Estaciones espaciales descomponer. Los satélites se dañan. Repararlos requiere lanzar componentes de reemplazo en cohetes.
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) ahora está explorando una alternativa: el crecimiento de estas partes directamente en espacio. El concepto dejaría que los dolores de cabeza de entrega. Sin las limitaciones de tamaño y peso de un cohete, los ingenieros también podrían diseñar y construir grandes estructuras, más de 1,640 pies o 500 metros de largo, que no se pueden enviar desde la Tierra.
La tecnología podría ser especialmente útil a medida que avanzamos hacia las misiones a Marte y más allá.
La agencia ha Explorado de fabricación espacial Eso dependería de la construcción robótica o los materiales de autoensamblaje. La nueva propuesta agrega biología sintética a la mezcla. En comparación con los materiales rígidos tradicionales, las alternativas que incorporan microbios vivos podrían ser más flexibles. Incrustado en una matriz biocompatible que proporciona estructura, podrían formar un materials very important que soporta el entorno implacable del espacio.
Suena como ciencia ficción, y todavía lo es. Pero a fines de febrero, Darpa llamado concepts Para hacer realidad la visión.
Fábrica espacial
La construcción de objetos grandes directamente en el espacio tiene múltiples ventajas. En lugar de doblar estructuras para encajar en cohetes—Nike the James Webb House Telescope, que ingenieros Doblado como origami para su viaje al espacio—Ferrar materias primas livianas de la Tierra podría ser más energética y rentable. Los materiales podrían convertirse en objetos mucho más grandes en órbita. Microgravity también permite a los ingenieros diseñar estructuras que se hundirían bajo su propio peso en la Tierra. House ofrece la oportunidad de construir objetos que sean muy diferentes a los de cualquiera en el suelo.
La fabricación espacial ya está en proceso. En 2022, DARPA lanzó la nueva fabricación de la luna orbital, los materiales y el diseño de eficiencia de masa (Nom4d) programa para probar la thought.
“Los sistemas espaciales actuales están diseñados, construidos y probados en la Tierra antes de lanzarse a una órbita estable e implementarse en su configuración operativa remaining”, Invoice Carter del administrador de programas Nom4d dicho En un comunicado de prensa de 2022. “Estas restricciones son particularmente agudas para grandes estructuras como matrices solares, antenas y sistemas ópticos, donde el tamaño es crítico para el rendimiento”.
Tres años después, el programa está casi listo para lanzar sus primeras materias primas en el espacio para probar el ensamblaje. Uno de estos, diseñado por el Instituto de Tecnología y Momento de California, se convertirá en un viaje en una misión SpaceX Falcon 9 a principios de 2026. En órbita, un dispositivo robótico transformará el materials en un “esqueleto” round imitando el diámetro de una antena.
“Si la tecnología de ensamblaje es exitosa, este sería el primer paso para ampliar eventualmente construir estructuras muy grandes basadas en el espacio en el futuro”, el gerente del programa Andrew Detor dicho en un comunicado de prensa.
Otro equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign se está asociando con Voyager House para probar su propio materials y proceso de fabricación en la Estación Espacial Internacional. Cabras de mangas planas de fibra de carbono, similares a los juguetes de trampa para los dedos, su materials utiliza un nuevo proceso químico que endurece los componentes líquidos en estructuras sólidas. Calentar un lado de la manga endurece toda la estructura. Su prueba también está programada para 2026.
Una dosis de biología
Pero Darpa está listo para ser aún más ambicioso.
Gracias a la biología sintética y la ciencia de los materiales, hemos visto una explosión de biomateriales compatibles con las células vivas. Estos han sido utilizados Para entregar drogas profundamente en el cuerpo, formar estructuras difíciles para Apoyar las prótesiso Bioprint 3D órganos y tejidos para trasplante.
Mientras tanto, los científicos también han descubierto un número creciente de extremófilos—Microbes que pueden soportar presiones y temperaturas extremadamente altas o sobrevivir a ambientes ácidos. Bacterias salpicando el exterior de la Estación Espacial Internacional puede sobrevivir a la radiación ultravioleta extrema. Secuenciación genomas extremófilos está revelando adaptaciones genéticas a estos entornos duros, allanando el camino para que los científicos diseñen bacterias que sobrevivan y prosperan en el espacio.
La etapa se establece, entonces, para materiales de vida híbridos que crecen en estructuras predefinidas en el espacio.
Darpa nueva visión es para diseñar rápidamente objetos biológicos “de tamaño sin precedentes” en la microgravedad, con longitudes que alcanzan más de medio kilómetro, o más de 1,640 pies.
Una thought es tejer biomateriales, extremófilos y fibras no orgánicas en materiales con diferentes rigidez y fortalezas. Esto sería un poco como fabricar una tienda de campaña. Algunos materiales podrían usarse como postes de tiendas que apoyan la estructura basic. Otros, como las bacterias, pueden cultivar las paredes, el piso y el techo de la tienda, con la capacidad de estirar o encogerse. Equilibrar la cantidad de cada componente sería crítico para que el materials funcione en múltiples escenarios.
Pero el espacio es un entorno increíblemente hostil. Un desafío essential será descubrir cómo mantener viva las bacterias. Otro dirigirá su crecimiento para formar la forma remaining deseada.
Es possible que la configuración necesite andamios biomateriales para almacenar y proporcionar nutrientes a las criaturas. Estos podrían suministrarse a los llamados bordes de los litores, donde las bacterias que dividen rápidamente expanden el materials. Agregar señales químicas específicas, que muchos microbios ya usan para la navegación, podrían empujarlas hacia ubicaciones designadas a medida que forman la estructura remaining.
Algunos bloques de construcción biomateriales suenan bastante exóticos. Para inspiración, Darpa sugirió filamentos de hongos, fibras basadas en proteínas de limo hagfish, y aerogeles de grafeno que ya se están explorando para la administración de medicamentos, la curación de heridas y la regeneración de huesos y nervios.
El tipo de microbio utilizado probablemente también afectaría los diseños. Aquellos que requieren oxígeno son más difíciles de mantener vivos en el espacio, incluso cuando Pueden sobrevivir Áreas contaminadas con radiación, permafrost antártica o deshidratación extrema. Es possible que las bacterias que no requieren oxígeno sean más fáciles de mantener con vida. Pero se necesitaría {hardware} adicional para jugar con presión, temperatura y humedad para que puedan prosperar en el espacio.
Si todo va bien, los diseñadores también pueden incrustar electrónica dentro de las estructuras terminadas para transmitir frecuencias de radio o señales infrarrojas para la comunicación.
Actualmente, DARPA está pidiendo propuestas y planificando un taller en abril para debatir la thought con expertos. Eventualmente, Ellos esperan El trabajo conduce a objetos que pueden ser “fabricados y ensamblados biológicamente, pero que pueden ser inviables de producir tradicionalmente”.
