксперимента «космическое» оптоволокно отправят обратно на Землю, чтобы проверить его пригодность и оценить показатели. Третье тестовое изготовление оптоволокна в космосе начнется либо в ноябре, либо в декабре этого года, в зависимости от графика космонавтов.

    Если результаты тестов будут удачными, исследователи начнут работу по развертыванию оборудования для промышленного производства оптоволокна на орбите.

    P.S. О чем мы пишем в корпоративном блоге VAS Experts:


    P.P.S. Другие наши статьи на Хабре:

    VAS Experts

    151,00

    Российский разработчик DPI-системы СКАТ

    Поделиться публикацией
    Комментарии 36
      +3
      Бигелоу надо подключить, пусть сделает надувной завод на орбите, главный вопрос как потом такие объемы спускать?
        +8
        Осталось лишь создать на МКС завод оплетки из углеродных нанотрубок — и просто разматывать кабель в направлении против движения МКС со скоростью 8 км/с, дальше сам спустится. Заодно и прокладка через Атлантику займет всего несколько минут.
          –2
          Как можно такую чушь писать?
            0

            а он ведь всего-лишь написал идею космического лифта, в теорию которого вложены и ваши деньги тоже.

              0
              МКС немножечко в 100 раз ниже геосинхронной орбиты летает.
                0
                Лифт не меняет своей позиции относительно Земли в отличие от МКС (15 витков в сутки)
              0
              : ) из раздела ЛГ «Рога и копыта» — связисту на заметку.
              0
              А не исключено что в его ангаре и стоит сейчас это оборудование. Тестовый же модуль Бигелоу к МКС пристыкован.
              ru.wikipedia.org/wiki/Bigelow_Expandable_Activity_Module
                0
                Вообще запуск грузов в космос идет в более суровых режимах, чем пассажиров. Поэтому спуск грузов не факт, что супер-дешево будет, но гораздо дешевле, чем людей.
                  0

                  Единственный аппарат, который сейчас способен доставлять сырьё туда и результат производства обратно — это Dragon, суровость режима которого мало зависит от того, есть ли на нём пассажиры, потому что ракета для всех версий одинаковая.

                +2
                По словам CEO компании Made In Space Эндрю Раша (Andrew Rush), из четырех килограмм «космических заготовок» можно получить четыре километра оптоволокна.
                Что-то не то с цифрами. Километровая компенсационная катушка для измерений линии рефлектометром, сделанная из обычного кварцевого волокна, весит грамм 400, и то это с учётом алюминиево-картонного кейса. Чисто бухточка волокна длиной в 1 км будет весить меньше. Так что из заготовки массой 4 кг должно получиться, очень примерно, примерно 13 км волокна.

                Потом, 4 километра волокна — это просто стандартная строительная длина кабеля, 1 средних размеров барабан. А волокон в кабеле ведь должно быть много! Для магистрали — ну хотя бы 16, а лучше 32-64-96. То есть для производства 4 км кабеля на 32 волокна нужно запустить в воздух заготовки и спустить обратно 4*32 км волокна. А типичная линия между городами требует многих десятков таких барабанов. Да, может быть, это дорогое волокно будут класть поначалу только в серьёзные межконтинантальные линии, где волокон мало, или закладывать в обычные кабели, но не на всю ёмкость, а, скажем, первые 2 волокна — вот такие, а остальные — обычные. Я это к тому, что объёмы производства всё равно будут внушительные, туда-обратно нужно будет тягать тонны заготовок и тонны катушек с готовым волокном, чтобы построить что-то большее, чем пару экспериментальных линий. Окупится ли? Хотя, может, это подстегнёт мегакорпорации к строительству петли Лофстрома.

                Ещё нужно адаптировать сварочные аппараты к новому волокну.

                Ещё нужно что-то решить с разного рода дисперсиями, которые на длинных расстояниях вносят искажения и ошибки в передаваемые данные. Обычные кварцевые волокна смогли «подкрутить», чтобы дисперсия особо не мешала, а смогут ли эти? На обычных кварцевых волокнах эта проблема не очень острая, лишь на очень длинных линиях и на очень крутом оборудовании типа DWDM она начинает мешать, и для этого в кабели закладывают волокна со смещённой дисперсией (NZ, DS) вместе с обычными (SM). А тут, если длина между регенерирующими мультиплексорами возрастёт в разы, проблема встанет в полный рост: сигнал будет доходить достаточно мощный, но искажённый, значит, придётся отказаться от спектрального уплотнения и, следовательно, снижать скорость передачи.

                Наконец, не написали самое интересное, сколько же в дБ/км будет у этого волокна километрическое затухание? У обычного кварцевого волокна максимальная норма — 0,36 дБ/км на длине волны 1310 нм, и 0,22 дБ/км на 1550 нм (эти длины волн попадают в провалы между «водяными пиками», шаг влево или вправо по шкале длины волны — и километрическое затухание резко возрастает). Хотя по факту она обычно ещё меньше, стандарты эти уже старенькие. А тут что будет?
                  +1

                  если сходить по ссылкам, то там будет статья с графиками.
                  https://www.fiberlabs-inc.com/wp/wp-content/uploads/2016/08/spectrum_comparison.jpg
                  https://www.fiberlabs-inc.com/wp/wp-content/uploads/2016/08/D-ZBLAN.jpg
                  0.04 dB/km на длинах волн 1700-1900 нм и нулевая материальная дисперсия.

                    0
                    По ссылке — затухание указано в децибел на метр. Обойти собственное поглощение и рэлеевское рассеяние как фундаментальные явления, проявляющиеся при распространении электромагнитного излучения через твердое тело, будет почти невозможно.
                      0

                      Надеюсь, что всё-таки это опечатка на графике, кому нужен кабель с затуханием 40 db/km, строить 500-метровые магистрали?

                        0
                        Настолько опечатались, что на этом же графике диоксид кремния лежит значительно ниже чем ZBLAN? Картинка на википедии наверное единственное место, где кто-то «опечатался» (чтобы ввести в заблуждение?). Никто конечно не будет делать многокилометровые телекоммуникационные кабели из ZBLAN волокна, который в основном используется в спектроскопии и лазерах/усилителях на длинных волн > 2мкм. Честно говоря, даже лень искать кто запустил утку.
                          0

                          Спасибо, ваш бы комментарий да в статью, в раздел "Применение и развитие технологии".

                            0
                            К сожалению, хабр уже достаточно давно превратился в то место, где многие стоящие комментарии зачастую остаются почти без внимания. Больше половины моих комментариев именно такие. Даже если писать в личку — вероятность, что статью исправят, близится к нулю. Никому это не надо. Всем наплевать.
                    0
                    Такие кабели нужны будут исключительно для подводных магистралей и всяких сверхбыстрых трейдеров.
                    Всеравно в магистрали доминирует стоимость прокладки, соответственно никто не будет менять существующие кабеля. На доступе они тоже не нужны от слова совсем.
                    Зоновые магистрали -так они строятся там где есть жизнь, т.е. между населенными пунктами, где есть платежеспособные потребители — им тоже нужно отщипнуть немного трафика.
                    Поэтому используется активная железка, выполняющая функции регенератора абсолютно бесплатно.
                      0
                      Насчёт веса — там в оригинале ошибка в переводе из имперской системы в метрическую, даже комментарий есть:
                      Joseph Paul
                      2.2 lbs is one kilogram of material not four.
                      +1

                      https://en.m.wikipedia.org/wiki/Artemis_(novel)
                      Такой кабель до добра не доводит)

                        0
                        Доставка одного килограмма сырья на МКС будет стоить ~20000 $, сколько будет стоить килограмм этого оптоволокна?
                          0
                          Если запускать летавшими по два раза бу ступенями от фалконов, не страховать груз, то насколько может упасть стоимость?
                            0
                            ru.wikipedia.org/wiki/Commercial_Resupply_Services
                            По программе CRS NASA платит по 2-м контрактам 3,5 млрд долларов США за 20 миссий снабжения МКС компаниям SpaceX и Orbital и доставку 20т грузов каждой из них, а это в среднем 85000$/кг. При таком спросе цена не упадет до 5000$.

                            Но даже в этом случае выгода есть
                            www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/space.2017.0016
                              0
                              У вас 0 лишний, 2 тонны груза, а не 20, но вроде в среднем доставили ближе к 3ём тоннам
                                0
                                2т за весь контракт? Ви шутите?

                                22 декабря 2008 года были подписаны контракты с двумя компаниями, на общую сумму 3,5 млрд долларов США, для осуществления 20 миссий снабжения МКС. Контракт с компанией SpaceX, суммой 1,6 млрд долларов, был рассчитан на 12 миссий космического корабля Dragon, выводимого на орбиту ракетой-носителем Falcon 9. Контракт с компанией Orbital Sciences Corporation, суммой 1,9 млрд долларов, был рассчитан на 8 миссий грузового корабля Cygnus, который будет выводить на орбиту ракета-носитель Antares. Оба контракта покрывали снабжение Международной космической станции вплоть до 2016 года включительно и подразумевали возможность их пролонгации. Каждый контракт предусматривал доставку на МКС как минимум 20 тонн груза.
                                  0
                                  Другими словами, но из статьи www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/space.2017.0016

                                  This price is chosen because NASA is currently paying SpaceX $1.6 billion for the delivery of a minimum of 20,000 kg on 12 flights of the Dragon to ISS and back (($1.6 × 10^9) ÷ (20 × 10^3 kg) = $80,000/kg). Current costs for SpaceX's Dragon capsule are expected to drop below $44K/kg of payload launched and landed.


                                  Dragon отдельно от Orbital-а выглядит немного дешевле.

                                  Речь идет не о стоимости вывода спутника массой X на LEO, а о перевозке груза в герметичном отсеке на МКС и обратно, возможно с дополнительной оснасткой, а это выходит дороже.
                              0
                              Ценник будет «космический».
                              +1

                              Дырочку для выведения нового кабеля уже просверлили.

                                0
                                Это китайцы уже готовятся спускать контрафакт.
                                  0

                                  Тянгун — не МКС.

                                    0
                                    А заводы в Китае производящие контрафакт разработка чисто китайских Кулибиных.
                                    Это все проделки мировых «элит» — тех кто завоевал управление миром. Осталось разобраться как доставить на МКС и спустить с МКС за деньги баранов груз и продать этим же баранам. Хотя о чем это я, они там уже пол века миллиарды пилят, а все еще на «орбите» тусуются. Все и так замечательно.
                                      0
                                      Осталось разобраться как доставить на МКС и спустить с МКС за деньги баранов груз и продать этим же баранам.

                                      Покупают же золотые аудиокабели с тёплым ламповым звуком.
                                      image
                                      habr.com/post/376519
                                0

                                А со сроком годности как? Простое оптоволокно живет не долго

                                0
                                США и Россия уже неоднократно заявляли о выходе в скором времени из проекта МКС, и неоднократно обозначаемые сроки сдвигали в будущее (для НАСА последний официально объявленный срок — 2025г.; а Роскосмос собирается в ближайшие годы запускать собственную орбитальную станцию). Были и предложения по коммерциализации МКС. На МКС можно развивать промышленность на основе технологий, недоступных на Земле из-за влияния гравитации: в частности описанный в данной статье реализуемый проект микропроизводства сверхвысококачественного оптоволокна, а также выращивание высококачественных кристаллов, графенов большой площади, длинных нанотрубок (в т.ч. для построения космического лифта), производство сверхчистых химвеществ (в т.ч. лекарственных препаратов), и пр. Экспериментальные работы в этих направлениях в космосе уже производились).
                                Также были предложения использовать МКС для туризма. Можно также МКС использовать как промежуточный пункт для дозаправки (база подскока) межпланетных космических аппаратов (КА) или в качестве стапелей для сборки межпланетных КА. В перспективе можно к МКС прикрутить свои двигатели для поднятия орбиты (сейчас для этого используются Союзы). Затоплять такое богатство — жалко.
                                Кроме того, многие эксперты говорят, что эпоха орбитальных станций, начавшаяся в 1971г., уйдет в прошлое; и они не видят практической целесообразности ни в поддержании МКС после 2020г., ни в создании альтернативной станции со схожим функционалом; и требуются принципиально новые разработки и направления освоения космоса, в т.ч. создание специализированных полностью автоматизированных космических производств, разработки КА (пилотируемых и автономных) на новых принципах, а также средств их запуска, разработка и строительство космического лифта, колонизация планет и Луны, и т.д.

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое