Die NASA investiert in radikale bahnbrechende Konzepte für die Erforschung

Das NIAC-Programm (Innovative Advanced Concepts) der NASA ruft jedes Jahr die breite Öffentlichkeit auf und hofft, bessere oder völlig neue Architekturen, Systeme oder Missionsideen für die Luft- und Raumfahrt zu finden. Als Teil der Direktion für Weltraumtechnologie-Mission ist dieses Programm seit 1998 in Betrieb und dient Unternehmern, Innovatoren und Forschern, die einen Beitrag zur Erforschung des menschlichen Weltraums leisten möchten, als hochrangiger Einstiegspunkt.

In diesem Jahr wurden dreizehn Konzepte für die Phase I des NIAC-Programms ausgewählt, die von neu programmierten Mikroorganismen für den Mars reichen, einem zweidimensionalen Raumschiff, das Weltraummüll umkreisen könnte, einem analogen Rover für extreme Umgebungen, einem Roboter, der Asteroiden in Raumfahrzeuge verwandelt. und ein Exoplanetenjäger der nächsten Generation. Diese Vorschläge wurden für einen Zeitraum von neun Monaten mit jeweils 100.000 USD ausgezeichnet, um die Machbarkeit ihres Konzepts zu bewerten.

Von den dreizehn Vorschlägen stammten vier aus dem Jet Propulsion Laboratory der NASA, der Rest aus anderen NASA-Einrichtungen, privaten Forschungseinrichtungen, Universitäten und Luft- und Raumfahrtunternehmen aus dem ganzen Land. Insgesamt dienen diese Ideen dazu, die Art der Missionen zu veranschaulichen, die die NASA in den kommenden Jahren planen wird, sowie die Spitzentechnologie, die sie nutzen möchten, um sie umzusetzen.

Wie Jason Derleth, Programmleiter des NIAC-Programms (Innovative Advanced Concepts) der NASA, dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:

„Das NIAC-Programm (Innovative Advanced Concepts) der NASA ist eines der Technologieentwicklungsprogramme der NASA im Frühstadium. Bei NIAC konzentrieren wir uns auf Missionsstudien, die den Nutzen neuer Technologien demonstrieren, die am Rande der Science-Fiction stehen, aber dennoch fest in wissenschaftlichen Fakten verwurzelt sind. “

Diejenigen Vorschläge, die als machbar erachtet werden, können sich für eine Phase-II-Auszeichnung bewerben, die aus zusätzlichen Finanzmitteln in Höhe von bis zu 500.000 USD und zwei weiteren Jahren Konzeptentwicklung besteht. Und wie in den Vorjahren waren diese Konzepte, die für Phase I ausgewählt wurden, sehr repräsentativ für die Forschungs- und Explorationsziele der NASA, zu denen Missionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn (LEO) zu erdnahen Asteroiden, Mars, Venus und dem äußeren Sonnensystem gehören .

"Alle 13 dieser neuen NIAC-Studien sind auf ihrem Gebiet innovativ, interessant und bahnbrechend", sagte Derleth. "Es gibt eine Mischung aus NASA-Forschern, Universitäten und von der Industrie geleiteten Studien, die alle nach einem Verfahren ausgewählt wurden, um diejenigen zu identifizieren und zu finanzieren, die den größten Einfluss auf unsere Bemühungen haben, die Grenzen der Luft- und Raumfahrttechnologie zu erweitern."

Zu den Einsendungen des Jet Propulsion Laboratory gehörte beispielsweise eine Mission, bei der eine Sonde zur Venus zurückgeschickt wurde, um deren Atmosphäre eingehender zu erkunden. Dieses kleine solarbetriebene Fahrzeug, das als Venus-Innensonde mit In-situ-Kraft und Antrieb (VIP-INSPR) bekannt ist, verwendet Wasserstoff, der aus der Venusatmosphäre gewonnen wird und durch Elektrolyse isoliert wird, zur Höhenkontrolle in großen Höhen (in a Ballon) und als Notstromquelle in tieferen Lagen.

In der Atmosphäre der Venus ist Solarenergie (aufgrund der geringen Sonnenintensität) keine praktikable Option mehr, und Primärbatterien überleben in der Regel nur ein oder zwei Stunden. Darüber hinaus wurden thermoelektrische Radioisotopgeneratoren (RTGs) – wie diejenigen, die die Voyager-Missionen versorgten – für die Zwecke einer Venus-Sonde als ineffizient abgetan.

VIP-INSPR wird diese Probleme lösen, indem Wasserstoff an einem Ende seiner Struktur nachgefüllt und am anderen Ende mit Strom versorgt wird, wodurch eine nachhaltige Erforschung der venusianischen Atmosphäre ermöglicht wird. Dies ist eine kreative Lösung, um die Herausforderung zu bewältigen, eine Sonde beim Eintritt in die dichte Atmosphäre der Venus mit Strom zu versorgen, und es ist sicher, dass sie Anwendungen bietet, die über die Erforschung der Venus hinausgehen.

In ähnlicher Weise besteht ein weiteres Konzept der JPL darin, einen Rover der nächsten Generation an Venus zu senden, der als Automaton Rover für extreme Umgebungen (AREE) bekannt ist. Dieser Rover möchte auf den Errungenschaften der sowjetischen Programme Venera und Vega aufbauen, die die einzigen Missionen waren, die jemals erfolgreich Rover auf der feindlichen Oberfläche der Venus landeten.

Leider überlebten die erfolgreich gelandeten Sonden nur 23 bis 127 Minuten, bevor ihre Elektronik ausfiel und sie keine Informationen mehr zurücksenden konnten. Durch die Verwendung eines vollständig mechanischen Designs und einer gehärteten Metallstruktur könnte der AREE Wochen oder Monate überleben, lange genug, um wertvolle wissenschaftliche Langzeitdaten zu sammeln und zurückzugeben.

Im Wesentlichen schlugen sie vor, zu einem alten Konzept zurückzukehren und analoge Zahnräder anstelle von Elektronik zu verwenden, um die Erforschung der extremsten Umgebung innerhalb des Sonnensystems zu ermöglichen. Jenseits der Venus wäre eine solche Sonde auch in feindlichen Umgebungen wie Merkur, Jupiters Strahlungsgürtel und dem Inneren von Gasriesen, innerhalb von Vulkanen und vielleicht sogar im Erdmantel nützlich.

Dann gibt es den Icy-Moon Cryovolcano Explorer (ICE), eine weitere JPL-Einreichung, die hoffentlich eines Tages eisige, vulkanisch aktive Umgebungen wie Europa und Enceladus erkunden wird. Das Konzept eines autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV) wurde in den letzten Jahren vielfach erforscht, aber die Aufgabe, ein solches Fahrzeug zum Jupiter oder Saturn und unter die Oberfläche eines ihrer Monde zu bringen, birgt viele Herausforderungen.

Das ICE-Team adressiert diese Probleme, indem es ein Robotersystem von Oberfläche zu Untergrund entwirft, das aus drei Modulen besteht. Das erste ist das Oberflächenmodul (SM), das nach der Landung des Fahrzeugs an der Oberfläche verbleibt und Strom und Kommunikation mit der Erde bereitstellt. Währenddessen wird das Abstiegsmodul (DM) eine Kombination aus Roving, Klettern, Abseilen und Hüpfen verwenden, um in eine vulkanische Entlüftung abzusteigen. Sobald es den unterirdischen Ozean erreicht, wird das AUV-Modul gestartet, das die unterirdische Ozeanumgebung erforscht und nach Lebenszeichen sucht.

Zu guter Letzt schlug die JPL auch den Electostatic-Glider (E-Glider) für das diesjährige NIAC-Programm vor. Dieser Vorschlag fordert die Schaffung eines aktiven, elektrostatisch angetriebenen Raumfahrzeugs zur Erforschung luftloser Körper. In der Nähe der Oberfläche von Kometen, Asteroiden und dem Mond ist die Umgebung aufgrund des photoelektrischen Beschusses der Sonne sowohl luftlos als auch voller elektrisch geladener Staub.

Ein Segelflugzeug, das mit einem Paar dünner, geladener Gliedmaßen ausgestattet ist, könnte daher die Wechselwirkungen mit diesen Partikeln nutzen, um einen elektrostatischen Auftrieb zu erzeugen und sich um den Körper herum zu bewegen. Diese Anhänge sind auch so angelenkt, dass sie die Schwebekraft in die Richtung lenken, die für den Antrieb und das Manövrieren am bequemsten ist. Es könnte auch landen, indem es einfach diese Anhänge zurückverfolgt (oder möglicherweise Triebwerke oder einen Anker verwendet).

Neben der NASA gehören zu den anderen Konzepten, die den Schnitt vorgenommen haben, der TANDEM (Tension Adjustable Novel Deployable Entry Mechanism). In einem neuartigen Ansatz besteht das TANDEM aus einem Tensegrity-Rahmen mit einem halbstarren entfaltbaren Hitzeschild aus 3-D-gewebtem Carbon-Stoff. Für jeden Teil der Mission wird dieselbe Infrastruktur verwendet, wobei der Schild beim Eintritt Schutz bietet und der Rahmen die Fortbewegung auf der Oberfläche ermöglicht.

Durch die Wiederverwendung derselben Infrastruktur möchte TANDEM das effizienteste System sein, das jemals vorgeschlagen wurde. Der Einsatz der Tensegrity-Robotik, der derzeit ein weitgehend unerforschtes Konzept ist, bietet auch zahlreiche potenzielle Vorteile beim Ein- und Abstieg. Dazu gehören die Fähigkeit, seine Form anzupassen, um eine optimale Landung zu erreichen, und die Fähigkeit, sich neu zu orientieren und sein aerodynamisches Zentrum aufzuladen, wenn es umkippt.

Darüber hinaus hängt die konventionelle Tensegrity-Fortbewegung weitgehend von der Betätigung der äußeren Kabel ab, für die mechanische Vorrichtungen in jeder Strebe erforderlich sind, um die Kabel einzuspulen. Ein solches System kann sich jedoch in extremen Umgebungen als unpraktisch erweisen, da jede Strebe vor der Umgebung geschützt werden muss. Dies kann das Fahrzeug zu schwer machen und zu höheren Startkosten beitragen.

Im Gegensatz dazu basiert das TANDEM nur auf der Betätigung des inneren Kabels, wodurch die Fortbewegungsmechanismen im zentralen Nutzlastmodul untergebracht werden können. Zusammengenommen bedeutet dies, dass das TANDEM-Konzept Landungen an neuen Orten ermöglichen kann (was die Möglichkeit für neue Missionen eröffnet), deutlich raueres Gelände als vorhandene Rover durchqueren und ein höheres Maß an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Kosteneffizienz für die Oberfläche bieten kann Missionen.

Aus dem privaten Sektor erhielt Made In Space ein Phase-I-Stipendium für das Konzept, Asteroiden in mechanische Automaten (RAMA) umzuwandeln. Kurz gesagt, dieses Konzept läuft darauf hinaus, analoge Computer und Mechanismen zu verwenden, um Asteroiden in riesige, autonome mechanische Raumfahrzeuge umzuwandeln, die wahrscheinlich Anwendung finden, wenn es darum geht, potenziell gefährliche Asteroiden (PHAs) von der Erde abzulenken oder NEOs näher an die Erde zu bringen studiert werden.

Das Konzept wurde unter Berücksichtigung der jüngsten Entwicklungen in der additiven Fertigung (3D-Druck) und der In-situ-Ressourcennutzung (ISRU) entwickelt. Die Mission würde aus einer Reihe technisch einfacher Roboterkomponenten bestehen, die an einen Asteroiden gesendet werden, der dann Elemente davon in sehr grundlegende Teile von Subsystemen von Raumfahrzeugen umwandelt – wie Leit-, Navigations- und Steuerungssysteme (GNC), Antrieb und Avionik.

Ein solcher Vorschlag bietet kostensparende Maßnahmen, da nicht alle Raumfahrzeug-Subsysteme in den Weltraum gebracht werden müssen. Es bietet der NASA auch eine kostengünstige und skalierbare Möglichkeit, zukünftige Missionskonzepte wie die Asteroid Redirect Mission (ARM), die New Frontiers Comet Surface Sample Return und andere Near Earth Object (NEO) -Anwendungen zu realisieren. Wenn alles nach Plan läuft, glaubt Made In Space, dass es in der Lage sein wird, innerhalb von 20 bis 30 Jahren eine Weltraummission zu schaffen, die 3D-Druck und ISRU verwendet.

Ein weiteres interessantes Konzept ist der Direct Fusion Drive (DFD), der von Princeton Satellite Systems Inc. vorgeschlagen wurde. Basierend auf dem PFRC-Fusionsreaktor (Princeton Field Reversed Configuration), der derzeit im Princeton Plasma Physics Laboratory entwickelt wird, würde diese Mission dies beinhalten Senden eines 1000 kg Landers nach Pluto innerhalb von 4 bis 6 Jahren. Zum Vergleich: Die Raumsonde New Horizons brauchte ungefähr 9 Jahre, um Pluto zu erreichen, und hatte nicht den nötigen Treibstoff, um langsamer zu werden oder zu landen.

Das Ames Research Center der NASA schlug auch eine Mission vor, die sich auf Bioprinting und ein End-to-End-Recyclingsystem stützt, um die Marsatmosphäre in Ersatzelektronik umzuwandeln. Unter der Anleitung von Dr. Lynn Rothschild fordert diese revolutionäre Idee, dass kleine lebende Zellen in einem Gel ausgedruckt werden, das dann Ressourcen (wie die lokale Atmosphäre) verbraucht und Metalle, Kunststoffe oder andere nützliche Materialien ausscheidet.

Mit dieser Art von Technologie könnte die Masse der Missionen erheblich reduziert und vor Ort eine Ersatzelektronik erstellt werden, um Ausfälle oder Ausfälle zu beheben. Dieser Vorschlag wird nicht nur die Wahrscheinlichkeit eines Missionserfolgs erhöhen, sondern könnte auch unmittelbare Anwendung auf Umweltprobleme hier auf der Erde finden (nicht zuletzt das Problem des Elektroschrotts).

Die anderen Gewinnervorschläge können hier gelesen werden und enthalten eine Sonde, die die molekulare Zusammensetzung von „kalten Zielen“ im Sonnensystem (wie Asteroiden, Kometen, Planeten und Monde) analysiert, einem zweidimensionalen Brane-Fahrzeug, das verschmelzen könnte mit Trümmern aus der Umlaufbahn, um es zu desorbieren, und dem Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) – einer geplanten Europa-Mission, bei der Mikrolander in Cubesat-Größe Wasser aus dem inneren Ozean des Mondes ernten würden.

Es gibt auch das Mars Molniya Orbit Atmospheric Resource Mining des NASA Kennedy Space Center, das Ressourcen im Mars Orbit nutzen würde, um Reisen zum Roten Planeten für zukünftige Missionen erschwinglicher zu machen. Und zu guter Letzt gab es den von Nanohmics Inc. vorgeschlagenen Exoplanetenjäger, der eine als Sternecho-Bildgebung bekannte Technik verwenden würde, um eine detailliertere Abbildung von Exoplaneten als bestehende Techniken zu ermöglichen.

Alles in allem sind die diesjährigen Phase-I-Auszeichnungen ein gutes Beispiel für die Forschungsziele, die die NASA in den kommenden Jahren verfolgen will. Dazu gehören unter anderem das Studium von NEOs, die Rückkehr zur Venus, weitere Missionen zum Mars und Pluto sowie die Erkundung der exotischen Umgebungen des äußeren Sonnensystems. Nur die Zeit wird zeigen, welche Missionen von Science-Fiction in den Bereich der wissenschaftlichen Fakten übergehen und welche für spätere Überlegungen beiseite gelegt werden müssen.

Rate article
Schreibe einen Kommentar