NASAs nye årtusindprogram (NMP) blev udtænkt som en måde at fremskynde brugen af avancerede teknologier til operationelle videnskabelige missioner. ”Det blev erkendt, at der var betydelige investeringer, der blev foretaget af De Forenede Stater i avancerede teknologier,” sagde Dr. Christopher Stevens, programlederen for NMP, ”og at de havde reelle applikationer til enten at reducere omkostningerne eller give nye muligheder for videnskab missioner.” At bringe disse teknologier ind i faktiske videnskabsopgaver i rummet er imidlertid en høj risiko på grund af den usikkerhed, der følger med den nye teknologi. NMP reducerer disse risici ved validering af ny teknologi ved at flyve og teste den i rummet. "Vi tager teknologier, der er klar til at gå videre fra laboratoriet og modne dem, så de er klar til at gå ud i rummet," sagde Stevens, "men de operationelle missioner kan være 10 til 20 år i fremtiden."
Der er to typer missioner eller systemer, som NMP påtager sig. Den ene er en integreret systemvalidering, hvor hele flyvesystemet er genstand for undersøgelsen. Den anden type er et valideringsmission til delsystemet, hvor små, selvstændige eksperimenter udføres på et rumkøretøj, men køretøjet er ikke en del af eksperimenterne.
NMP blev oprettet i 1995 af NASAs kontor for rumvidenskab og kontoret for jordvidenskab, og i fortiden blev missioner normalt adskilt som gældende for fremtidige behov for jordvidenskab eller rumvidenskab. NMP administreres nu af NASAs Science Mission Directorate og fokuserer på behovene i tre videnskabsområder: Earth-Sun System, Solar System Exploration og Universe.
Programmet begyndte med Deep Space 1-mission i 1998, som var en rumvidenskab, integreret systemvalidering. DS1's definerende teknologi var solenergi eller ion, fremdrift. ”Det var kendt, at denne teknologi havde en kapacitet til at reducere den masse, der er nødvendig til fremdrift i forhold til konventionel kemisk fremdrift, men ingen ønskede at tage risikoen for at flyve den uden prøve i rummet,” sagde Stevens. DS1 har med succes bevist effektiviteten af ionfremdrift, og nu vil efterfølgende missioner bruge denne type fremdrift, inklusive den kommende Dawn-mission.
Andre vellykkede NMP-valideringer inkluderer forbedringer og omkostningsreduktion af satellitter af LANDSAT-typen og afprøvning af et autonomt videnskabeligt rumfartøj, der har flyveplanlægningssoftware, der kan bruges på rover såvel som kredsende rumfartøjer til at planlægge en robotmission uden menneskelig indgriben. Kommende NMP-missioner, der endnu ikke er flyvende, inkluderer en gruppe af små satellitter kaldet nano-sats, der vil foretage samtidige målinger fra flere steder i rummet på Jordens magnetosfære, og testning af udstyr, der skal bruges på Laser Interferometer Space Antenna (LISA) -missionen, en fælles mission mellem NASA og Det Europæiske Rumorganisation. Den eneste mislykkede NMP-mission hidtil var Deep Space 2, som var Mars-mikroproberne, der var en del af den uredelige Mars Polar Lander.
NASA annoncerede for nylig den nyeste NMP-mission, Space Technology 8, som er et valideringsprojekt til delsystem. Det er en samling af fire fristående eksperimenter, der vil rejse til rummet på et lille, lavt tilgængeligt rumfartøj, der i øjeblikket er tilgængeligt, kaldet en New Millennium-bærer. Det første eksperiment på ST8 kaldes Sail Mast, som er en ultra-let grafitmast. Anvendelser til Sail Mast er rumfartøjer, der kræver store membranstrukturer, der skal implementeres, såsom solsejl, teleskopskærme, store blændeoptik, instrumentbomme, antenner eller solarray-samlinger. ”Der er en række missioner, der er identificeret på NASA-køreplanen for fremtiden, der kan drage fordel af denne kapacitet,” sagde Stevens. ”Dette vil være et betydeligt skridt fremad i strukturens masse. Vi opererer i en? kg pr. meter masseområde til en 30 eller 40 meter bom, der kan stuves kompakt og har en rimelig stivhed. ”
Det andet eksperiment er Ultraflex Next Generation Solar Array System. Dette er et ekstremt let solcellepanel med høj effekt. "Dette kan bruges til en mission, der har brug for betydelig strøm i en let, udsætbar matrix, såsom til solelektrisk fremdrift, eller det kan også bruges på overfladen af planetariske kroppe," sagde Stevens. ”Vi ser på at øge den specifikke styrke i matrixen til mere end 170 watt pr. Kg på en matrix, der har mindst 7 kilowatt strøm.”
Det tredje eksperiment er det miljømæssigt tilpassede fejltolerante computersystem. ”Her er målet at bruge kommercielle off-shelf-processorer, der er konfigureret i en arkitektur, der er fejlagtolerant over for enkeltbegivenhedsforstyrrelser forårsaget af stråling,” sagde Stevens. ”Vi vil vise, at dette er et robust design, der kan bruges i rummet uden at skulle bruge strålingsharde dele, fordi du får en betydelig stigning i behandlingshastighed og kapacitet i forhold til aktuelt tilgængelige strålingsharde processorer. Vi vil reducere omkostningerne med høj pålidelighed. ” Dette kan bruges til behandling af videnskabelige data ombord på et rumfartøj og til autonome kontrolfunktioner.
Det sidste eksperiment på ST8 er Miniature Loop Heat Pipe Small Thermal Management System. ”Hvad vi vil gøre her, er at reducere de termiske begrænsninger i design af lille rumfartøj og styre varme og behovet for afkøling uden at bruge store mængder strøm,” sagde Stevens. Dette system foreslår effektivt at styre den termiske balance i rumfartøjet ved at tage varme, hvor det produceres af for eksempel elektronik, og levere det til andre steder i rumfartøjet, der har brug for varme. Det har ingen bevægelige dele og kræver ikke strøm.
ST8-missionen skal være klar til lancering i 2008.
I juli 2005 planlægger NASA at annoncere teknologileverandørerne til den næste NMP-mission. ST9 vil være en integreret systemvalideringsmission. Der er fem forskellige koncepter, som vi overvejes, og alle fem betragtes som områder med høj prioritet for NASA. De er:
- Solar Sail Flight System Technology
- Aerocapture System Technology til planetariske missioner
- Precision Formation Flying System Technology
- Systemteknologi til store rumteleskoper
- Terrænstyret automatisk landingssystem til rumfartøjer
Alle fem koncepter studeres i løbet af det næste år. Efter afslutningen af disse undersøgelser vælges et af de fem koncepter til ST9. Starttidspunkt afhænger af hvilket koncept der er valgt, men er foreløbigt inden for tidsrammen 2008-2009.
Stevens har været i NMP siden det blev dannet og har været programleder i 3 år. Han nyder at være i stand til at demonstrere avancerede teknologier, så de kan integreres i fremtidige missioner. ”Det er en spændende forretning, en meget høj risiko-forretning,” sagde han, ”fordi avanceret teknologi er så usikker med hensyn til hvor lang tid det vil tage, og hvor meget det vil koste.” Han sagde, at valideringen af det autonome videnskabelige rumfartøjseksperiment har været særlig givende. "De nuværende Mars-rovers er ekstremt arbejdskrævende, men NASA har ikke været villig til at vende driften af et rumfartøj til en softwarepakke, så jeg synes, denne validering har været et stort skridt." Stevens sagde, at hans kontor har en teknologiinfusionsaktivitet, der i øjeblikket foregår med Mars-programmet, og ser på at bruge denne kapacitet til fremtidige missioner, ligesom Mars Science Laboratory rover, der er planlagt til lancering i 2009.
Skrevet af Nancy Atkinson
