فناوری‌های فضایی به‌طور قابل توجهی در زمینه‌های نظارت ماهواره‌ای، علم مواد و راه‌حل‌های انرژی در حال پیشرفت هستند که به توسعه اقتصادی و علمی کمک می‌کند. با نزدیک شدن بشر به ستاره‌ها، پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که اقتصاد فضایی تا سال ۲۰۳۵ به حدود ۱.۸ تریلیون دلار خواهد رسید. به گفته آندریوس کوبیلیوس، کمیسر دفاع و فضای اتحادیه اروپا، قرن بیست و یکم، قرن فضا خواهد بود.
فناوری‌های نوظهور امروز، رویاهای علمی تخیلی را به واقعیت‌های عملی تبدیل می‌کنند و امیدواری‌های زیادی را برای تحقق این پیشرفت‌ها ایجاد کرده‌اند. در ادامه، به ۱۲ نوآوری قابل توجه در فناوری فضایی اشاره می‌شود که قرار است آینده کیهانی بشر را متحول کند.
سامانه‌های پیشرفته رصد زمین
رصد مدرن زمین از بیش از ۵۰ درصد داده‌های آب و هوایی که پژوهشگران از ماهواره‌ها جمع‌آوری می‌کنند، استفاده می‌کند و به یک سامانه برای تشخیص وضعیت سیاره زمین تبدیل شده است. جدیدترین سامانه‌ها از تصویربرداری فراطیفی پیچیده برای ترکیب صدها باند طیفی با وضوح فضایی بی‌سابقه بهره می‌برند. به گفته مدیر آزمایشگاه رسانه در دانشگاه فناوری ماساچوست (MIT)، زندگی در زمین حتی برای یک روز بدون این فناوری امکان‌پذیر نیست.
این سامانه‌ها با الگوریتم‌های یادگیری ماشین به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های آنی توسعه یافته‌اند که امکان شناسایی فوری رویدادها از جمله نشت خطوط لوله و بیماری‌های محصولات کشاورزی را فراهم می‌کنند. آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) در این زمینه پیشگام بوده و از برنامه GOSAT برای جمع‌آوری داده‌های فصلی و جهانی دی‌اکسیدکربن در ۱۵ سال گذشته استفاده می‌کند.
این فناوری به نوعی با نظارت سیاره‌ای و ترکیب حسگرهای کوانتومی و روش‌های ادغام داده‌های پیشرفته، قادر به رصد گازهای گلخانه‌ای و فعالیت‌های زمین‌شناسی است؛ براساس تحلیل مجمع جهانی اقتصاد، این قابلیت‌ها می‌توانند به کاهش گازهای گلخانه‌ای تا دو گیگاتن در سال در طول پنج سال آینده کمک کنند.
بیوسوت نسل بعدی لباس‌های فضایی
آزمایشگاه رسانه دانشگاه فناوری ماساچوست، موفق به توسعه یک نوع جدید لباس فضایی به نام بیوسوت (BioSuit) شده تا جایگزین لباس‌های حجیم و سنتی فضانوردان شود که به ربات‌های قدیمی در فیلم‌های علمی تخیلی دهه ۱۹۶۰ شباهت دارند؛ این سامانه جدید از یک لباس ضد فشار مکانیکی و مواد الاستیک با کالیبره دقیق برای حفظ فشار ثابت بر روی بدن فضانوردان استفاده می‌کند.
بیوسوت حدود ۶۰ درصد از وزن لباس‌های فعلی را کاهش می‌دهد و تحرک بیشتری برای فضانوردان فراهم می‌کند. طراحی مدولار این لباس‌ها تعمیر سریع در فضا را تسهیل می‌کند و حسگرهای زیستی پیشرفتهای که در این لباس‌ها استفاده شده، به‌طور مداوم علائم حیاتی و شرایط محیطی را نظارت می‌کنند. توسعه بیوسوت به‌عنوان پیش‌زمینه‌ای برای ماموریت‌های انسانی به مریخ اهمیت دارد و بقا در سیاره سرخ را تسهیل می‌کند.
انرژی خورشیدی فضایی
تصور کنید یک خورشید مینیاتوری در مدار وجود دارد که انرژی پاک را به هر نقطه‌ای از زمین ارسال می‌کند. نمونه‌های اولیه انرژی خورشیدی فضایی (SBSP) که توسط آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن توسعه یافته‌اند، از آرایه‌های خورشیدی عظیم با راندمان تبدیل بیش از ۴۵ درصد برای انتقال انرژی از طریق پرتوهای مایکروویو به ایستگاه‌های دریافت‌کننده در زمین استفاده می‌کنند.
پروژه انرژی خورشیدی فضایی موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) آمریکا در سال ۲۰۲۴ انتقال موفق انرژی بی‌سیم را نشان داد و پژوهشگران را به چشم‌انداز انرژی پاک نامحدود از فضا نزدیک‌تر کرد. نصب چنین سامانه‌ای می‌تواند ۲ گیگاوات برق تولید کند که برای تامین برق تقریبا ۱.۵ میلیون خانه در هر نقطه از زمین کافی است. تلاش‌های چین، اروپا و بریتانیا در پروژه‌های مشابه نشان می‌دهد این رویا امکان دارد به زودی به واقعیت بپیوندد.
ابرمنظومه ماهواره‌ای پیشرفته
نسل بعدی شبکه‌های ماهواره‌ای که توسط شرکت‌هایی مانند کویپر (Kuiper) شرکت آمازون، استارلینک (Starlink) اسپیس‌ایکس، یوتلست (Eutelsat) و وان وب (OneWeb) توسعه یافته، از پیوندهای لیزری میان‌ماهواره‌ای استفاده می‌کنند که قادر به انتقال داده‌ها با سرعت‌های بیش از ۱۰۰ گیگابیت در ثانیه هستند. یکی از سرمایه‌گذاران خطرپذیر اظهار می‌کند: «هزینه راه‌اندازی این شبکه ماهواره‌ای حداقل ۱۰ برابر نسبت به سایر شبکه‌های ماهواره‌ای کاهش یافته و پیش‌بینی می‌شود این هزینه دوباره در یک دهه آینده کاهش یابد.»
کاهش هزینه‌ها امکان پرتاب هزاران ماهواره را برای ایجاد شبکه‌های منظومه ماهواره‌ای فراهم می‌آورد؛ این شبکه‌ها همچنین رمزگذاری کوانتومی پیشرفته را با فناوری‌های خودکار اجتناب از برخورد و روند کاهش زباله ترکیب می‌کنند.
تولید تجهیزات و تاسیسات فضایی
با این که پژوهشگران هنوز در مراحل ابتدایی ساخت سفینه‌های فضایی در شرایط عدم جاذبه (گرانش صفر) قرار دارند، اما محیط ریزگرانشی فضا شرایط منحصر به فردی را برای فرآیندهای تولیدی فراهم می‌کند که بر روی زمین غیرممکن است. تاسیسات موجود در ایستگاه فضایی بین‌المللی فیبرهای نوری (ZBLAN) را با اتلاف سیگنال ۱۰۰ برابر کمتر از فیبرهای سنتی سیلیسی تولید می‌کنند.
این محیط کم‌وزن احتمالا فرصت‌های جدیدی را برای پژوهشگران فراهم کند؛ به عنوان مثال، شرکت‌های دارویی از روش‌های تبلور ریزگرانشی برای توسعه درمان‌های موثرتر برای بیماری‌هایی مانند آلزایمر و سرطان استفاده می‌کنند. نسل بعدی کارخانه‌های فضایی دارای سامانه‌های رباتیک خودکار برای تولید مداوم، قابلیت‌های پیشرفته چاپ سه‌بعدی برای سازه‌های بزرگ و تاسیسات تولید زیستی خواهند بود.
سامانه‌های فعال دفع زباله
پژوهشگران در حال طراحی سامانه‌هایی شبیه به ربات هوشمند جمع‌آوری زباله (WALL-E) هستند که به‌عنوان سامانه‌های دفع زباله در فضا عمل کنند. در فضا بیش از ۳۵ هزار قطعه زباله ردیابی شده وجود دارد که تهدیدی برای ماهواره‌ها و ماموریت‌ها محسوب می‌شود.
این جمع‌آوری‌کننده‌ها فناوری‌های مختلفی را ترکیب می‌کنند، از جمله بازوهای رباتیک مجهز به سامانه‌های بینایی هوش مصنوعی و اتصالات الکترومغناطیسی برای جابه‌جایی زباله‌ها. انتظار می‌رود این سامانه‌های پیشرفته بتوانند مقادیر قابل‌توجهی از زباله‌ها را از مدار خارج کنند و پیش‌بینی می‌شود که ظرفیت جمع‌آوری ۵ تا ۱۰ جسم بزرگ به‌طور سالانه از این طریق وجود داشته باشد.
سامانه‌های اقامتی ماه و مریخ
زیستگاه‌های سیاره‌ای نسل بعدی در حال توسعه هستند. شرکت آیکون (ICON) در پروژه المپیوس (Olympus) بر روی سامانه‌های چاپ سه‌بعدی خودکار کار می‌کند که از رگولیت محلی برای ساخت سازه‌های محافظت‌کننده در برابر تابش استفاده می‌کند و می‌تواند در برابر تغییرات شدید دما مقاوم باشد.
این زیستگاه‌ها دارای سامانه‌های پیشرفته حمایت از حیات هستند که شامل پردازش زباله و تولید غذا می‌شوند و تا ۹۸ درصد از آب و اکسیژن را بازیابی می‌کنند. چنین زیستگاه‌هایی برای اقامت دائمی در ماه و مریخ اهمیت زیادی دارند و می‌توانند در پژوهش و علم پیشرفتهای بیشتری ایجاد کنند.
نظارت بر سلامت و پژوهش‌های زیست پزشکی
با افزایش تمایل به اکتشافات فضایی در کره ماه و مریخ، سلامت فضانوردان در معرض ریزگرانش و تابش نیز در کانون توجه قرار گرفته است. فعالیت‌های کنونی در ایستگاه فضایی بین‌المللی تقریبا ۲۵۰ ماموریت علمی را در هر دوره شش‌ماهه انجام داده‌اند که بخش قابل‌توجهی از آن‌ها به تحقیقات زیست‌پزشکی اختصاص یافته است.
آزمایش‌های رشد کریستال پروتئین توسط آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن در شرایط ریزگرانش، تجزیه و تحلیل ساختارهای پروتئینی را تسریع می‌نماید؛ این پیشرفت‌ها به‌ویژه برای ماموریت‌های طولانی‌مدت اهمیت دارند و احتمال دارد در زیستگاه‌های آینده کره ماه نیز امکان‌پذیر شوند.
نسل بعدی نیروی محرکه فضایی
شرکت‌هایی مانند ایمپالس اسپیس (Impulse Space) در حال توسعه سامانه‌هایی هستند که امکان انتقال سریع ماهواره‌ها از مدار پایین زمین (LEO) به مدار میان‌زمین (MEO) یا مدار ژئوسنکرون (GEO) را فراهم می‌کنند. پیشرفت‌ها در فناوری‌های مگنتوپلاسمادینامیک (MPD) رانش و کارایی بالایی را ارائه می‌دهند.
سامانه‌های رانش حرارتی هسته‌ای که توسط ناسا و دارپا (DARPA) در حال توسعه هستند، انتظار می‌رود زمان سفر به مریخ را تا ۴۰ درصد کاهش دهند. پیشرفت‌هایی نیز در سامانه‌های رانش یونی در حال تحقق است که هدف جدیدی برای تامین نیازهای فضایی را دنبال می‌کند.
استفاده از منابع سیارکی
با این که اکتشاف و استخراج منابع از فضا هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد، اما استخراج مواد از سیارک‌ها به تدریج ممکن می‌شود. تا سال ۲۰۲۳، کمتر از هفت گرم از مواد سیارکی به‌طور موفقیت‌آمیز به زمین بازگردانده شده است.
ماموریت‌های تحقیقاتی از فناوری‌های نوین برای پردازش مواد خام در فضا استفاده می‌کنند که احتمالا به فرصت‌های منابع با ارزش تریلیون دلاری منجر شود. آژانس‌های فضایی همچنین بر روی ردیابی مدارهای خطرناک سیارک‌ها تمرکز دارند تا ایمنی سیاره را حفظ کنند.
زیرساخت خدمات مداری
فضا به‌سرعت در حال تحول است و زیرساخت‌های پیچیده‌ای در مدارها در حال شکل‌گیری هستند. با رشد منظومه‌های ماهواره‌ای و شبکه‌های نظارتی زمین، مراحل نوظهور خدمات مداری در حال گسترش است.
ماشین‌آلات مدرن که از رباتیک مبتنی بر هوش مصنوعی بهره‌برداری می‌کنند، تعمیرات پیچیده را در مدار انجام می‌دهند و امکانات جدیدی برای نگهداری و ارتقا سامانه‌های فضایی فراهم می‌کنند. پیش‌بینی می‌شود که این قابلیت‌ها تا سال ۲۰۳۰ در دسترس قرار گیرند و توانمندی‌های جدیدی را برای فعالیت‌های فضایی ارائه دهند.
تولید گرانش مصنوعی
تحقیقات در زمینه گرانش مصنوعی در حال تغییر و سردرگمی فراتر از روش‌های چرخشی ساده است. طراحی‌های جدید می‌توانند به‌گونه‌ای تنظیم شوند که نیازهای فیزیولوژیکی مختلف را برآورده کنند.
فناوری‌های پیشرفته همچنین بر روی استفاده از گرانش مصنوعی انتخابی و زیست‌فناوری تمرکز دارند تا سلامت فضانوردان را در پروازهای طولانی‌مدت حفظ کنند. پیش‌بینی می‌شود این سامانه‌ها تا دهه ۲۰۴۰ برای ماموریت‌های فضایی عمیق مورد استفاده قرار بگیرند.