Η διαστημική υπηρεσία έδωσε χρήματα σε ερευνητές που εργάζονται πάνω σε υγρούς καθρέφτες τηλεσκοπίων, σε έναν σεληνιακό αγωγό οξυγόνου και σε αρειανά δομικά στοιχεία από μύκητες.
Ο Mike LaPointe έχει την αξιοζήλευτη δουλειά να βρει πώς θα φτάσει η εξερεύνηση του διαστήματος στο μέλλον της επιστημονικής φαντασίας.
Αυτός και οι συνάδελφοί του χρηματοδοτούν έργα υψηλού κινδύνου και υψηλής ανταμοιβής στο πλαίσιο του προγράμματος της NASA Innovative Advanced Concepts, ή NIAC, το οποίο την περασμένη εβδομάδα ανακοίνωσε επιχορηγήσεις σε 14 ομάδες που εξερευνούν φανταστικές ιδέες. Πολλές από αυτές δεν θα αποδώσουν. Ορισμένες όμως -ίσως ο αγωγός οξυγόνου στη Σελήνη ή το κάτοπτρο του διαστημικού τηλεσκοπίου που κατασκευάζεται πραγματικά στο διάστημα- θα μπορούσαν να αλλάξουν τα δεδομένα.
“Εξετάζουμε οτιδήποτε, από ιδέες που έχουν σχεδιαστεί από το χέρι του χεριού μέχρι πράγματα που έχουν σχεδιαστεί αλλά δεν έχουν αναπτυχθεί ακόμη”, λέει ο LaPointe. “Αυτά είναι πράγματα που θα δούμε 20 έως 30 χρόνια αργότερα για να δούμε πώς θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε δραστικά ή να επιτρέψουμε νέους τύπους αποστολών της NASA”. Για παράδειγμα, ενώ οι προσπάθειες για την ελαφρά αύξηση της απόδοσης ενός χημικού πυραυλοκινητήρα θα ήταν αξιέπαινες, αυτό δεν είναι αρκετά μακρινό για το πρόγραμμα. Μια πρόταση για ένα εντελώς νέο σύστημα που θα μπορούσε να αντικαταστήσει τους χημικούς πυραύλους θα ταίριαζε απόλυτα.
Η NASA χορηγεί αυτές τις επιχορηγήσεις ετησίως, κυρίως σε ακαδημαϊκούς ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αυτή η νέα παρτίδα βραβείων αφορά έργα Φάσης 1, τα οποία λαμβάνουν από 175.000 δολάρια για τη διεξαγωγή μιας εννεάμηνης μελέτης, την οποία οι ερευνητές θα χρησιμοποιήσουν για να παρουσιάσουν τα σχέδιά τους με περισσότερες λεπτομέρειες, να εκτελέσουν δοκιμές και να σχεδιάσουν πρωτότυπα. Λίγοι πολλά υποσχόμενοι θα περάσουν στη Φάση 2 και θα λάβουν 600.000 δολάρια για διετή μελέτη. Μετά από αυτό, η NASA θα χορηγήσει 2 εκατομμύρια δολάρια σε ένα μόνο εξαιρετικό σχέδιο για να χρηματοδοτήσει μια διετή μελέτη Φάσης 3.
Κάποιοι από τους ανταγωνιστές μπορεί τελικά να βρουν στέγη στη NASA ή σε εμπορικό εταίρο- άλλοι μπορεί να έχουν έμμεση επίδραση στη διαστημική εξερεύνηση ανοίγοντας το δρόμο για τεχνολογίες που θα προκύψουν από τη διάσωση. Για παράδειγμα, η φουσκωτή διαστημική κεραία της νεοσύστατης εταιρείας Freefall Aerospace ξεκίνησε ως έργο NIAC. Μια πρόταση του NIAC για ένα στροφείο στον Κόκκινο Πλανήτη ενέπνευσε το αρειανό ελικόπτερο Ingenuity.
Ένας από τους φετινούς νικητές είναι μια πρόταση για το σχεδιασμό ενός ενδιαιτήματος που θα συναρμολογείται από δομικά υλικά που αναπτύσσονται στον Άρη – ουσίες που παράγονται από μύκητες και βακτήρια. Είναι δύσκολο να στείλεις στο διάστημα μεγάλα και βαριά πράγματα, όπως μια δομή κατοικίας. Το κόστος εκτόξευσης είναι απαγορευτικό, και πρέπει να το στριμώξεις πάνω σε έναν πύραυλο και να κολλήσεις και την προσγείωση στον Άρη. Αλλά αυτό το έργο, που αναπτύχθηκε από τη μηχανικό μηχανικό και μηχανικό υλικών Congrui Jin και τους συναδέλφους της στο Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα, διερευνά την ιδέα των αυτοαναπτυσσόμενων δομικών στοιχείων.
Αυτοί οι μύκητες ή τα βακτήρια ξεκινούν μικροί, αλλά σταδιακά αναπτύσσουν νήματα και έλικες για να γεμίσουν τον διαθέσιμο χώρο. “Τα ονομάζουμε αυτοθεραπευόμενα υλικά”, λέει η Jin, η ερευνητική ομάδα της οποίας τα έχει χρησιμοποιήσει για τη δημιουργία βιομινερών και βιοπολυμερών που γεμίζουν ρωγμές στο σκυρόδεμα. “Θέλουμε να το πάμε ένα βήμα παραπέρα και να αναπτύξουμε αυτοαναπτυσσόμενα υλικά”.
Σε έναν βιοαντιδραστήρα στον Άρη, τέτοια υλικά θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε ανθεκτικά τούβλα. Η διαδικασία θα ήταν δαπανηρή στη Γη, αλλά δεδομένου ότι στον Κόκκινο Πλανήτη δεν υπάρχει σκυρόδεμα και εργάτες οικοδομών, θα μπορούσε να έχει περισσότερο οικονομικό νόημα εκεί. Κατά τη διάρκεια της μελέτης της στο NIAC, η Jin σχεδιάζει να προσδιορίσει αν η διαδικασία ανάπτυξης θα μπορούσε να επιταχυνθεί από μήνες σε ημέρες και πόσο καιρό τα υλικά θα μπορούσαν να επιβιώσουν στο σκληρό περιβάλλον του Άρη.
Δεν είναι η πρώτη φορά που το NIAC χρηματοδοτεί ένα πείραμα με στόχο τη χρήση μανιταριών για την ανάπτυξη δομών στο διάστημα – ένα διαφορετικό έργο “mycotecture” ήταν ένας από τους περσινούς νικητές. Αλλά το έργο αυτής της ομάδας θα επικεντρωθεί στη χρήση μιας διαφορετικής πτυχής του μύκητα: τα ορυκτά που σχηματίζει σε ορισμένες συνθήκες, όπως το ανθρακικό ασβέστιο, αντί για τα νήματα που μοιάζουν με ρίζες και ονομάζονται μυκήλια.
Ένας άλλος νικητής του NIAC προτείνει το σχεδιασμό ενός γιγαντιαίου αγωγού με βάση το φεγγάρι, ο οποίος θα μπορούσε να παρέχει το απαραίτητο οξυγόνο στους αστροναύτες μιας μελλοντικής σεληνιακής βάσης. Χάρη στο συνεχιζόμενο πρόγραμμα Artemis της NASA, οι αστροναύτες θα φτάσουν ήδη από το 2026. Οι μακρύτερες μελλοντικές αποστολές θα απαιτούν προμήθειες οξυγόνου που θα διαρκούν για εβδομάδες ή μήνες – και ενδεχομένως για χρήση ως καύσιμο πυραύλων. Η μεταφορά δεξαμενών οξυγόνου στο διάστημα είναι εξίσου προβληματική με την εκτόξευση οικοδομικών υλικών, αλλά η παραγωγή του αερίου στο φεγγάρι θα μπορούσε να είναι μια καλύτερη επιλογή. Το οξυγόνο είναι διαθέσιμο ως υποπροϊόν της εξόρυξης πάγου νερού με τη χρήση μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση.
Ωστόσο, υπάρχει ένα πρόβλημα εφοδιαστικής: μια επιχείρηση εξόρυξης στο φεγγάρι μπορεί να μην είναι ακριβώς δίπλα στον καταυλισμό. Ο σεληνιακός πάγος αφθονεί μέσα σε μόνιμα σκιασμένους κρατήρες, αλλά αυτά είναι επίσης τα πιο κρύα μέρη στο φεγγάρι και μπορεί να είναι δύσκολη η επικοινωνία από και προς αυτά. Μια επιλογή είναι να παρασκευάσουμε το οξυγόνο σε έναν κρατήρα και να το μεταφέρουμε πίσω στη βάση με ένα όχημα, λέει ο Peter Curreri, πρώην επιστήμονας της NASA και συνιδρυτής και επιστημονικός υπεύθυνος της εταιρείας Lunar Resources. Αλλά, επισημαίνει, “η παραγωγή οξυγόνου σε ένα μέρος και η μετακίνησή του, χρησιμοποιώντας συμπιεσμένα δοχεία ή dewars με ρομπότ, είναι πολύ ακριβή και δυσκίνητη”.
Η πρόταση της ομάδας του είναι να βρεθεί τρόπος να κατασκευαστεί ένας αγωγός 5 χιλιομέτρων που θα συνδέει δύο περιοχές. Θα κατασκευαζόταν τμηματικά από ρομπότ, χρησιμοποιώντας μέταλλα όπως το αλουμίνιο που εξάγεται από το σεληνιακό ρεγκόλιθο. Τα τμήματα θα συγκολλούνταν μεταξύ τους και ο σωλήνας θα περνούσε μέσα σε μια τάφρο ή σε μια βάση – όχι τόσο διαφορετικά από τους σωλήνες πετρελαίου στη Γη. Θα επέτρεπε ροή οξυγόνου 2 χιλιογράμμων ανά ώρα, αρκετή για τις ανάγκες των μελλοντικών αστροναυτών της NASA. Ο Curreri και οι συνάδελφοί του διεξάγουν επί του παρόντος μια μελέτη σκοπιμότητας, εξετάζοντας το πιθανό κόστος, την καλύτερη αρχιτεκτονική για τον σωλήνα και το κατά πόσον οι επισκευές θα μπορούσαν να ολοκληρωθούν από τα ρόβερ.
Ορισμένοι από τους άλλους νικητές της επιχορήγησης έχουν μια πιο αστρονομική κλίση. Για παράδειγμα, ο Edward Balaban, επιστήμονας στο Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA στην Καλιφόρνια, ερευνά τη χρήση της σχεδόν μηδενικής βαρύτητας του διαστήματος για τη διαμόρφωση ρευστών για κάτοπτρα ή φακούς για γιγαντιαία διαστημικά τηλεσκόπια. Αυτά θα ήταν πιο ισχυρά από τα σημερινά κάτοπτρα των τηλεσκοπίων, τα οποία συχνά κατασκευάζονται από έναν ειδικό τύπο γυαλιού και είναι ευάλωτα σε προσκρούσεις από μικρομετεωροειδείς και κλυδωνισμούς κατά τη διαδικασία εκτόξευσης. Η διάμετρος ενός κατόπτρου καθορίζει επίσης πόσο μακριά μπορεί ένα τηλεσκόπιο να διαχωρίσει ένα αντικείμενο στο βαθύ διάστημα, αλλά σήμερα αυτό περιορίζεται από το μέγεθος του πυραύλου εκτόξευσης.
“Το κάτοπτρο του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, διαμέτρου 6,5 μέτρων, είναι ένα μηχανικό θαύμα. Χρειάστηκε πολλή δημιουργικότητα και τεχνικό ρίσκο για να διπλωθεί με αυτόν τον τρόπο οριγκάμι ώστε να χωρέσει στο κάλυμμα του οχήματος εκτόξευσης”, λέει ο Balaban – και στη συνέχεια η ευαίσθητη δομή έπρεπε να επιβιώσει από τη βία της εκτόξευσης. “Αν προσπαθήσουμε να το μεγεθύνουμε περισσότερο, γίνεται πιο ακριβό και πολύπλοκο”.
Αντίθετα, με την ιδέα του “ρευστού τηλεσκοπίου”, χρειάζεται μόνο να εκτοξεύσει κανείς μια δομή πλαισίου -όπως ένα δορυφορικό πιάτο σε σχήμα ομπρέλας- και μια δεξαμενή με υγρό καθρέφτη, όπως κράματα γαλλίου και ιοντικά υγρά. Μετά την εκτόξευση, το υγρό θα εγχέεται στο πλαίσιο. Στο διάστημα, τα σταγονίδια κολλάνε μεταξύ τους λόγω της επιφανειακής τάσης και η ενοχλητική δύναμη της γήινης βαρύτητας δεν μπαίνει στη μέση και δεν παραμορφώνει το σχήμα τους. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα έναν απίστευτα λείο καθρέφτη χωρίς την ανάγκη μηχανικών διαδικασιών όπως το τρόχισμα και το γυάλισμα, που χρησιμοποιούνται για τους παραδοσιακούς γυάλινους καθρέφτες. Στη συνέχεια θα συνδεθεί με τα άλλα εξαρτήματα του τηλεσκοπίου μέσω μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας.
Χρησιμοποιώντας δοκιμές σε αεροπλάνο και στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, η ομάδα του έχει ήδη μάθει πώς να κατασκευάζει φακούς με υγρά πολυμερή και διαπίστωσε ότι ο όγκος του υγρού καθορίζει τον βαθμό μεγέθυνσης. Με τη χρηματοδότηση του NIAC, θα προετοιμαστούν για το επόμενο βήμα: τη διεξαγωγή δοκιμής ενός μικρού υγρού κατόπτρου στο διάστημα αργότερα μέσα στη δεκαετία. Στόχος τους είναι να σχεδιάσουν τελικά ένα κάτοπτρο 50 μέτρων, αλλά δεδομένου ότι η τεχνολογία αυτή είναι επεκτάσιμη, ο Balaban λέει ότι θα μπορούσε κανείς να χρησιμοποιήσει τις ίδιες φυσικές αρχές για να κατασκευάσει ένα κάτοπτρο πλάτους χιλιομέτρων. Το μεγάλο κάτοπτρο του JWST το καθιστά ένα από τα πιο ευαίσθητα τηλεσκόπια που έχουν κατασκευαστεί ποτέ, αλλά, όπως υποστηρίζει, για να συνεχίσουμε να κάνουμε προόδους, ίσως χρειαστεί να κατασκευάσουμε μεγαλύτερα κάτοπτρα με αυτή τη νέα μέθοδο.
Ο Zachary Cordero, ερευνητής αστροναυτικής του MIT, ηγείται ενός άλλου νέου προγράμματος για την ανάπτυξη μιας τεχνικής κατασκευής στο διάστημα που ονομάζεται bend-forming. Περιλαμβάνει την κάμψη ενός μονόκλωνου σύρματος σε συγκεκριμένους κόμβους και γωνίες, και στη συνέχεια την προσθήκη αρθρώσεων για την κατασκευή μιας άκαμπτης δομής. Ο Cordero και η ομάδα του εργάζονται πάνω σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή: το σχεδιασμό ενός ανακλαστήρα για έναν δορυφόρο σε υψηλή τροχιά, ο οποίος θα μπορούσε να παρακολουθεί καταιγίδες και βροχοπτώσεις μετρώντας τις μεταβολές της υγρασίας στην ατμόσφαιρα.
Όπως και με αρκετούς από τους άλλους νικητές, η πρότασή του αναλαμβάνει την πρόκληση της κατασκευής πραγματικά μεγάλων πραγμάτων στο διάστημα, παρά τους περιορισμούς μεγέθους και βάρους των πυραύλων. “Με τους συμβατικούς ανακλαστήρες, όσο μεγαλύτερα τα κάνεις αυτά τα πράγματα, τόσο χειρότερη είναι η ακρίβεια της επιφάνειας και τελικά είναι ουσιαστικά άχρηστα. Οι άνθρωποι συζητούν εδώ και δεκαετίες για τρόπους κατασκευής ανακλαστήρων κλίμακας 100 μέτρων ή χιλιομέτρων στο διάστημα”, λέει. Με τη δική τους διαδικασία, θα μπορούσε κανείς να εκτοξεύσει αρκετό υλικό για ένα πιάτο 100 μέτρων με έναν μόνο πύραυλο, λέει.
Μεταξύ των άλλων 14 νικητών: μια πρόταση για την ανάπτυξη ενός υδροπλάνου που θα πετάξει στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, και μια πρόταση για ένα θερμαινόμενο σκάφος που θα διεισδύσει στον ωκεανό του γειτονικού του Εγκέλαδου, ο οποίος περικλείεται από ένα παχύ εξωτερικό στρώμα πάγου που συμπεριφέρεται σαν βράχος, χάρη στις θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν.
Αν και ορισμένα από αυτά τα έργα δεν θα πετύχουν, το πρόγραμμα βοηθά τη NASA να δοκιμάσει τα όρια του εφικτού, λέει ο LaPointe: “Αν ένα έργο αποτύχει, εξακολουθεί να είναι χρήσιμο για εμάς. Αν πετύχει, θα μπορούσε να μεταμορφώσει μελλοντικές αποστολές της NASA”.
[ΠΗΓΗ]
Ακολουθήστε το Sahiel.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις.