Wenn es um Weltraumtechnologie geht, scheint es, als sei seit der Mondlandung vor vier Jahrzehnten nichts Wesentliches passiert. Wenn Sie sich jedoch vorstellen möchten, wie sich die Weltraumforschung in den kommenden Jahrzehnten entwickeln wird, müssen Sie nur auf das wenig bekannte Programm der NASA für innovative fortschrittliche Konzepte (NIAC) achten. Die darin beschäftigten Spezialisten untersuchen das Thema der Finanzierung fortgeschrittener Ideen, die laut US-Raumfahrtbehörde neue Möglichkeiten für die Erforschung des Sonnensystems eröffnen könnten.
"Die Mission des NIAC ist es, mutigen und ungewöhnlichen Projekten, die als zu riskant gelten, eine Chance zu geben", sagt NIAC-Programmmanager Dr. Jay Katker. Seit 2011 hat das Programm jedes Jahr erhebliche Mittel für Projekte bereitgestellt, die zu einem erheblichen technologischen Fortschritt führen könnten. Es gibt nur sehr wenige Einschränkungen. Die finanzierten Ideen erstrecken sich über viele Bereiche, von fortschrittlichen Robotersystemen bis hin zu fortschrittlichen technischen Lösungen, die erforderlich sind, um Menschen zum Mars zu schicken. „Wir erhalten jedes Jahr Hunderte von Bewerbungen, und jedes Mal gibt es erstaunliche Ideen, an die noch niemand gedacht hat“, sagt Volker.
Wir haben 10 Projekte ausgewählt, die kürzlich grünes Licht in Form von NIAC-Zuschüssen erhalten haben. Es mag viele Jahre dauern, bis sie sich im Weltraum zeigen, aber es lohnt sich immer noch, sie kennenzulernen. Sie werden in aufsteigender Reihenfolge unserer Bewertungen dargestellt …
Federbelasteter Rover
Raketen, Fallschirme und Luftkissen ermöglichten es mehreren Rovers, auf dem Mars zu landen. Die nächste Generation von Planetenscout-Robotern könnte jedoch mit einer völlig anderen Technologie hergestellt werden. Dr. Vytas SunSpiral und Kollegen von der NASA erwägen, einen Roboter zum Saturnmond Titan zu schicken, der vollständig aus Stäben bestehen wird, die durch gespannte Kabel zusammengehalten werden. Eine solche „angespannte“Struktur, die mit wissenschaftlichen Geräten ausgestattet ist, erfordert keinen Fallschirm oder Airbag. „Die Struktur selbst ist flexibel genug, um Aufprallenergie während der Landung zu absorbieren und die Nutzlast zu schützen“, erklärt Sunspiral. Und es bietet auch Mobilität. „Nach der Landung kann sie durch Verkürzen und Verlängern der Kabel den Planeten erkunden.
Astronauten im Winterschlaf
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Die Idee, Astronauten während ausgedehnter interplanetarer Missionen in den Winterschlaf zu versetzen, wurde in der Science-Fiction kontinuierlich genutzt. Von 2001 Space Odyssey bis Avatar werden hochentwickelte Lebenserhaltungssysteme zu einem sichtbaren Bild der hochentwickelten Weltraumtechnologien der Zukunft. Aber selbst jetzt, wenn der Mars als Ort zukünftiger Pionieraktivitäten betrachtet wird, arbeiten einige bereits daran, die Science-Fiction-Idee des Winterschlafes in die Realität umzusetzen. Dr. John E Bradford, Präsident des US-amerikanischen Unternehmens SpaceWorks Engineering, das Mittel für die Erforschung dieser vielversprechenden Technologie erhalten hat, erklärt: „Kurz gesagt, wir möchten die Besatzung, die zum Mars fährt, für sechs bis neun Monate in den Tiefschlaf versetzen. So lange dauert der Flug zwischen Erde und Mars."
Die vom SpaceWorks-Team erforschte "Tiefschlaf" -Technik wird als hypothermische Therapie bezeichnet. "Es wird regelmäßig zur Behandlung schwerer Verletzungen eingesetzt", sagt Bradford. "Um diesen Winterschlaf zu induzieren, muss die Körpertemperatur um 3-5 ° C gesenkt und ein sanftes Beruhigungsmittel eingeführt werden." Dies unterscheidet sich sehr von dem Prozess des Einfrierens von Astronauten, der in Filmen gezeigt wird, betont Bradford. „Wir beschäftigen uns nicht mit Kryokonservierung und versuchen nicht, alle molekularen Prozesse zu stoppen. Unser Ziel ist es, die Besatzung während eines bestimmten Teils der Mission auf engstem Raum inaktiv zu halten."
Um die Astronauten am Leben zu erhalten, untersucht das Team die medizinischen Anwendungen dieser Technologie. „Die Patienten werden mit wässrigen Lösungen intravenös gefüttert und bewässert. Diese Methode wird als rein parenterale Ernährung bezeichnet und wird regelmäßig angewendet, um die menschliche Existenz über lange Zeiträume bei der Behandlung von Krebspatienten aufrechtzuerhalten “, sagt Bradford.
Bradford sagt, dass es eine Reihe von Vorteilen hat, die Besatzung während einer längeren Raumfahrt im Schlaf zu halten: „Wenn sich die Besatzung in diesem Zustand befindet, kann das Wohnraumvolumen erheblich reduziert werden. Dies reduziert letztendlich die Gesamtmasse des zu startenden Raumfahrzeugs. Der bewohnbare Raum wird ein sehr kleines Modul sein, das für vier oder sechs Besatzungsmitglieder ausgelegt ist, von denen sich jedes in einer eigenen Winterschlafkammer befindet. Wenn die Besatzung wach ist, brauchen sie einen Lebensraum, in dem sie kochen und essen, Hygiene und Bewegung betreiben, schlafen, Spaß haben und Nachforschungen anstellen können."
Es kann auch für das Wohlbefinden von Astronauten von Vorteil sein. „Auf einer Expedition zum Mars wird eine kleine Truppe von Menschen für längere Zeit unter hohem Stress und ohne die Fähigkeit, den Flug im Falle eines Problems zu unterbrechen, auf engstem Raum eingesperrt sein“, erklärt Bradford. "Viele Schwierigkeiten werden gelindert, wenn die Besatzung in einer Zeit zunehmenden Stresses und möglicherweise Langeweile ins Bett geht."
Es ist jedoch viel Forschung erforderlich, um diese Technologie im Weltraum anwendbar zu machen. "Letztendlich denke ich, dass dies der Hauptmodus des interplanetaren Reisens sein wird", sagt Bradford. - Stellen Sie sich vor, Sie werden in 6 Monaten bereits auf dem Mars schlafen und aufwachen. Nicht so schlecht!"
Space 3D-Druck
Die ersten Astronauten, die den Mars erforschen, werden Gefahren ausgesetzt sein. Zusätzlich zur Strahlung im Weltraum und auf dem Planeten selbst müssen sie in einem entfernten Außenposten leben, ohne dass bei Bedarf eine Versorgung möglich ist. Wenn ein wichtiger Teil des Raumfahrzeugs an der Oberfläche kaputt geht, gibt es niemanden, der ein Ersatzteil liefert. Das NIAC Thrifty Air Biomaterials-Projekt könnte die Lösung sein. Es wird untersucht, wie lebende Zellen in Kombination mit 3D-Druck verwendet werden können, um Teile von Raumfahrzeugen, Konstruktionsmaterialien und möglicherweise sogar menschliches Gewebe herzustellen.
Flaches Fahrwerk
Die Vorbereitung des komplexen Landeverfahrens für das Curiosity Mars Science Laboratory der NASA im Jahr 2012 erforderte jahrelange Planung und modernste Technik. Der Erfolg der Mission hing vom einwandfreien Betrieb der Landesysteme ab. Heute bringt uns Curiosity einzigartige Bilder von einem der wissenschaftlich interessantesten Orte auf dem Roten Planeten. Es gibt jedoch eine viel einfachere Möglichkeit, viele weitere interessante Ecken des Sonnensystems zu erkunden. Das 2D Planetary Lander Project untersucht die Technologien, die zur Herstellung einer Vielzahl von waffeldicken Geräten erforderlich sind, die über einen Planeten, Satelliten oder Asteroiden verstreut werden können. Jedes solche Gerät, nur wenige Millimeter dick, wird eine Fläche von etwa einem Quadratmeter abdecken; es wird ein Solarpanel, Kommunikationselektronik, tragensowie Sensoren für Strahlung, Wind und Temperatur.
Darüber hinaus können Sie subtile wissenschaftliche Instrumente installieren, um die unmittelbare Umgebung zu untersuchen. Bis zu 50 solcher Geräte können in einem Flug an das Ziel gesendet werden. Wenn mehrere 2D-Wiedereintrittsfahrzeuge gestartet werden, ist es möglicherweise nicht das Gewicht, das erfolgreich landet. Dies ist akzeptabel, erklärt Projektleiter Dr. Hamid Hemmati. „Es ermöglicht auch die Landung in Gebieten mit hohem Risiko, die jedoch von großem geologischen Interesse sind.
Raubüberfallapparat
Rover und umlaufende Raumschiffe sind gut geeignet, um das Sonnensystem zu erkunden und Bodenproben aus fernen Welten zu liefern. Die Lieferung von Proben an die Erde ist nicht einfach. Selbst wenn es möglich war, die Sonde ohne Probleme zu starten, hat sie einen langen Weg zum Ziel, eine riskante Landung, einen Start und eine Rückkehr durch die Erdatmosphäre. Fragen Sie das NASA Genesis-Team, wie es sich anfühlt. Das Gerät sammelte erfolgreich Proben von Sonnenwind auf einer Weltraumroute mit einer Länge von 32 Millionen km und stürzte am Ende mit einer Geschwindigkeit von 320 km / h in der Wüste von Utah aufgrund ungeöffneter Fallschirme gegen die Erdoberfläche.
Jetzt untersucht eine Gruppe unter der Leitung von Professor Robert Wingley an der Universität von Washington in Seattle (USA) die Möglichkeit, Boarding-Techniken für die Probenahme zu verwenden. Die Idee ist, dass beim Vorbeiflug an einem Asteroiden oder Satelliten Penetratoren, die mit langen Filamenten verbunden sind, mit langen Filamenten auf die Oberfläche fallen. „Für Asteroiden benötigen Sie ein Filament, das nur wenige Kilometer lang und für Satelliten vielleicht zehn Kilometer lang ist“, erklärt Wingley. Sobald die Penetratoren auf die Oberfläche treffen, nehmen sie die Substanz in die Kapsel auf, um Proben zurückzugeben. Diese Kapsel wird dann mit einer Schnur zur Sonde gezogen und zur Erde zurückgeschickt. "Diese Technik wird einen großen Fortschritt beim Verständnis des Ursprungs des Sonnensystems bedeuten", sagte Wingley.
Bauroboter im Orbit
Wissenschaftler malen seit langem Bilder von riesigen Orbitalstrukturen und Raumschiffen mit riesigen Sonnenkollektoren, die im Sonnensystem schweben. Es kostet astronomisches Geld, solche kolossalen Strukturen in den Weltraum zu bringen, und wie wir bei der ISS gesehen haben, erfordert der Großteil der Installationsarbeiten die Teilnahme von Astronauten.
Dr. Robert Hoyt und Kollegen von Tethers Unlimited untersuchen derzeit einen Weg, um diese Schwierigkeiten zu umgehen. Die Idee ist, Strukturen zu starten, die sich im Orbit selbst organisieren können. Die Autoren nennen es SpiderFab ("Spider-Fabricator"). „Wir entwickeln einen Prozess, bei dem Materialien in Form von Rollen oder Bandrollen in den Weltraum gebracht werden und diese Materialien dann verarbeitet werden, um die erforderlichen Strukturen zu schaffen“, erklärt Hoyt. Durch die Kombination von Robotik mit 3D-Drucktechnologie hofft die Gruppe, mit den einfachsten Orbitalentwürfen beginnen und dann Elemente für Raumfahrzeuge der nächsten Generation entwickeln zu können. "Bemannte Flüge innerhalb des Sonnensystems erfordern riesige Strukturen, um Solar-Array-Arrays, Strahlungsschilde und andere kritische Komponenten einzusetzen", sagte Hoyt."Wenn wir Materialien in kompakter Form wie eine Faserspule oder einen Polymerbehälter starten können, können wir Raketen mit geringerer Größe und geringeren Kosten einsetzen."
Segelrover
Venus hat zu Recht einen schlechten Ruf. Schwefelsäureregen, enormer Luftdruck und eine heiße Oberfläche mit einer Temperatur von ca. +460 ° C machen es extrem unwirtlich. Der letzte Ort, an den Sie ein selbstfahrendes Fahrzeug senden möchten. Planetenwissenschaftler sind jedoch gerade dabei und möchten es sogar mit einem Segel ausstatten. Ja, mit dem Segel. Im Rahmen des NICA-Programms untersuchen Wissenschaftler der NASA die Möglichkeit, ein landgestütztes Segelschiff von der Sonne auf einen zweiten Planeten zu schicken. Das Gerät könnte in einer leichten Brise über die relativ flachen Lavaebenen der Venus rollen, sagen die Entwickler. Wenn alles so läuft, wie es sollte, kann der Venus-Rover etwa einen Monat lang arbeiten, glauben sie.
Sonnenlichtreflektoren
Wenn wir jemals zum Mond zurückkehren, ist einer der Orte, an denen wir interessiert sind, die Gegend um den Shackleton-Krater. Der innere Teil des Kraters ist ständig im Schatten verborgen und sein Schacht wird fast die ganze Zeit von der Sonne beleuchtet. Der Boden im Inneren könnte Eis enthalten, das für eine zukünftige Mondbasis benötigt wird, und der Schacht wäre ein idealer Ort für die Unterbringung von Sonnenkollektoren. Aufgrund der Dunkelheit wird es jedoch schwierig sein, die Tiefen des Shackleton-Kraters und ähnlicher Formationen auf anderen Himmelskörpern zu erkunden. Das Projekt Transformers for Extreme Environments schlägt vor, dies durch leichte autonome Fahrzeuge zu ändern, die Sonnenlicht in die Dunkelheit reflektieren können. Das Origami-ähnliche Design kann verwendet werden, um den Boden eines Kraters zu beleuchten, eine Oberfläche zu erwärmen und um zu kommunizieren.
U-Boot-Roboter
Unter der Oberfläche von Jupiters Mond Europa verbirgt sich ein riesiger Ozean aus flüssigem Wasser. Dies ist der Traum eines Astrobiologen. Was getan werden kann, um dies zu untersuchen, wird derzeit von einem NIAC-Projekt unter der Leitung von Dr. Leigh McCue von der Virginia Polytechnic University (USA) festgelegt.
Nach dem Plan der Gruppe sollten drei Abstiegsfahrzeuge an die Oberfläche Europas geschickt werden. Jeder von ihnen wird mit einem Kryoboter ausgestattet sein, der sich durch die Eiskruste schmilzt, bis er sich im subglazialen Ozean befindet. Die drei Kryoboter setzen dann Segelflugzeuge frei, die sich durch das Wasser bewegen und den Ozean im Detail erkunden können. "Der Ozean Europas ist der wahrscheinlichste Ort im Sonnensystem, an dem außerirdisches Leben gefunden werden kann", sagte McKew. - Es inspiriert mich sehr; Die Eisforschung in Europa könnte die Art und Weise verändern, wie wir über das Leben denken."
