美国宇航局支持的7种未来概念可能永远改变太空探索

NASA的 “创新先进概念”计划(NIAC)在过去十年间资助了多个项目。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的主反射镜部分 图源：NASA

过去十年，NASA一直通过其创新先进概念计划（NIAC）来资助一些前沿项目。NIAC是一项旨在支持全球创新研究和理念的计划，其重点在于太空探索和太空旅行。NIAC提出的许多想法足以媲美最受欢迎的漫威大片或科幻电影情节。那么，NIAC计划具体做了什么呢？

NIAC组织成立于1998年，以NASA先进概念研究所的名义创立，是一个致力于探索太空可能性的组织。就像前面提到的，他们支持可以实现和改变未来太空任务的创新概念。不论是企业还是顶尖大学的研究人员，无论年龄大小，都可以将他们对未来航空航天的想法提交给NIAC。

最优秀的概念将得到奖项，助其进一步发展。NIAC计划通过多个研究阶段来支持这些想法：

第一阶段的研究为期9个月，旨在探索整体可行性并提高技术准备水平（TRL）。

此阶段的合格获奖者可以提出后续的第二阶段研究。

第二阶段长达两年，主要任务是开发概念。研究人员必须准备进一步发展的路线图，但无须将技术完全提升到NASA或商业转型所需的水平。

第三阶段继续进行为期两年的探索和开发。最后阶段的目标则是从战略上转变那些能对NASA，其他政府机构或商业合作伙伴产生最大的潜在影响的NIAC概念。

许多激动人心的想法在NIAC计划的支持下发展，它们将直接影响太空旅行的未来。本文中，我们将探究一些正在开发中的精彩项目，其中的概念已经提出多年。或许某个概念能鼓舞你向NIAC提交自己的想法。
 

蒸汽驱动自动探索机器人（ SPARROW）可以帮助我们探索不可预知的系外海洋行星地形

图源： NASA/Meirion-Griffith

随着我们对宇宙的进一步探索，可能会经常见到海洋世界。银河系中也存在这样的天体，比如木星的卫星欧罗巴，据推测在其表面之下存在液态海洋。 SPARROW可以帮助我们在未来更轻松地研究海洋天体的表面。该提案的发起人包括来自JPL，普渡大学和蜂蜜机器人公司（Honeybee Robotics）的机器人技术工程师，推进技术工程师和样品采集技术工程师以及行星科学家。

SPARROW全称为海洋蒸汽驱动自动探索机器人，它到达行星后将由漫游车进行部署。机器人的多跳结构使其能够跳跃相当远的距离。 SPARROW能够在短时间内分析大面积区域，甚至能够承受外星恶劣的放射性环境。这种低成本的小型球形机器人可用来快速有效地研究行星地形。
 

无衍射光束推进有望为星际旅行提供解决方案

图源： NASA/Limbach

星际旅行和研究目前仍处于发展初期。但这并没有阻止研究人员尝试开发新方法来实现这一目标。得克萨斯农工大学工程实试验站的一个团队提出了一种创新型光束推进技术，该技术可以让我们实现用42年的时间到达最近的邻居之一——比邻星。

位于半人马座的比邻星距离我们4.243光年。最近的帕克太阳探测器能够以约690,000 英里/小时（1,110,447千米/小时）的速度行进，大约为光速的0.064％。如果以这个速度前往比邻星，仍需要大约6,300年的时间才能到达。

使用建议的光子-粒子光耦合孤子星际任务加速器（PROCSIMA），将大大提高航天器的行进速度。从理论上讲，利用高能激光和高能中性粒子束的交互，能使航天器的速度达到光速的10％，从而使前往比邻星的时间缩短至42年。
 

金星有生命吗？LEAVES（叶状金星环境和大气传感器）可助我们发现

LEAVES的图示：金星环境和大气传感器。 图源：NASA / J.Balcerski

2020年，金星存在生命这一想法成为了一种有趣的可能性。尽管可能性渺茫，但最近有证据指向金星大气中一些明显的迹象，重新激发了科学家对这个相邻星球的科研兴趣。NIAC支持了多个金星大气项目。而这个项目是直接从地球生命获取的设计灵感。LEAVES是一种超轻，能够被动悬浮，成本低的大气传感器。这种微型传感器无需主动推进、制导或充气介质，也没有浮力控制的需求，仅需很少的基础设施，外表看起来就像树叶。LEAVES将能够对金星大气层和任何其他突出的行星主体进行原位采样。按照计划，传感器几乎可以投放到任何地方，而且非常耐用。
 

“涡轮电梯”人工重力系统能够抵消长期太空任务对宇航员的影响吗？

微重力和重力降低会给人体带来巨大负担。长时间执行太空任务会让宇航员患上生理性疾病，包括骨密度下降，肌肉萎缩，心血管疾病，感觉运动/平衡障碍和视力改变。为了在未来进一步探索太空，IMSG实验室提出了一种人工重力（AG）技术，旨在消除这些有害的影响。他们的涡轮电梯（Tubrolift）能让宇航员来回摇晃和旋转，产生临时人工重力，类似于在蹦床上轻轻弹跳的感觉。 Turbolift的工作原理是以1G加速度线性加速约1s，然后旋转180度，再以1G减速约1s。据该小组描述，这项技术将“以一种全面、多系统的方式减少或消除生理性疾病。”
 

如果我们要在月亮上建造基地，不妨在上面也建一个望远镜

图源： NASA

NASA喷气推进实验室（JPL）提议在月球背面建造月球环形山射电望远镜（LCRT）。这种超长波射电望远镜与地球上的一些射电望远镜相比会具有许多优势。由于月球没有大气干扰，LCRT能够以更高的波长观测宇宙。而且月球还对它上面的望远镜起到了物理屏蔽的作用，可以屏蔽来自地球的无线电干扰/噪声、电离层、人造卫星以及太阳在月球夜的无线电噪声。望远镜可以利用机器人技术自动组装并在预定的环形山位置进行部署。
 

使用机器人技术搜索土卫二上的生命

图源： NASA

土卫二是土星的第六大卫星。它大部分的表面被新鲜，干净的冰覆盖，这使它成为太阳系中反射光最强的天体之一。更重要的是其冰层之下有一个地下海洋。每隔一段时间，地热喷口都会将地下海洋的水喷出到其冰冷的表面。地球上也有类似的环境和地质特征，我们甚至在这些环境中发现了生物。土卫二喷口探测器（EVE）是一项机器人任务，目标是从地热喷口进入地下海洋，在其中搜寻生物。 EVE将使用漫游车进行部署，并自行进入其中一个喷口。EVE不仅会寻找生物，这个小型机器人还将负责收集生物样本。
 

我们可以使用核电装置发送探测器、补给品和太空飞船到太阳系中的任何位置

图源： NASA

核动力推进系统，即NEP系统可以为未来的太空飞行任务提供动力。但Howe工业有限公司并未打算在大型航天器上使用该推进系统，而是建议开发一种超轻量级核电推进器用于太空探索，运送科学物资到太阳系中的任何位置。这些小型模块卫星的重量为15磅（7千克），长度为13英尺（4米）。它们不仅体积小，而且相对于传统的探测器造价更低。