En gång den enda dominansen av sci-fi-filmer och romaner, ämnet djuprymdutforskning och interplanetär kolonisering har tagit flera steg närmare att bli verklighet tack vare stora framsteg inom flygteknik, medicin, och fysik.

Att skicka astronauter till den internationella rymdstationen för utökade uppdrag har gett en mängd information om att hålla människor vid liv i rymdens utmanande miljö. Tillbaka på jorden, forskare och ingenjörer försöker replikera förhållanden utanför världen för att testa gränser för mer ambitiösa uppdrag.

Att hitta liv eller att transportera liv?

Forskare vid institutionen för maskinteknik vid CSU arbetar med NASA för att förstå hur man kan resa längre avstånd säkrare och mer hållbart ut i rymden.

Från Chris McKays perspektiv, senior planetforskare vid NASA och berömd astrobiolog, sökandet efter bevis på nuvarande eller tidigare liv bortom jorden kan representera ett separat ursprung för livet. Detta skulle inte bara vara ett steg i att tillfredsställa århundraden av mänsklig nyfikenhet, men kan också leda till vetenskapliga framsteg inom medicinen.

"Om vi ​​skulle hitta ett annat exempel på liv som var oberoende av livet på jorden, vi skulle veta att antalet livsformer i universum är minst två, " sa McKay. "Och om det är två, det är miljarder och miljarder. Allt som är levande skulle vara fenomenalt, var som helst, allt levande, och även om den är död, det är fortfarande fenomenalt!"

Till CSU Mechanical Engineering Professor John Williams, ämnet liv på andra planeter handlar mindre om att hitta det och mer om att leverera det.

"Jag visste inte att att tro att jorden är ett levande, andas, flercellig organism behövde en hypotes, men självklart gör det det – för en viktig definition av något levande är att det kan replikera sig själv, ", sa Williams. "För att människor ska flytta jorden in i klyftan och replikera riket, vi måste skapa en förmåga för den att skapa kolonier utanför jorden själv."

Problemet med avstånd

Teknik finns för att ta oss ut i rymden och har redan använts för olika uppdrag, inklusive att åka till månen. Utmaningen är att ta sina kraftnivåer att skala efter storleksordningar och förstå hur större, mer kraftfulla system kommer att fungera i yttre rymden.

Tekniken – elektrisk framdrivning – är en mycket bränslesnål, kontinuerlig låg dragkraft uppfinning idealisk för djupa rymduppdrag. Det krävs väldigt lite drivmedel för att manövrera föremål från en punkt till en annan jämfört med konventionell raketframdrivning.

NASA:s senaste initiativ, JANUS

Williams och kollegan maskinteknikprofessor Azer Yalin kommer att spela en viktig roll i ett nytt NASAs rymdforskningsinstitut – Joint Advanced Propulsion Initiative (JANUS) – för att främja marktester av elektrisk framdrivning när de tittar på mänskliga utforskningar i rymden.

Yalin är en av projektets huvudutredare, medan Williams kommer att fungera som CSU:s övergripande utredare och medlem av JANUS ledarskapskommitté. Det universitetsledda institutet, ledd av Georgia Tech, kommer att ansluta sig till fyra befintliga NASA-institut, och få så mycket som 15 miljoner dollar under fem år. Teamet består av 12 universitet och tre privata flygbolag.

Testar kraft och prestanda

Att etablera en tillräcklig rymdliknande miljö är avgörande för att utvärdera och förutsäga högeffekts framdrivningssystems beteende och säkerställa uppdragets framgång. Teamet kommer att utveckla strategier och metoder för att övervinna begränsningar i marktestning av elektriska framdrivningssystem med hög effekt och för att förbättra karaktäriseringen av enheternas slitage och prestanda. De kommer att använda fysikbaserad modellering, hög effekt thruster testning, ny diagnostisk utveckling, och grundläggande experiment.

Ett av CSU:s forskningsmål är att använda lasrar för att göra exakta atomnivåmätningar av propellererosion - en viktig livsbegränsande process som begränsar avlägsna uppdrag. För att underlätta transport och implementering på partneranläggningar, CSU-teamet kommer också att utveckla bärbara diagnostiska system för att komplettera högfientliga lasermätningar.

Framtiden för djuprymdutforskning

Har det någonsin funnits liv på Mars? Kan det i framtiden? Vad skulle vi hitta om vi gick djupare ut i rymden?

Möjligheterna som skulle kunna ges med skalad och utrymmessäker elektrisk framdrivning är betydande.

Den ständiga, lågkraftsteknik för elektrisk framdrivning erbjuder möjligheten att etablera en interplanetär lastflotta för att flytta massiva nyttolaster och etablera moduler på månen eller i omloppsbana där människor kan leva. Om modulerna kunde försörja livet, de kunde förvandlas till baser, tillhandahåller mellanstationer för astronauter att röra sig djupare ut i rymden.

I större skala och längre in i framtiden, flottor skulle kunna användas för att etablera preliminära mänskliga kolonier på andra planeter. Detta kan vara ett första steg för att avgöra om interplanetär kolonisering är ett gångbart alternativ för människor att överleva, eller som Williams uttrycker det, att dela och replikera.