Rymdsuppdrag som varar i flera decennier - eller till och med längre - kommer att kräva en ny generation kraftleveranser.
Kraftsystemet är en viktig del av rymdskeppet. Dessa system måste vara extremt tillförlitliga och konstruerade för att motstå hårda miljöer.
Dagens sofistikerade enheter kräver mer och mer ström - vad är framtiden för deras strömförsörjning?
En genomsnittlig modern smarttelefon kan knappt vara en dag på en enda laddning. Och Voyager-sonden, som lanserades för 38 år sedan, sänder fortfarande signaler till Jorden efter att ha lämnat solsystemet.
Voyager-datorer kan 81 tusen operationer per sekund - men processorn på en smartphone är sju tusen gånger snabbare.
När man utformar en telefon antas det givetvis att den regelbundet laddas och troligen inte ligger flera miljoner kilometer från närmaste uttag.
Det kommer inte att fungera för att ladda rymdskeppets batteri, som enligt planen borde vara beläget hundra miljoner kilometer från den aktuella källan, det kommer inte att fungera - det behöver antingen kunna ha batterier med tillräcklig kapacitet ombord för att fungera i decennier, eller generera el på egen hand.
Det visar sig vara ganska svårt att lösa ett sådant designproblem.
Kampanjvideo:
Vissa ombord enheter behöver bara elektricitet då och då, men andra behöver köra kontinuerligt.
Mottagare och sändare måste alltid vara påslagen och vid bemannad flygning eller på en bemannad rymdstation måste livstöd och belysningssystem också vara på.
Dr. Rao Surampudi leder energiteknologiprogrammet vid Jet Propulsion Laboratory vid California Institute of Technology i USA. I över 30 år har han utvecklat kraftsystem för olika NASA-fordon.
Enligt honom står energisystemet vanligtvis för cirka 30% av rymdskeppets totala massa. Det löser tre huvuduppgifter:
- elproduktion
- lagring av el
- elfördelning
Alla dessa delar av systemet är avgörande för driften av apparaten. De måste vara lätta, hållbara och ha en hög "energitäthet" - det vill säga generera mycket energi med en ganska liten volym.
Dessutom måste de vara pålitliga, eftersom det är mycket opraktiskt att skicka en person ut i rymden för att fixa uppdelningar.
Systemet måste inte bara generera tillräckligt med energi för alla behov, utan också göra det under hela flygningen - och det kan pågå i årtionden och i framtiden, kanske i århundraden.
”Designlivet bör vara långt - om något går sönder kommer det ingen att reparera,” säger Surampudi. "Flyget till Jupiter tar fem till sju år, till Pluto mer än 10 år, och det tar 20 till 30 år att lämna solsystemet."
Kraftsystemen i ett rymdskepp är under mycket specifika förhållanden - de måste förbli i drift i frånvaro av tyngdkraft, i ett vakuum, under påverkan av mycket intensiv strålning (vilket skulle kunna inaktivera de flesta konventionella elektroniska apparater) och extrema temperaturer.
"Om du landar på Venus kommer 460 grader att vara ombord," säger specialisten. "Och vid landning på Jupiter blir temperaturen minus 150".
Rymdfarkoster som går mot solsystemets centrum har ingen brist på energi som samlas in av deras solceller.
Dessa paneler ser lite annorlunda ut än solpaneler installerade på bostadshusens tak, men samtidigt arbetar de med mycket högre effektivitet.
Det är mycket varmt nära solen och PV-panelerna kan överhettas. För att undvika detta vänds panelerna bort från solen.
I planetbanan är fotovoltaiska paneler mindre effektiva: de genererar mindre energi, eftersom de från tid till annan är inhägnad från solen av planeten själv. I situationer som detta behövs ett tillförlitligt energilagringssystem.
Atomlösning
Ett sådant system kan byggas på grundval av nickel-vätebatterier, som tål mer än 50 tusen laddningscykler och håller mer än 15 år.
Till skillnad från konventionella batterier, som inte fungerar i rymden, är dessa batterier förseglade och kan fungera normalt i vakuum.
När vi rör oss bort från solen sjunker nivån på solstrålningen naturligtvis: för jorden är den 1374 watt per kvadratmeter, för Jupiter - 50 och för Pluto - bara en watt per kvadratmeter.
Därför, om rymdskeppet lämnar Jupiters bana, använder det atomkraftsystem.
Den vanligaste av dessa är radioisotopens termoelektriska generator (RTG) som används på Voyager- och Cassini-proberna och på Curiosity rover.
Det finns inga rörliga delar i dessa nätaggregat. De genererar energi genom att förfalla radioaktiva isotoper som plutonium. Deras livslängd överstiger 30 år.
Om det är omöjligt att använda en RTG (till exempel om en skärm som är för massiv för flygning behövs för att skydda besättningen från strålning) och fotovoltaiska paneler inte är lämpliga på grund av för stort avstånd från solen, kan bränsleceller användas.
Väte-syre-bränsleceller användes i de amerikanska rymdprogrammen Gemini och Apollo. Dessa celler kan inte laddas, men de släpper mycket energi, och en biprodukt av denna process är vatten, som besättningen sedan kan dricka.
NASA och Jet Propulsion Laboratory arbetar för att skapa mer kraftfulla, energikrävande och kompakta system med en hög livslängd.
Men nya rymdskepp behöver mer och mer energi: deras ombordsystem blir ständigt komplexa och konsumerar mycket el.
Detta gäller särskilt för fartyg som använder en elektrisk enhet - till exempel jonframdrivningsanordningen, som först användes på Deep Space 1-sonden 1998 och har sedan dess blivit utbredd.
Elektriska motorer fungerar vanligtvis genom att mata ut bränsle elektriskt med hög hastighet, men det finns också sådana som påskyndar apparaten genom elektrodynamisk interaktion med planetens magnetfält.
De flesta av jordens energisystem kan inte fungera i rymden. Därför genomgår varje nytt schema en serie allvarliga test innan det installeras på ett rymdskepp.
NASA-laboratorier återskapar de hårda förhållanden som den nya enheten kommer att behöva fungera: den bestrålas med strålning och utsätts för extrema temperaturförändringar.
Mot nya gränser
Det är möjligt att förbättrade Stirling-radioisotopgeneratorer kommer att användas i framtida flygningar. De arbetar efter en princip som liknar RTG, men mycket effektivare.
Dessutom kan de göras mycket små - även om designen är ytterligare komplicerad.
Nya batterier byggs för NASA: s planerade flyg till Europa, en av Jupiters månar. De kommer att kunna arbeta vid temperaturer från -80 till -100 grader.
Och de nya litiumjonbatterier som designers för närvarande arbetar med kommer att ha dubbla kapaciteten än de nuvarande. Med deras hjälp kan astronauter till exempel spendera dubbelt så länge på månens yta innan de återvänder till fartyget för att ladda.
Nya solpaneler utformas också som effektivt kan samla energi i svagt ljus och låga temperaturer - detta gör att enheter på solceller kan flyga bort från solen.
På något stadium avser NASA att etablera en permanent bas på Mars - och eventuellt på mer avlägsna planeter.
Energisystemen i sådana bosättningar bör vara mycket kraftfullare än de som används i rymden idag och utformade för mycket längre drift.
Det finns mycket helium-3 på månen - denna isotop finns sällan på jorden och är det ideala bränslet för termonukleära kraftverk. Det har emellertid ännu inte varit möjligt att uppnå tillräcklig stabilitet av termonukleär fusion för att använda denna energikälla i rymdskepp.
Dessutom upptar de för närvarande befintliga termonukleära reaktorerna området för en flygplanhangar, och i denna form är det omöjligt att använda dem för rymdflyg.
Är det möjligt att använda konventionella kärnreaktorer - särskilt i fordon med elektrisk framdrivning och i planerade uppdrag till månen och Mars?
I detta fall behöver inte kolonin köra en separat källa för el - en fartygs reaktor kan spela sin roll.
För långsiktiga flygningar är det möjligt att atomelektriska propeller används.
”Asteroid Deflection Mission kräver stora solpaneler för att ha tillräckligt med elkraft för att manövrera runt asteroiden,” säger Surampudi. "Vi överväger för närvarande ett solelektriskt framdrivningsalternativ, men atomelektriskt skulle vara billigare."
Det är dock osannolikt att vi kommer att se kärnkraftsdrivna rymdfarkoster inom en nära framtid.
”Den här tekniken är ännu inte tillräckligt utvecklad. Vi måste vara helt säkra på dess säkerhet innan vi lanserar en sådan enhet i rymden, förklarar specialisten.
Ytterligare noggrann testning krävs för att säkerställa att reaktorn är i stånd att motstå rymdfärden.
Alla dessa lovande kraftsystem tillåter rymdskepp att hålla längre och flyga långa sträckor - men hittills är de i tidiga utvecklingsstadier.
När testerna är framgångsrika kommer sådana system att bli en obligatorisk del av flygningar till Mars - och därefter.
