Ideas de ciencia ficción que podrían cambiar el futuro de la exploración espacial

(CNN) – El año pasado, un pequeño helicóptero voló sobre Marte , una nave espacial de la NASA se estrelló contra un asteroide y el Telescopio Espacial James Webb reveló nuevos y deslumbrantes conocimientos sobre el universo.

Comenzando hace décadas como ideas que parecían más de ciencia ficción, estas misiones tomaron años de investigación y pruebas para cobrar vida.

Los avances tecnológicos y los avances científicos han transformado la forma en que observamos e investigamos el cosmos. ¿Cómo cambiará la exploración espacial en las próximas décadas y qué nuevas posibilidades surgirán?

Estas preguntas están en el corazón del programa Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA, o NIAC, que otorga fondos para conceptos que podrían ser parte de futuras misiones.

“La NASA se atreve a hacer posible lo imposible”, dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson, en un comunicado. “Eso solo se puede lograr gracias a los innovadores, pensadores y hacedores que nos ayudan a imaginar y prepararnos para el futuro de la exploración espacial. El programa NIAC ayuda a brindar a estos científicos e ingenieros con visión de futuro las herramientas y el apoyo que necesitan para impulsar la tecnología que permitirá futuras misiones de la NASA”.

La última competencia NIAC seleccionó 14 nuevos conceptos , otorgando a cada uno $175,000 en enero. Ahora, estos investigadores tienen nueve meses para usar esa financiación para refinar y probar sus ideas para ver si pueden avanzar a la segunda fase de financiación, que es de $ 600,000 para desarrollar sus conceptos y acercarlos a la realidad.

Solo cinco proyectos han llegado a la tercera fase durante el programa NIAC: $ ​​2 millones para hacer algo implementable.

Activo desde 2011, el programa competitivo está abierto a una amplia gama de ideas, siempre que sean técnicamente creíbles, dijo Michael LaPointe, ejecutivo del programa NIAC en la NASA.

Algunos de los últimos conceptos financiados por NIAC incluyen un telescopio espacial fluido, ladrillos de autocrecimiento destinados a Marte y un avión que podría volar en la luna Titán de Saturno, entre otros. Muchas de las ideas son el resultado de colaboraciones creativas entre expertos en diferentes campos que se desafían unos a otros para generar nuevas ideas.

“Realmente es una comunidad de innovadores”, dijo LaPointe. “Estamos buscando ideas que permitan nuevas formas de hacer las cosas”.

Ladrillos de crecimiento propio para Marte

Durante los últimos años, Congrui Jin y su grupo de investigación han utilizado bacterias y hongos para curar grietas en el hormigón. Jin, profesora asistente en la Universidad de Nebraska-Lincoln, ahora quiere llevar su idea al espacio. Sus ladrillos de autocrecimiento podrían algún día construir hábitats y otras estructuras para los exploradores humanos en el planeta rojo.

El grupo de Congrui Jin se ha centrado en cómo las bacterias y los hongos pueden crear biominerales que pueden reparar grietas en el concreto. Crédito: Universidad de Nebraska–Lincoln.

El concepto implicaría enviar esporas de bacterias y hongos y un biorreactor a Marte. El biorreactor es necesario para que los microbios sobrevivan porque el entorno natural de Marte sería demasiado duro para ellos. Pero Marte proporcionaría el resto de los ingredientes necesarios para los ladrillos de autocrecimiento, incluido el polvo y la tierra, la luz solar, el nitrógeno, el dióxido de carbono y el agua del hielo derretido.

A su vez, las bacterias pueden producir oxígeno y carbono orgánico para apoyar a los hongos. El proceso , una vez que todos estos ingredientes estén dentro del biorreactor, también crearía carbonato de calcio para servir como pegamento.

Las bacterias, los hongos y los minerales unirán el suelo marciano para formar bloques, que luego se pueden usar para hacer pisos, paredes e incluso muebles.

Esta ilustración muestra cómo el concepto de Jin podría usarse para hacer crecer ladrillos en Marte. Crédito: Universidad de Nebraska–Lincoln.

El grupo de Jin, que incluye a algunos estudiantes, selecciona los tipos de hongos y bacterias más adecuados y prueba cuáles funcionan mejor juntos. El equipo también está construyendo un biorreactor para calibrar la atmósfera, la presión, la temperatura y la iluminación necesarias para hacer crecer los ladrillos.

“La característica muy importante de esta tecnología es su naturaleza autónoma y no requiere ninguna intervención humana”, dijo Jin. “Inicialmente, solo necesitamos proporcionar pequeñas cantidades de esporas para iniciar este proceso, y el resto es automático”.

Volando TitanAir

Titán, la luna de Saturno, ha intrigado durante mucho tiempo a los astrónomos con su densa atmósfera y sus lagos y ríos de metano. Es un lugar único en nuestro sistema solar en el que la química que se está produciendo puede ser similar a la que ocurrió en la Tierra primitiva. Se espera que un dron del tamaño de un rover llamado Dragonfly se lance a esta luna en 2027 para estudiar su material orgánico más seco y de grano fino.

Quinn Morley, investigador principal de Planet Enterprises en Gig Harbor, Washington, y sus colaboradores de la Universidad Estatal de Washington y otras instituciones prevén una misión complementaria a Titán para explorar las regiones más húmedas de la intrigante luna. El diseño similar a un hidroavión, llamado TitanAir, se elevaría a través de la atmósfera de Titán y navegaría en sus lagos.

El concepto TitanAir funcionaría como un hidroavión en la luna Titán de Saturno. Crédito: James Vaughan.

TitanAir podría llegar a la luna aproximadamente una década después de Dragonfly “para ayudar a desbloquear secretos clave de este planeta alienígena”, dijo Morley.

La sección delantera del ala del avión “bebería” el metano líquido que se forma en la superficie del ala cuando el avión vuela a través de las nubes de lluvia. El líquido recogido dentro del ala podría analizarse con instrumentos y transmitirse a la Tierra.

Un pequeño rover o helicóptero podría volar a lugares a los que el avión no puede llegar y devolver muestras al avión. A partir del otoño, Morley quiere asociarse con equipos de diseño de estudiantes de ingeniería en el estado de Washington en ideas para TitanAir.

“El análisis de nubes, lagos y costas nos permite atacar la búsqueda de vida de tres formas únicas con una sola nave espacial”, dijo Morley en un correo electrónico, “aumentando nuestras posibilidades de descifrar estos profundos misterios”.

Telescopio fluido

Los grandes observatorios espaciales como el telescopio espacial Hubble y el telescopio Webb son el resultado de décadas de financiación, diseño, montaje y pruebas. Pero existe una demanda creciente de una gama más amplia de telescopios que se puedan desarrollar de manera más económica y rápida.

Varios conceptos nuevos de NIAC ofrecen diversas formas de observar el cosmos como nunca antes.

Uno de los diseños es FLUTE, o Telescopio fluídico, de Edward Balaban, un científico investigador del Centro de Investigación Ames de la NASA en California, y sus colaboradores. Balaban ha trabajado principalmente en inteligencia artificial y planificación estratégica para la próxima misión del vehículo lunar VIPER.

Un telescopio lleno de fluido (derecha) y una nave espacial de instrumentación (izquierda) trabajarían juntos para espiar aspectos invisibles del universo. Crédito: NASA.

Balaban se inspiró a través de conversaciones con colegas tanto en Ames como en el Technion-Israel Institute of Technology para desarrollar un concepto que pudiera combinar la manipulación de fluidos con el montaje en órbita de un gran telescopio. Este último no estaría limitado por el tamaño de su vehículo de lanzamiento.

Según el plan, dos lanzamientos enviarían una nave espacial de instrumentación y un marco que se puede llenar con líquido al espacio. El marco lleno de líquido crea un espejo masivo de 50 metros, mientras que la nave espacial de instrumentación permanecerá a una distancia específica del espejo para recolectar imágenes y enviarlas de regreso a la Tierra, dijo Balaban.

Balaban y su equipo están probando líquidos que podrían actuar como espejo, incluidos líquidos iónicos llamados sales fundidas. Los investigadores utilizarán su subvención para trabajar en la construcción de un marco para contener el líquido y el diseño de la nave espacial de instrumentación. Dicho telescopio podría ser impermeable a los impactos de micrometeoritos que ha experimentado el telescopio Webb porque los líquidos no se verían afectados, dijo.

Una gran superficie colectora de luz como FLUTE podría vislumbrar la tenue luz de las primeras galaxias o mirar dentro de las atmósferas de los exoplanetas.

“Lo creas o no, podríamos comenzar a ver características superficiales en los exoplanetas más cercanos”, dijo Balaban. “En lugar de verlos como puntos de luz, podríamos saber si tienen continentes, por ejemplo”.

Buscando otra tierra

Mientras tanto, Heidi Jo Newberg, profesora de física, física aplicada y astronomía en el Instituto Politécnico Rensselaer, y sus colaboradores tienen un concepto para un telescopio que podría encontrar la “Tierra 2.0”.

La idea del equipo es buscar planetas habitables cercanos cambiando el diseño centenario de los telescopios. Se llama DICER, o Diffractive Interfero Coronagraph Exoplanet Resolver.

Los exoplanetas del tamaño de la Tierra son pequeños y tenues, especialmente en comparación con las estrellas brillantes que orbitan, por lo que el pensamiento convencional sugiere que la búsqueda de tales planetas requeriría un telescopio con tres veces el diámetro del telescopio Webb, que a 6,5 ​​metros  es el espejo más grande jamás volado en el espacio.

Un telescopio de 20 metros actualmente no es factible porque sería difícil lanzar un espejo tan grande al espacio.

Las rejillas de difracción y los espejos del telescopio DICER podrían recoger la misma cantidad de luz que un telescopio grande. Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer.

Pero DICER se basaría en dos pequeños espejos, así como en dos rejillas de difracción de 10 metros, o componentes ópticos que difractan la luz, que se pueden empaquetar fácilmente dentro de un cohete. Piensa en el arcoíris que se ve en la parte posterior de un CD cuando lo sostienes contra la luz: esa es la rejilla de difracción. Las rejillas podrían recoger la misma cantidad de luz que un telescopio de 20 metros.

“Esta idea reduce el tamaño y el peso de lo que tienes que enviar al espacio para obtener la alta resolución deseada de un telescopio como el Webb”, dijo Newberg. “Lo que estamos tratando de hacer es explotar este diseño listo para usar para que sea posible encontrar planetas similares a la Tierra”.

El equipo trabajará en la escala de la óptica y determinará si el telescopio también podría usarse para estudiar atmósferas de exoplanetas.

El cielo invisible

A pesar de los avances en los tipos de luz que pueden ver los telescopios, las ondas de radio de baja frecuencia siguen siendo invisibles para nosotros.

La Dra. Mary Knapp, científica investigadora del Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y sus colaboradores están trabajando en un concepto que podría revelar esta parte del espectro de ondas de radio . Las ondas no son observables por los radiotelescopios terrestres debido a los efectos distorsionadores de la atmósfera superior de la Tierra.

“Aprendí en mis días de estudiante universitario que había una parte del espectro que no podíamos ver”, dijo Knapp. “Realmente me di cuenta de que había esta parte inexplorada del universo, y quiero explorar esta parte del cielo por primera vez”.

El concepto Go-LoW estaría compuesto por miles de pequeños satélites trabajando juntos para crear un telescopio virtual. Crédito:_ Observatorio Haystack del MIT.

El Gran Observatorio de Longitudes de Onda Largas, o GO-LoW, dependería de una flota de miles de satélites del tamaño de una caja de zapatos que actúan en conjunto, como un gran telescopio virtual. Los satélites pequeños son rentables y se pueden lanzar megaconstelaciones de ellos a la vez en un solo cohete grande.

El observatorio podría medir la radiación electromagnética de baja frecuencia, lo que traería una gran cantidad de datos para los astrónomos que desean observar las estrellas y galaxias más antiguas y comprender los campos magnéticos de los exoplanetas y las estrellas. Esta información puede ayudar a los científicos a detectar más fácilmente planetas habitables. Los campos magnéticos ayudan a los planetas a mantener sus atmósferas.

A continuación, el equipo se centrará en el diseño de antenas para los satélites y la arquitectura potencial necesaria para los satélites en el espacio. Si se desarrolla GO-LoW, podría usarse para crear un nuevo mapa del cielo.

“Cada vez que miramos el universo en una nueva parte del espectro, hemos visto cosas que no esperábamos”, dijo Knapp. “Estoy muy entusiasmado con lo que no sabemos”.