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(nóng)場，科幻小說經(jīng)常為 NASA 和其他太空機(jī)構(gòu)的未來研究提供靈感。美國宇航局(NASA)正通過其創(chuàng)新先進(jìn)概念(NIAC)項(xiàng)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(xiàn)實(shí)。
十年前，在火星上操作直升機(jī)飛行或部署月球車?yán)L制月球冰圖似乎都是遙不可及的夢想，但火星直升機(jī)今年早些時候就已經(jīng)升空，而月球車也在計(jì)劃階段。現(xiàn)在，NIAC 項(xiàng)目的會議組織者已經(jīng)征集了更多探索性項(xiàng)目提案，其中有些最終可能會得到 NASA 的資助。
NIAC 項(xiàng)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(shù)，其中大多數(shù)可能不會奏效。但如果它們?nèi)〉贸晒Γ磺卸伎赡転橹淖儭＿@是高風(fēng)險、高回報的投資組合，與風(fēng)險投資沒什么區(qū)別。”
德萊斯還稱，這個項(xiàng)目的重點(diǎn)不是漸進(jìn)式開發(fā)，而是尋求改變游戲規(guī)則的技術(shù)，這些技術(shù)比目前最先進(jìn)的技術(shù)還要好上十倍。他將其比作美國國防部下屬研發(fā)機(jī)構(gòu) DARPA，后者也探索極具投機(jī)性的概念，但卻幫助開發(fā)了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)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(jìn)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(hù)性設(shè)施，需要燃料來支持更遠(yuǎn)的旅行或回家。得克薩斯大學(xué)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(xiàn)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(shù)，這種技術(shù)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(gòu)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(diǎn)，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(dá)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(jù)機(jī)器的電磁場進(jìn)行移動和分類。通過這種方法，單臺設(shè)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(shù)也面臨著必須克服的實(shí)際挑戰(zhàn)。舉例來說，月塵可能會卡在爬行器內(nèi)進(jìn)而造成問題，為此機(jī)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(zhì)量約為 6% 的水，但極其寒冷和黑暗。
為此，爬行器的電子設(shè)備必須設(shè)計(jì)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(jì)，月球上的永久居民點(diǎn)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(bǔ)給，除非這項(xiàng)技術(shù)有其他補(bǔ)充。目前，格雷格希望在幾年內(nèi)能測試更小的爬行器演示版本。
太空采礦項(xiàng)目也引發(fā)了倫理問題。例如，科學(xué)家和其他人擔(dān)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(shù)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(shù)百年。”
可擴(kuò)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(diǎn)，NASA 提議建立繞月球運(yùn)行的空間站，名為 Lunar Gateway。但卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人專家扎卡里?曼徹斯特(Zachary Manchester)認(rèn)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(jié)構(gòu)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(kuò)展。
在最新會議上，曼徹斯特和華盛頓大學(xué)機(jī)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(dá)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(shè)計(jì)包括由鈦、鋁或其他金屬制成的多接頭結(jié)構(gòu)。
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(zhuǎn)來產(chǎn)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(zhuǎn)很敏感，沒有人總想待在旋轉(zhuǎn)木馬上。曼徹斯特說：“如果你試圖建造一個旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。”
曼徹斯特認(rèn)為，要產(chǎn)生類似地球的重力，這樣的空間站直徑需要達(dá)到 1000 米。然而，將如此巨大的建筑塞進(jìn)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(xiàn)實(shí)，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(jié)構(gòu)有數(shù)千個接頭。
利用真菌構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fù)擔(dān)，有些科學(xué)家建議使用火星巖石作為 3D 打印結(jié)構(gòu)部件的材料。但 NASA 下屬艾姆斯研究中心的天體生物學(xué)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(shè)施，或者她所說的“真菌結(jié)構(gòu)”。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(dá)之前就會組裝好。羅斯柴爾德的團(tuán)隊(duì)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(gòu)成真菌根部結(jié)構(gòu)的白色細(xì)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(shè)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(jié)構(gòu)變成成熟的太空建筑。
羅斯柴爾德認(rèn)為，有些暗色真菌甚至可以幫助增強(qiáng)抵御太空輻射的能力。她說：“它們看起來有點(diǎn)兒惡心，但這種黑色色素往往能保護(hù)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(nèi)向國際空間站發(fā)送演示原型。
與月球不同，火星可能曾經(jīng)適合生命生存。因此，羅斯柴爾德正在設(shè)計(jì)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(jié)果卻發(fā)現(xiàn)了來自地球上的東西。在羅斯柴爾德的設(shè)計(jì)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(hù)層，以確保它們都留在里面。
為了解決這些問題，太空機(jī)構(gòu)請來了行星保護(hù)專家，比如 NASA 下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室生物技術(shù)和行星保護(hù)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(wù)的太空機(jī)構(gòu)或公司，都必須確保航天器和飛船上的所有設(shè)備經(jīng)過消毒。
雖然 NIAC 項(xiàng)目每年的預(yù)算只有 850 萬美元，但它支持了許多探索性項(xiàng)目。在本次會議上提出的某些想法可能會進(jìn)入下一階段，或者可能會被其他機(jī)構(gòu)或私營公司采納，比如早先的一項(xiàng)提議，即用激光將智能手機(jī)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(xiàn)實(shí)。”
關(guān)鍵詞： NASA 創(chuàng)新 研究
