Los lanzamientos de cohetes son caros y laboriosos, pero durante décadas han sido el precio de hacer negocios para las agencias espaciales que esperan obtener sus últimas novedades. satélite, telescopio o equipo de astronautas en el gran azul allá.
Pero nuevas misiones y conceptos de misión se están preparando para un mundo nuevo y feliz, en el que la humanidad tiene una presencia establecida y semipermanente fuera de Tierra. Comienza con la Luna, donde los humanos no han estado en 51 años. Pero una vez que aprendamos cómo tener una Tierra sustentable, presencia allí a largo plazo, la gran extensión más allá parece mucho más alcanzable.
El tránsito humano hacia otros mundos y satélites y su ocupación es parte de la ecuación. Otra parte de la ecuación es la construcción de experimentos e infraestructura que aprovecha el entorno circundante, un proceso llamado utilización de recursos in situ, o ISRU.
Cómo llegaremos al cosmos y lo utilizaremos son preguntas fundamentales en nuestra búsqueda de comprenderlo mejor. Desde nuestro mármol azul y probando las aguas (o regolito) más allá, los científicos desarrollarán nuevas formas de comprender el universo. Gizmodo tomó algunas Es hora de hablar con tecnólogos, ingenieros y teóricos que trabajan en tecnologías que facilitarán nuestra investigación científica del espacio.
¿Por qué necesitamos hacer ciencia en el espacio?
Hay observatorios en la Tierra que observan el cosmos y sus peculiares fenómenos, desde telescopios que observan la luz antigua a detectores supersensibles que sienten reverberaciones de ondas gravitacionales en el espacio-tiempo. Entonces ¿por qué hacer ciencia en el espacio?
Por un lado, es difícil ver el espacio desde la Tierra. El resplandor del cielo debido a la contaminación lumínica hace que sea cada vez más difícil ver las estrellas, según investigación publicada a principios de este año. Pero, dejando de lado el resplandor del cielo, nuestro planeta no se estaba optimizando para las observaciones astronómicas mientras tomaba forma durante los últimos 4.600 millones de años.
“Existe una enorme fracción del espectro electromagnético a la que no se puede acceder desde la superficie de la Tierra”, dijo Paul Goldsmith, un astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en una videollamada con Gizmodo. “La atmósfera misma, especialmente el agua y el oxígeno en nuestra atmósfera, vivamos aquí, son lo que hace que la vida sea un desafío para los astrónomos”.
En consecuencia, las agencias espaciales lanzan observatorios que están suspendidos en órbita. Eso comenzó con OAO-2, el primer telescopio espacial exitoso y el ancestro de todos los telescopios espaciales modernos. Pero ahora, el telescopio espacial Webb abarca luz infrarroja cercana a un millón de millas de la Tierra y el Observatorio de rayos X Chandra orbita la Tierra a decenas de miles de millas del planeta evitar lo peor de su radiación.
Pero hay un límite en la ciencia que podemos hacer con observaciones desde lejos, incluso aquellas realizadas con los instrumentos astronómicos más perspicaces. Considere la Luna: estudiar el regolito lunar y mapear sus cráteres a través de un telescopio ofrece pistas sobre su formación y composición, pero analizar la Luna muestras (es decir, las recogidas durante las misiones apolo y, más recientemente, El módulo de aterrizaje Chang’e-5 de China) brindan a los científicos conocimientos invaluables sobre la composición de los gases lunares y cómo la luna podría retener agua. Y en Marte, el rover Perseverance está recolectando activamente muestras de rocas para eventualmente enviarlas a la Tierra como parte del Regreso de muestra de Marte misión. Esas muestras serán analizadas en busca de pistas sobre la historia geológica de Marte, pero también pruebas de que el Planeta Rojo pudo haber tenido alguna vez apoyó la vida microbiana antigua.
La búsqueda de vida —incluso señales de vida antigua, más allá de la Tierra es una búsqueda de suma importancia. Si encontráramos señales de que la vida existe o existió más allá de nuestro propio mundo, nos permitiría hacer preguntas serias sobre la ética de la exploración del espacio y las implicaciones de no ser solo en el universo de una manera material (hemos estado haciendo estas preguntas hipotéticamente durante mucho tiempo). Si signos de Si se encontrara vida más allá de la Tierra, también cambiaría los tipos de misiones que las agencias espaciales y las entidades comerciales priorizarían.
Por supuesto, sería más fácil (y a largo plazo, posiblemente más rentable) tener una presencia humana establecida y sostenible explorando Marte. en su superficie que lanzar regularmente vehículos al planeta para recuperar muestras como las que está siendo recolectada por Perseverance.
Las misiones Artemis planificadas pueden mostrar esa idea en la Luna. A pesar de su nombre, las misiones Artemis no son realmente las gemelas de las Misiones de Apolo. El propósito de Apolo era visitar y tomar muestras de la Luna, y luego llevar a todos los astronautas de vuelta a la Tierra en uno pieza. Artemisa sentará las bases para una presencia humana sostenida en la Luna, desde la infraestructura en la superficie lunar hasta la Puerta lunar, una estación espacial que apoyará a los astronautas en la órbita de nuestro satélite rocoso como lo hace la Estación Espacial Internacional con la Tierra.
Acceso más fácil a la frontera final
Fundamentalmente, los costos de los lanzamientos de cohetes (la mayor barrera para lograr nuevas misiones al espacio, según la medida de Goldsmith)estan cayendo. 2023 está viendo un enorme número de lanzamientos de cohetes y los cohetes reutilizables permitirán aún más lanzamientos por menos costo. El Falcon 9 reutilizable de SpaceX, por ejemplo, es responsable de casi la mitad de de todos los lanzamientos orbitales este año hasta la fecha, según la página espacial de Gunter.
“Hay que esperar que el vehículo para llegar allí no sea muy caro o, de lo contrario, todo se volverá inasequible”, dijo Goldsmith. . “Así que la esperanza es que la caída de los costos del espacio comercial los lleve al espacio y/o a la superficie de la Luna en una manera de poner más dinero en la carga útil y hacer ciencia interesante en lugar de pagar simplemente para llegar allí .”
Y a medida que los costos de los cohetes caen, su potencia y capacidad de carga aumentan. Consideremos Starship, el megacohete en desarrollo de SpaceX, que se espera que usurpar el Falcon 9 de la compañía como vehículo de lanzamiento estrella de SpaceX.
de la NASA Sistema de lanzamiento espacial (SLS) genera 8,8 millones de libras de empuje en el lanzamiento; la Starship de 400 pies de altura, por el contrario, ejercerá 16,5 millones de libras de empuje. como informó previamente Gizmodo en nuestra guía exhaustiva (sin juego de palabras) En el nuevo cohete, Starship podrá transportar 330 000 libras (150 toneladas métricas) de carga útil a la órbita terrestre baja dentro de su Carenado de carga útil de gran tamaño.
En pocas palabras: Starship está preparada para entregar equipos más pesados y más grandes al espacio, lo que significa que los científicos e ingenieros podrán incluir más campanas. y silbatos a sus conceptos de misión futura. No hace falta decir que los límites del concepto de misión siempre estarán limitados por lo que realmente se puede lanzar al espacio. -La fabricación espacial, una capacidad actualmente en el horizonte, permitirá el desarrollo de herramientas espaciales profundamente más complejas.
Al mismo tiempo, las nuevas tecnologías están mejorando nuestra capacidad para observar el cosmos. El Telescopio Espacial Webb, un observatorio espacial valorado en 10.000 millones de dólares lanzado en diciembre 2021, ya ha producido un año de imágenes científicas, así como copiosas cantidades de datos sobre nubes moleculares distantes y el prevalencia de mundos habitables, entre muchas otras líneas de investigación.
El Telescopio Espacial Webb tenía una carga útil total de 13,670 libras. Si bien la masa de una misión de ninguna manera es un indicador de su impacto , Menos límites en las cargas útiles de la misión (cortesía de Starship) significarán más oportunidades para atar un cohete con equipo científico.
Webb está ubicado en L2, una región en el espacio a aproximadamente un millón de millas de la Tierra que permite al telescopio tomar imágenes del universo con un mínimo quema de combustible. A esa distancia, L2 también se evita la contaminación lumínica de la Tierra y la exceso de constelaciones de satélites poniendo rayos de luz en las imágenes de otros observatorios.
Irónicamente, la misma empresa que está desarrollando el cohete del futuro de los vuelos espaciales es responsable de obstruir la órbita terrestre baja. Estadísticas Mantenido por el astrofísico de Harvard-Smithsonian Jonathan McDowell, SpaceX ha lanzado 5.048 satélites de Internet Starlink hasta la fecha, de los cuales 4.670 están actualmente operativos.
Es difícil decir con precisión cuáles serán las futuras aplicaciones de las megaconstelaciones, pero los astrónomos están cada vez más preocupado sobre cómo funcionarán los dispositivos meterse con las observaciones telescópicas. Los científicos han software desarrollado que puede editar los rayos de luz de los satélites fuera de sus imágenes, pero parece más una medida provisional que una panacea.
En la Tierra, dispositivos como el cámara digital más grande jamás construida ayudará a los científicos a ver el cielo mejor que nunca, a pesar de la atmósfera. La próxima cámara de 3,2 gigapíxeles será la piedra angular de el Observatorio Vera Rubin Estudio heredado del espacio y el tiempo, un estudio de 10 años que tomará imágenes del cielo nocturno cada 15 segundos, tomando un retrato completo del cielo del sur aproximadamente una vez al En lo alto del desierto de Atacama de Chile, la cámara abordará poca contaminación lumínica y menos perturbaciones atmosféricas que otros telescopios terrestres.
Con las nuevas tecnologías que innovan la forma en que vemos el cosmos y la caída de los precios de los lanzamientos de cohetes, las misiones científicas se pueden lanzar con mayor frecuencia, acelerando la tasa de descubrimiento.
¿Cuál es el futuro de la ciencia en el espacio?
Una pregunta clave en torno a las misiones científicas más allá de la Tierra es quién o qué las construirá. El espacio es inhóspito para los humanos, con temperaturas intensas cambios climáticos, radiación, falta de aire respirable y falta de fuentes de alimentos o agua inmediatamente disponibles. La respuesta, por lo tanto, son los robots. Hemos desarrollado robots que vuelan en Marte y que perforar la historia rocosa del planetaEntonces, ¿por qué no enviar más robots al espacio para hacer el trabajo que los humanos no pueden, o tal vez no deberían?
Angelo Vermeulen, biólogo e investigador de sistemas espaciales de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, dijo que las personas en el espacio... erm, el espacio —a veces ven los dos tipos de exploradores como mutuamente excluyentes, y es un tema “algo cargado” en la comunidad espacial.
“Creo que es un poco desafortunado que a veces termine en una discusión como esta porque probablemente sean ambas cosas”, dijo Vermeulen a Gizmodo en una videollamada. “Como puedes imaginar, tener humanos ahí fuera con compañeros robóticos parece lo mejor de ambos mundos”.
Vermeulen es coautor de un artículo recientemente publicado en Fronteras en la astronomía y la ciencia espacial explorar sistemas de soporte vital bioregenerativos, es decir, sistemas que pueden ajustarse y adaptarse a sí mismos a lo largo de un viaje a través del espacio.
“No necesitamos descubrir algunas nuevas leyes de la física para iniciar la exploración interestelar”, dijo Vermeulen. “Entre 40 y 100 años, deberías poder llegar [a las estrellas más cercanas]. Y así entramos en el dominio de los viajes espaciales multigeneracionales, que tiene su propia conjuntos de desafíos, incluidos los éticos, por supuesto, no voy a rehuir eso”.
Los mismos tipos de sistemas diseñados para Vermeulen Naves estelares asteroides en evolución El proyecto podría aplicarse a un objetivo mucho más cercano que las estrellas más cercanas: la Luna. La NASA planea hacer que los humanos regresen a la Luna Dentro de esta década, diseñar sistemas que hagan posible una presencia humana sostenida en nuestro satélite frío y sin atmósfera es de suma importancia. Y ninguna entidad está haciendo más para abordar esas preguntas que el programa Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA, el campo de pruebas para experimentos científicos. fuera de la Tierra.
NIAC produce un flujo constante de proyectos financiados para mejorar la capacidad de la humanidad para viajar más allá de la Tierra e investigar el cosmos. Desde aprender a transformar el suelo marciano en tierra cultivable hasta utilizarlo láseres para propulsar naves espaciales, las propuestas del NIAC funcionan para resolver problemas que aún no se han convertido en problemas, de modo que la humanidad esté preparada para cuando surgir.
Uno de esos diseños es el Propuesta de levitación flexible sobre una pista (FLOAT), que es un sistema de levitación magnética que podría ayudar a mover el regolito lunar (u otras cosas pesadas en la Luna). El sistema está diseñado para operar como una cinta transportadora flotante, enviando materiales extraídos a la superficie lunar sin tener que preocuparse por la superficie lunar irregular. Ethan Schaler, investigador principal de FLOAT (y también investigador principal del concepto SWIM NIAC, y un ingeniero de sistemas robóticos para la misión Perseverance de la NASA en Marte), dijo que diseñar una misión es (un tipo de) diversión y juego cuando “volver a trabajar en un concepto. “El diablo siempre está en los detalles cuando comienzas a construir el hardware de vuelo”, le dijo Schaler a Gizmodo en una videollamada.
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“Soy optimista en cuanto a la investigación; me encanta pensar en nuevas ideas interesantes y en cómo podrían funcionar”, añadió Schaler, y Soy realista cuando se trata de misiones reales. Y cuando estás trabajando en una misión, tienes que pensar en todos los sentidos. puede salir mal y diseñar formas de evitarlos todos”.
Una pista levitante para transportar material pesado fuera de la Tierra es solo un concepto de misión del NIAC diseñado teniendo en cuenta la Luna. Algunos suenan aún más ciencia ficción: considere la Radiotelescopio del cráter lunar (LCRT), un concepto de misión NIAC que tiene como objetivo convertir un cráter en la cara oculta de la Luna en un detector de longitudes de onda ultralargas ondas de radio que emanan del universo Edad Oscura.
“La razón por la que la Edad Media es un buen momento para observar la materia oscura y la interacción de la materia es porque no hay nada más [ sucediendo]. En el momento en que nacen las primeras estrellas... se pierden todas las firmas de energía oscura”, dijo Saptarshi Bandyopadhyay, tecnólogo en robótica de El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y un miembro del equipo LCRT, en una videollamada con Gizmodo.
Estar ubicado en la cara oculta de la Luna significaría que los datos del telescopio necesitarían ser transmitidos a un orbitador que luego transmitiría los datos a la Tierra.
“LCRT tiene un doble problema”, dijo Goldsmith, quien también es miembro del proyecto LCRT. “Uno es cuando vas a A frecuencias muy, muy, muy bajas, la ionosfera de la Tierra comienza a bloquear las señales. Y luego también tienes el problema de que la interferencia de todas las transmisiones de todo lo que hay en la Tierra fácilmente inundarían la señal que estás buscando”.
Así, el telescopio lunar instalado por robot debe estar en la cara oculta de la Luna, y debido a que solo está buscando un rango específico de ondas de baja frecuencia, puede ser difícil para partidarios para justificar su costo (en el estadio de un par a unos cuantos miles de millones de dólares) en comparación con su utilidad para el comunidad astronómica.
“A nadie más en el departamento de astronomía le importa esto, aparte de las pocas personas que se preocupan por la ciencia del universo temprano”, añadió Bandyopadhyay. “Así que este tipo de viaje que tenemos por delante es bastante difícil”.
Bandyopadhyay separó los tipos de misiones científicas realizadas fuera de la Tierra en tres clases: misiones que son únicamente factibles desde el espacio, misiones que utilizan instrumentos basados en la Tierra en conjunto con instrumentos terrestres y misiones científicas diseñadas para mantener vivos a los seres humanos en el espacio. Los tres están en el ámbito de la humanidad planes, pero los dos primeros serán más fáciles si se prioriza el tercero. Tener humanos en la Luna, Marte y tal vez en otro lugar a partir de entonces signifique que puedan resolver los problemas más rápido de lo que les toma a los científicos terrestres diagnosticar y resolver problemas de forma remota.
¿Hasta el infinito y más allá?
Con un poco de suerte y mucha planificación, los humanos regresarán a la Luna dentro de una década. Las agencias espaciales y los socios comerciales están desarrollando las tecnologías Necesario para llevar nuestra especie a Marte y permitir una presencia sostenible y a largo plazo en el planeta. muy lejos de los viajes interestelares, pero no está más allá del ámbito de la posibilidad.
“Creo que yo y muchas otras personas miramos la Tierra más como una cuna”, dijo Vermeulen. “Es un punto de partida. Y existe esta belleza en extender la mano y conectarnos con el lugar de donde venimos, este enorme universo, y profundizar en él”.
Las tecnologías del mañana se están diseñando hoy, para que los seres humanos estén preparados cuando exista la tecnología para viajar más allá de la Tierra y permanecer allí . E incluso una vez que exista, necesitaremos innovar en esas tecnologías, abaratar la fabricación de estas herramientas y hacer sus diseños más intuitivos y útiles, etc.
En este momento, transportar humanos a Marte es inviable; es un viaje largo con una ventana de lanzamiento corta e intermitente, y cualquier nave que transporte humanos necesitaría estar debidamente protegido contra la radiación.
“Una vez que nos demos cuenta de eso, creo que los humanos serán verdaderamente una civilización que cuida el planeta”, dijo Bandyopadhyay. Dentro de cien años, tendríamos bases en la Luna y Marte. Y para que todo eso suceda, primero debes calcular descubramos cómo hacer que eso suceda».
A veces parece que la marcha de los vuelos espaciales es lenta, pero incluso a pesar del cuidadoso trabajo de las personas que diseñan y lanzan misiones, en realidad se está moviendo a un ritmo. Sólo hay que dar un paso atrás para ver cuánto más se está haciendo hoy en día que incluso 10 años antes. Hace tiempo que nos damos cuenta de que estamos en la cúspide de un tipo muy nuevo de exploración espacial y de todos los nuevos descubrimientos que ven con ello.
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