Come ho già accennato in diversi episodi, l'umanità sta attraversando un periodo di transizione, un momento in cui ha senso lanciare materiale su e fuori dalla gravità della Terra in orbita e oltre. Ma è davvero costoso, costa fino a $ 10.000 per chilo che vuoi in orbita e 10 volte se lo vuoi sulla Luna.
Ma nei prossimi decenni, sarà costruita sempre più la nostra infrastruttura spaziale nello spazio, fabbricato con materiali estratti nello spazio.
L'unica cosa che sarà effettivamente necessario per lasciare bene la gravità appiccicosa della Terra saremo noi, gli umani, i turisti, desiderosi di visitare tutte quelle infrastrutture spaziali.
Naturalmente, al fine di realizzare quel futuro spaziale, gli ingegneri e i pianificatori delle missioni dovranno progettare e costruire la tecnologia che lo renderà possibile.
Ciò significa testare nuovi prototipi, tecnologie e metodologie per il mining e la produzione spaziale.
Questo è un esempio del tipo di satellite per telecomunicazioni che viene regolarmente lanciato nello spazio. Le dimensioni e la forma dei suoi pannelli solari dipendono dalla realtà che la gravità della Terra ... fa schifo. Qualsiasi veicolo spaziale costruito deve essere in grado di gestire tutta la gravità quaggiù sulla Terra, durante la fase di test.
Quindi deve essere in grado di gestire la brutale accelerazione, l'agitazione e altre forze del lancio. Una volta raggiunta l'orbita, deve dispiegare i suoi pannelli solari in una configurazione in grado di generare energia per il veicolo spaziale.
Come sempre, devo solo dire le parole, James Webb Space Telescope, per metterti in uno stato di panico e terrore, immaginando la complessità e la precisione degli origami che devono accadere a più di un milione di chilometri dalla Terra, in un luogo che può essere assistito.
Ora, dai un'occhiata all'illustrazione di questo artista di un satellite i cui pannelli solari sono stati costruiti interamente in orbita, senza mai sperimentare i rigori della gravità terrestre. Sono comicamente, esilarantemente grandi. E a quanto pare, efficiente ed economico.
Immagina la Stazione Spaziale Internazionale con pannelli solari tre volte più lunghi, ma ancora perfettamente robusti e stabili nell'ambiente di microgravità dell'orbita terrestre bassa.
Questa è la tecnologia che Archinaut One di Made in Space metterà alla prova già nel 2022, avvicinandoci di un passo a quella produzione spaziale di cui continuo.
Nel luglio 2019, la NASA ha annunciato di aver assegnato 73,7 milioni di dollari a Made In Space, una società di produzione 3D con sede a Mountain View, California.
Questo contratto contribuirà a finanziare la costruzione e il lancio del veicolo spaziale Archinaut One dell'azienda, che dimostrerà quindi la produzione e l'assemblaggio di componenti di veicoli spaziali nello spazio.
Costruiranno un veicolo spaziale che monterà il proprio sistema di alimentazione. Nello spazio.
Se tutto andrà bene, Archinaut One partirà nello spazio a bordo di un missile Rocket Lab Electron dalla Nuova Zelanda già nel 2022.
Una volta raggiunta l'orbita, la navicella spaziale costruirà due array solari da dieci metri, sufficienti per alimentare un satellite da 200 kg standard del settore. Il tipo di satellite che funge da payload secondario su lanci più grandi. Generalmente sono sottodimensionati, con solo poche centinaia di watt di potenza a loro disposizione.
Archinaut One stamperà in 3D le travi di supporto, quindi dispiegherà i pannelli solari su entrambi i lati del veicolo spaziale.
Producendo l'intero array nello spazio, il satellite più piccolo avrà le capacità di potenza di un veicolo spaziale molto più grande - 5 volte la potenza - in grado di alimentare più strumenti scientifici, strumenti di comunicazione, ecc.
Questo ha senso qui nell'orbita terrestre, ma ha ancora più senso nel sistema solare, dove diminuisce la quantità di energia solare disponibile per un veicolo spaziale.
Il veicolo spaziale Juno della NASA sta attualmente visitando Giove, il veicolo spaziale da 4 tonnellate ha tre matrici solari da 9 metri contenenti 18.698 celle solari. Qui sulla Terra, sono in grado di generare 14 kilowatt di elettricità. Ma fuori dall'orbita di Giove, le celle solari ricevono solo 1/25 della quantità di luce solare con cui lavorare.
La NASA ha investito in diverse tecnologie che chiama "punti di non ritorno". Si tratta di tecnologie troppo rischiose o complicate per lo sviluppo proficuo delle imprese aerospaziali. Ma se la NASA può ridurre i rischi, potrebbero trarre vantaggio dall'esplorazione dello spazio commerciale.
Questo è stato il secondo contatto assegnato a Made in Space per il programma Archinaut. Il primo contratto, aggiudicato nel 2016, era per un test a terra di Archinaut.
È stato inserito nell'ambiente di test del vuoto termico di Northrop Grumman, che può imitare gli estremi di temperatura e la bassa pressione del quasi vuoto dello spazio.
All'interno della camera, Archinaut è stata in grado di produrre e assemblare varie strutture. Ha dimostrato di poter assemblare componenti prefabbricati come nodi e capriate in modo completamente autonomo, nonché varie operazioni di riparazione.
Con questo test fuori mano, la fase successiva sarà testare la tecnologia nello spazio, con il lancio di Archinaut One idealmente entro il 2022.
Oltre al programma Archinaut, la NASA collabora con Made in Space da diversi anni.
Il più famoso di questa partnership è l'Additive Manufacturing Facility (o AMF), attualmente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, arrivata a marzo 2016, che fornisce un aggiornamento alla precedente stampante della stazione.
Negli ultimi anni, questa stampante ha realizzato dozzine di oggetti nell'ambiente di microgravità dell'orbita in polietilene. Ma AMF è in grado di stampare con materiali diversi come metalli e materiali compositi.
La partnership con Made in Space consente alla NASA di fabbricare pezzi di ricambio e riparare pezzi rotti della stazione in orbita. Ma consente anche a Made in Space di testare i loro piani più ambiziosi per la produzione basata sullo spazio completo.
Nel 2018, la NASA ha assegnato loro un premio per la Ricerca sull'innovazione delle piccole imprese di Fase 2 per il loro sistema di produzione Vulcan. Questo è un sistema di produzione basato sullo spazio che può lavorare con 30 diversi materiali di materie prime, come alluminio, titanio o compositi di plastica per stampare articoli 3D.
Vulcan sarà anche in grado di sottrarre materiale, lavorando le parti fino alle loro forme finali. E tutto sarà fatto roboticamente. L'obiettivo è costruire polimeri ad alta resistenza e alta precisione e componenti metallici in orbita allo stesso livello di qualità delle cose che puoi comprare qui sulla Terra.
Made in Space sta inoltre testando la tecnologia per produrre fibre ottiche nello spazio. Queste fibre trasmettono un'enorme quantità di dati, ma il segnale deve essere potenziato attraverso distanze di trasmissione più lunghe. Esiste un tipo speciale di cristallo chiamato ZBLAN che potrebbe avere un decimo o addirittura un centesimo della perdita di segnale delle fibre tradizionali, ma è difficile da fabbricare in gravità terrestre.
Un recente esperimento consegnato alla Stazione Spaziale Internazionale produrrà queste fibre ZBLAN nello spazio, sperando producendo fino a 50 km alla volta. Poiché i costi di lancio sono ridotti, potrebbe anche avere un senso economico produrre cavi in fibra ottica nello spazio e poi riportarli sulla Terra.
Ma ha anche molto senso tenerli nello spazio, per rendere l'hardware satellitare più sofisticato che non è mai stato conosciuto sulla gravità terrestre.
Made in Space sta inoltre lavorando su una tecnologia che ricicli il polietilene in nuovi articoli stampati in 3D. Quando è così costoso far volare in orbita il carico, fa riciclare ciò che hai già inviato nello spazio e lo salva dall'essere scaricato in mare per bruciare in orbita.
Questi sono tutti elementi di una strategia tecnologica molto più ampia a cui Made in Space sta lavorando - l'obiettivo di un sistema di produzione e assemblaggio basato sullo spazio completo.
In futuro, i satelliti, i telescopi e altri hardware spaziali saranno progettati quaggiù sulla Terra. Quindi le materie prime verranno lanciate nello spazio con un sistema di produzione Archinaut.
Archinaut produrrà tutti i componenti utilizzando la sua stampante 3D, quindi verranno assemblati nello spazio.
Made in Space ha due gusti di Archinaut che stanno proponendo proprio ora. Il sistema DILO si presenta come un contenitore ottagonale circondato da pannelli solari con un braccio robotico che sporge in alto.
All'interno del contenitore sono presenti tutte le materie prime per un'antenna di comunicazione spaziale. Il braccio prende pannelli riflettenti piegati e poi li assembla. Utilizza la stampa 3D per collegare i pannelli, quindi vengono spiegati in un piatto di comunicazione.
Il veicolo spaziale utilizza quindi una stampante 3D per produrre ed estrudere un boom delle comunicazioni dal suo centro.
La versione più avanzata si chiama ULISSES. È una versione di Archinaut con tre bracci robotici che circondano una stampante 3D. La navicella spaziale produce varie capriate e nodi e quindi utilizza le sue braccia per assemblarle in strutture sempre più grandi. Con questa tecnologia, sono davvero limitati solo dalla quantità di materie prime con cui i veicoli spaziali devono lavorare.
Potrebbe costruire dozzine o addirittura centinaia di metri di telescopi spaziali.
I pezzi si stanno unendo per una vera produzione e assemblaggio nello spazio. Già nel 2022, vedremo un veicolo spaziale assemblare i propri pannelli solari nello spazio, creando una struttura che non ha mai bisogno di sperimentare la gravità terrestre.
E nei prossimi anni vedremo veicoli spaziali sempre più grandi costruiti quasi interamente in orbita. E alla fine, spero, saranno fatti con materiale raccolto dal Sistema Solare.
Un giorno vedremo il lancio dell'ultimo razzo cargo. L'ultima volta che ci siamo presi la briga di trasportare qualsiasi cosa fuori dall'enorme gravità della Terra e nello spazio. Da quel momento in poi, saranno solo i turisti.
