NASA 准备资助这 22 个概念项目，它们都有多疯狂？

用激光给航天器提供动力，会是怎样的？

这是上周美国国家航空航天局（NASA）将资助的 22 个概念项目之一，是其创新前沿构想计划（NIAC）的一部分。从外星种菜到资源采集，再到飞行技术的革新，都将得到 NIAC 的资金支持。

NIAC 是 NASA 的技术方案创新项目，向全社会公开征集革新的太空项目。入选第一阶段的团队可以获得 12.5 万美元，要在接下来 9 个月中完善他们的设计。之后同行之间会作出评议，只有少数几支队伍可以进入下一阶段。入选第二阶段的团队获得 50 万美元的资助，要在两年里发展计划，之后根据演示的可行性和收益做出选择。

早期阶段的构想

上周，NASA 宣布了 15 个第一阶段和 7 个第二阶段的新构想（在文章末尾列出）。其中不乏令人拍案的奇思妙想。

比如上面提到的 NASA 喷气推进实验室（JPL）的科学家 John Brophy 领导的“星际先驱任务”（Interstellar Precursor Mission），就包含一个直径 10 公里、功率 1 亿瓦、光束可以横穿太阳系的激光阵。这束激光通过效率为 70% 的光伏阵列转化为电力，产生 12 千伏的输出电压，用于锂离子推进系统，给航天器提供飞行动力。

这个构想结合了巨大的激光阵列、高效的光伏设备以及较轻的材料，使得快速的飞行成为可能。

“我们提出的新动力体系，使得常规大小（即新视野号）的航天器跑完 500 个天文单位（太阳地球之间的平均距离）只需要 12 年，同样大小的航天器去冥王星只需要 3.6 年”，Brophy 在项目页面解释，“更重要的是，80 吨的载荷去往木星只需要一年，从而开启人类探测木星的可能性”。

第一阶段的构想中，其他比较有趣的还包括：

• 让火星土壤变肥沃的计划

消除土壤中的高氯酸盐和固氮，是自然界中两种微生物的作用。加州伯克利想要利用基因技术，把这两种性质组合进适应极端条件的假单胞菌当中，并希望在火星环境下也能顺利达成目的。这样的话，这种细菌就可以作为开荒物种，开垦火星辽阔的土地。

• 把航天器“拴”在火卫一上的计划

为了分析火卫一的土层厚度和表面矿物，同时也为了将来登陆时可以起到部署作用，可以在火卫一的拉格朗日 L1 点（两大天体引力作用下的平衡位置）固定一个航天器。因为 L1 点距离火卫一只有 3.1 公里，NASA 兰利中心计划像放风筝一样，把航天器拴在火卫一的表面，使得相对位置精确不变。

• 去太阳表面“冲浪”的计划

利用反射率高达 99.9% 的涂层，NASA 肯尼迪航天中心想让航天器尽可能地接近太阳，不至于像伊卡洛斯一样坠落。同时，这个项目对水星任务也有借鉴意义。

• 让宇航员感受重力的涡轮增压电梯

长时间的太空旅行让宇航员长期处于无重力或低重力的状态，这会影响他们的健康。创新医疗方案团队设计的涡轮增压电梯生动地体现了什么叫“180 度的大转变”：在太空的电梯中，以重力加速度上升一秒后，翻转方向重复这个过程。

• 望远镜突破创新引发的萨特式淘金热

这个项目由 TransAstra 提出，是一个高性能复合望远镜，以美国淘金先锋萨特命名，表达了一种美好的期许。

• 重返冥王星的计划：蹦、跃、跳

因为冥王星大气层厚度比地球高 7 倍，巨大的阻力使得 200 公斤的探测器想要顺利着陆，助推燃料不能超过 3.5 公斤。这就需要把燃料用在刀刃上，间歇性地助推，全球航天公司想要以较低的质量和合理的损耗成功抵达星球表面。

这些计划似乎可行

第二阶段计划的项目从往年第一阶段的项目中选出，已有一定的理论基础或是技术积累。

入选的则有同样来自 JPL 的 Ratnakumar Bugga 领导的金星探测项目。在这个项目中，探测器将拴在一个 150 公斤的气球上，收集温度、风速、大气压等信息。传统电池在金星上只能工作 1-2 小时，而这个探测器将用太阳能不断供电，可以作为长期的中低空探测平台。

第二阶段的其它计划则包括：

• 分析遥远目标的分子构成的项目

对于远距离的天体成分研究，人类不再望洋兴叹。加州理工州立大学提出，可以朝着目标发射激光束，使之蒸发或升华，再利用飞船上的分子光谱测定装置确定气体的物质构成。

• 利用星系波动的“回声”给系外行星画图的项目

Nanohmics 公司想仔细听听天体之间波动的“回声”，利用这些来自远方的信号，通过计算成像技术给系外行星画出精确的图像。

• 太空清道夫：膜航天器

宇航公司设计的薄膜飞船，继承了太阳能、通信系统、动力系统、形状控制的二维航天器，可以清除轨道上的太空垃圾。

• 极端环境下的探测车

金星的高温条件下，电子设备难以留存。JPL 的 AREE 机器人是一款耐热合金探测车，灵感来自荷兰雕塑家泰奥扬森的“风力仿生兽”，将蒸汽朋克风带进太空。

• 利用太阳光采集矿产

利用高度聚焦的太阳光，开采加工小行星的材料，就地取材，省资源省运费。

• 重返冥王星的轨道飞船和着陆器

不同于新视野号的惊鸿一瞥，普林斯顿卫星系统公司想要在冥王星着陆。他们设计了一个“直接聚变驱动”，把动力和推进放在同一个集成设备，计划在四到五年到达冥王星（新视野号飞行了近十年），并运送 1000 公斤的货物。

但并不是所有的构想都将成为现实，技术要求太苛刻的项目就难以走到下一阶段。而就算最终通过，从技术实现到前期准备，再到最终的太空征程，可能也需要数年之久。

NASA 今年新批准的项目列表

2017 年第一阶段构想

• 令火星土壤解读、肥沃的合成生物结构，Adam Arkin，加州大学伯克利分校
• 星际先驱任务的突破性推进结构，John Brophy，NASA 喷气推进实验室
• 用于火星任务的真空飞艇，John-Paul Clarke，佐治亚理工学院
• 空间推进中的马赫效应：星际任务，Heidi Fearn，太空研究学院
• 冥王星蹦，跃，跳，Benjamin Goldman，Global Aerospace 公司
• 涡轮增压电梯，Jason Gruber，创新医疗方案团队
• 火卫一拴绳实验， Kevin Kempton, NASA 兰利研究中心
• 梯度场内爆衬垫混合推进系统，Michael LaPointe, NASA 马歇尔太空飞行中心
• 大幅降低近地小行星进入大气层的燃烧损耗，John Lewis，Deep Space Industries 公司
• 用大面积软机器人采集碎石堆小行星的石块，Jay McMahon科罗拉多大学
• 连续电极惯性静电约束聚变，Raymond Sedwick，马里兰大学
• 萨特计划：望远镜调查小行星突破革新带来的宇宙淘金，Joel Sercel，TransAstra
• 太阳系透镜对系外行星的直接多像素成像和光谱记录任务，Slava Turyshev，喷气推进实验室
• 太阳冲浪，Robert Youngquist，NASA 肯尼迪航天中心
• 在太阳系直接观察暗能量相互作用，Nan Yu，喷气推进实验室

2017 年第二阶段构想

• 就地借力金星探测，Ratnakumar Bugga，喷气推进实验室
• 远程激光蒸发分子吸收光谱传感器系统，Gary Hughes，加州州立理工大学
• 膜航天器第二阶段，Siegfried Janson， Aerospace 公司
• 系外行星的恒星回波成像，Chris Mann，Nanohmics 公司
• 用于极端环境的无人探测车，Jonathan Sauder，喷气推进实验室
• 对小行星、卫星和行星的采矿，以实现可持续的人类探索与空间工业化，Joel Sercel，TransAstra 公司
• 核聚变供能的冥王星轨道飞船和着陆器，Stephanie Thomas，普林斯顿卫星系统公司

题图来自 《星际迷航》

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