Dit jaar is het 50 jaar geleden dat de eerste Apollo-maanlanding plaatsvond. Dit was mogelijk dankzij een buitengewone versnelling van de ruimtetechnologie. In een opmerkelijk korte tijd voorafgaand aan het evenement, ingenieurs hadden raketaandrijving onder de knie, boordcomputers en ruimtevaartoperaties, mede dankzij een in wezen onbeperkt budget.

Sinds de dagen van deze heroïsche inspanningen, ruimtevaarttechniek is uitgegroeid tot een reeks onderling verbonden technologieën die opwindende nieuwe ruimtewetenschapsmissies opleveren, een brandslang van aardobservatiegegevens en een netwerk van wereldwijde communicatie- en navigatiediensten. We kunnen nu sondes op kometen laten landen en een glimp opvangen van verder terug in de tijd dan ooit tevoren. Maar hoe zit het met de toekomst - welke nieuwe technologieën kunnen de ruimtevaartsector in de komende decennia helpen transformeren en hoe?

Een veelbelovende manier van de afgelopen jaren was om ruimtetechnologie op en neer te schalen. Via een onlangs gelanceerd tienjarig onderzoeksprogramma, ondersteund door de Royal Academy of Engineering, onze groep begint verdere mogelijkheden te onderzoeken aan de uiterste uiteinden van de lengteschalen van ruimtevaartuigen. Wij zijn van mening dat dit een onderontgonnen gebied is voor missieontwerp dat nieuwe ideeën voor de toekomst zou kunnen genereren.

Miniaturisatie

Miniaturisatie van technologie heeft een reeks ruimtevaartuigen mogelijk gemaakt, zoals de kleine satellieten van 100 kg die worden gebruikt voor de rampenbewakingsconstellatie, die bestaat uit een gecoördineerde groep van individuele satellieten. Er zijn zelfs compacte 30x10x10cm CubeSats, satellieten met een gewicht van enkele kilo's, die een reeks verschillende ladingen kan dragen. Deze worden vaak gebruikt voor aardobservatie of om goedkope wetenschappelijke experimenten uit te voeren, aangezien een groot aantal van hen samen met grotere satellieten als secundaire nuttige lading kan worden gelanceerd.

We streven naar een verlaging van de ruimtetechnologie met ten minste een orde van grootte. Dit zou beginnen met een 3x3cm printplaat (PCB) satelliet, en dan naar nog compactere toestellen. In-orbit demonstraties van dergelijke satellieten zijn al ondernomen. Neem bijvoorbeeld het Sprite-apparaat dat slechts vier gram weegt ondanks het feit dat het over sensoren beschikt, communicatie, en gegevensverwerking aan boord.

Deze apparaten zijn al aan de buitenkant van het internationale ruimtestation ISS gemonteerd. En onlangs heeft de KickSat-2-missie 105 Sprite-apparaten ingezet, kost minder dan $ 100 per stuk, in een baan om de aarde. De dag na de implementatie werden signalen van de apparaten ontvangen, waardoor de hoop werd gewekt dat dergelijke apparaten op een dag nieuwe taken in de ruimte zouden kunnen uitvoeren.

Ons doel is om vrij vliegende apparaten te bouwen die hun oriëntatie en baan in de ruimte kunnen regelen. Hierdoor kunnen we grote zwermen sensoren inzetten die kunnen worden gebruikt voor gedistribueerde detectienetwerken, waardoor realtime, grootschalige gegevensverzameling, waaronder monitoring van het ruimteweer. Kijkend naar de toekomst, zelfs kleinere apparaten kunnen leiden tot sterk geïntegreerde, massa geproduceerde satellieten op een enkele siliciumwafer.

Een opwindende mogelijkheid is om zo'n klein ruimtevaartuig in ruimteschepen te veranderen door ze te koppelen aan grote lichtzeilen - en binnen een paar decennia andere zonnestelsels te bereiken om ze van dichtbij te bestuderen. Ze kunnen ook worden gebruikt voor doordringende waarneming in de buurt van kometen of asteroïden.

Enorme structuur

Aan de andere kant van het groottespectrum, er is ook vooruitgang. Op het internationale ruimtestation ISS worden al grote uitklapbare telescooparmen van 30 meter gebruikt om de zonnepanelen te ondersteunen. Hier, ons doel is om minstens een orde van grootte weer op te voeren door het maken van grote, lichtgewicht constructies in een baan om de aarde. Dit kan worden gedaan door 3D-printtechnologie aan te passen om in vacuüm en microzwaartekracht te werken. Wij geloven dat deze benadering de fabricage van ultragrote antennes mogelijk maakt, stroomcollectoren of zonnereflectoren.

Maar waarom hebben we zulke structuren nodig? Neem het geval van de James Webb-ruimtetelescoop, die binnenkort de enorm succesvolle Hubble-ruimtetelescoop zal vervangen. Het beschikt over een grote hoofdspiegel die wordt beschermd tegen de zon door een schild ter grootte van een professionele tennisbaan. Om deze technologie in een Ariane 5-raket te passen, zowel de hoofdspiegel als het zonnescherm bestaan ​​uit uitklapbare segmenten. Deze vereisen dan een complexe opeenvolging van individuele releases om eenmaal in de ruimte op cue te vuren - of riskeren dat missies mislukken.

Het vermogen om grote, lichtgewicht constructies direct in een baan om de aarde kunnen een enorme impact hebben op de ruimtetechnologie, het omzeilen van de risicovolle hindernis van het lanceren van delicate structuren vanaf de grond. Bijvoorbeeld, als structureel ondersteunend materiaal direct op reflecterende membranen kan worden geprint in een continu productieproces, dan kunnen we ultragrote reflectoren maken, mogelijk enkele honderden meters breed.

In polaire baan, dergelijke reflectoren zouden kunnen worden gebruikt om toekomstige terrestrische zonne-energieparken te verlichten bij zonsopgang en zonsondergang wanneer hun output laag is, maar de vraag en de spotprijzen zijn hoog. Dit zou een geheel nieuwe klasse van ruimtediensten zijn, waarbij het product energie is in plaats van informatie.

Het kan ook worden gebruikt om licht te reflecteren om op industriële schaal thermische zonne-energie te creëren om materiaal te verwerken dat is teruggewonnen uit asteroïden in de buurt van de aarde. Bijvoorbeeld, een reflector met een straal van 500 meter onderschept het equivalent van 1 GW thermisch vermogen, wat overeenkomt met de output van een typische elektriciteitscentrale op aarde.

Het bakken van water uit asteroïden is een bijzonder veelbelovende manier omdat het ons zou kunnen helpen bij de productie van drijfgas in de ruimte. Door zonne-energie opgewekte elektriciteit zou kunnen worden gebruikt om het water in waterstof en zuurstof te kraken en als brandstof te gebruiken. Wanneer ze opnieuw worden gecombineerd en ontstoken, zullen ze branden, stuwkracht produceren om een ​​ruimtevaartuig vooruit te drijven. In de toekomst, het produceren van drijfgas in een baan om de aarde zou de kosten van toekomstige menselijke ruimtevaartondernemingen kunnen verlagen door de noodzaak te vermijden om brandstof helemaal van het aardoppervlak naar de ruimte te slepen.

Terwijl Apollo een voorbeeld was van techniek op een werkelijk heroïsche schaal, toekomstige ruimtevaartondernemingen kunnen net zo opwindend zijn, en kan blijvende maatschappelijke voordelen opleveren die verder gaan dan vlaggen en voetafdrukken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.