O programa Advanced Innovative Concepts da Agência Espacial dos EUA financia projetos, incluindo sondas nucleares que visitam planetas, novos telescópios espaciais e até mesmo dutos de oxigênio para a Lua.
Por trás de cada novo foguete espacial, cada melhoria tecnológica em satélites e naves espaciais que visitam outros mundos, os rovers cada vez mais sofisticados rolando em Marte e na Lua, e cada projeto espacial inovador, há muitos anos de trabalho e planejamento.
A NASA sabe disso e, portanto, financia planos futuros que buscam ser uma realidade, através de diferentes competições, bolsas de estudo e projetos para financiar conceitos visionários para a exploração espacial que poderiam um dia ser úteis e talvez até transformadores.
O programa Advanced Innovative Concepts (NIAC) da NASA é um deles, e agora fornece financiamento para estudos em estágio inicial sobre tecnologias que poderiam apoiar futuras missões. Esta semana, soube-se que o NIAC concederá subsídios no valor de US $ 175.000 para cada uma das 14 investigações que estão empurrando os limites do que é possível hoje e novas tecnologias podem ser criadas no futuro próximo.
REUTERS/Evelyn Hockstein/Foto de arquivo
Os projetos deste ano incluem ideias como novos telescópios espaciais, compostos por milhares de pequenos satélites idênticos usando o conceito de interferometria, motores inovadores de propulsão por feixe de pelotas e até mesmo um hidroavião que, em vez de tomar água, poderia coletar metano da lua de Saturno, Titã. “A NASA ousa tornar o impossível possível. Isso só pode ser alcançado graças aos inovadores, pensadores e realizadores que nos ajudam a imaginar e preparar o futuro da exploração espacial”, disse o administrador da NASA, Bill Nelson, em um comunicado divulgado no mês passado.
“O programa NIAC ajuda a dar a esses cientistas e engenheiros com visão de futuro as ferramentas e o apoio de que precisam para impulsionar a tecnologia que permitirá futuras missões da NASA”, acrescentou Nelson. Estes são os projetos financiados pela NASA em 2023.
1-Telescópio fluídico
Novos projetos de telescópios do futuro são propostos à NASA
A próxima geração de grandes observatórios espaciais no espaço exigirá telescópios cada vez maiores. O novíssimo Telescópio Espacial James Webb (JWST) é um exemplo claro dessa afirmação. Era necessário dobrá-lo para que ele pudesse viajar dentro de um foguete, para depois ser implantado e armado como um origami gigante no espaço, a 1,5 milhão de quilômetros de distância.
Os alvos astrofísicos de maior prioridade para observar e estudar em detalhes, incluindo exoplanetas semelhantes à Terra, estrelas de primeira geração e galáxias primitivas, são todos muito fracos, representando um desafio para os telescópios atuais e da próxima geração. A próxima missão astrofísica emblemática da NASA realizará espectroscopia direta de imagens de exoplanetas, mas não foi projetada especificamente para planetas potencialmente habitáveis.
O Fluidic Telescope Project (FLUTE) propõe um conceito de missão para um observatório espacial com um espelho primário não segmentado de grande abertura (50 metros) adequado para uma variedade de aplicações astronômicas. O espelho seria criado no espaço através de uma nova abordagem baseada na formação de fluidos em microgravidade, que já foi demonstrada com sucesso em um ambiente de flutuabilidade de laboratório neutro, em voos parabólicos de microgravidade e a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Teoricamente invariante em escala, esta técnica produziu componentes ópticos com excelente qualidade de superfície sub-nanômetro (RMS). No estudo de Fase I, ele analisará as opções adequadas para os principais componentes do observatório de 50 metros, desenvolverá seu conceito detalhado de missão e criará um plano inicial para uma demonstração de pequenas espaçonaves em subescala em órbita baixa da Terra (LEO).
2-Propulsão fotoforética
Mecanismo de propulsão de levitação
A ideia é usar o mecanismo de propulsão e levitação fotoforética para criar veículos voadores sem partes móveis que possam ser usadas para explorar a atmosfera superior da Terra. Recentemente, a levitação de placas em escala de centímetros usando força fotoforética em uma variedade de pressões de ar foi demonstrada.
A força fotoforética surge quando um sólido é aquecido em relação ao gás ambiente através da iluminação, induzindo uma troca de quantidade de movimento entre o sólido e o gás. A força cria sustentação em estruturas que absorvem a luz na parte inferior, mas permanecem frias na parte superior. Metamateriais de placas mecânicas foram projetados para maximizar essa força de elevação e carga útil.
Com otimização adicional, nossos microvoadores fotoforeticamente levitados podem permanecer no ar por longos períodos usando a luz solar natural durante o dia, ou mesmo indefinidamente, se o microflyer for projetado para subir durante o dia e descer durante a noite.
-Explore oceanos congelados em outros mundos
Mundos misteriosos como a lua Encélado poderiam expandir o conhecimento dos cientistas e da humanidade
A NASA tem um projeto para estudar as calotas polares de muitos quilômetros de espessura em sua busca por vida extraterrestre. Esses mundos, particularmente Ceres, Encélado, Plutão e Europa, têm calotas de gelo estimadas em até 40 km de profundidade com um oceano de água líquida abaixo, provavelmente aquecida por forças de maré do planeta pai ou, no caso de Plutão ou Ceres, resíduos radioativos. De acordo com especialistas, esses corpos são únicos onde o vácuo espacial encontra o gelo, com superfícies estriadas mostrando evidências de atividade tectônica e desgaseificação induzida pelo estresse.
O projeto propõe a criação de uma sonda de aquecimento ou perfuração para acessar os oceanos sob as plataformas geladas. A sonda deve lidar com gelo hidrostático e pressão da água, fornecer comunicações de superfície e um retorno da amostra à superfície. Ao chegar ao oceano, a sonda pode encontrar formas de vida extraterrestres tentando metabolizar a matéria.
Pesquisadores do projeto Icy World propuseram o uso de uma sonda movida a energia nuclear aquecida. No entanto, em vez de exigir a fonte de calor de radioisótopos de plutônio-238 ou um reator de fissão de urânio-235 enriquecido, com custos significativos de segurança de lançamento, eles propõem fazer uso da fonte de fusão de confinamento de rede usada para a fissão rápida eficiente de urânio empobrecido, ou tório, em uma matriz de lítio derretida.
O reator nuclear de fissão rápida de fusão híbrida resultante será menor do que um reator de fissão tradicional, onde uma fonte de energia de menor massa é necessária e fornecerá uma operação eficiente com calor residual térmico da sonda de calor do reator para derreter através da plataforma de gelo para os oceanos sob o gelo.
4-Fold grandes estruturas espaciais
NASA busca materiais mais flexíveis no espaço
Os grandes satélites de hoje usados em aplicações de comunicação e detecção são empacotados para lançamento e, em seguida, implantados uma vez em órbita. As vantagens e desvantagens do tamanho e da precisão da superfície limitam esses refletores implantáveis a diâmetros de dezenas de metros.
Através do uso de um novo método de fabricação e materiais avançados para refletores de alto desempenho com dimensões superiores a 100 m, procura criar uma nova estrutura. A técnica de fabricação baseada no espaço proposta, Bend-Forming, inventada no MIT por PIs, baseia-se em uma combinação de processamento de deformação CNC e materiais hierárquicos de alto desempenho para formar armaduras rígidas e leves nas quais cada membro também é um atuador eletrostático endereçável individualmente.
Grandes estruturas curvas, além de sua precisão nativa, podem usar seus atuadores eletrostáticos para contornar uma superfície reflexiva. Além disso, as estruturas inteligentes resultantes, que são habilitadas exclusivamente pelo ambiente espacial, aproveitam materiais multifuncionais para alcançar combinações sem precedentes de tamanho, massa, rigidez e precisão, quebrando paradigmas de design que limitam estruturas espaciais convencionais ou alinhadas à tensão.
Essa capacidade excederia em muito a tecnologia de radiometria de micro-ondas existente, fornecendo sondagens contínuas e medições de precipitação em condições claras e nubladas, com taxas de atualização muito rápidas. Essas observações levarão a melhorias significativas nas previsões de tempestades, bem como a uma melhor compreensão dos processos atmosféricos relacionados ao ciclo hidrológico.
Tubo de 5 oxigénios no Polo Sul da Lua
Como na Terra, mas na Lua. Uma tubulação de oxigênio.
A sustentabilidade do programa Artemis e seu objetivo de desenvolver uma presença humana permanente na Lua depende da capacidade de usar recursos in situ para reduzir o custo e o risco das operações lunares. A NASA e o governo dos EUA investiram milhões de dólares para desenvolver a capacidade de extrair oxigênio do regolito lunar e água do gelo lunar. A ideia é que o oxigênio seja usado para: 1) habitats humanos, rovers, outros sistemas de suporte à vida com um suprimento constante de oxigênio de alta pureza para consumo humano; 2) oxidante para veículos lançadores que partem da Lua. Essas tecnologias de extração de oxigênio estão planejadas para serem demonstradas em larga escala na Lua a partir de 2024 e fornecer suporte direto aos astronautas da Artemis a partir de 2026.
Os esforços atuais financiados para a extração de oxigênio no local consistem em engarrafar oxigênio em tanques de gás comprimido ou liquefazê-lo e armazená-lo em dewars. Qualquer abordagem requer o transporte de tanques ou dewars para várias instalações para uso. O processo de movimentação desse oxigênio em rovers consome mais energia do que o processo de extração e acredita-se ser o aspecto mais caro da obtenção de oxigênio in situ para uso na Lua, considerando as longas distâncias (1 a 10 km) que uma área de extração de recursos viajará até o local do habitat humano.
Portanto, um projeto propõe a criação de um gasoduto de oxigênio no Polo Sul Lunar (L-SPoP). “Planejamos explorar e avaliar várias arquiteturas de sistemas para um oleoduto lunar, identificar tecnologias de habilitação e melhoria e produzir um roteiro abrangente para o desenvolvimento dessa infraestrutura inovadora. Nosso conceito inicial é um gasoduto de 5 km para transportar oxigênio gasoso de uma fonte de produção de oxigênio, por exemplo, nosso local de extração de eletrólise de regolito fundido (MRE) ou qualquer outra fonte, para uma planta de liquefação / armazenamento de oxigênio perto de uma base lunar.
O sistema L-SPoP consiste em segmentos de tubos fabricados no local que são soldados ou ajustados juntos para cobrir a distância de 5 km. A tubulação será projetada para: 1) ser construída roboticamente a partir de metais derivados de regolito com material mínimo transferido da Terra, 2) ser roboticamente reparável, 3) ter uma taxa de fluxo de oxigênio de ~ 2 kg / hora que seja consistente com a necessidade inicial projetada da NASA de 10.000 kg / ano, 4) operar com energia mínima ao longo da vida útil da tubulação,
6- Propulsão por feixe de pellets para exploração espacial revolucionária
Nova forma de propulsão para alcançar velocidades incríveis
Esta proposta examina uma nova arquitetura de propulsão para o trânsito rápido de cargas pesadas (1 tonelada ou mais) através do sistema solar e do meio interestelar. “Inspirados pelo conceito de feixe de velas, criamos um feixe de pellets: um feixe de partículas microscópicas em hipervelocidade (>120 km/s) impulsionado por ablação a laser. O feixe de pelotas então empurra uma espaçonave para órbitas e destinos desejados, incluindo trajetórias de saída rápida”, dizem seus ideólogos que afirmam as velocidades extremas que a espaçonave pode alcançar com essa tecnologia.
“A exploração espacial é dificultada pelas limitações da equação do foguete. De fato, apenas duas sondas espaciais deixaram a heliosfera e entraram no meio interestelar. A Voyager demorou 1 a 35 anos a atingir a heliopausa a uma velocidade recorde de 3,6 UA/ano. O Pellet-beam visa transformar a forma como o espaço profundo é explorado, permitindo missões de trânsito rápido para destinos distantes. Com o feixe de grânulos, os planetas exteriores podem ser alcançados em menos de um ano, 100 UA em cerca de 3 anos e a lente de gravidade solar a 500 UA em cerca de 15 anos. É importante ressaltar que, ao contrário de outros conceitos, o feixe de pelotas torna possível impulsionar naves espaciais pesadas (~ 1 tonelada), o que aumenta substancialmente o escopo de possíveis missões. “
7-Nova classe de propulsão térmica/elétrica nuclear
Construir motores mais potentes é uma das obsessões da NASA
A propulsão térmica nuclear (NTP) é identificada como a tecnologia de propulsão preferida para missões tripuladas em todo o Sistema Solar. A propulsão elétrica nuclear (NEP) pode fornecer impulso extremamente alto (>10.000 segundos), mas com baixo empuxo e limites nas relações massa-potência. A necessidade de uma fonte de energia elétrica também adiciona o problema da rejeição de calor no espaço, onde a conversão de energia térmica é, na melhor das hipóteses, de 30 a 40% em condições ideais.
“Para isso, um novo ciclo de cobertura do Rotor de Onda (WR) é proposto que promete oferecer um empuxo semelhante ao da propulsão NTP da classe NERVA. Este design bimodal permite o trânsito rápido de missões tripuladas (45 dias para Marte) e revolucionará a exploração do espaço profundo em nosso sistema solar”, dizem seus criadores.
8-Blocos de construção de auto-crescimento
Materiais biológicos para construir em Marte
Para construir o habitat monolítico localizado em Marte, a NASA tem um histórico de experimentos com habitats infláveis leves para reduzir a massa e o volume. No entanto, as estruturas físicas usadas para equipar o inflável geralmente devem ser lançadas por uma segunda espaçonave. O novo projeto de pesquisa propõe que, em vez de enviar itens de equipamentos pré-fabricados para Marte, o equipamento de habitat pode ser feito construindo in situ usando cianobactérias e fungos como agentes de construção.
Ferramentas de biologia sintética serão usadas para criar um sistema de líquen sintético, composto de cianobactérias diazotróficas e fungos filamentosos, para produzir biominerais abundantes (carbonato de cálcio) e biopolímeros, que colarão o regolito marciano em blocos de construção consolidados. Esses blocos de construção de autocrescimento podem ser montados posteriormente em várias estruturas, como pisos, paredes, divisórias e móveis.
Neste sistema autossustentável de líquenes sintéticos, cada participante suporta diferentes funcionalidades. As cianobactérias são as principais responsáveis por 1) capturar dióxido de carbono e convertê-lo em íons carbonato e 2) fornecer oxigênio e compostos orgânicos para sustentar fungos filamentosos. Os fungos filamentosos são os principais responsáveis por 1) ligar os íons cálcio às paredes celulares dos fungos e servir como locais de nucleação para a deposição de carbonato de cálcio e 2) auxiliar a sobrevivência e o crescimento das cianobactérias, fornecendo-lhes dióxido de carbono adicional e reduzindo seu estresse oxidativo. Além disso, ambos os participantes secretam substâncias poliméricas extracelulares que melhoram a adesão entre partículas de regolito e precipitados de carbonato de cálcio e a coesão entre partículas precipitadas. A primeira inovação deste projeto é utilizar fungos filamentosos, em vez de bactérias, como produtores de biominerais.
A segunda inovação deste projeto é explorar uma tecnologia de crescimento totalmente autônoma, criando um sistema de líquenes sintéticos e usando interações mutualísticas entre cianobactérias diazotróficas fotoautotróficas e fungos filamentosos heterotróficos. Essa tecnologia não apenas tem um significado significativo para os futuros colonizadores de novos planetas, mas também desempenha um papel crítico na resposta aos desafios em nosso próprio planeta, revolucionando a logística e a construção militar em ambientes remotos, austeros, de alto risco e pós-desastre.
9-Grande observatório de comprimentos de onda longos
O Grande Observatório de Comprimento de Onda Longo promete revolucionar a astronomia
A humanidade nunca viu o céu de rádio de baixa frequência antes. Ele está escondido de telescópios terrestres pela ionosfera da Terra e é difícil de acessar do espaço com missões tradicionais porque os longos comprimentos de onda envolvidos (escala de metros a quilômetros) exigem telescópios impossivelmente massivos para ver claramente. A radiação eletromagnética nessas baixas frequências carrega informações cruciais sobre os campos magnéticos exoplanetários e estelares (um ingrediente-chave para a habitabilidade), o meio interestelar / intergaláctico e as primeiras estrelas e galáxias.
O Grande Observatório de Comprimento de Onda Longo (GO-LoW) propõe uma matriz interferométrica de milhares de SmallSats idênticos (pequenos satélites) no ponto de Lagrange Terra-Sol para medir os campos magnéticos de exoplanetas terrestres, detectando suas emissões de rádio em frequências entre 100 kHz e 15 MHz. Cada espaçonave carregará uma inovadora antena de sensor vetorial (VSA), que permitirá o primeiro estudo de campos magnéticos exoplanetários.
10-TitanAir: o hidroavião espacial
O hidroavião em Titã é um projeto muito além de tudo o que se conhece
Imagine um hidroavião espacial, que em vez de procurar água, procura metano em um mundo distante. A missão de hidroavião de baixo custo, com foco na ciência atmosférica e lacustre, poderia abordar questões importantes específicas ainda não abordadas em qualquer missão à grande lua de Saturno, Titã.
Lanterna 11-Lunar EmberCore
Relâmpago disparado na Lua para melhor explorá-la
Os cientistas acreditam que uma lanterna pode ser usada para ver nas regiões escuras da Lua para entender melhor do que essas áreas são feitas. No caso deste projeto, a lanterna usa um comprimento de onda mais curto de luz, um raio-X/raio gama, que é produzido passivamente por um radioisótopo.
A tecnologia inovadora é o radioisótopo EmberCore que está sendo desenvolvido pela Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) para permitir a sobrevivência da noite lunar, mantendo rovers e landers lunares aquecidos durante a noite fria.
12-Localizador de exoplanetas
Protótipo de um novo telescópio espacial
Atualmente, é impossível encontrar planetas semelhantes à Terra nas zonas habitáveis (onde a temperatura suporta água líquida) de estrelas semelhantes ao Sol. É ainda mais difícil medir a composição de suas atmosferas. Mas isso é necessário se quisermos encontrar a vida como a conhecemos em outros mundos, ou encontrar outro planeta que possamos facilmente habitar.
O novo design de um novo projeto, chamado Diffractive Interfeo Coronagraph Exoplanet Resolver (DICER), poderia tornar possível encontrar a “Terra 2.0”. Encontrar um exoplaneta como a Terra requer um telescópio espacial muito grande que possa encontrar um planeta semelhante a partir de uma estrela igual ao Sol a distâncias de pelo menos 30 anos-luz. Detectar um exoplaneta análogo à Terra também requer o bloqueio da luz da estrela para que ela não sobrecarregue a luz do planeta; no infravermelho, onde a Terra é mais brilhante em luz emitida, o Sol é um milhão de vezes mais brilhante do que o nosso mundo.
Uma missão espacial infravermelha tornaria possível observar planetas semelhantes à Terra a partir de uma estrela hospedeira semelhante ao Sol à distância necessária, permitindo a descoberta de planetas com órbitas frontais. No entanto, lançar e implantar um telescópio espacial de classe 20m não é tecnologicamente viável neste momento, porque é muito difícil transportar espelhos de telescópios tão grandes para o espaço.
DICER atinge o limite de difração óptica de ~ 20 metros de comprimento, enquanto requer dois espelhos que têm apenas alguns metros de diâmetro; Em vez disso, a luz é coletada com duas ou mais grades de difração planas de dez metros de comprimento.
13- Gerador de energia de radioisótopos
Possível fonte de energia revolucionária para missões a planetas exteriores
Este projeto procura demonstrar a viabilidade de uma fonte de energia revolucionária para missões aos planetas exteriores utilizando um novo paradigma na conversão de energia térmica, a célula termorradiativa (CRT). Este dispositivo, impulsionado por uma fonte de calor de radioisótopos, permitirá um aumento de ordem de magnitude na potência de massa específica (~30 vs. ~3 W/kg) e uma diminuição de três ordens de magnitude no volume (~0,2 vs. ~212 L) em comparação com um gerador térmico de radioisótopos multimissão convencional.
Essa tecnologia permitirá a proliferação de pequenas espaçonaves versáteis com requisitos de energia não atendidos por painéis fotovoltaicos. Isso permitirá diretamente pequenas missões de satélite para os planetas externos, bem como operações de sombra permanentes, como crateras lunares polares.
Este estudo investigará a termodinâmica e a viabilidade do desenvolvimento de uma fonte de energia termorradiativa habilitada para radioisótopos com foco no tamanho, peso e potência (SWaP) do sistema, bem como no crescimento dos materiais identificados.
14- Motor de foguete de fragmento de fissão
Um pequeno protótipo de núcleo de reator nuclear de baixa densidade poderia converter energia nuclear armazenada em material físsil
Para atender à necessidade urgente de soluções avançadas de propulsão, os apresentadores deste projeto propõem o desenvolvimento de um motor de foguete de fragmento de fissão nuclear (FFRE) que seja exponencialmente mais eficiente em propulsão do que os motores de foguete atualmente usados para impulsionar veículos espaciais atuais e que possa atingir um impulso específico muito alto (>100.000 seg) em alta densidade de potência (>kW / kg).
Os projetos atuais propostos para motores de foguetes de fragmentos de fissão são proibitivamente massivos, têm restrições térmicas significativas ou exigem a implementação de projetos complexos, como a levitação por plasma empoeirado, limitando a viabilidade a curto prazo.
Mas, um pequeno protótipo de núcleo de reator nuclear de baixa densidade poderia converter a energia nuclear armazenada em material físsil em uma fuga de foguete de alta velocidade e eletricamente alimentada para cargas úteis de espaçonaves.
O programa NIAC começou em 2011 e é financiado pela Diretoria de Missões de Tecnologia Espacial da NASA.