NASA的 “創(chuàng)新先進(jìn)概念”計(jì)劃(NIAC)在過(guò)去十年間資助了多個(gè)項(xiàng)目。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主反射鏡部分 圖源：NASA

過(guò)去十年，NASA一直通過(guò)其創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃（NIAC）來(lái)資助一些前沿項(xiàng)目。NIAC是一項(xiàng)旨在支持全球創(chuàng)新研究和理念的計(jì)劃，其重點(diǎn)在于太空探索和太空旅行。NIAC提出的許多想法足以媲美最受歡迎的漫威大片或科幻電影情節(jié)。那么，NIAC計(jì)劃具體做了什么呢？

NIAC組織成立于1998年，以NASA先進(jìn)概念研究所的名義創(chuàng)立，是一個(gè)致力于探索太空可能性的組織。就像前面提到的，他們支持可以實(shí)現(xiàn)和改變未來(lái)太空任務(wù)的創(chuàng)新概念。不論是企業(yè)還是頂尖大學(xué)的研究人員，無(wú)論年齡大小，都可以將他們對(duì)未來(lái)航空航天的想法提交給NIAC。

最優(yōu)秀的概念將得到獎(jiǎng)項(xiàng)，助其進(jìn)一步發(fā)展。NIAC計(jì)劃通過(guò)多個(gè)研究階段來(lái)支持這些想法：

第一階段的研究為期9個(gè)月，旨在探索整體可行性并提高技術(shù)準(zhǔn)備水平（TRL）。

此階段的合格獲獎(jiǎng)?wù)呖梢蕴岢龊罄m(xù)的第二階段研究。

第二階段長(zhǎng)達(dá)兩年，主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)概念。研究人員必須準(zhǔn)備進(jìn)一步發(fā)展的路線(xiàn)圖，但無(wú)須將技術(shù)完全提升到NASA或商業(yè)轉(zhuǎn)型所需的水平。

第三階段繼續(xù)進(jìn)行為期兩年的探索和開(kāi)發(fā)。最后階段的目標(biāo)則是從戰(zhàn)略上轉(zhuǎn)變那些能對(duì)NASA，其他政府機(jī)構(gòu)或商業(yè)合作伙伴產(chǎn)生最大的潛在影響的NIAC概念。

許多激動(dòng)人心的想法在NIAC計(jì)劃的支持下發(fā)展，它們將直接影響太空旅行的未來(lái)。本文中，我們將探究一些正在開(kāi)發(fā)中的精彩項(xiàng)目，其中的概念已經(jīng)提出多年。或許某個(gè)概念能鼓舞你向NIAC提交自己的想法。
 

蒸汽驅(qū)動(dòng)自動(dòng)探索機(jī)器人（ SPARROW）可以幫助我們探索不可預(yù)知的系外海洋行星地形

圖源： NASA/Meirion-Griffith

隨著我們對(duì)宇宙的進(jìn)一步探索，可能會(huì)經(jīng)常見(jiàn)到海洋世界。銀河系中也存在這樣的天體，比如木星的衛(wèi)星歐羅巴，據(jù)推測(cè)在其表面之下存在液態(tài)海洋。 SPARROW可以幫助我們?cè)谖磥?lái)更輕松地研究海洋天體的表面。該提案的發(fā)起人包括來(lái)自JPL，普渡大學(xué)和蜂蜜機(jī)器人公司（Honeybee Robotics）的機(jī)器人技術(shù)工程師，推進(jìn)技術(shù)工程師和樣品采集技術(shù)工程師以及行星科學(xué)家。

SPARROW全稱(chēng)為海洋蒸汽驅(qū)動(dòng)自動(dòng)探索機(jī)器人，它到達(dá)行星后將由漫游車(chē)進(jìn)行部署。機(jī)器人的多跳結(jié)構(gòu)使其能夠跳躍相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。 SPARROW能夠在短時(shí)間內(nèi)分析大面積區(qū)域，甚至能夠承受外星惡劣的放射性環(huán)境。這種低成本的小型球形機(jī)器人可用來(lái)快速有效地研究行星地形。
 

無(wú)衍射光束推進(jìn)有望為星際旅行提供解決方案

圖源： NASA/Limbach

星際旅行和研究目前仍處于發(fā)展初期。但這并沒(méi)有阻止研究人員嘗試開(kāi)發(fā)新方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。得克薩斯農(nóng)工大學(xué)工程實(shí)試驗(yàn)站的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新型光束推進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)可以讓我們實(shí)現(xiàn)用42年的時(shí)間到達(dá)最近的鄰居之一——比鄰星。

位于半人馬座的比鄰星距離我們4.243光年。最近的帕克太陽(yáng)探測(cè)器能夠以約690,000 英里/小時(shí)（1,110,447千米/小時(shí)）的速度行進(jìn)，大約為光速的0.064％。如果以這個(gè)速度前往比鄰星，仍需要大約6,300年的時(shí)間才能到達(dá)。

使用建議的光子-粒子光耦合孤子星際任務(wù)加速器（PROCSIMA），將大大提高航天器的行進(jìn)速度。從理論上講，利用高能激光和高能中性粒子束的交互，能使航天器的速度達(dá)到光速的10％，從而使前往比鄰星的時(shí)間縮短至42年。
 

金星有生命嗎？LEAVES（葉狀金星環(huán)境和大氣傳感器）可助我們發(fā)現(xiàn)

LEAVES的圖示：金星環(huán)境和大氣傳感器。 圖源：NASA / J.Balcerski

2020年，金星存在生命這一想法成為了一種有趣的可能性。盡管可能性渺茫，但最近有證據(jù)指向金星大氣中一些明顯的跡象，重新激發(fā)了科學(xué)家對(duì)這個(gè)相鄰星球的科研興趣。NIAC支持了多個(gè)金星大氣項(xiàng)目。而這個(gè)項(xiàng)目是直接從地球生命獲取的設(shè)計(jì)靈感。LEAVES是一種超輕，能夠被動(dòng)懸浮，成本低的大氣傳感器。這種微型傳感器無(wú)需主動(dòng)推進(jìn)、制導(dǎo)或充氣介質(zhì)，也沒(méi)有浮力控制的需求，僅需很少的基礎(chǔ)設(shè)施，外表看起來(lái)就像樹(shù)葉。LEAVES將能夠?qū)鹦谴髿鈱雍腿魏纹渌怀龅男行侵黧w進(jìn)行原位采樣。按照計(jì)劃，傳感器幾乎可以投放到任何地方，而且非常耐用。
 

“渦輪電梯”人工重力系統(tǒng)能夠抵消長(zhǎng)期太空任務(wù)對(duì)宇航員的影響嗎？

微重力和重力降低會(huì)給人體帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)。長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行太空任務(wù)會(huì)讓宇航員患上生理性疾病，包括骨密度下降，肌肉萎縮，心血管疾病，感覺(jué)運(yùn)動(dòng)/平衡障礙和視力改變。為了在未來(lái)進(jìn)一步探索太空，IMSG實(shí)驗(yàn)室提出了一種人工重力（AG）技術(shù)，旨在消除這些有害的影響。他們的渦輪電梯（Tubrolift）能讓宇航員來(lái)回?fù)u晃和旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生臨時(shí)人工重力，類(lèi)似于在蹦床上輕輕彈跳的感覺(jué)。 Turbolift的工作原理是以1G加速度線(xiàn)性加速約1s，然后旋轉(zhuǎn)180度，再以1G減速約1s。據(jù)該小組描述，這項(xiàng)技術(shù)將“以一種全面、多系統(tǒng)的方式減少或消除生理性疾病。”
 

如果我們要在月亮上建造基地，不妨在上面也建一個(gè)望遠(yuǎn)鏡

圖源： NASA

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）提議在月球背面建造月球環(huán)形山射電望遠(yuǎn)鏡（LCRT）。這種超長(zhǎng)波射電望遠(yuǎn)鏡與地球上的一些射電望遠(yuǎn)鏡相比會(huì)具有許多優(yōu)勢(shì)。由于月球沒(méi)有大氣干擾，LCRT能夠以更高的波長(zhǎng)觀測(cè)宇宙。而且月球還對(duì)它上面的望遠(yuǎn)鏡起到了物理屏蔽的作用，可以屏蔽來(lái)自地球的無(wú)線(xiàn)電干擾/噪聲、電離層、人造衛(wèi)星以及太陽(yáng)在月球夜的無(wú)線(xiàn)電噪聲。望遠(yuǎn)鏡可以利用機(jī)器人技術(shù)自動(dòng)組裝并在預(yù)定的環(huán)形山位置進(jìn)行部署。
 

使用機(jī)器人技術(shù)搜索土衛(wèi)二上的生命

圖源： NASA

土衛(wèi)二是土星的第六大衛(wèi)星。它大部分的表面被新鮮，干凈的冰覆蓋，這使它成為太陽(yáng)系中反射光最強(qiáng)的天體之一。更重要的是其冰層之下有一個(gè)地下海洋。每隔一段時(shí)間，地?zé)釃娍诙紩?huì)將地下海洋的水噴出到其冰冷的表面。地球上也有類(lèi)似的環(huán)境和地質(zhì)特征，我們甚至在這些環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了生物。土衛(wèi)二噴口探測(cè)器（EVE）是一項(xiàng)機(jī)器人任務(wù)，目標(biāo)是從地?zé)釃娍谶M(jìn)入地下海洋，在其中搜尋生物。 EVE將使用漫游車(chē)進(jìn)行部署，并自行進(jìn)入其中一個(gè)噴口。EVE不僅會(huì)尋找生物，這個(gè)小型機(jī)器人還將負(fù)責(zé)收集生物樣本。
 

我們可以使用核電裝置發(fā)送探測(cè)器、補(bǔ)給品和太空飛船到太陽(yáng)系中的任何位置

圖源： NASA

核動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，即NEP系統(tǒng)可以為未來(lái)的太空飛行任務(wù)提供動(dòng)力。但Howe工業(yè)有限公司并未打算在大型航天器上使用該推進(jìn)系統(tǒng)，而是建議開(kāi)發(fā)一種超輕量級(jí)核電推進(jìn)器用于太空探索，運(yùn)送科學(xué)物資到太陽(yáng)系中的任何位置。這些小型模塊衛(wèi)星的重量為15磅（7千克），長(zhǎng)度為13英尺（4米）。它們不僅體積小，而且相對(duì)于傳統(tǒng)的探測(cè)器造價(jià)更低。