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.

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.

/ Wikimedia / NASA / PD

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.