10. فضا پیمای مجهز به بادبان غول پیکر خورشیدی

موشک های فضایی که در مدار زمین قرار می گیرند مسیرهای بسیار طولانی را از میان ستاره ها و سیارات باید طی کنند و سوخت زیادی نیاز دارند محققان در پی یافتن راهی برای نیروهای جایگزین منابع موشک هستند.

یک راه عجیب و پیچیده استفاده از بادبان های غول پیکر است  که می تواند انرژی خورشید را جذب کند، یک میلیارد گیگاوات انرژی برق تولید کند و برای نیروی محرکه موشک به کار گرفته شود. این اتفاق امکان پذیر خواهد بود چرا که نور حاوی ذرات کوچکی به نام فوتون می باشد که رفتاری همانند اتم دارد. این سیستم از یک سیم مسی به قطر 10 سانتی‌متر تشکیل شده که به یک بادبان رو به خورشیدوصل می‌شود، . این سیم که می‌تواند از 300 تا 800 متر طول داشته باشد، میدانی مغناطیسی ایجاد می‌کند که از باد خورشیدی الکترون می‌گیرد. سپس این ذرات به درون یک گیرنده کروی کشیده می‌شوند تا جریان الکتریکی تولید کنند. یکی از مزیت های بزرگ بادبان خورشیدی نسبت به موتور موشک این است که شتابی پیوسته و دائمی به فضاپیما می دهد طوری که آن را به بالاترین حد سرعت می رساند. یکی از اشکالات بادبان خورشیدی این است که برای فراهم آوردن نیروی کافی برای حرکت باید خود چند برابر بزرگتر از فضا پیما باشد.

9. ارتباطات نوری با سرعت فوق العاده

یکی از عمده چالش های بزرگ فضانوردان برای کشف سیارات برقراری ارتباط با زمین است. Andreas Tziolas یک محقق ناسا به منظور توسعه فن آوری این طور می گوید: "اگر برقرای ارتباط با زمین میسر نباشد نتیجه حاصل از ماموریت ایستگاه ها چگونه به زمین برسد". در همین راستا ناسا در حال سرمایه گذاری روی پروژه ای عظیم به نام ارتباط لیزری است که از پرتوهای لیزر برای انتقال  داده های فضاپیما و ایستگاه های فضایی روی زمین با سرعتی بیش از 100 برابر سرعت کنونی استفاده می شود. اگر این موضوع تحقق یابد فضانوردان روی مریخ می توانند با سرعتی بالاتر از پهنای باند اینترنت خانگی اطلاعات را مخابره کنند. در این حالت انتقال یک تصویر عکاسی از مریخ به زمین توسط مریخ نوردان که اکنون 90 دقیق زمان می برد در عرض 5 دقیقه میسر خواهد شد.

این ساعت به عنوان مظهر بارز تلاش دانشمندان در عرصه دستیابی به دقیق‌ترین ساعت‌های اتمی به شمار می‌آید. محققانی که این ساعت را طراحی کرده‌اند مدعی هستند محصول جدیدشان می‌تواند مبنای تعریف شده برای طراحی و ساخت نسل آینده ساعت‌های فوق‌العاده دقیق را دستخوش تغییرات زیادی کند. این ساعت در هر 32 میلیارد سال تنها یک ثانیه عقب خواهد ماند .ساعت‌های اتمی فوق‌العاده حساس برای اموری همچون مسیریابی GPS، ارتباطات میان جستجوگران فضایی و زمین و همچنین مطالعات مربوط به محاسبات کوانتومی استفاده می‌شود. محققانی که مهارت آنها صرفا طراحی سیستم‌های دقیق ثبت زمان به شمار می‌آید همواره در تلاش هستند تا ساعت‌های دقیق و دقیق تری ارائه کنند. به همین دلیل ناسا در حال برنامه ریزی برای سال 2015 جهت راه اندازی فضاپیما با ساعت اتمی دقیق است.

7. تیم های رباتیک پیشرفته

تاسیس یک مجموعه در فضا ممکن است برای فضانوردان دلهره آور باشد. آن ها در سیاره ای نا آشنا فرود می آیند و برای احداث مسکن و سکوی پرتاب برای تسهیل در پیگیری ماموریت اقدام می کنند. به همین علت مهندسان ناسا با همکاران کانادایی و اروپایی در حال توسعه تیم رباتیک برای استفاده از این منابع هستند. روبات ها می توانند با پرسه زدن در سطح سیاره و حفاری و آزمایش نمونه خاک و اکسیژن یا آب را جستجو کنند.

6. جایگزین گرانش

ممکن است تماشای فضانوردان آپولو که همچون توپ های گلف به این سو و آن سو می روند برای شما بسیار سرگرم کننده و جذاب باشد اما در واقع مشکل عمده پیش روی فضانوردان بی وزنی است. عضلات آن ها در اثر بی وزنی دچار آتروفی ناشی از عدم مقاومت می شود، روی حجم خونشان تاثیر گذاشته و سرگیجه همراه خواهد داشت. علاوه بر این آن ها هنگام بازگشت احساس عدم تعادل دارند. در سفرهای کوتاه به فضانوردان تمرینات ورزشی و داروهای مخصوص داده می شود تا بدنسان مقاوم شود. در سفرهای طولانی فضاهای بدون گرانش برای فضانوردان تعبیه می شود تا در آن جا با محیط بی وزنی آشنا شوند.

5. تحلیل عضلات در سفرهای طولانی

یکی از مشکلات عمده سفرهای فضایی مدت زمان طولانی آن است. متاسفانه در فضا در اثر کاهش سوخت و ساز بدن برای دوره های طولانی فرد دچار هیپوترمی (هیپوترمی زمانی رخ می دهد كه مكانیسم های كنترل بدن شما قادر به حفظ درجه حرارت طبیعی بدن نیستند . درجه حرارت مركزی بدن شما بطور طبیعی حدود37 درجه سانتیگراد می باشد . درجه حرارت داخلی حدود35 درجه سانتیگراد یا كمتر نشانگر هیپوترمی است) شده و سلول ها یخ می زند، در سال 2006 در بیمارستان ماساچوست با آزمایش هایی که روش موش ها انجام دادند توانستند با ترکیب سولفید هیدروژن و گازهای ناشی از تخم مرغ گندیده و فاضلاب، متابولیسم و ضربان قلب را تا حدی پایین بیاورند تا تحمل بی وزنی راحت تر شود محققان این شاهکار را توانستند بدون کاهش دمای بدن انجام دهند.

4. نیروهایی برای جلوگیری از اشعه های خطرناک

برای محافظت از یک سفینه فضایی در برابر هجوم اجرام، سطوحی مانند سپر طراحی می شود. همچنین در طول یک سفر فضایی برای محافظت بدن فضانوردان از بمباران اشعه های سرطان زا و سایر مشکلات بهداشتی دانشمندان به دنبال راهی هستند. در بیشتر موارد اشعه های خطرناک از ذرات باردار الکتریکی ناشی می شود. الکترون ها و پروتون ها با سرعت زیادی از خورشید جدا شده و بار مثبت بسیار بزرگی فضا را پر می کند. اگر سفینه مجهز باشد می تواند تابش این اشعه ها را منحرف کند.

3. راندن در مسیر پیچ و تابی (Warp Drive)

به عقیده ی دانشمندان, راندن پیچ و تابی (Warp Drive) برای دستیابی به سفری با سرعتی بالاتر از نور, امری است که روزی غیر واقعی تلقی می شد اما امروز امکان پذیر است. راندن پیچ و تابی با دستکاری فضا-زمان می تواند سفینه ای فضایی را حرکت دهد. این پدیده از موضوع کرم چاله ها در قوانین فیزیک و این که حرکت هرچیزی با سرعتی بیشتر از سرعت نور امکان پذیر نیست, بهره می برد. ایده ی راندن پیچ و تابی واقعی در سال 1994 توسط فیزیکدان مکزیکی میگوئل الکوبیر (Miguel Alcubierre) پیشنهاد شده بود. با این حال, محاسبات بعدی نشان داد که چنین دستگاهی به مقادیر بسیار بالا و غیر قابل دسترس انرژی نیازمند است. امروزه فیزیکدانان بر این عقیده اند که با انجام تنظیماتی می توان با صرف انرژی کمتری این عمل را اجرا نمود که این عقیده, ایده ی راندن پیچ و تابی را از حوزه ی علمی-تخیلی به محدوده ی علم برگرداند.

2. پرورش گیاه در فضاپیما

همانند همه مردم، فضانوردان نیز نیاز به غذا و اتاق هایی برای ذخیره مایحتاج دارند تا در طول سفرهای طولانی بتوانند از آنها استفاده کنند.  به همین دلیل دانشمندان ناسا به دنبال یافتن راهی برای رشد گیاهان در سایر سیارات بدون نیاز به خاک و آب زیاد می گردند. دانه های ایروپونیک را در محفظه ای تاریک به وسیله محلول غذایی مه پاشی و تغذیه می کنند این روش جز سیستم های کشت بدون خاک محسوب می شود. تحقیقات نشان می دهد کشت با این روش مواد معدنی و ویتامین بیشتری را جذب می کند. اما فضانوردان تنها با گیاهان دوام نمی آورند و نیاز به یک منبع پروتئین نیز دارند از این رو دانشمندان با استفاده از سلول های بنیادی در آزمایشگاه گوشت نیز پرورش می دهند.

1. بازیافت هوا و آب در فضا

چیز دیگری که فضانوردان به آن احتیاج دارند تامین هوا و آب آشامیدنی است و بدیهی است که آن ها نمی توانند تمام این مقدار را از زمین با خود داشته باشند. از این رو دانشمندان ناسا در حال کار روی سیستم بازیاب هوای تنفسی و اکسیژن به داخل سفینه می باشند. تا سال 2014 محققان انتظار دارند که بتوانند 75% کربن دی اکسید تولید شده را به اکسیژن تبدیل کنند و این مقدار تا سال 2019 به 100% می رسد.  علاوه بر این گام های بلندی نیز در بازیافت آب آشامیدنی تا کنون برداشته شده. به طور مثال در ایستگاه فضایی بین المللی در حال حاضر با یک سیستم ویژه water Technology net آب ناشی از شستشو و ادرار بازیافت می شود. آن ها در یک واحد تقطیر بدون گرانش، مواد زائد و میکروارگانیسم ها  و سایر آلاینده ها را جدا می کنند.