Udforskning af det dybe rum:Hvordan kan vi komme dertil sikkert og bæredygtigt?

Engang var sci-fi-film og romaners eneherredømme, emnet udforskning af det dybe rum og interplanetarisk kolonisering er rykket flere skridt tættere på at blive en realitet takket være store fremskridt inden for rumfartsteknik, medicin, og fysik.

At sende astronauter til den internationale rumstation for udvidede missioner har givet et væld af oplysninger om at holde mennesker i live i rummets udfordrende miljø. Tilbage på jorden, videnskabsmænd og ingeniører forsøger at replikere off-world forhold for at teste grænser for mere ambitiøse missioner.

At finde liv eller at transportere liv?

Forskere ved Institut for Mekanisk Teknik ved CSU arbejder sammen med NASA for at forstå, hvordan man rejser større afstande mere sikkert og bæredygtigt ud i det dybe rum.

Fra Chris McKays perspektiv, senior planetforsker ved NASA og kendt astrobiolog, søgen efter beviser på nuværende eller tidligere liv hinsides Jorden kunne repræsentere en separat oprindelse af liv. Dette ville ikke kun være et spring i at tilfredsstille århundreders menneskelig nysgerrighed, men kan også føre til videnskabelige fremskridt inden for medicin.

"Hvis vi skulle finde et andet eksempel på liv, der var uafhængigt af liv på Jorden, vi ville vide, at antallet af livsformer i universet er mindst to, " sagde McKay. "Og hvis det er to, det er milliarder og milliarder. Alt, hvad der er i live, ville være fænomenalt, overalt, noget levende, og selvom den er død, det er stadig fænomenalt!"

Til CSU Mechanical Engineering Professor John Williams, emnet om liv på andre planeter handler mindre om at finde det og mere om at levere det.

"Jeg vidste ikke, at det at tro på Jorden er en levevej, vejrtrækning, flercellet organisme havde brug for en hypotese, men det gør det selvfølgelig – fordi en vigtig definition af noget levende er, at det kan kopiere sig selv, " sagde Williams. "For at mennesker skal flytte Jorden ind i skellet og replikere riget, vi er nødt til at skabe en evne til, at den kan oprette kolonier uden for Jorden selv."

Problemet med afstand

Teknologi eksisterer for at tage os ud i det dybe rum og er allerede blevet brugt til forskellige missioner, herunder at tage til månen. Udfordringen er at tage sine magtniveauer til at skalere efter størrelsesordener og forstå, hvor større, højere-powered systemer vil arbejde i det ydre rum.

Teknologien – elektrisk fremdrift – er en yderst brændstofeffektiv, kontinuerlig lavtryk-opfindelse velegnet til dybe rummissioner. Det kræver meget lidt drivmiddel at manøvrere objekter fra et punkt til et andet sammenlignet med konventionel raketfremdrift.

NASAs seneste initiativ, JANUS

Williams og kollega Mechanical Engineering Professor Azer Yalin vil spille en væsentlig rolle i et nyt NASA rumforskningsinstitut – Joint Advanced Propulsion Initiative (JANUS) – for at fremme jordforsøg med elektrisk fremdrift, mens de ser på menneskelig udforskning i dybt rum.

Yalin er en af ​​projektets co-principal investigators, mens Williams vil fungere som den overordnede CSU-hovedefterforsker og medlem af JANUS Leadership Committee. Det universitetsledede institut, ledet af Georgia Tech, vil slutte sig til fire eksisterende NASA-institutter, og modtage så meget som $15 millioner over fem år. Holdet består af 12 universiteter og tre private luftfartsselskaber.

Test af kraft og ydeevne

Etablering af et tilstrækkeligt rumlignende miljø er afgørende for at evaluere og forudsige højeffekts fremdriftssystemadfærd og sikre missionens succes. Holdet vil udvikle strategier og metoder til at overvinde begrænsninger i jordtestning af elektriske fremdriftssystemer med høj effekt og for at forbedre karakteriseringen af ​​udstyrets slid og ydeevne. De vil bruge fysik-baseret modellering, højeffekt thruster test, ny diagnostisk udvikling, og grundlæggende eksperimenter.

Et af CSU's forskningsmål er at bruge lasere til at foretage præcise atomare niveaumålinger af thrustererosion - en vigtig livsbegrænsende proces, der begrænser fjerne missioner. For at lette transport og implementering på partnerfaciliteter, CSU-teamet vil også udvikle bærbare diagnostiske systemer til at supplere high-fidelity lasermålingerne.

Fremtiden for udforskning af det dybe rum

Har der nogensinde eksisteret liv på Mars? Kunne det i fremtiden? Hvad ville vi finde, hvis vi gik dybere ud i rummet?

De muligheder, der kunne gives med skaleret og pladssikker elektrisk fremdrift, er betydelige.

Den vedvarende, lavtryksteknologi til elektrisk fremdrift giver mulighed for at etablere en interplanetarisk fragtflåde til at flytte massive nyttelaster og etablere moduler på månen eller i kredsløb, hvor mennesker kan leve. Hvis modulerne var i stand til at understøtte livet, de kunne forvandles til baser, giver mellemstationer for astronauter til at bevæge sig dybere ud i rummet.

I større skala og længere ud i fremtiden, flåder kunne bruges til at etablere foreløbige menneskelige kolonier på andre planeter. Dette kunne være et første skridt i at afgøre, om interplanetarisk kolonisering er en levedygtig mulighed for mennesker til at overleve, eller som Williams udtrykker det, at opdele og replikere.