Optická vlákna se používají na Zemi i v kosmickém prostoru k mnoha různým úkolům – od medicíny přes obranný průmysl, až po kybernetickou bezpečnost a telekomunikaci. Výzkum při parabolických letech ukázal, že optická vlákna vyráběná v mikrogravitaci mohou mít vyšší kvalitu než ta, která se vyrábí v běžných podmínkách. Ukázalo se také, že Mezinárodní kosmická stanice poskytuje značný potenciál pro platformu, která by zajišťovala komerční výrobu těchto vláken. Výzkum Flawless Space Fibers-1 (překl. Bezvadná kosmická vlákna-1) tak využívá prostředí Mezinárodní kosmické stanice k demonstraci nové výrobní techniky, kterou vyvinula firma Flawless Photonics, aby zlepšila kvalitu a délku optických vláken vyráběných v kosmickém prostoru.

Předběžné výsledky vypadají nadějně. Od poloviny února do poloviny března bylo v rámci výzkumného projektu vyrobeno více než 11,9 km optických vláken. Osm tzv. tahů vyprodukovalo více než 700 metrů vlákna, což demonstruje, že výsledky jsou opakovatelné. V rámci výzkumu bylo také vytvořeno 1141 metrů za jediný den, čímž byl výrazně překonán dřívější rekord (25 metrů) nejdelšího vlákna, jaké bylo vytvořeno v kosmickém prostoru. Bylo tedy prokázáno, že vlákna s komerčně uplatnitelnou délkou se mohou vyrábět v kosmickém prostoru. Vytvořené vzorky vláken se brzy vrátí na Zemi, kde proběhne analýza jejich kvality.

Dva snímky optického vlákna z materiálu ZBLAN pořízené skenovacím elektronovým mikroskopem. Horní vlákno bylo vytvořeno na Zemi, dolní v mikrogravitaci. Rozdíl v podobě krystalů je vidět na první pohled.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Vlákna se vyrábí ze skleněné slitiny ZBLAN, ve které najdeme fluoridy zirkonu, barya, lanthanu, sodíku a hliníku, které se liší hustotou, ale i krystalizační teplotou. Jedinečné vlastnosti tohoto materiálu umožňují světlu cestovat vláknem v širším rozsahu, což poskytuje více než desetkrát větší kapacitu než tradiční vlákna založená na bázi oxidu křemičitého. Přenáší tak podstatně více dat na stejné délce vlákna. Pokud se podaří vyrobit dostatečně dlouhá a přitom i kvalitní vlákna, mohla by se zvýšená účinnost materiálu ZBLAN projevit také ve významných úsporách energií. Poklesla by totiž potřeba zesilovat signál při přenosu na velké vzdálenosti.

Jenže když se ZBLAN používá k výrobě vláken na Zemi, vznikají krystaly, které tříští signály a navíc činí vlákna křehkými. Jelikož v mikrogravitaci rostou krystaly pomaleji, je zapotřebí zchladit vytvořená vlákna dříve, než se krystaly stihnou vytvořit. Mikrogravitace také působí proti účinkům sedimentace, konvekce a vztlaku, které omezují délku a kvalitu vláken vytvářených na Zemi. Výrobci používají k výrobě z materiálu ZBLAN na Zemi pádové věže, ovšem výroba v kosmickém prostoru poskytuje mnohem více času na vytvoření delších a ve výsledku také kvalitnějších vláken.

Japonský astronaut Norišige Kanaj pózuje u přístroje na výrobu optických vláken od Made in space.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Výzkum Flawless Space Fibers financuje ISS National Laboratory a obnáší spolupráci s mnoha partnery. Jde třeba o Lucemburskou kosmickou agenturu, australskou University of Adelaide, nebo Aplikační program NASA pro kosmickou výrobu InSPA. Poslední jmenovaná instituce rozvíjí možnosti udržitelné, škálovatelné a ziskové výroby na nízké oběžné dráze Země. Ve spolupráci s ISS National Laboratory poskytuje firmám přístup na vesmírnou stanici pro demonstraci výroby pokročilých materiálů a produktů uplatnitelných v pozemských aplikacích. Výzkum Flawless Space Fibers dosáhl tří ze čtyř cílů pro ZBLAN, které stanovila InSPA, včetně dosažení 20 metrů na jedné sérii, zopakování tohoto množství na samostatném tahu a rozšíření na série komerční délky. Analýza vláken po návratu na Zemi bude nutná k určení, zda výzkum splňuje také čtvrtý cíl InSPA, tedy výrobu vláken s desetkrát vyšší kvalitou než na Zemi. Získané výsledky mohou pomoci snížit množství vad, které způsobuje gravitace u výrobků vyvinutých na Zemi a zároveň zdokonalit modely pro výrobu v kosmickém prostoru. Tento výzkum také otevírá dveře k vytváření dalších cenných speciálních vláken ve vesmíru. Na závěr ještě připomeňme, že NASA prováděla výzkumy zaměřené na zpracování ZBLAN v mikrogravitaci díky projektu Marshallova střediska již v 90. letech a na začátku tisíciletí. Práce na zkoušce výroby vláken ze ZBLAN na kosmické stanici byly zahájeny v roce 2014.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://images-assets.nasa.gov/image/iss070e110532/iss070e110532~large.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2022/07/zblan_1.png
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2022/07/zblan_2.png
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2022/06/leoe_ism_iss054e005575_orig.png