Quando si parla di tecnologia spaziale, può sembrare che non sia accaduto nulla di significativo dallo sbarco sulla luna quattro decenni fa. Ma se vuoi immaginare come si svilupperà l'esplorazione spaziale nei prossimi decenni, devi solo prestare attenzione al poco noto programma della NASA di concetti avanzati innovativi (NIAC). Gli specialisti impiegati stanno studiando la questione del finanziamento di idee avanzate, che, secondo l'agenzia spaziale statunitense, potrebbero aprire nuove possibilità per esplorare il sistema solare.
"Il compito del NIAC è quello di dare una possibilità a progetti audaci e insoliti che sono considerati troppo rischiosi", afferma il Dr. Jay Katker, responsabile del programma NIAC. Dal 2011, il programma ha assegnato ogni anno fondi significativi a progetti che potrebbero portare a significativi progressi tecnologici. Ci sono pochissime restrizioni. Le idee finanziate abbracciano molte aree, dai sistemi robotici avanzati alle soluzioni ingegneristiche avanzate necessarie per inviare gli esseri umani su Marte. "Riceviamo centinaia di applicazioni ogni anno e ogni volta ci sono idee sorprendenti a cui nessuno ha pensato prima", afferma Volker.
Abbiamo selezionato 10 progetti che hanno recentemente ricevuto il via libera sotto forma di sovvenzioni NIAC. Potrebbero passare molti anni prima che si mostrino nello spazio, ma vale comunque la pena conoscerli. Sono presentati in ordine crescente rispetto alle nostre valutazioni …
Rover caricato a molla
Razzi, paracadute e cuscini d'aria hanno permesso a diversi rover di atterrare su Marte. Ma la prossima generazione di robot scout planetari potrebbe essere realizzata utilizzando una tecnologia completamente diversa. Il dottor Vytas SunSpiral e colleghi della NASA stanno prendendo in considerazione l'invio di un robot sulla luna di Saturno Titano, che sarà costituito interamente da aste tenute insieme da cavi tesi. Una struttura così “tesa”, dotata di attrezzatura scientifica, non necessita di paracadute o airbag. "La struttura stessa è sufficientemente flessibile da assorbire l'energia dell'impatto durante l'atterraggio e da proteggere il carico utile", spiega Sunspiral. E fornisce anche mobilità. “Dopo l'atterraggio, accorciando e allungando i cavi, può rotolare esplorando il pianeta.
Astronauti in letargo
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L'idea di ibernare gli astronauti durante estese missioni interplanetarie è stata continuamente sfruttata nella fantascienza. Dall'Odissea nello spazio del 2001 ad Avatar, i sofisticati sistemi di supporto vitale stanno diventando un'immagine visibile delle tecnologie spaziali altamente avanzate del futuro. Ma anche ora, quando Marte è considerato il luogo delle future attività pioniere, alcuni stanno già lavorando sull'utilizzo dell'idea fantascientifica dell'ibernazione nella realtà. Il dottor John E Bradford, presidente della società statunitense SpaceWorks Engineering, che ha ricevuto finanziamenti per la ricerca su questa promettente tecnologia, spiega: "In breve, vogliamo far dormire profondamente l'equipaggio su Marte per sei-nove mesi - questo è quanto dura il volo tra la Terra e Marte ".
La tecnica del "sonno profondo" che il team di SpaceWorks sta ricercando è nota come terapia ipotermica. "Viene regolarmente utilizzato per il trattamento di lesioni gravi", afferma Bradford. "Per indurre questo stato di ibernazione, è necessario abbassare la temperatura corporea interna di 3-5 ° C e introdurre un leggero sedativo". Questo è molto diverso dal processo di congelamento degli astronauti, che viene mostrato nei film, sottolinea Bradford. “Non siamo impegnati nella crioconservazione e non stiamo cercando di fermare tutti i processi molecolari. Il nostro obiettivo è riuscire a mantenere l'equipaggio inattivo in uno spazio ristretto durante una certa parte della missione ".
Per mantenere in vita gli astronauti, il team sta studiando le applicazioni mediche di questa tecnologia. “I pazienti vengono nutriti e annaffiati per via endovenosa utilizzando soluzioni acquose. Questo metodo è chiamato nutrizione tutto parenterale ed è regolarmente utilizzato per sostenere l'esistenza umana per lunghi periodi di tempo nel trattamento dei malati di cancro , afferma Bradford.
Ci sono una serie di vantaggi nel mantenere l'equipaggio addormentato durante un lungo viaggio nello spazio, dice Bradford: “Se l'equipaggio si trova in questo stato, il volume dello spazio vitale può essere notevolmente ridotto. Questo alla fine riduce la massa totale del veicolo spaziale lanciato. Lo spazio abitabile sarà un modulo molto piccolo, progettato per quattro o sei membri dell'equipaggio, ognuno dei quali si trova nella propria camera di ibernazione. Quando l'equipaggio è sveglio, ha bisogno di uno spazio in cui vivere in cui cucinare e mangiare, fare igiene ed esercizio fisico, dormire, divertirsi e fare ricerca.
Può anche essere utile per il benessere degli astronauti. "Durante una spedizione su Marte, una piccola troupe di persone sarà confinata in uno spazio molto piccolo per lunghi periodi di tempo sotto forte stress e senza la possibilità di interrompere il volo in caso di problemi", spiega Bradford. "Molte difficoltà sono alleviate se l'equipaggio va a letto durante un periodo di crescente stress e, forse, noia".
Eppure sono necessarie molte ricerche per rendere questa tecnologia applicabile nello spazio. "In definitiva, penso che questa diventerà la principale modalità di viaggio interplanetario", afferma Bradford. - Immagina di andare a dormire e di svegliarti tra 6 mesi già su Marte. Non così male!"
Stampa 3D spaziale
I primi astronauti che esploreranno Marte dovranno affrontare dei pericoli. Oltre alle radiazioni nello spazio e sul pianeta stesso, dovranno vivere in un lontano avamposto senza possibilità di rifornimenti operativi se necessario. Se una parte vitale della navicella si rompe mentre è in superficie, non ci sarà nessuno a consegnarne una di scorta. Il progetto NIAC Thrifty Air Biomaterials potrebbe essere la soluzione. Esplora come le cellule viventi possono essere utilizzate in combinazione con la stampa 3-D per creare parti di veicoli spaziali, materiali di costruzione e possibilmente anche tessuti umani.
Carrello di atterraggio piatto
Ci sono voluti anni di pianificazione e ingegneria all'avanguardia per preparare la complessa procedura di atterraggio per il Curiosity Mars Science Laboratory della NASA nel 2012. Il successo della missione dipendeva dal funzionamento impeccabile dei sistemi di atterraggio. Oggi, Curiosity ci offre immagini uniche di uno dei luoghi scientificamente più interessanti del Pianeta Rosso. Ma c'è un modo molto più semplice per esplorare molti angoli più interessanti del sistema solare. Il progetto 2D Planetary Lander sta esplorando le tecnologie necessarie per creare una varietà di dispositivi spessi come una cialda che possono essere sparsi su un pianeta, satellite o asteroide. Ciascuno di questi dispositivi, con uno spessore di pochi millimetri, coprirà un'area di circa un metro quadrato; trasporterà un pannello solare, elettronica di comunicazione,oltre a sensori per radiazioni, vento e temperatura.
Inoltre, è possibile installare sottili strumenti scientifici su di esso per studiare le immediate vicinanze. È possibile inviare fino a 50 dispositivi di questo tipo al bersaglio in un volo. Quando vengono lanciati più veicoli di rientro 2D, potrebbe non essere il peso ad atterrare correttamente. Questo è accettabile, spiega il capo del progetto, il dottor Hamid Hemmati. “Permette anche di atterrare in zone ad alto rischio che sono però di grande interesse geologico.
Apparato per rapina
I rover e le navicelle orbitanti sono ottimi per esplorare il sistema solare e trasportare campioni di suolo da mondi lontani. Consegnare campioni sulla Terra, nel frattempo, non è facile. Anche se è stato possibile lanciare la sonda senza problemi, ha una lunga strada verso l'obiettivo, un atterraggio, un decollo e un ritorno rischiosi attraverso l'atmosfera terrestre. Chiedete al team Genesis della NASA come ci si sente. Il dispositivo ha raccolto con successo campioni del vento solare su una rotta spaziale con una lunghezza di 32 milioni di km e alla fine si è schiantato sulla superficie terrestre a una velocità di 320 km / h nel deserto dello Utah a causa di paracadute non aperti.
Ora un gruppo guidato dal professor Robert Wingley dell'Università di Washington a Seattle (USA) sta esplorando la possibilità di utilizzare tecniche di imbarco per il campionamento. L'idea è che, sorvolando un asteroide o un satellite, faccia cadere sulla sua superficie dei penetratori collegati alla navicella con lunghi filamenti. "Per gli asteroidi, avrai bisogno di un filamento lungo solo pochi chilometri e forse decine di chilometri per i satelliti", spiega Wingley. Una volta che i penetratori colpiscono la superficie, raccolgono la sostanza nella capsula per restituire i campioni. Questa capsula viene quindi tirata da una corda alla sonda e rimandata sulla Terra. "Questa tecnica fornirà un enorme balzo in avanti nella comprensione dell'origine del sistema solare", ha detto Wingley.
Robot da costruzione in orbita
Gli scienziati dipingono da tempo immagini di gigantesche strutture orbitali e astronavi con enormi pannelli solari che galleggiano nel sistema solare. Il lancio nello spazio di strutture così colossali costa denaro astronomico e, come abbiamo visto con la ISS, la maggior parte del lavoro di installazione richiede la partecipazione di astronauti.
Il dottor Robert Hoyt e colleghi di Tethers Unlimited stanno attualmente esplorando un modo per aggirare queste difficoltà. L'idea è quella di lanciare strutture in grado di autoassemblarsi in orbita. Gli autori lo chiamano SpiderFab ("spider-fabricator"). "Stiamo sviluppando un processo in cui i materiali vengono lanciati nello spazio sotto forma di bobine o rotoli di nastro, quindi questi materiali vengono elaborati per creare le strutture necessarie", spiega Hoyt. Combinando la robotica con la tecnologia di stampa 3D, il gruppo spera di iniziare con i progetti orbitali più semplici e quindi passare allo sviluppo di elementi per veicoli spaziali di prossima generazione. "I voli con equipaggio all'interno del sistema solare richiedono enormi strutture per dispiegare array di pannelli solari, schermi contro le radiazioni e altri componenti critici", ha detto Hoyt."Essere in grado di lanciare materiali in una forma compatta, come una bobina di fibra o un contenitore di polimero, ci consentirà di utilizzare razzi di dimensioni e costi inferiori".
Rover a vela
Venere ha una cattiva reputazione, e meritatamente. Le piogge di acido solforico, l'enorme pressione atmosferica e una superficie calda con una temperatura di circa +460 ° C la rendono estremamente inospitale. L'ultimo posto in cui vuoi inviare un veicolo semovente. Tuttavia, gli scienziati planetari stanno per farlo e vogliono persino equipaggiarlo con una vela. Sì, in barca a vela. Nell'ambito del programma NICA, gli scienziati della NASA stanno studiando la possibilità di inviare una nave a vela terrestre su un secondo pianeta dal Sole. Il dispositivo potrebbe rotolare attraverso le pianure laviche relativamente piatte di Venere con una leggera brezza, dicono gli sviluppatori. Se tutto va come dovrebbe, il rover Venus può funzionare per circa un mese, credono.
Riflettori di luce solare
Se mai dovessimo tornare sulla luna, uno dei luoghi che ci interessano è l'area intorno al cratere Shackleton. La parte interna del cratere è costantemente nascosta nell'ombra e il suo albero è quasi sempre illuminato dal sole. Il terreno all'interno potrebbe contenere ghiaccio che sarebbe necessario per una futura base lunare e il pozzo sarebbe un luogo ideale per ospitare i pannelli solari. Tuttavia, sarà difficile esplorare le profondità del cratere Shackleton e formazioni simili su altri corpi celesti a causa dell'oscurità. Il progetto Transformers for Extreme Environments propone di cambiare questa situazione con veicoli autonomi leggeri in grado di riflettere la luce del sole nell'oscurità. Il design simile a un origami può essere utilizzato per illuminare il fondo di un cratere, per riscaldare una superficie e per la comunicazione.
Robot sottomarini
Nascosto sotto la superficie della luna di Giove Europa c'è un vasto oceano di acqua liquida. Questo è il sogno di un astrobiologo. Quello che si può fare per indagare è attualmente determinato da un progetto NIAC guidato dal Dr. Leigh McCue della Virginia Polytechnic University (USA).
Secondo il piano del gruppo, tre veicoli di discesa dovrebbero essere inviati sulla superficie dell'Europa. Ognuno di loro sarà dotato di un criobot che si scioglierà attraverso la crosta di ghiaccio fino a quando non si troverà nell'oceano subglaciale. I tre criobot rilasceranno quindi alianti in grado di muoversi attraverso l'acqua, esplorando l'oceano in dettaglio. "L'oceano di Europa è il luogo più probabile nel sistema solare in cui si potrebbe trovare la vita extraterrestre", ha detto McKew. - Mi ispira molto; l'esplorazione del ghiaccio in Europa potrebbe cambiare il modo in cui pensiamo alla vita ".
