Este ano marca o 50º aniversário do primeiro pouso da Apollo na lua. Isso foi possível graças a uma extraordinária aceleração da tecnologia espacial. Dentro de um período de tempo extremamente curto antes do evento, engenheiros dominaram a propulsão de foguetes, computação a bordo e operações espaciais, parcialmente graças a um orçamento essencialmente ilimitado.

Desde os dias desses esforços heróicos, a engenharia espacial amadureceu em uma série de tecnologias interconectadas que oferecem novas e emocionantes missões de ciência espacial, uma mangueira de incêndio de dados de observação da Terra e uma rede de comunicação global e serviços de navegação. Agora podemos pousar sondas em cometas e vislumbrar mais para trás no tempo do que nunca. Mas e quanto ao futuro - que novas tecnologias poderiam ajudar a transformar o setor espacial nas próximas décadas e como?

Um caminho promissor nos últimos anos tem sido aumentar ou diminuir a tecnologia espacial. Por meio de um programa de pesquisa de dez anos lançado recentemente, apoiado pela Royal Academy of Engineering, nosso grupo está começando a explorar outras possibilidades nas extremidades das escalas de comprimento de espaçonaves. Acreditamos que esta é uma região pouco explorada para o design de missões que podem gerar novas ideias para o futuro.

Miniaturização

A miniaturização da tecnologia permitiu uma variedade de tamanhos de espaçonaves, como os pequenos satélites de 100 kg usados ​​para a constelação de monitoramento de desastres, que consiste em um grupo coordenado de satélites individuais. Existem até CubeSats compactos de 30x10x10cm, satélites pesando alguns quilogramas, que pode transportar uma variedade de cargas úteis diferentes. Eles são frequentemente usados ​​para observação da Terra ou para conduzir experimentos científicos de baixo custo, uma vez que um grande número deles pode ser lançado como cargas úteis secundárias junto com satélites maiores.

Nosso objetivo é diminuir o nível de tecnologia espacial em pelo menos uma ordem de magnitude em escala. Isso começaria com um satélite de placa de circuito impresso (PCB) de 3x3cm, e então para dispositivos ainda mais compactos. Demonstrações em órbita de tais satélites já foram realizadas. Considere, por exemplo, o dispositivo Sprite pesando apenas quatro gramas, apesar de ostentar sensores, comunicações, e processamento de dados a bordo.

Esses dispositivos já foram montados no exterior da Estação Espacial Internacional. E recentemente a missão KickSat-2 implantou 105 dispositivos Sprite, custando menos de US $ 100 cada, em órbita sobre a Terra. Os sinais foram recebidos dos dispositivos um dia após a implantação - aumentando a esperança de que tais dispositivos pudessem um dia realizar novas tarefas no espaço.

Nosso objetivo é construir dispositivos de vôo livre que possam controlar sua orientação e órbita no espaço. Isso nos permitirá implantar grandes enxames de sensores que podem ser usados ​​para redes de detecção distribuídas, permitindo em tempo real, coleta de dados em grande escala, incluindo monitoramento do clima espacial. Olhando para o futuro, dispositivos ainda menores podem resultar em alta integração, satélites produzidos em massa em um único wafer de silício.

Uma possibilidade empolgante é transformar essas espaçonaves minúsculas em naves estelares acoplando-as a grandes velas leves - alcançando outros sistemas solares em algumas décadas para estudá-los de perto. Eles também podem ser usados ​​para fornecer detecção abrangente na vizinhança de cometas ou asteróides.

Estrutura maciça

Na outra extremidade do espectro de tamanho, também há progresso. Grandes barreiras implantáveis ​​de 30 metros já estão em uso na Estação Espacial Internacional para apoiar seus painéis solares. Aqui, nosso objetivo é aumentar pelo menos uma ordem de magnitude novamente tornando grande, estruturas leves em órbita. Isso pode ser feito adaptando a tecnologia de impressão 3-D para trabalhar em vácuo e microgravidade. Acreditamos que esta abordagem pode permitir a fabricação de antenas ultra-grandes, coletores de energia ou refletores solares.

Mas por que precisamos de tais estruturas? Veja o caso do Telescópio Espacial James Webb, que em breve substituirá o telescópio espacial Hubble de enorme sucesso. Possui um grande espelho primário que é protegido do sol por um escudo do tamanho de uma quadra de tênis profissional. Para encaixar essa tecnologia em um foguete Ariane 5, tanto o espelho primário quanto o protetor solar são compostos por segmentos destacáveis. Isso exige uma sequência complexa de disparos individuais para disparar na hora certa no espaço - ou corre o risco de falha na missão.

A capacidade de fabricar grandes, estruturas leves diretamente em órbita podem ter um grande impacto na tecnologia espacial, contornar o obstáculo arriscado de lançar estruturas delicadas do solo. Por exemplo, se o material de suporte estrutural pode ser impresso diretamente nas membranas reflexivas em um processo de fabricação contínuo, então poderíamos fazer refletores ultra-grandes, potencialmente com várias centenas de metros de diâmetro.

Em órbita polar, tais refletores poderiam ser usados ​​para iluminar futuras fazendas de energia solar terrestre ao amanhecer e ao anoitecer, quando sua produção é baixa, mas a demanda e os preços spot são altos. Esta seria uma classe inteiramente nova de serviço espacial, onde o produto é energia em vez de informação.

Também poderia ser usado para refletir luz a fim de criar energia térmica solar em escala industrial para processar material recuperado de asteróides próximos à Terra. Por exemplo, um refletor de raio de 500 metros intercepta o equivalente a 1 GW de energia térmica - equivalente à saída de uma estação de energia típica na Terra.

Preparar água com asteróides é um caminho particularmente promissor, pois pode nos ajudar a fabricar propelente no espaço. A eletricidade gerada pelo sol poderia ser usada para transformar a água em hidrogênio e oxigênio e usá-los como combustível. Quando recombinados e inflamados eles vão queimar, produzindo impulso para impulsionar uma espaçonave para a frente. No futuro, a fabricação de propelente em órbita poderia reduzir o custo de futuros empreendimentos espaciais humanos, evitando a necessidade de transportar combustível da superfície da Terra para o espaço.

Embora a Apollo fosse um exemplo de engenharia em uma escala verdadeiramente heróica, futuros empreendimentos espaciais podem ser tão empolgantes, e pode oferecer benefícios sociais duradouros, além de sinalizadores e pegadas.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.