Jeśli chodzi o technologię kosmiczną, może się wydawać, że od lądowania na Księżycu cztery dekady temu nic znaczącego się nie wydarzyło. Ale jeśli chcesz wyobrazić sobie, jak eksploracja kosmosu rozwinie się w nadchodzących dziesięcioleciach, wystarczy zwrócić uwagę na mało znany program NASA dotyczący innowacyjnych zaawansowanych koncepcji (NIAC). Zatrudnieni w nim specjaliści badają kwestię finansowania zaawansowanych pomysłów, które zdaniem amerykańskiej agencji kosmicznej mogą otworzyć nowe możliwości eksploracji Układu Słonecznego.
„Misją NIAC jest danie szansy odważnym i nietypowym projektom, które są uważane za zbyt ryzykowne” - mówi kierownik programu NIAC, dr Jay Katker. Od 2011 r. W ramach programu corocznie przeznaczane są znaczne środki na projekty, które mogą przynieść znaczący postęp technologiczny. Jest bardzo niewiele ograniczeń. Finansowane pomysły obejmują wiele dziedzin, od zaawansowanych systemów robotycznych po zaawansowane rozwiązania inżynieryjne potrzebne do wysłania ludzi na Marsa. „Każdego roku otrzymujemy setki zgłoszeń i za każdym razem pojawiają się niesamowite pomysły, o których nikt wcześniej nie pomyślał” - mówi Volker.
Wybraliśmy 10 projektów, które w ostatnim czasie otrzymały zielone światło w postaci grantów NIAC. Może minąć wiele lat, zanim pojawią się w kosmosie, ale nadal warto je poznać. Są one przedstawione w kolejności rosnącej naszych ocen …
Łazik sprężynowy
Rakiety, spadochrony i poduszki powietrzne umożliwiły lądowanie na Marsie kilku łazików. Ale następna generacja planetarnych robotów zwiadowczych mogłaby być wykonana przy użyciu zupełnie innej technologii. Dr Vytas SunSpiral i koledzy z NASA rozważają wysłanie robota na księżyc Saturna, Tytana, który będzie składał się wyłącznie z prętów połączonych ze sobą rozciągniętymi kablami. Taka „napięta” konstrukcja, wyposażona w sprzęt naukowy, nie wymaga spadochronu ani poduszki powietrznej. „Sama konstrukcja jest wystarczająco elastyczna, aby pochłaniać energię uderzenia podczas lądowania i chronić ładunek” - wyjaśnia Sunspiral. Zapewnia również mobilność. „Po wylądowaniu, skracając i wydłużając kable, może toczyć się, badając planetę.
Astronauci w stanie hibernacji
Film promocyjny:
Idea hibernacji astronautów podczas rozszerzonych misji międzyplanetarnych była nieustannie wykorzystywana w science fiction. Od 2001 roku Space Odyssey do Avatar, zaawansowane systemy podtrzymywania życia stają się widocznym obrazem wysoce zaawansowanych technologii kosmicznych przyszłości. Ale nawet teraz, kiedy Mars jest uważany za miejsce przyszłych pionierskich działań, niektórzy już pracują nad wykorzystaniem idei hibernacji science fiction w rzeczywistości. Dr John E Bradford, prezes amerykańskiej firmy SpaceWorks Engineering, która otrzymała fundusze na badania tej obiecującej technologii, wyjaśnia: „Krótko mówiąc, chcemy wprowadzić załogę lecącą na Marsa w głęboki sen na sześć do dziewięciu miesięcy - tak długo trwa lot między Ziemią a Marsem”.
Technika „głębokiego snu”, którą bada zespół SpaceWorks, jest znana jako terapia hipotermiczna. „Jest regularnie stosowany w leczeniu ciężkich obrażeń” - mówi Bradford. „Aby wywołać ten stan hibernacji, konieczne jest obniżenie wewnętrznej temperatury ciała o 3-5 ° C i wprowadzenie delikatnego środka uspokajającego”. To bardzo różni się od procesu zamrażania astronautów, który jest pokazany w filmach, podkreśla Bradford. „Nie zajmujemy się kriokonserwacją i nie próbujemy zatrzymać wszystkich procesów molekularnych. Naszym celem jest pozostawienie załogi nieaktywnej w ograniczonej przestrzeni podczas określonej części misji”.
Aby utrzymać astronautów przy życiu, zespół bada medyczne zastosowania tej technologii. „Pacjenci są karmieni i polewni dożylnie przy użyciu roztworów wodnych. Ta metoda nazywana jest żywieniem pozajelitowym i jest regularnie stosowana w celu podtrzymania ludzkiej egzystencji przez długi czas w leczeniu pacjentów z rakiem”- mówi Bradford.
Bradford mówi: „Jeśli załoga znajduje się w tym stanie, istnieje wiele korzyści, jakie daje zasypianie załogi podczas długiej podróży kosmicznej, można znacznie zmniejszyć objętość przestrzeni życiowej. To ostatecznie zmniejsza całkowitą masę wystrzeliwanego statku kosmicznego. Przestrzeń mieszkalna będzie bardzo małym modułem, przeznaczonym dla czterech lub sześciu członków załogi, z których każdy znajduje się we własnej komorze hibernacyjnej. Kiedy załoga nie śpi, potrzebuje przestrzeni do życia, w której będzie mogła gotować i jeść, dbać o higienę i ćwiczyć, spać, bawić się i prowadzić badania”.
Może być również korzystny dla dobrego samopoczucia astronautów. „Podczas wyprawy na Marsa mała grupa ludzi będzie zamknięta na bardzo małej przestrzeni przez dłuższy czas pod wpływem dużego stresu i bez możliwości przerwania lotu w razie problemu” - wyjaśnia Bradford. „Wiele trudności zostaje złagodzonych, jeśli załoga kładzie się spać w okresie narastającego stresu i być może nudy”.
Jednak potrzeba wielu badań, aby zastosować tę technologię w kosmosie. „Ostatecznie myślę, że stanie się to głównym sposobem podróży międzyplanetarnych” - mówi Bradford. - Wyobraź sobie, że idziesz spać i budzisz się za 6 miesięcy już na Marsie. Nie tak źle!"
Drukowanie przestrzenne w 3D
Pierwsi astronauci, którzy zbadają Marsa, staną w obliczu niebezpieczeństw. Oprócz promieniowania w kosmosie i na samej planecie będą musieli mieszkać w odległej placówce bez możliwości zaopatrzenia operacyjnego w razie potrzeby. Jeśli istotna część statku kosmicznego pęknie na powierzchni, nie będzie nikogo, kto mógłby dostarczyć zapasową. Rozwiązaniem może być projekt NIAC Thrifty Air Biomaterials. Bada, jak żywe komórki mogą być używane w połączeniu z drukowaniem 3-D do tworzenia części statków kosmicznych, materiałów konstrukcyjnych, a nawet tkanek ludzkich.
Płaskie podwozie
Przygotowanie złożonej procedury lądowania dla NASA Curiosity Mars Science Laboratory w 2012 roku zajęło wiele lat planowania i najnowocześniejszej inżynierii. Powodzenie misji zależało od bezbłędnego działania systemów lądowania. Dziś Curiosity dostarcza nam unikalnych zdjęć jednego z najbardziej interesujących naukowo miejsc na Czerwonej Planecie. Ale jest znacznie łatwiejszy sposób na zbadanie wielu ciekawszych zakątków Układu Słonecznego. Projekt 2D Planetary Lander bada technologie potrzebne do stworzenia różnorodnych urządzeń o grubości wafla, które można rozrzucić po całej planecie, satelicie lub asteroidzie. Każde takie urządzenie o grubości zaledwie kilku milimetrów zajmie powierzchnię około metra kwadratowego; pomieści panel słoneczny, elektronikę komunikacyjną,a także czujniki promieniowania, wiatru i temperatury.
Ponadto możesz zainstalować na nim subtelne instrumenty naukowe do badania najbliższego otoczenia. Do celu w jednym locie można wysłać do 50 takich urządzeń. Gdy wystrzelonych zostanie wiele pojazdów 2D, które powracają do lądowania, wylądowanie może nie być skuteczne. Jest to dopuszczalne, wyjaśnia kierownik projektu, dr Hamid Hemmati. „Pozwala również na lądowanie w obszarach wysokiego ryzyka, które są jednak bardzo interesujące pod względem geologicznym.
Urządzenie do napadu rabunkowego
Łaziki i orbitujące statki kosmiczne są dobre do badania Układu Słonecznego i dostarczania próbek gleby z odległych światów. Tymczasem dostarczanie próbek na Ziemię nie jest łatwe. Nawet gdyby udało się bezproblemowo wystrzelić sondę, to do celu ma długą drogę, ryzykowne lądowanie, start i powrót przez ziemską atmosferę. Zapytaj zespół NASA Genesis, jakie to uczucie. Urządzenie z powodzeniem zebrało próbki wiatru słonecznego na trasie kosmicznej o długości 32 milionów km, a na końcu uderzyło w powierzchnię ziemi z prędkością 320 km / h na pustyni Utah z powodu nieotwartych spadochronów.
Obecnie grupa kierowana przez profesora Roberta Wingleya z University of Washington w Seattle (USA) bada możliwość wykorzystania technik wejścia na pokład do samplowania. Chodzi o to, że przelatując obok asteroidy lub satelity, zrzucają na jego powierzchnię penetratory połączone z statkiem kosmicznym za pomocą długich włókien. „W przypadku asteroidów potrzebny będzie filament o długości zaledwie kilku kilometrów, a może nawet dziesiątki kilometrów w przypadku satelitów” - wyjaśnia Wingley. Gdy penetratory uderzą w powierzchnię, pobierają substancję do kapsułki w celu zwrócenia próbek. Ta kapsuła jest następnie ciągnięta za pomocą sznurka do sondy i wysyłana z powrotem na Ziemię. „Ta technika zapewni ogromny krok naprzód w zrozumieniu pochodzenia Układu Słonecznego” - powiedział Wingley.
Roboty budowlane na orbicie
Naukowcy od dawna malują obrazy gigantycznych struktur orbitalnych i statków kosmicznych z ogromnymi panelami słonecznymi unoszącymi się w Układzie Słonecznym. Wystrzelenie tak kolosalnych konstrukcji w kosmos kosztuje astronomiczne pieniądze, a jak widzieliśmy w przypadku ISS, większość prac instalacyjnych wymaga udziału astronautów.
Dr Robert Hoyt i współpracownicy z Tethers Unlimited badają obecnie jeden sposób na obejście tych trudności. Chodzi o to, aby wystrzelić na orbitę struktury zdolne do samoorganizacji. Autorzy nazywają to SpiderFab („pająk-fabrykant”). „Opracowujemy proces, w którym materiały są wyrzucane w kosmos w postaci szpul lub rolek taśmy, a następnie przetwarzane w celu utworzenia niezbędnych struktur” - wyjaśnia Hoyt. Łącząc robotykę z technologią druku 3D, grupa ma nadzieję rozpocząć od najprostszych projektów orbitalnych, a następnie przejść do opracowywania elementów do statków kosmicznych nowej generacji. „Loty załogowe w obrębie Układu Słonecznego wymagają ogromnych konstrukcji do rozmieszczenia paneli słonecznych, osłon przed promieniowaniem i innych krytycznych elementów” - powiedział Hoyt.„Możliwość wystrzelenia materiałów w zwartej formie, takich jak zwój włókna lub pojemnik z polimerem, pozwoli nam używać rakiet o mniejszych rozmiarach i mniejszych kosztach”.
Łazik żaglowy
Wenus ma złą reputację i zasłużenie. Deszcze kwasu siarkowego, ogromne ciśnienie atmosferyczne i gorąca powierzchnia o temperaturze około +460 ° C sprawiają, że jest on wyjątkowo niegościnny. Ostatnie miejsce, w które chcesz wysłać pojazd z własnym napędem. Jednak planetolodzy właśnie to robią, a nawet chcą wyposażyć go w żagiel. Tak, żaglami. W ramach programu NICA naukowcy z NASA badają możliwość wysłania lądowego żaglowca na drugą planetę od Słońca. Twórcy twierdzą, że urządzenie może przetaczać się po stosunkowo płaskich równinach lawy Wenus przy lekkim wietrze. Uważają, że jeśli wszystko pójdzie tak, jak powinno, łazik Venus może pracować przez około miesiąc.
Reflektory słoneczne
Jeśli kiedykolwiek wrócimy na Księżyc, jednym z interesujących nas miejsc jest okolice krateru Shackleton. Wewnętrzna część krateru jest stale ukryta w cieniu, a jego szyb prawie cały czas oświetlony jest słońcem. Gleba wewnątrz mogłaby zawierać lód, który byłby potrzebny do przyszłej bazy księżycowej, a szyb byłby idealnym miejscem do umieszczenia paneli słonecznych. Jednak ze względu na ciemność trudno będzie zbadać głębiny krateru Shackleton i podobnych formacji na innych ciałach niebieskich. Projekt Transformers for Extreme Environments proponuje zmianę tego za pomocą lekkich, autonomicznych pojazdów zdolnych do odbijania światła słonecznego w ciemność. Konstrukcja przypominająca origami może służyć do oświetlania dna krateru, ogrzewania powierzchni i komunikacji.
Roboty podwodne
Ukryty pod powierzchnią księżyca Jowisza, Europa, to rozległy ocean płynnej wody. To marzenie astrobiologa. Co można zrobić, aby to zbadać, jest obecnie określane w ramach projektu NIAC kierowanego przez dr Leigh McCue z Virginia Polytechnic University (USA).
Zgodnie z planem grupy na powierzchnię Europy mają zostać wysłane trzy pojazdy zejścia. Każdy z nich będzie wyposażony w kriobota, który będzie topił się przez skorupę lodową, aż znajdzie się w oceanie subglacjalnym. Trzy krioboty wypuszczą następnie szybowce zdolne do poruszania się po wodzie, szczegółowo badając ocean. „Ocean Europy jest najbardziej prawdopodobnym miejscem w Układzie Słonecznym, gdzie można znaleźć życie pozaziemskie” - powiedział McKew. - Bardzo mnie inspiruje; eksploracja lodu w Europie może zmienić nasz sposób myślenia o życiu”.