Hvordan kan vi komme dit trygt og bærekraftig?


Utforske verdensrommet: Hvordan kan vi komme dit trygt og bærekraftig?

Refleksjon av doktorgradsstudent Thomas Andreano mens han ser på sin 2 kW Kr Hall-thruster hvis lys sendes gjennom en vindusåpning i et stort vakuumkammer ved CSU. Kreditt: Professor John Williams

Når en gang var det eneherredømmet til sci-fi-filmer og romaner, har emnet for dypt romutforskning og interplanetarisk kolonisering flyttet seg flere skritt nærmere å bli en realitet takket være store fremskritt innen romfartsteknikk, medisin og fysikk.

Å sende astronauter til den internasjonale romstasjonen for utvidede oppdrag har gitt et vell av informasjon om å holde mennesker i live i det utfordrende miljøet i verdensrommet. Tilbake på jorden prøver forskere og ingeniører å gjenskape forhold utenfor verden for å teste grenser for mer ambisiøse oppdrag.

Å finne liv eller å transportere liv?

Forskere ved Institutt for maskinteknikk ved CSU samarbeider med NASA for å forstå hvordan man kan reise større avstander sikrere og mer bærekraftig inn i verdensrommet.

Fra perspektivet til Chris McKay, senior planetarisk forsker ved NASA og anerkjent astrobiolog, kan søket etter bevis på nåværende eller tidligere liv utenfor Jorden representere en egen opprinnelse til liv. Dette ville ikke bare være et sprang i å tilfredsstille århundrer med menneskelig nysgjerrighet, men kan også føre til vitenskapelige fremskritt innen medisin.

“Hvis vi skulle finne et annet eksempel på liv som var uavhengig av liv på jorden, ville vi vite at antallet livsformer i universet er minst to,” sa McKay. “Og hvis det er to, er det milliarder og milliarder. Alt som er i live ville være fenomenalt, hvor som helst, alt levende, og selv om det er dødt, er det fortsatt fenomenalt!”

For CSU Mechanical Engineering Professor John Williams handler temaet om liv på andre planeter mindre om å finne det og mer om å levere det.

“Jeg visste ikke at det å tro at jorden er en levende, pustende, flercellet organisme trengte en hypotese, men det gjør den selvfølgelig – fordi en viktig definisjon av noe levende er at det kan replikere seg selv,” sa Williams. “For at mennesker skal flytte Jorden inn i skillet og replikere riket, må vi skape en evne for den til å sette opp kolonier utenfor Jorden selv.”

Problemet med avstand

Teknologi eksisterer for å ta oss inn i verdensrommet og har allerede blitt brukt til forskjellige oppdrag, inkludert å gå til månen. Utfordringen er å ta kraftnivåene sine til å skalere etter størrelsesordener og forstå hvordan større, mer kraftfulle systemer vil fungere i verdensrommet.

Teknologien – elektrisk fremdrift – er en svært drivstoffeffektiv oppfinnelse med kontinuerlig lav skyvekraft som er ideell for romfart. Det krever svært lite drivmiddel for å manøvrere objekter fra ett punkt til et annet sammenlignet med konvensjonell rakettfremdrift.

NASAs siste initiativ, JANUS

Williams og stipendiat professor i maskiningeniør Azer Yalin vil spille en betydelig rolle i et nytt romforskningsinstitutt fra NASA – Joint Advanced Propulsion Initiative (JANUS) – for å fremme bakketesting av elektrisk fremdrift mens de ser på dyp plass menneskelig utforskning.

Yalin er en av prosjektets med-hovedetterforskere, mens Williams vil fungere som den overordnede CSU-hovedetterforskeren og medlem av JANUS Leadership Committee. Det universitetsledede instituttet, ledet av Georgia Tech, vil slutte seg til fire eksisterende NASA-institutter, og motta så mye som 15 millioner dollar over fem år. Teamet består av 12 universiteter og tre private luftfartsselskaper.

Tester kraft og ytelse

Å etablere et tilstrekkelig romlignende miljø er avgjørende for å evaluere og forutsi oppførsel av fremdriftssystem med høy effekt og sikre oppdragets suksess. Teamet vil utvikle strategier og metoder for å overvinne begrensninger i bakketesting av elektriske fremdriftssystemer med høy effekt og for å forbedre karakteriseringen av slitasjen og ytelsen til enhetene. De vil bruke fysikkbasert modellering, høyeffekts thrustertesting, ny diagnostisk utvikling og grunnleggende eksperimenter.

Et av CSUs forskningsmål er å bruke lasere til å gjøre nøyaktige atomnivåmålinger av thrustererosjon – en viktig livsbegrensende prosess som begrenser fjerne oppdrag. For enkel transport og implementering på partneranlegg, vil CSU-teamet også utvikle bærbare diagnosesystemer for å utfylle lasermålingene med høy kvalitet.

Fremtiden for utforskning av dypt rom

Har det noen gang eksistert liv på Mars? Kan det i fremtiden? Hva ville vi funnet hvis vi gikk dypere ut i verdensrommet?

Mulighetene som kan gis med skalert og plasssikker elektrisk fremdrift er betydelige.

Den kontinuerlige, lavtrykksteknologien til elektrisk fremdrift tilbyr muligheten til å etablere en interplanetarisk lasteflåte for å flytte massive nyttelaster og etablere moduler på månen eller i bane der mennesker kan leve. Hvis modulene var i stand til å støtte liv, kunne de gjøres om til baser, og gi mellomstasjoner for astronauter å bevege seg dypere inn i rom.

I større skala og lenger inn i fremtiden kan flåter brukes til å etablere foreløpige menneskelige kolonier på andre planeter. Dette kan være et første skritt i å avgjøre om interplanetær kolonisering er et levedyktig alternativ for mennesker å overleve, eller som Williams sier det, å dele og replikere.


Lunar Gateway vil opprettholde sin bane med en 6 kW ionmotor


Sitering: Utforske verdensrommet: Hvordan kan vi komme dit trygt og bærekraftig? (2021, 29. juni) hentet 24. mai 2022 fra https://phys.org/news/2021-06-exploring-deep-space-safely-sustainably.html

Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel med formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.