NASA vergibt Fördermittel für 3D-Druck und Quantentechnologie für die Klimaforschung

Neue Technologien sind der Schlüssel, um die NASA dabei zu unterstützen, ihre langfristigen Erkundungsziele zum Nutzen aller voranzutreiben. Zur Unterstützung dieser Bemühungen kündigte die Behörde am Donnerstag an, dass sie zwei neue Institute zur Entwicklung von Technologien in kritischen Bereichen der Technik und der Klimaforschung gründen wird.

Durch die Zusammenführung von Wissenschaft, Technik und anderen Disziplinen aus Universitäten, der Industrie und gemeinnützigen Organisationen wollen die Institute durch Investitionen in frühe Technologien die zukünftigen Fähigkeiten der Raumfahrt beeinflussen.

Eines der Forschungsinstitute wird sich auf die Quantensensortechnologie zur Unterstützung der Klimaforschung konzentrieren. Das andere Institut wird sich mit der Verbesserung des Verständnisses und der schnellen Zertifizierung von Metallteilen befassen, die mit fortschrittlichen Fertigungstechniken hergestellt werden.

“Wir sind begeistert, dass wir auf das Fachwissen dieser universitätsübergreifenden Teams zurückgreifen können, um Technologien für einige unserer dringendsten Bedürfnisse zu entwickeln”, sagte Jim Reuter, stellvertretender Administrator für das Space Technology Mission Directorate im NASA-Hauptquartier in Washington. “Ihre Arbeit wird die Wissenschaft der nächsten Generation bei der Erforschung unseres Heimatplaneten ermöglichen und die Verwendung von 3D-gedruckten Metallteilen für die Raumfahrt durch modernste Modellierung erweitern.”

Jedes Institut wird über einen Zeitraum von fünf Jahren bis zu 15 Millionen Dollar erhalten.

Quantum Pathways Institut

Die Universität von Texas in Austin wird das Quantum Pathways Institute leiten, das sich auf die Weiterentwicklung der Quanten-Sensortechnologie für die nächste Generation von Anwendungen in der Erdwissenschaft konzentriert. Eine solche Technologie würde neue Erkenntnisse über unseren Planeten und die Auswirkungen des Klimawandels ermöglichen.

Quantensensoren nutzen die Prinzipien der Quantenphysik, um möglicherweise präzisere Daten zu sammeln und noch nie dagewesene wissenschaftliche Messungen zu ermöglichen. Diese Sensoren könnten insbesondere für Satelliten in der Erdumlaufbahn nützlich sein, um Daten über Massenveränderungen zu sammeln – eine Art von Messung, die Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben kann, wie sich Eis, Ozeane und Landwasser bewegen und verändern. Obwohl die grundlegenden physikalischen und technologischen Voraussetzungen für Quantensensoren im Konzept nachgewiesen sind, ist noch einiges an Arbeit erforderlich, um Quantensensoren mit der Genauigkeit zu entwickeln, die für den wissenschaftlichen Bedarf der nächsten Generation bei Raumfahrtmissionen erforderlich ist.

“Quantensensormethoden haben sich in der Informatik, der Kommunikation und jetzt auch in der Fernerkundung der Geowissenschaften als vielversprechend erwiesen”, sagte Dr. Srinivas Bettadpur, Leiter des Instituts und Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und technische Mechanik an der University of Texas in Austin. “Unser Ziel ist es, diese Technologie voranzutreiben und sie so schnell wie möglich für den Weltraum bereitzustellen.

Das Institut wird daran arbeiten, die den Quantensensoren zugrundeliegende Physik weiter zu erforschen, zu entwerfen, wie diese Sensoren für Weltraummissionen gebaut werden könnten, und zu verstehen, wie das Missionsdesign und die Systemtechnik angepasst werden müssten, um dieser neuen Technologie gerecht zu werden.

Zu den Partnern des Instituts gehören die University of Colorado Boulder, die University of California, Santa Barbara, das California Institute of Technology und das National Institute of Standards and Technology.

Institut für modellgestützte Qualifizierung und Zertifizierung der additiven Fertigung (IMQCAM)

Die Carnegie Mellon University in Pittsburgh wird das Institute for Model-Based Qualification & Certification of Additive Manufacturing (IMQCAM) leiten, dessen Ziel es ist, Computermodelle von 3D-gedruckten – auch additiv gefertigten – Metallteilen zu verbessern und ihren Nutzen für Raumfahrtanwendungen zu erweitern. Das Institut wird von der Johns Hopkins University in Baltimore mit geleitet.

3D-gedruckte Metallteile werden aus pulverförmigen Metallen hergestellt, die auf bestimmte Weise geschmolzen und zu nützlichen Teilen geformt werden. Solche Teile könnten z. B. für Raketentriebwerke nützlich sein – sie bieten mehr Flexibilität bei der Herstellung neuer Teile, wenn sich das Design ändert – oder als Teil eines menschlichen Außenpostens auf dem Mond, wo die Mitnahme vorgefertigter Teile teuer und einschränkend wäre. Eine effiziente Zertifizierung und Verwendung solcher Teile erfordert jedoch eine hochpräzise Vorhersage ihrer Eigenschaften.

“Die innere Struktur dieser Art von Teilen unterscheidet sich deutlich von allen anderen Verfahren”, so Tony Rollett, Leiter des Instituts und US Steel-Professor für Metallurgietechnik und Werkstoffkunde an der Carnegie Mellon University. “Das Institut wird sich darauf konzentrieren, die Modelle zu erstellen, die die NASA und andere in der Industrie benötigen, um diese Teile täglich zu verwenden.

Detaillierte Computermodelle, so genannte digitale Zwillinge, werden es den Ingenieuren ermöglichen, die Fähigkeiten und Grenzen der Teile zu verstehen – etwa wie viel Stress die Teile aushalten können, bevor sie brechen. Solche Modelle ermöglichen die Vorhersagbarkeit der Eigenschaften von Teilen auf der Grundlage ihrer Verarbeitung, die für die Zertifizierung der Teile für den Einsatz entscheidend ist. Das Institut wird digitale Zwillinge für 3D-gedruckte Teile aus Raumfahrtmaterialien entwickeln, die üblicherweise für den 3D-Druck verwendet werden, und auch neue Materialien bewerten und modellieren.

Somnath Ghosh, der Michael-G.-Callas-Professor für Bau- und Systemtechnik an der Whiting School of Engineering der Johns Hopkins University, wird das Institut gemeinsam mit Rollett leiten und als Co-Principal Investigator fungieren. Weitere Partner des Instituts sind die Vanderbilt University, die University of Texas in San Antonio, die University of Virginia, die Case Western Reserve University, das Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, das Southwest Research Institute und Pratt & Whitney.

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