Để hỗ trợ nỗ lực của mình, NASA đã công bố rằng họ sẽ thành lập hai học viện mới để phát triển công nghệ trong các lĩnh vực quan trọng cho nghiên cứu kỹ thuật và khí hậu.

Viện Nghiên cứu Công nghệ Vũ trụ (STRI) mới sẽ thúc đẩy các nhóm do các trường đại học Hoa Kỳ lãnh đạo để tạo ra các chương trình phát triển công nghệ và nghiên cứu đa ngành, rất quan trọng đối với tương lai của NASA. Bằng cách kết hợp khoa học, kỹ thuật và các ngành khác từ các trường đại học, ngành công nghiệp và tổ chức phi lợi nhuận, các viện nhằm mục đích tác động đến khả năng hàng không vũ trụ trong tương lai thông qua đầu tư vào công nghệ giai đoạn đầu.

Một trong những viện nghiên cứu sẽ tập trung vào công nghệ cảm biến lượng tử để hỗ trợ nghiên cứu khí hậu. Cái còn lại sẽ hoạt động để cải thiện sự hiểu biết và giúp cho phép chứng nhận nhanh chóng các bộ phận kim loại được tạo ra bằng các kỹ thuật sản xuất tiên tiến.

Ông Jim Reuter, phó quản trị viên của Ban Giám đốc Sứ mệnh Công nghệ Vũ trụ của cơ quan tại Trụ sở chính của NASA ở Washington, cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng được sử dụng chuyên môn của các nhóm trường đại học để tạo ra công nghệ. Công trình của họ sẽ cho phép khoa học thế hệ tiếp theo nghiên cứu hành tinh quê hương của chúng ta và mở rộng việc sử dụng các bộ phận kim loại được in 3D cho các chuyến bay vũ trụ với mô hình tiên tiến nhất".

Mỗi viện sẽ nhận được tới 15 triệu đô la trong vòng 5 năm.

Viện Con đường lượng tử (Quantum Pathways Institute)

Đại học Texas tại Austin sẽ lãnh đạo Viện Con đường Lượng tử, tập trung vào việc thúc đẩy công nghệ cảm biến lượng tử cho các ứng dụng khoa học Trái đất thế hệ tiếp theo. Công nghệ như vậy sẽ cho phép hiểu biết mới về hành tinh của chúng ta và những tác động của biến đổi khí hậu.

Cảm biến lượng tử sử dụng các nguyên tắc vật lý lượng tử để có khả năng thu thập dữ liệu chính xác hơn và cho phép thực hiện các phép đo khoa học chưa từng có. Những cảm biến này có thể đặc biệt hữu ích cho các vệ tinh trên quỹ đạo quanh Trái đất để thu thập dữ liệu thay đổi khối lượng – một loại phép đo có thể cho các nhà khoa học biết băng, đại dương và nước trên đất liền đang di chuyển và thay đổi như thế nào. Mặc dù công nghệ và vật lý cơ bản cho cảm biến lượng tử đã được chứng minh ở dạng khái niệm, nhưng cần phải nghiên cứu để phát triển cảm biến lượng tử ở độ chính xác cần thiết cho nhu cầu khoa học thế hệ tiếp theo trong các sứ mệnh du hành vũ trụ.

Tiến sĩ Srinivas Bettadpur, điều tra viên chính của viện và giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ, cơ khí kỹ thuật tại Đại học Texas cho hay: "Các phương pháp cảm biến lượng tử đã cho thấy rất nhiều hứa hẹn trong điện toán, truyền thông và bây giờ là các ứng dụng viễn thám của khoa học Trái đất. Mục đích của chúng tôi là thúc đẩy công nghệ này và đưa nó vào không gian ngay khi có thể".

Viện sẽ làm việc để nâng cao hơn nữa vật lý cơ bản của các cảm biến lượng tử, thiết kế cách các cảm biến này có thể được chế tạo cho các sứ mệnh không gian và hiểu cách thiết kế sứ mệnh và kỹ thuật hệ thống sẽ cần phải thích ứng để phù hợp với công nghệ mới này.

Các đối tác của viện bao gồm Đại học Colorado Boulder; Đại học California, Santa Barbara; Viện Công nghệ California; và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia.

Viện đánh giá dựa trên mô hình và chứng nhận sản xuất bồi đắp (Institute for Model-Based Qualification & Certification of Additive Manufacturing - IMQCAM)

Đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh sẽ lãnh đạo Viện Đánh giá & Chứng nhận Sản xuất Bồi đắp dựa trên Mô hình (IMQCAM) nhằm cải tiến các mô hình máy tính của các bộ phận kim loại in 3D – còn được gọi là sản xuất bồi đắp – và mở rộng tiện ích của chúng trong các ứng dụng du hành vũ trụ. Viện sẽ được đồng lãnh đạo bởi Đại học Johns Hopkins ở Baltimore.

Các bộ phận kim loại in 3D được làm từ bột kim loại, được nấu chảy theo những cách cụ thể và tạo hình thành các bộ phận hữu ích. Những bộ phận như vậy có thể hữu ích cho những thứ như động cơ tên lửa – mang lại sự linh hoạt hơn để tạo ra các bộ phận mới khi thiết kế thay đổi – hoặc là một phần của tiền đồn của con người trên Mặt trăng, nơi việc mang các bộ phận chế tạo sẵn sẽ tốn kém và hạn chế. Tuy nhiên, việc chứng nhận và sử dụng hiệu quả các bộ phận đó đòi hỏi phải dự đoán các đặc tính của chúng với độ chính xác cao.

Ông Tony Rollett, điều tra viên chính của viện và giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật luyện kim của US Steel tại Đại học Carnegie Mellon nói: “Cấu trúc bên trong của loại bộ phận này khác nhiều so với những gì được sản xuất bằng bất kỳ phương pháp nào khác. Viện sẽ tập trung vào việc tạo ra các mô hình mà NASA và những người khác trong ngành sẽ cần sử dụng các bộ phận này hàng ngày".

Các mô hình máy tính chi tiết, được gọi là cặp song sinh kỹ thuật số, sẽ cho phép các kỹ sư hiểu được khả năng và hạn chế của các bộ phận – chẳng hạn như mức độ căng thẳng mà các bộ phận có thể chịu trước khi bị gãy. Các mô hình như vậy sẽ cung cấp khả năng dự đoán các thuộc tính của bộ phận dựa trên quá trình xử lý của chúng, đây là chìa khóa để chứng nhận các bộ phận sẽ sử dụng. Viện sẽ phát triển các cặp song sinh kỹ thuật số cho các bộ phận in 3D được làm từ vật liệu vũ trụ thường được sử dụng để in 3D, cũng như đánh giá và mô hình hóa các vật liệu mới.

Ông Somnath Ghosh, giáo sư Michael G. Callas về kỹ thuật dân dụng và hệ thống tại Trường Kỹ thuật Whiting của Đại học Johns Hopkins, sẽ đóng vai trò là đồng điều tra viên chính và sẽ đồng chỉ đạo viện cùng với Rollett. Các đối tác khác của viện bao gồm Đại học Vanderbilt, Đại học Texas tại San Antonio, Đại học Virginia, Đại học Case Western Reserve, Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Đại học Johns Hopkins, Viện Nghiên cứu Tây Nam và Pratt & Whitney.

Như Ý