Este año marca el 50 aniversario del primer aterrizaje lunar del Apolo. Esto fue posible gracias a una extraordinaria aceleración de la tecnología espacial. Dentro de un período de tiempo notablemente corto antes del evento, los ingenieros habían dominado la propulsión de cohetes, computación a bordo y operaciones espaciales, en parte gracias a un presupuesto esencialmente ilimitado.

Desde los días de estos heroicos esfuerzos, La ingeniería espacial ha madurado hasta convertirse en una serie de tecnologías interconectadas que ofrecen nuevas y emocionantes misiones científicas espaciales. una manguera contra incendios de datos de observación de la Tierra y una red de servicios de comunicación y navegación global. Ahora podemos colocar sondas en cometas y vislumbrar más atrás en el tiempo que nunca. Pero, ¿qué pasa con el futuro? ¿Qué nuevas tecnologías podrían ayudar a transformar el sector espacial en las próximas décadas y cómo?

Una vía prometedora en los últimos años ha sido ampliar y reducir la tecnología espacial. A través de un programa de investigación de diez años recientemente lanzado con el apoyo de la Real Academia de Ingeniería, nuestro grupo está comenzando a explorar más posibilidades en los extremos de las escalas de longitud de las naves espaciales. Creemos que esta es una región poco explorada para el diseño de misiones que podría generar nuevas ideas para el futuro.

Miniaturización

La miniaturización de la tecnología ha permitido una variedad de tamaños de naves espaciales, como los satélites pequeños de 100 kg utilizados para la Constelación de Monitoreo de Desastres, que consiste en un grupo coordinado de satélites individuales. Incluso hay CubeSats compactos de 30x10x10cm, satélites que pesan algunos kilogramos, que puede transportar una variedad de cargas útiles diferentes. Estos se utilizan a menudo para la observación de la Tierra o para realizar experimentos científicos de bajo costo, ya que una gran cantidad de ellos se pueden lanzar como cargas útiles secundarias junto con satélites más grandes.

Nuestro objetivo es reducir la tecnología espacial al menos en un orden de magnitud en escala. Esto comenzaría con un satélite de placa de circuito impreso (PCB) de 3x3 cm, y luego a dispositivos aún más compactos. Ya se han realizado demostraciones en órbita de dichos satélites. Tomemos, por ejemplo, el dispositivo Sprite que pesa solo cuatro gramos a pesar de contar con sensores, comunicaciones, y procesamiento de datos a bordo.

Estos dispositivos ya se han montado en el exterior de la Estación Espacial Internacional. Y recientemente, la misión KickSat-2 desplegó 105 dispositivos Sprite, cuestan menos de US $ 100 cada uno, en órbita alrededor de la Tierra. Las señales se recibieron de los dispositivos el día después de la implementación, lo que generó esperanzas de que dichos dispositivos algún día pudieran realizar nuevas tareas en el espacio.

Nuestro objetivo es construir dispositivos de vuelo libre que puedan controlar su orientación y órbita en el espacio. Esto nos permitirá desplegar grandes enjambres de sensores que podrían usarse para redes de detección distribuidas, lo que permitirá en tiempo real, recopilación de datos a gran escala, incluida la vigilancia del clima espacial. Mirando hacia el futuro, dispositivos incluso más pequeños podrían conducir a una alta integración, satélites producidos en masa en una sola oblea de silicio.

Una posibilidad emocionante es convertir naves espaciales tan diminutas en naves espaciales acoplándolas con grandes velas ligeras, llegando a otros sistemas solares en unas pocas décadas para estudiarlos de cerca. También podrían usarse para proporcionar una detección generalizada en las proximidades de cometas o asteroides.

Estructura masiva

En el otro extremo del espectro de tamaños, también hay progreso. Las grandes barreras desplegables de 30 metros ya están en uso en la Estación Espacial Internacional para soportar sus paneles solares. Aquí, Nuestro objetivo es volver a subir al menos un orden de magnitud haciendo grandes, estructuras ligeras en órbita. Esto podría hacerse adaptando la tecnología de impresión 3-D para trabajar en vacío y microgravedad. Creemos que este enfoque podría permitir la fabricación de antenas ultra grandes, colectores de energía o reflectores solares.

Pero, ¿por qué necesitamos tales estructuras? Tomemos el caso del telescopio espacial James Webb, que pronto reemplazará al enormemente exitoso telescopio espacial Hubble. Cuenta con un gran espejo primario que está protegido del sol por un escudo del tamaño de una cancha de tenis profesional. Para adaptar esta tecnología a un cohete Ariane 5, tanto el espejo principal como el parasol se componen de segmentos desplegables. Luego, estos requieren una secuencia compleja de lanzamientos individuales para disparar en el momento justo una vez en el espacio, o arriesgarse al fracaso de la misión.

La capacidad de fabricar grandes Las estructuras ligeras directamente en órbita podrían tener un gran impacto en la tecnología espacial. sortear el arriesgado obstáculo de lanzar delicadas estructuras desde el suelo. Por ejemplo, si el material de soporte estructural se puede imprimir directamente sobre membranas reflectantes en un proceso de fabricación continuo, entonces podríamos hacer reflectores ultra grandes, potencialmente varios cientos de metros de ancho.

En órbita polar, Dichos reflectores podrían usarse para iluminar futuras granjas de energía solar terrestre al amanecer y al anochecer cuando su salida es baja. pero la demanda y los precios al contado son altos. Esta sería una clase de servicio espacial completamente nueva, donde el producto es energía en lugar de información.

También podría usarse para reflejar la luz con el fin de crear energía solar térmica a escala industrial para procesar el material recuperado de los asteroides cercanos a la Tierra. Por ejemplo, un reflector de 500 metros de radio intercepta el equivalente a 1 GW de potencia térmica, equivalente a la salida de una central eléctrica típica de la Tierra.

Hornear el agua de los asteroides es una vía particularmente prometedora, ya que podría ayudarnos a fabricar propulsores en el espacio. La electricidad generada por energía solar podría usarse para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno y usarlos como combustible. Cuando se recombinan y se encienden, arderán, produciendo empuje para impulsar una nave espacial hacia adelante. En el futuro, la fabricación de propulsor en órbita podría reducir el costo de futuras empresas espaciales humanas al evitar la necesidad de transportar combustible desde la superficie de la Tierra al espacio.

Si bien Apolo fue un ejemplo de ingeniería a una escala verdaderamente heroica, las futuras empresas espaciales pueden ser igual de emocionantes, y puede generar beneficios sociales duraderos más allá de las banderas y las huellas.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.