Als het om ruimtetechnologie gaat, lijkt het misschien alsof er niets belangrijks is gebeurd sinds de maanlanding vier decennia geleden. Maar als je je wilt voorstellen hoe ruimteverkenning zich de komende decennia zal ontwikkelen, hoef je alleen maar te letten op het weinig bekende programma van innovatieve toekomstgerichte concepten (NIAC) van NASA. De specialisten die erin werken, bestuderen de kwestie van het financieren van geavanceerde ideeën die, volgens het Amerikaanse ruimteagentschap, nieuwe mogelijkheden zouden kunnen openen voor het verkennen van het zonnestelsel.
"De missie van de NIAC is om gedurfde en ongebruikelijke projecten die als te riskant worden beschouwd een kans te geven", zegt NIAC-programmamanager Dr. Jay Katker. Sinds 2011 heeft het programma elk jaar aanzienlijke middelen toegewezen aan projecten die tot aanzienlijke technologische vooruitgang kunnen leiden. Er zijn heel weinig beperkingen. De gefinancierde ideeën omvatten vele gebieden, van geavanceerde robotsystemen tot de geavanceerde technische oplossingen die nodig zijn om mensen naar Mars te sturen. "We ontvangen elk jaar honderden aanmeldingen, en elke keer zijn er geweldige ideeën waar nog nooit iemand aan heeft gedacht", zegt Volker.
We hebben 10 projecten geselecteerd die onlangs groen licht hebben gekregen in de vorm van NIAC-subsidies. Het kan vele jaren duren voordat ze zich in de ruimte laten zien, maar ze zijn nog steeds de moeite waard om te leren kennen. Ze worden weergegeven in oplopende volgorde van onze beoordelingen …
Rover met veer
Raketten, parachutes en luchtkussens maakten het mogelijk dat verschillende rovers op Mars konden landen. Maar de volgende generatie planetaire verkenningsrobots zou kunnen worden gedaan met een geheel andere technologie. Dr. Vytas SunSpiral en collega's van NASA overwegen om een robot naar Saturnusmaan Titan te sturen, die volledig zal bestaan uit staven die bij elkaar worden gehouden door gestrekte kabels. Zo'n 'gespannen' constructie, uitgerust met wetenschappelijke apparatuur, heeft geen parachute of airbag nodig. "De structuur zelf is flexibel genoeg om impactenergie te absorberen tijdens de landing en om de lading te beschermen", legt Sunspiral uit. En het zorgt ook voor mobiliteit. “Na de landing, door de kabels in te korten en te verlengen, kan ze rondrollen en de planeet verkennen.
Astronauten in winterslaap
Promotie video:
Het idee om astronauten in winterslaap te houden tijdens uitgebreide interplanetaire missies wordt voortdurend uitgebuit in sciencefiction. Van 2001 Space Odyssey tot Avatar, geavanceerde levensondersteunende systemen worden een zichtbaar beeld van de zeer geavanceerde ruimtetechnologieën van de toekomst. Maar zelfs nu, wanneer Mars wordt beschouwd als de plaats van toekomstige pioniersactiviteiten, werken sommigen er al aan om het sci-fi-idee van winterslaap in werkelijkheid te gebruiken. Dr. John E Bradford, president van het Amerikaanse bedrijf SpaceWorks Engineering, dat financiering heeft ontvangen om deze veelbelovende technologie te onderzoeken, legt uit: “Kortom, we willen de bemanning die naar Mars gaat zes tot negen maanden in diepe slaap brengen - dat is hoe lang de vlucht tussen de aarde en Mars duurt."
De 'diepe slaap'-techniek die het SpaceWorks-team onderzoekt, staat bekend als hypothermische therapie. "Het wordt regelmatig gebruikt om ernstige verwondingen te behandelen", zegt Bradford. "Om deze toestand van winterslaap teweeg te brengen, is het nodig om de kerntemperatuur van het lichaam met 3-5 ° C te verlagen en een zacht kalmerend middel te introduceren." Dit is heel anders dan het proces van het bevriezen van astronauten, dat in films wordt getoond, benadrukt Bradford. “We zijn niet bezig met cryopreservatie en proberen niet alle moleculaire processen te stoppen. Ons doel is om de bemanning tijdens een bepaald deel van de missie inactief te houden in een besloten ruimte."
Om de astronauten in leven te houden, bestudeert het team de medische toepassingen van deze technologie. “Patiënten worden intraveneus gevoed en gedrenkt met waterige oplossingen. Deze methode wordt volledig parenterale voeding genoemd en wordt regelmatig gebruikt om het menselijk bestaan gedurende lange perioden in stand te houden bij de behandeling van kankerpatiënten”, zegt Bradford.
Er zijn een aantal voordelen verbonden aan het in slaap houden van de bemanning tijdens een langere ruimtereis, zegt Bradford: “Als de bemanning zich in deze staat bevindt, kan het volume van de leefruimte aanzienlijk worden verminderd. Dit vermindert uiteindelijk de totale massa van het ruimtevaartuig dat wordt gelanceerd. De bewoonbare ruimte wordt een zeer kleine module, ontworpen voor vier of zes bemanningsleden, die elk in hun eigen winterslaapkamer staan. Als de bemanning wakker is, hebben ze een leefruimte nodig waarin ze kunnen koken en eten, hygiëne en lichaamsbeweging kunnen doen, slapen, plezier hebben en onderzoek doen."
Het kan ook gunstig zijn voor het welzijn van astronauten. "Tijdens een expeditie naar Mars zal een kleine groep mensen gedurende langere tijd onder hoge stress in een zeer kleine ruimte worden opgesloten en zonder de mogelijkheid om de vlucht te onderbreken in geval van een probleem", legt Bradford uit. "Veel moeilijkheden worden verlicht als de bemanning naar bed gaat tijdens een periode van toenemende stress en mogelijk verveling."
Toch is er veel onderzoek nodig om deze technologie toepasbaar te maken in de ruimte. "Uiteindelijk denk ik dat dit de belangrijkste manier van interplanetair reizen zal worden", zegt Bradford. - Stel je voor dat je al over 6 maanden gaat slapen en wakker wordt op Mars. Niet zo slecht!"
Ruimte 3D-printen
De eerste astronauten die Mars verkennen, zullen met gevaren worden geconfronteerd. Naast straling in de ruimte en op de planeet zelf, zullen ze in een verre buitenpost moeten leven zonder de mogelijkheid van operationele voorraden indien nodig. Als een vitaal onderdeel van het ruimtevaartuig aan de oppervlakte kapot gaat, zal er niemand zijn om een reserve af te leveren. Het NIAC Thrifty Air Biomaterials-project zou de oplossing kunnen zijn. Het onderzoekt hoe levende cellen kunnen worden gebruikt in combinatie met 3D-printen om onderdelen van ruimtevaartuigen, constructiematerialen en mogelijk zelfs menselijk weefsel te maken.
Plat landingsgestel
Het kostte jaren van planning en geavanceerde engineering om de complexe landingsprocedure voor NASA's Curiosity Mars Science Laboratory in 2012 voor te bereiden. Het succes van de missie hing af van de vlekkeloze werking van de landingssystemen. Tegenwoordig brengt Curiosity ons unieke beelden van een van de wetenschappelijk meest interessante plekken op de Rode Planeet. Maar er is een veel eenvoudigere manier om veel meer interessante hoeken van het zonnestelsel te verkennen. Het 2D Planetary Lander Project onderzoekt de technologieën die nodig zijn om een verscheidenheid aan wafel-dikke apparaten te maken die verspreid kunnen worden over een planeet, satelliet of asteroïde. Elk van deze apparaten, slechts enkele millimeters dik, zal een oppervlakte van ongeveer een vierkante meter beslaan; het draagt een zonnepaneel, communicatie-elektronica,evenals sensoren voor straling, wind en temperatuur.
Daarnaast kun je er subtiele wetenschappelijke instrumenten op installeren om de directe omgeving te bestuderen. In één vlucht kunnen maximaal 50 van dergelijke apparaten naar het doelwit worden gestuurd. Wanneer meerdere 2D-terugkeervoertuigen worden gelanceerd, is het mogelijk dat het gewicht niet succesvol zal landen. Dat is acceptabel, legt projectleider dr. Hamid Hemmati uit. “Het maakt ook landen mogelijk in gebieden met een hoog risico die echter van groot geologisch belang zijn.
Overval apparaat
Rovers en ruimtevaartuigen in een baan zijn goed voor het verkennen van het zonnestelsel en het afleveren van bodemmonsters uit verre werelden. Ondertussen is het niet eenvoudig om monsters naar de aarde te brengen. Zelfs als het mogelijk was om de sonde zonder problemen te lanceren, heeft deze een lange weg naar het doel, een riskante landing, start en terugkeer door de atmosfeer van de aarde. Vraag het NASA Genesis-team hoe het voelt. Het apparaat verzamelde met succes monsters van zonnewind op een ruimteroute met een lengte van 32 miljoen km, en stortte uiteindelijk in de woestijn van Utah met een snelheid van 320 km / u door ongeopende parachutes in het aardoppervlak.
Nu onderzoekt een groep onder leiding van professor Robert Wingley aan de Universiteit van Washington in Seattle (VS) de mogelijkheid om boardingtechnieken te gebruiken voor sampling. Het idee is dat, vliegend langs een asteroïde of satelliet, penetrators die met het ruimtevaartuig zijn verbonden met lange filamenten op het oppervlak vallen. "Voor asteroïden heb je een gloeidraad nodig van slechts een paar kilometer lang en misschien wel tientallen kilometers voor satellieten", legt Wingley uit. Zodra de penetrators het oppervlak raken, nemen ze de stof op in de capsule om monsters terug te sturen. Deze capsule wordt vervolgens met een touwtje naar de sonde getrokken en teruggestuurd naar de aarde. "Deze techniek zal een enorme sprong voorwaarts betekenen in het begrijpen van de oorsprong van het zonnestelsel", zei Wingley.
Bouwrobots in een baan
Wetenschappers schilderen al lang foto's van gigantische orbitale structuren en ruimteschepen met enorme zonnepanelen die in het zonnestelsel drijven. Het kost astronomisch geld om zulke kolossale structuren de ruimte in te lanceren, en, zoals we bij het ISS hebben gezien, vereist het meeste installatiewerk de medewerking van astronauten.
Dr. Robert Hoyt en collega's bij Tethers Unlimited onderzoeken momenteel een manier om deze moeilijkheden te omzeilen. Het idee is om structuren te lanceren die in staat zijn tot zelfassemblage in een baan om de aarde. De auteurs noemen het SpiderFab ("spider-fabricator"). “We ontwikkelen een proces waarbij materialen de ruimte in worden gelanceerd in de vorm van rollen of rollen tape, en deze materialen worden vervolgens verwerkt tot de nodige structuren”, legt Hoyt uit. Door robotica te combineren met 3D-printtechnologie, hoopt de groep te beginnen met de eenvoudigste orbitale ontwerpen en vervolgens door te gaan met het ontwikkelen van elementen voor de volgende generatie ruimtevaartuigen. "Bemande vluchten binnen het zonnestelsel vereisen enorme constructies om zonnepanelen, stralingsschermen en andere kritische componenten in te zetten", zei Hoyt."Doordat we materialen in een compacte vorm kunnen lanceren, zoals een spiraal van vezels of een container met polymeer, kunnen we raketten van kleinere afmetingen en kosten gebruiken."
Varende rover
Venus heeft een slechte reputatie, en terecht. Zwavelzuurregens, enorme atmosferische druk en een heet oppervlak met een temperatuur van ongeveer +460 ° C maken het extreem onherbergzaam. De laatste plaats waar u een zelfrijdend voertuig naartoe wilt sturen. Planetaire wetenschappers staan echter op het punt dit te doen en willen het zelfs uitrusten met een zeil. Ja, per zeil. Als onderdeel van het NICA-programma onderzoeken NASA-wetenschappers de mogelijkheid om een zeilschip op het land vanaf de zon naar een tweede planeet te sturen. Het apparaat zou in een licht briesje over de relatief vlakke lavavlaktes van Venus kunnen rollen, zeggen de ontwikkelaars. Als alles naar behoren verloopt, kan de Venusrover ongeveer een maand werken, denken ze.
Zonlichtreflectoren
Als we ooit terugkeren naar de maan, is een van de plaatsen waar we in geïnteresseerd zijn het gebied rond Shackleton Crater. Het binnenste deel van de krater is constant in de schaduw verborgen en de schacht wordt bijna altijd verlicht door de zon. De bodem binnenin zou ijs kunnen bevatten dat nodig zou zijn voor een toekomstige maanbasis, en de schacht zou een ideale plek zijn om zonnepanelen te huisvesten. Vanwege de duisternis zal het echter moeilijk zijn om de diepten van de Shackleton-krater en soortgelijke formaties op andere hemellichamen te verkennen. Het Transformers for Extreme Environments-project stelt voor om dit te veranderen met lichtgewicht autonome voertuigen die zonlicht in de duisternis kunnen reflecteren. Het origami-achtige ontwerp kan worden gebruikt om de bodem van een krater te verlichten, een oppervlak te verwarmen en voor communicatie.
Onderzeese robots
Verborgen onder het oppervlak van de maan van Jupiter Europa is een enorme oceaan van vloeibaar water. Dit is de droom van een astrobioloog. Wat er kan worden gedaan om het te onderzoeken, wordt momenteel geïdentificeerd door middel van een NIAC-project onder leiding van Dr. Leigh McCue van de Virginia Polytechnic University (VS).
Volgens het plan van de groep moeten er drie afdalingsvoertuigen naar de oppervlakte van Europa worden gestuurd. Elk van hen zal worden uitgerust met een cryobot die zich een weg baant door de ijskorst totdat deze zich in de subglaciale oceaan bevindt. De drie cryobots laten dan zweefvliegtuigen los die door het water kunnen bewegen en de oceaan in detail kunnen verkennen. "De oceaan van Europa is de meest waarschijnlijke plaats in het zonnestelsel waar buitenaards leven kan worden gevonden", zei McKew. - Het inspireert me erg; ijsonderzoek in Europa zou de manier waarop we over het leven denken kunnen veranderen."