ESA

¿Qué tienen en común la agricultura en la luna, la impresión 3D en Marte y la reparación de software con IA? Todos se pueden encontrar entre los temas de las 56 actividades de investigación y desarrollo financiadas por el elemento Discovery de la ESA entre julio y diciembre de 2022.

La ESA creó la Plataforma de Innovación de Espacio Abierto (OSIP) a través del elemento Discovery para descubrir e invertir en nuevas ideas no convencionales que podrían beneficiar y promover enormemente la industria espacial y la academia europeas.

Aquí, las mentes detrás de cinco de los proyectos financiados entre julio y diciembre de 2022 nos cuentan sus motivaciones y objetivos, y cómo la financiación de ESA Discovery les está ayudando a llevar su actividad al siguiente nivel.

Los rayos X y los rayos gamma son las firmas del Universo de alta energía. Debido a que son absorbidos por la atmósfera terrestre, los telescopios espaciales son la única forma de detectarlos. Actualmente, la astronomía de rayos X y rayos gamma en la ESA está cubierta por las misiones XMM-Newton e Integral. Debido a su lanzamiento en la década de 2030, Athena representa la próxima generación de misiones para observar el Universo caliente y energético.

Pero un gran desafío con estas misiones es obtener imágenes del Universo en estas longitudes de onda con una resolución espacial lo suficientemente alta. Para hacer frente a este desafío, ESA Discovery está financiando al Instituto Italiano de Tecnología (IIT) para explorar si podemos fabricar un detector liviano, robusto y de alta sensibilidad para fotones de alta energía que se desplegará en el espacio.

Lorenzo Maserati del IIT explica: "Este tipo de investigación no se había intentado antes. Nuestra propuesta es utilizar semiconductores orgánicos-inorgánicos innovadores llamados perovskitas de haluro metálico para fabricar detectores de rayos X o rayos gamma compactos y livianos que se puedan poner en órbita. "Las perovskitas híbridas son semiconductores versátiles equipados con metales pesados ​​que pueden detener de manera eficiente los rayos de alta energía y extraer sus electrones fotogenerados en un pequeño volumen. Nuestra idea es insertar este material en una estructura metálica 3D microfabricada".

"La financiación de ESA Discovery permite el despliegue de esta idea en un dispositivo de prueba de concepto. Nuestra investigación de materiales dará un paso adelante al probar una aplicación espacial importante y abrirá nuevos horizontes para nuestro grupo hacia la microfabricación de perovskita compleja. La nueva tecnología también podría usarse en aplicaciones terrestres; la industria de la salud, por ejemplo, podría estar interesada en tener detectores delgados de gran área para diagnósticos médicos".

El ingeniero de la ESA, Matthew Soman, explica: "La tecnología del detector que se está estudiando en esta actividad tiene el potencial de reemplazar el estado actual del arte en la detección de fotones de rayos X y rayos gamma de alta energía. Esperamos ver cómo la tecnología basada en perovskita Las estructuras que se fabricarán y probarán en comparación con el estado actual de la técnica y aprenderán más sobre su idoneidad para su uso en futuras misiones espaciales".

Esta es solo una de las muchas actividades para las que ESA Discovery ha financiado al IIT durante los últimos cuatro años. Lorenzo destaca el impacto de esta financiación: "ESA Discovery ha sido crucial para el establecimiento de la actividad espacial en el IIT. OSIP ha sido el método original para que los colegas del IIT entiendan que el espacio es algo en lo que pueden hacer una gran contribución. Gracias a OSIP y Además de algunas otras acciones nacionales, en diciembre de 2021, el IIT estableció el Centro ESPACIO para Tecnología Innovadora e Interdisciplinaria (SPACEiit). SPACEiit también entrará en el nuevo plan estratégico del IIT, impulsando las actividades espaciales para lograr un papel principal en la institución".

Tarde o temprano, los colonos de la Luna tendrán que convertirse en agricultores. Solsys Mining de Noruega está investigando el tratamiento del suelo lunar para crear un fertilizante adecuado para el cultivo de plantas.

La buena noticia es que el análisis de muestras de suelo lunar devueltas a la Tierra en el pasado por Moonwalkers y robots muestra suficientes minerales esenciales para el crecimiento de las plantas, además de los compuestos de nitrógeno. ¿Las malas noticias? El suelo lunar se compacta en presencia de agua, creando problemas para la germinación de las plantas y el crecimiento de las raíces.

Por lo tanto, la agricultura hidropónica ofrece un posible camino a seguir; este tipo de agricultura consiste en alimentar las raíces de las plantas directamente con agua rica en nutrientes, sin necesidad de suelo.

Ethel Tolention, directora de investigación de Solsys Mining, explica: "Estamos investigando cómo hacer que el contenido del polvo lunar, o regolito, esté disponible para usarlo como fertilizante para las plantas. El proceso de extracción y concentración de minerales o elementos de los recursos espaciales se llama ' beneficio', y nuestro objetivo a largo plazo es aplicar esto también a otras áreas, como la impresión 3D y el reciclaje".

El beneficio permitirá nuevos procesos industriales en la luna, además de hacer más eficientes los existentes.

"Este trabajo es esencial para la futura exploración lunar a largo plazo", comenta la ingeniera de materiales y procesos de la ESA, Malgorzata Holynska, que supervisa el proyecto. "Lograr una presencia sostenible en la Luna implicará el uso de recursos locales y el acceso a los nutrientes presentes en el regolito lunar con el potencial de ayudar a cultivar plantas. El estudio actual representa una prueba de principio que utiliza simuladores de regolito lunar disponibles, lo que abre el camino a estudios más detallados. investigación en el futuro".

Øystein Risan Borgersen, CTO de Solsys Mining agrega: "Hasta ahora, las oportunidades de financiamiento en esta área han sido pocas y distantes entre sí, y el apoyo que estamos recibiendo de la ESA es absolutamente fundamental para nuestra empresa. También nos ha ayudado a forjar nuevas asociaciones con ambos la industria y la academia".

"Nuestro objetivo principal es que esta investigación conduzca a aplicaciones tanto para el espacio como para la Tierra. El beneficio en la Tierra consume alrededor del 3-4 % del presupuesto energético mundial, y creemos que la tecnología espacial puede ayudar a reducir esto, así como los efectos ambientales negativos. efectos típicamente asociados con la industria".

Para estadías prolongadas en Marte, los astronautas necesitarían instalaciones para vivir y trabajar, moverse, comunicarse con la Tierra y producir oxígeno y agua vitales para la supervivencia. Sacar toda esta infraestructura de la Tierra sería muy costoso. En cambio, la ESA está pensando en cómo imprimir en 3D parte de él en el sitio utilizando el suelo marciano como material de entrada.

Investigaciones anteriores financiadas por la ESA han demostrado que esto sería posible. El siguiente paso lo está dando el grupo de investigación austriaco FOTEC, en una actividad de investigación que tiene como objetivo comprender mejor el efecto del entorno marciano en los materiales y procesos de construcción. El equipo de investigación también está analizando el reciclaje de desechos en nuevos materiales; estos residuos podrían provenir de equipos traídos de la Tierra y que ya no se usan, por ejemplo, envases de plástico para alimentos.

Advenit Makaya, ingeniero de fabricación avanzada de la ESA, explica: "Esta actividad es parte del esfuerzo continuo de la ESA para identificar y desarrollar tecnologías para utilizar los recursos en el sitio para ayudar a construir y mantener la infraestructura requerida y garantizar la sostenibilidad de futuras misiones de exploración a largo plazo".

En particular, FOTEC se basa en una actividad anterior de la ESA centrada en construir en Marte utilizando suelo marciano. Utilizando los conocimientos adquiridos en los años transcurridos desde que finalizó la actividad, introducirán nuevas técnicas de procesamiento para mejorar el rendimiento del material de construcción.

Markus Hatzenbichler, Jefe de Tecnologías de Ingeniería de FOTEC amplía: "La investigación sobre el reciclaje de desechos, incluido el uso de desechos como aglutinante, es una parte importante de esta actividad. Si bien el objetivo principal es apoyar la preparación de futuras misiones a Marte, en a más corto plazo, los resultados pueden respaldar nuestra comprensión del aislamiento y la integridad estructural en el campo de la ingeniería civil".

Tras una convocatoria de ESA Discovery para ideas innovadoras para utilizar patentes prometedoras de ESA con fines comerciales, EOSOL Group ha recibido financiación para incluir un novedoso "extractor de modo" compacto en dos de sus líneas de productos de antenas de estación terrestre. Usamos antenas para comunicarnos con satélites distantes usando ondas electromagnéticas. Para optimizar el enlace de comunicaciones, la antena debe apuntar directamente hacia el satélite. Un extractor de modo mejora la precisión de este apuntado.

El ingeniero de antenas de la ESA, Nelson Fonseca, describe esta última investigación: "Esta actividad respalda la comercialización de un invento de la ESA que se desarrolló hace unos 10 años en previsión de las necesidades de los futuros sistemas de satélites de muy alto rendimiento. Originalmente desarrollado para el segmento espacial, el concepto se está adaptando aquí para estaciones terrestres".

"EOSOL Group ha identificado una serie de desarrollos de productos, con sus respectivos requisitos, que podrían beneficiarse de un extractor de modo compacto. Como parte de la actividad, también evaluarán las técnicas de fabricación aditiva (impresión 3D), ya que podrían ser beneficiosas para reducir la masa y el costo del dispositivo".

Gonzalo Crespo López de EOSOL Group añade: "Estamos tratando de reducir el tamaño del extractor de modo en un orden de magnitud y aplicar la fabricación aditiva al dispositivo donde nunca antes se ha utilizado. Esto permitirá la integración del dispositivo en un forma más compacta y sencilla en la nueva generación de antenas terrestres (donde todo se vuelve más pequeño) y además reducen tiempos de fabricación y costes de producción.”

"OSIP es una herramienta ideal creada por la ESA para permitir que las empresas y organizaciones investiguen nuevos conceptos y los lleven al mercado. Para nosotros, la investigación es muy importante, pero es aún más importante que esta investigación tenga una aplicación y que logremos tomar rápidamente a soluciones reales que son aceptadas y demandadas por el mercado".

Para que una nave espacial lleve a cabo su función de manera efectiva, no solo deben funcionar bien todas las partes físicas, las tuercas y los tornillos, sino también el software a bordo. Por este motivo, el software diseñado para ser enviado al espacio se comprueba continuamente desde el principio de su desarrollo.

Asegurar la calidad del software dentro de una nave espacial requiere mucho tiempo y esfuerzo. Para hacer que el proceso sea más eficiente, ESA Discovery está apoyando a un equipo de Thales Alenia Space para reparar software utilizando inteligencia artificial siguiendo una de las primeras técnicas de verificación, un proceso llamado "análisis estático".

Arnaud Bourdoux, ingeniero de la ESA que supervisa el proyecto, explica: "La verificación del análisis estático es una parte del proceso de desarrollo del software de vuelo durante el cual se utilizan varias herramientas para verificar el código incrustado frente a errores de programación comunes, reglas de calidad y docenas de otros criterios. Tales herramientas son ahora una parte estándar de los entornos de desarrollo de software, pero uno de sus inconvenientes es que su salida puede ser tediosa de procesar".

"El uso de la IA en este dominio puede ayudar a acelerar el procesamiento de los resultados de estas herramientas; la IA debería poder sugerir correcciones para los problemas identificados, así como reconocer los falsos positivos que no requieren ninguna modificación".

Miguel Fernández, gerente de software de vuelo de Thales Alenia Space concluye: "Usar inteligencia artificial nos ayudará a desarrollar software para el espacio con mayor calidad y menor tiempo de desarrollo. ESA me abrió la mente pensando en cómo desarrollar software para el espacio de manera más eficiente. Ahora, con la ESA apoyo, esto conducirá a nuevas oportunidades para el desarrollo de software a bordo".

La Plataforma de Innovación de Espacio Abierto está dirigida por el elemento Discovery de las Actividades Básicas de la ESA. Descubra más, incluso cómo puede enviar sus propias ideas, a través de nuestra página web dedicada.

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