Weird Science: Wormholes Gör de bästa tidsmaskinerna

Människan kunde snart bygga enorma strukturer i rymden en bit i taget, hur spindlarna spinner sina webs här på jorden.

Ett företag som heter Tethers Unlimited utvecklar ett tillverkningssystem som kallas "SpiderFab", vilket skulle använda arachnidlike robotar för att sammanföra stora objekt i omlopp eller bortom.

SpiderFab kan hjälpa till med att bygga stora radioantenner, rymdskeppsbomar och solskenor under det närmaste decenniet eller så, säger Rob Hoyt, VD och chefforskare för Tethers Unlimited. Men han har en jämnare vision för tekniken (och därmed sammanhängande projekt som företaget arbetar med) under lång tid. [Visioner av framtiden för mänsklig rymdfluga]

"Vårt långsiktiga mål för allt detta arbete är att så småningom möjliggöra användningen av in-situ resurser för att konstruera infrastrukturen i rymden som behövs för att stödja mänsklighetens expansion i hela solsystemet", sade Hoyt den 4 mars under en presentation med NASAs framtid Arbetsgruppen för rymdverksamhet (FISO).

Ta ner kostnaderna

Hoyt anser att den nuvarande modellen för rymdfarkoster - där allt är byggt och monterat på marken, och sedan lanseras i ett stycke - lämnar gott om utrymme för förbättring.

"Det är en väldigt dyr och tidskrävande process, och även storleken på systemen är något begränsad av storleken på de installerbara som kan vikas upp och passa in i en lanseringskrok", sa han.

SpiderFab är ett försök att minska kostnaderna och öka effektiviteten. Tanken kräver att råvaror, till exempel kolfiber, sätts i omlopp. Där skulle robotar omvandla dessa material till truss understrukturer, och sedan montera och integrera dessa bitar i större system.

De potentiella fördelarna med ett sådant tillvägagångssätt är betydande, sade Hoyt.

"Den primära kommer att vara att vi kan distribuera bländare och baslinjer som är mycket större än vad vi för tillfället kan passa in i lanseringen", sa han. "Utbetalningen kommer att vara högre kraft, högre upplösning, högre känslighet och högre bandbredd för ett brett sortiment av NASA, DoD [försvarsdepartementet] och kommersiella rymduppdrag."

Dessutom kan föremål som är inbyggda i rymden vara snyggare och enklare än de som lanserats från marken, eftersom de inte behöver överleva strängarna för lanseringen. Det borde leda till minskningar av designkomplexitet och systemmassa, vilket kan leda till betydande kostnadsbesparingar, tillade Hoyt.

Fallstudier

SpiderFab har fått två finansieringsrunder från NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programmet, som syftar till att uppmuntra utvecklingen av potentiellt spelförändrad rymdteknik.

Enligt Hoyt visar fallstudieanalyser som genomfördes under fas 1 NIAC-utmärkelsen att SpiderFab skulle kunna uppnå prestandaförbättringar av ordningsgrader i system där "större är bättre" - komponenter som solskivor och teleskopdelar. [Incredible Technology: Space Travel och Exploration]

Som ett exempel på SpiderFabs potential hänvisade Hoyt till det föreslagna rymdteleskopet New Worlds Observer (NWO), som skulle använda en stor "starshade" för att blockera det mesta av en målstjärs ljus och därigenom tillåta att dess bana exoplaneter kan avbildas direkt.

Den största konventionellt byggda starshade skulle vara ca 203 fot (62 meter) bred, sa Hoyt. Att använda omloppsbana med samma mängd massa skulle öka denna diameter till 406 fot (124 m), vilket gör att NWO kan jämföras två gånger så nära målstjärnor - och därmed observera fler planeter, tillade Hoyt.

Dessutom sänker starhade i råmaterialform, snarare än i färdig form, sin volym med en faktor 30, vilket gör att en mindre (och därmed billigare) raket kan användas för det potentiella uppdraget, sade Hoyt.

"Alla dessa fördelar kombinerar för att NASA i princip kan köpa 16 gånger mer beboeliga planeter per skattemässig dollar", sa han.

Hur det skulle fungera

Kärnan i SpiderFab-konceptet är en multiarmad robot som skulle tillverka strukturella element med en "spinneret" och använda en annan för att sammanfoga dessa bitar som den kryper om på den ständigt växande "webben".

Tethers Unlimited, som är baserat i Bothell, Washington, arbetar för att utveckla de olika teknologier som krävs för att dra av en sådan ambitiös vision, sade Hoyt.

Till exempel, i ett projekt finansierat av NASA: s Small Business Innovation Research (SBIR) -programmet, byggde företaget redan en maskin som skapar lätta strukturella krossar från råa kolfiberspolar, med hjälp av en process som liknar 3D-tryckning.

Denna "trusselator", som handlar om en mikrovågsugn, kan churn out truss - vilken typ av saker som kan sättas ihop för att bilda en rymdfarkost och andra system - med en hastighet av 2 tum (5 centimeter) per minut , Sade Hoyt.

"Enligt NIAC- och SBIR-arbetet tror jag att vi redan har validerat den grundläggande genomförbarheten av de nyckelprocesser som krävs" för det breda SpiderFab-konceptet, sa han.

Laget jobbar för närvarande med en andra generationens trusselator, och hoppas kunna få en prototyp klar redan på sommaren. Tethers Unlimited vill starta ett litet "MakerSat" ett par år från och med nu för att visa processen kring bana. Denna rymdskepp kan sluta bli en CubeSat-utplacerad från den internationella rymdstationen, sa Hoyt.

Företaget har också köpt en kommersiellt tillgänglig Baxter robot, och använder maskinen för att lära sig hur man monterar krossar robotiskt. Hoyt och hans kollegor kommer att fortsätta att utveckla och förfina den här processen på marken, och sedan sträva efter att starta en "MakerSat 2" för att bevisa det i rymden - kanske genom att bygga trussstrukturen för en stor stjärnorhade.

"I en perfekt värld - om finansieringen strömmat och kontraktsprocessen inte slog för alltid - tror vi att vi skulle kunna bygga väldigt stora stödstrukturer för antenner och solskivor och de olika komponenterna i början av 2020-talet , Säger Hoyt.