NASA ja ala kehittävät kuunkestävää energiatekniikkaa

Kuvittele pieni energiakeskus, joka hurisee hiljaa kuun kraatterin pimeydessä, valonauha siirtää energiaa kulkijalle, joka toimii kuukausia paikassa, jonne auringonvalo ei koskaan ulotu. Tällainen kohtaus ei ole enää scifiä. Se on kyvykkyys, jota NASA ja amerikkalainen teollisuus nyt kehittävät yhdessä.

Teollisuus ja virasto, yhteistyö ilman suoraa rahoitusta

Tämän vuoden alussa NASA valitsi 41 ehdotusta 37 yhdysvaltalaiselta yritykseltä osana vuoden 2025 Yhteistyömahdollisuuksien ilmoitus -ohjelmaa (ACO). Valitut projektit kohdistuvat kestävän tutkimuksen perusrakenteisiin: luotettavaan energiaan Kuulla, turvallisiin ja tarkkoihin pintatoimintoihin, vankkaan kuljetukseen ratojen ja taivaankappaleiden pintojen välillä sekä uusiin tapoihin rakentaa ja korjata laitteita Maan ulkopuolella.

Nämä sopimukset eivät ole perinteisiä hankintasopimuksia. Sen sijaan ACO rakentaa kumppanuuksia, jotka antavat yrityksille pääsyn NASAn tiloihin, insinöörityökaluihin ja tekniseen asiantuntemukseen teknologian kypsyttämisen nopeuttamiseksi. Tavoitteena on kaksijakoinen: nopeuttaa järjestelmiä, joita voitaisiin käyttää tulevilla valtion tehtävillä, ja auttaa näitä teknologioita tulemaan kaupallisesti kannattaviksi.

NASA on pyörittänyt tätä ohjelmaa vuodesta 2015 ja tukenut yli sataa hanketta. Virasto tarjoaa luontaisena resurssina useiden kymmenien miljoonien eurojen arvosta palveluita, kun taas osallistuvat yritykset lisäävät omia varojaan ja insinöörityötuntejaan. Yksittäiset hankkeet kestävät tyypillisesti yhdestä kahteen vuotta, aikataulut sovitaan tapauskohtaisesti.

Mihin insinöörit keskittyvät

Kaikki ongelmat eivät aiheuta lehtiotsikoita. Suuri osa työstä pyrkii ratkaisemaan itsepintaisia insinöörihaasteita, jotka määrittävät, ovatko pitkäkestoiset kuukäytöt ja mars-operaatiot käytännössä mahdollisia.

• Avaruuskuljetusmoottorit ja työntövoimateknologiat, jotka vähentävät riskiä ja kustannuksia rahtia ja miehistöä lähetettäessä.
• Ohjaus-, navigointi- ja täsmällisen laskeutumisen teknologiat, joilla laskeudutaan lähelle tieteellisiä kohteita ja infrastruktuuria.
• Energiantuotanto ja energianhallinta pitkiä öitä, varjoisia alueita ja suurta energiantarvetta vaativille kohteille.
• Ratkaisut avaruudessa tapahtuvaan kokoonpanoon, huoltoon ja lisäainevalmistukseen, jotta laitteita voidaan valmistaa ja huoltaa ilman jatkuvaa Maan huoltotoimitusta.
• Pintasuojaukset ja lieventävät toimenpiteet kuukiven hankauttavaa pölyä vastaan, joka kuluttaa tiivisteitä, nivelosia ja lämmönhallintajärjestelmiä.

Nämä prioriteetit heijastavat Artemis-ajan tehtävien ja minkä tahansa pitkäaikaisen ihmisläsnäolon käytännön tarpeita kuu- ja avaruusoperaatioissa. Ne sopivat myös kaupallisiin markkinoihin, jotka hyötyisivät edullisemmista laukaisuista, pidemmistä satelliittien käyttöiöstä tai avaruudessa tapahtuvasta huollosta.

Kolme hanketta, joilla on merkittävä käytännön arvo

Jotkin valituista hankkeista erottuvat siitä, miten suoraan ne tarttuvat operatiivisiin esteisiin.

Lockheed Martin kehittää kompaktia, modulaarista energiajärjestelmää, joka on tarkoitettu toimimaan pysyvästi varjoisilla kuun alueilla, paikoissa, jotka eivät koskaan näe auringonvaloa ja joissa voi olla vesijäätä. Järjestelmän on tarkoitus kestää pitkien kuuyöjen yli, ja Lockheed tutkii myös langatonta energiansiirtoa kuitulaserien avulla sekä lämpöteknologiaa, jolla lämpö poistetaan luotettavasti kuun ympäristössä.

Kall Morris Inc. ehdottaa Asteria-nimistä kiinnitysmenetelmää, joka mahdollistaa lisälastien kiinnittämisen jo kiertoradalla oleviin avaruusaluksiin ilman ennalta asennettuja kiinnitystelineitä. Menetelmä käyttää kontrolloitavaa irtoavaa liimaa uusien komponenttien kiinnittämiseen, mikä voi pidentää satelliittien käyttöikää, mahdollistaa modulaarisia päivityksiä ja parantaa kiertorata-logistiikkaa.

Moonprint Solutions kehittää taivuteltavia suojapeitteitä, jotka suojaavat herkkiä laitteita kuun regoliitilta. Tämä pöly ei ole vain likainen; se on sähköisesti varautunutta, erittäin hankaavaa ja altis tunkeutumaan liikkuviin osiin. Suojapeitteet, jotka myötäilevät pinnan muotoja, voivat pidentää kulkijoiden, robotiikkaranteiden, letkujen ja muiden pitkäaikaisissa pintaoperaatioissa käytettävien mekaanisten järjestelmien käyttöikää.

Nämä kolme havainnollistavat laajempaa trendiä: teknologioiden on oltava kestäviä, korjattavissa ja yhteensopivia sekä kaupallisten että valtion tehtävien kanssa.

Asiantuntijan näkemys

Tohtori Elena Morales, järjestelmäinsinööri, joka on työskennellyt kuupintakonseptien parissa, kommentoi, että nämä yhteistyöt voivat muuttaa kehitysaikataulua. Hän sanoi: 'Viraston koelaboratorioiden ja lentoperinnön hyödyntäminen nopeuttaa riskien vähentämistä. Se tarkoittaa, että lupaavat ideat saavuttavat lentovalmiuden nopeammin, mikä on välttämätöntä, jos haluamme operatiivisen kyvykkyyden Kuulla seuraavan vuosikymmenen aikana.'

Hänen huomionsa ytimessä on ACO-malli. Pääsy tiloihin ja lentomaisia testejä vastaavaan kokeiluun voi olla arvokkaampaa kuin suorat avustukset laitteiston varhaisessa validointivaiheessa.

Yhteenveto

Se, että NASA valitsi 41 hanketta amerikkalaiselta teollisuudelta, on tietoinen pyrkimys tehdä pitkäjänteisestä tutkimuksesta toteuttamiskelpoista ja edullista. Painopiste on pragmaattinen: energiaa paikkoihin, joissa Aurinko ei paista, tapoja kiinnittää ja huoltaa laitteita kiertoradalla, järjestelmiä, jotka sietävät Kuun ankaraa pölyä, sekä valmistusmenetelmiä, jotka vähentävät riippuvuutta Maasta. Jos nämä ponnistelut onnistuvat, ne eivät pelkästään mahdollista tehtäviä. Ne kylvävät uusia kaupallisia palveluja ja kyvykkyyksiä, jotka muuttavat tapaa, jolla ihmiskunta käyttää avaruutta.