征集更多探索性項目提案 NASA打算從科幻中尋找靈感

從《星際迷航》(Star Trek)中的便攜式醫(yī)療掃描儀到《蒼穹浩瀚》(The Expanse)中的外星農場，科幻小說經常為 NASA 和其他太空機構的未來研究提供靈感。美國宇航局(NASA)正通過其創(chuàng)新先進概念(NIAC)項目招募研究人員探討類似的科幻想法，其中有些很可能在未來 20 年成為現實。

十年前，在火星上操作直升機飛行或部署月球車繪制月球冰圖似乎都是遙不可及的夢想，但火星直升機今年早些時候就已經升空，而月球車也在計劃階段?，F在，NIAC 項目的會議組織者已經征集了更多探索性項目提案，其中有些最終可能會得到 NASA 的資助。

NIAC 項目主管杰森?德萊斯(Jason Derleth)說：“我們投資的是長期的、看似遙不可及的技術，其中大多數可能不會奏效。但如果它們取得成功，一切都可能為之改變。這是高風險、高回報的投資組合，與風險投資沒什么區(qū)別。”

德萊斯還稱，這個項目的重點不是漸進式開發(fā)，而是尋求改變游戲規(guī)則的技術，這些技術比目前最先進的技術還要好上十倍。他將其比作美國國防部下屬研發(fā)機構 DARPA，后者也探索極具投機性的概念，但卻幫助開發(fā)了現代互聯網先驅以及其他創(chuàng)新。

到目前為止，今年會議討論的提案，比如發(fā)射可折疊空間站或宇航員棲息地的新方法，或者從其他世界提取資源，都圍繞著這樣理念進行，即為了支持漫長的太空旅行，必須充分利用每次火箭發(fā)射。

未來的太空游客將需要更多資源來維持生存，需要保護性設施，需要燃料來支持更遠的旅行或回家。得克薩斯大學埃爾帕索分校航空工程師阿米莉亞?格雷格 (Amelia Greig) 說：“這給我們留下了兩個選擇：第一，把所有東西都帶上，就像你要去沙漠徒步旅行一樣;第二，尋找新的、有創(chuàng)意的方法來利用現有的一切。”

一次開采多種月球資源

為了幫助創(chuàng)造性地重新利用月球資源，格雷格和她的同事們提出了一種名為“燒蝕弧采礦”技術，這種技術可以吸收水冰以及可以用作建筑材料的各種金屬。她在演講中說：“這就像是用可控的閃電來開采月球資源。”

在格雷格的構想中，她描述了面包車大小的月球爬行器，并以《星球大戰(zhàn)》(Star Wars)中的沙地履帶車命名。這種爬行器會自己選擇地點，然后部署環(huán)形裝置，前端與地面平行。電弧會劃過直徑可達一米的圓環(huán)，將月球表面的顆粒撕裂。這些粒子帶電后，可以根據機器的電磁場進行移動和分類。通過這種方法，單臺設備就可以在一個容器中裝滿水，另一個容器中裝滿附著在其他元素上的氧氣，在其他容器中裝入硅、鋁或其他金屬顆粒，而不是只局限于開采一種資源。

但是，就像所有早期的概念一樣，“燒蝕弧采礦”技術也面臨著必須克服的實際挑戰(zhàn)。舉例來說，月塵可能會卡在爬行器內進而造成問題，為此機器必須防塵。為了尋找水冰，爬行器還必須移動到缺乏光照的隕石坑中，那里含有質量約為 6% 的水，但極其寒冷和黑暗。

為此，爬行器的電子設備必須設計成能在那些崎嶇的條件下工作，并使用非太陽能電源。此外，宇航員可能很難監(jiān)督它們，盡管他們可以在隕石坑邊緣監(jiān)視采礦過程。NASA 估計，月球上的永久居民點每年需要大約 1 萬公斤的水，這將需要至少 20 輛爬行器四處游蕩，逐漸收集這些補給，除非這項技術有其他補充。目前，格雷格希望在幾年內能測試更小的爬行器演示版本。

太空采礦項目也引發(fā)了倫理問題。例如，科學家和其他人擔心，在月球上采礦可能會永久改變月球在夜空中的外觀。但格雷格指出，“燒蝕弧采礦”技術對環(huán)境的影響看起來不會像地球上那樣大。而且礦區(qū)可能會分散開來，或使某些隕石坑更深些。至于可持續(xù)性發(fā)展問題，她說：“有足夠的水供人類居住數百年。”

可擴展 150 倍的折疊空間站

作為月球旅游和深空探險的潛在發(fā)射點，NASA 提議建立繞月球運行的空間站，名為 Lunar Gateway。但卡內基梅隆大學的機器人專家扎卡里?曼徹斯特(Zachary Manchester)認為，火箭的尺寸畢竟有限，幾乎沒有為月球空間站發(fā)射大型結構的可能。如果你想要發(fā)射比火箭整流罩更大的東西，最多只能有幾米長，必須用多枚火箭發(fā)射，并在軌道上組裝，比如國際空間站。或者它必須以某種方式被壓縮，然后以某種方式向外擴展。

在最新會議上，曼徹斯特和華盛頓大學機械工程師杰弗里?利普頓 (Jeffrey Lipton) 提出了適合被塞入狹小空間發(fā)射的空間站。到達太空后，它會自動展開，就像折紙那樣，變成一個全尺寸的太空建筑，大約比折疊時的尺寸大 150 倍。初步設計包括由鈦、鋁或其他金屬制成的多接頭結構。

由于未來的宇航員可能會在空間站上停留很長時間，它將需要旋轉來產生人造重力，以避免長期處于零重力狀態(tài)對健康的有害影響。但人類對旋轉很敏感，沒有人總想待在旋轉木馬上。曼徹斯特說：“如果你試圖建造一個旋轉的太空棲息地，唯一不會讓人感到眩暈的方法就是以每分鐘兩圈的速度旋轉。”

曼徹斯特認為，要產生類似地球的重力，這樣的空間站直徑需要達到 1000 米。然而，將如此巨大的建筑塞進狹小的空間中，直到它被部署起來，這將是個重大的工程挑戰(zhàn)。此外，為了使他們的想法成為現實，曼徹斯特和利普頓最終需要弄清楚如何使折疊空間站在展開過程不被纏住，盡管該結構有數千個接頭。

利用真菌構建太空棲息地

就像為長途公路旅行打包那樣，NASA 在將月球或火星結構所需的一切都安裝到火箭上時，也將面臨類似的挑戰(zhàn)。為了減輕負擔，有些科學家建議使用火星巖石作為 3D 打印結構部件的材料。但 NASA 下屬艾姆斯研究中心的天體生物學家林恩?羅斯柴爾德 (Lynn Rothschild) 有完全不同的想法，她希望用蘑菇制造這樣的設施，或者她所說的“真菌結構”。她說：“不起眼的蘑菇可以提供令人難以置信的建筑材料。它完全是天然的，是終極的綠色建筑。”

雖然真菌可以用來培植材料，以制造宇航員可以用來建造的真正磚塊和砂漿，但最好的太空棲息地在他們到達之前就會組裝好。羅斯柴爾德的團隊建議是發(fā)射著陸器，該著陸器將包括塑料支架和真菌菌絲體，即構成真菌根部結構的白色細絲。

支架將是由方形空心塑料單元組成的格子，層層縫合，形成最終設施的形狀。在火星上，它可能會膨脹到車庫大小。利用水和氧氣(至少部分可能來自火星)，真菌會沿著這些縫合線生長，并填滿格子，最終將帳篷狀的結構變成成熟的太空建筑。

羅斯柴爾德認為，有些暗色真菌甚至可以幫助增強抵御太空輻射的能力。她說：“它們看起來有點兒惡心，但這種黑色色素往往能保護真菌和棲息地里的人免受輻射的傷害。”她希望在未來幾年內向國際空間站發(fā)送演示原型。

與月球不同，火星可能曾經適合生命生存。因此，羅斯柴爾德正在設計支架，以防止任何可能危及火星生命和環(huán)境的真菌逃到外面。NASA 最不希望的就是，在尋找其他星球生命時，結果卻發(fā)現了來自地球上的東西。在羅斯柴爾德的設計中，真菌基本上處于“雙層袋裝”狀態(tài)，即在塑料格子里多加了防護層，以確保它們都留在里面。

為了解決這些問題，太空機構請來了行星保護專家，比如 NASA 下屬噴氣推進實驗室生物技術和行星保護小組主管穆格加?庫珀 (Moogega Cooper)，他在 NIAC 會議上發(fā)言稱：“在任何你可能與液態(tài)水互動的地方，你的探索肯定會引起我們的注意。畢竟哪里有水，哪里就可能有生命。”美國是《外層空間條約》的最初簽署國之一，該條約要求每個想要向外星世界發(fā)射任務的太空機構或公司，都必須確保航天器和飛船上的所有設備經過消毒。

雖然 NIAC 項目每年的預算只有 850 萬美元，但它支持了許多探索性項目。在本次會議上提出的某些想法可能會進入下一階段，或者可能會被其他機構或私營公司采納，比如早先的一項提議，即用激光將智能手機大小的航天器推向另一個恒星系統(tǒng)，這激發(fā)了私營企業(yè) Breakthrough Starshot 的靈感。庫珀說：“所有這些概念都在推動我們的理解，它們真的能讓我們把科幻小說中的場景變成現實。”

關鍵詞： 探索性項目 提案 NASA 靈感