月球氧气管道、流体天文望远镜、土卫六水上飞机……NASA又资助了一批疯狂的项目

2023-01-27 02:01

让不可能变成可能。

想象一下，在未来的太空中，“粒子束”推进系统加快了前往其他世界的速度，月球上的管道在各定居点之间输送氧气，火星砖在被组装成家庭之前自行生长……

未来的太空探索需要伟大的想法，从2011年开始，NASA的创新先进概念（NIAC）计划就旨在“让不可能变成可能”，资助那些听起来像科幻小说一样的想法。

“我们正在寻找任何新的东西，从简单的概念到已经概念化但尚未开发的东西。这些都是着眼于20到30年后的事情，看看我们如何能够大幅改善或实现新类型的NASA任务。"

前些天，NASA宣布2023年最新一轮NIAC的资助对象，14个探索奇思妙想的研究团队，每个获得17.5万美元，用于进行为期9个月的研究，进一步发展他们的概念。研究团队将利用这些研究来更详细地制定他们的计划，进行测试，并设计原型。少数有希望的项目将进入第二阶段，并获得60万美元用于两年的研究。此后，NASA将向一个特殊的项目提供200万美元，以资助为期两年的第三阶段研究。

一些研究最终可能在NASA或商业伙伴那里找到归宿，其他研究可能通过为分拆技术铺平道路而对太空探索产生间接影响。例如，初创公司Freefall Aerospace的充气式太空天线最初是NIAC的一个项目。NIAC关于红色星球上的旋翼飞机的提案激发了火星直升机Ingenuity的出现。

其中许多项目不会成功。但有些——也许是月球氧气管道或在太空中实际建造的流体太空望远镜——可能成为游戏规则的改变者。

5公里的管道，为月球输氧

今年的获奖者之一是提议设计一个巨大的月球管道，可以向未来月球基地的宇航员输送急需的氧气。

由于NASA正在进行的阿耳特弥斯（Artemis）计划，宇航员最快将于2026年抵达月球。阿耳特弥斯计划的一个关键优先事项是在月球上保持可持续的存在，也就将会需要持续的氧气供应。

比起将氧气罐运到太空，在月球上制造气体可能是一个更好的选择。氧气可以作为开采水冰的副产品，使用一个叫做电解的过程。

然而，有一个后勤问题：月球采矿作业可能不在营地旁边。月球上的水冰在有永久阴影的火山口内比比皆是，但那些地方也是月球上最冷的地方，而且来往的通讯也很困难。

前美国宇航局科学家、月球资源公司联合创始人兼首席科学官Peter Curreri说，一种选择是在火山口现场制造氧气，然后用漫游车将其拖回基地。但是，他指出，“在一个地方生产氧气然后使用压缩罐或带机器人的杜瓦罐运输，笨重的同时，非常昂贵。”

他的团队的建议是建立一条5公里长的氧气管道，连接两个地区。它将由机器人分段建造，使用从月球岩石中提取的铝等金属。这些片段将被焊接在一起，管道将在沟渠或支架上运行——与地球上的石油管道没有什么不同。它将允许每小时2公斤的氧气流量，足以满足NASA未来宇航员的需求。

Curreri和他的同事们目前正在进行一项可行性研究，考虑潜在的成本，管道的最佳结构，以及维修是否可以由漫游者完成。

猫是液态的，天文望远镜也可以是

还有一些资金获得者有更多的天文学倾向。例如，美国宇航局加州艾姆斯研究中心的科学家Edward Balaban正在研究如何利用太空的近零重力来塑造巨大的太空望远镜镜面，液态的……

这些镜面将比目前的望远镜镜面更强大，后者通常由一种特殊的玻璃制成，在发射过程中容易受到微流星体的撞击和摇晃。镜面的直径也决定了望远镜能够分辨多远的深空物体，但如今这受限于发射火箭的尺寸。

“詹姆斯-韦伯太空望远镜的镜面，直径为6.5米，是一个工程奇迹”，Balaban说：“以这种折纸的方式折叠它，以适应运载火箭的空间，这需要大量的创造力和技术风险，然后这个精致的结构必须在发射的暴力中幸存下来。如果我们试图进一步扩大规模，它只会变得更加昂贵和复杂。”

相反，在他的 “流体望远镜” 概念中，人们只需要发射一个框架结构，比如一个伞状的卫星盘，和一罐镜子液体，比如镓合金和离子液体。发射后，液体将被注入框架中。在太空中，由于表面张力，液滴会粘在一起，而地球引力不会妨碍它们的形状。这将可以形成一个令人难以置信的光滑的镜面，而不需要经过传统玻璃镜面的研磨和抛光这样的机械过程。然后，它将通过一个自动化过程被连接到望远镜的其他部件上。

通过在飞机和国际空间站上的测试，他的团队已经学会了如何用液体聚合物制作透镜，他们确定液体的体积决定了放大的程度。在NIAC的资助下，他们将为下一步做准备：在十年内在太空进行小型液体镜子的测试。

他们的目标是最终设计一个50米的镜面，但由于这项技术是可扩展的，Balaban说人们可以使用相同的物理原理来设计一个数公里宽的镜面。JWST的大镜面使它成为有史以来最敏感的望远镜之一，但是，他认为，为了继续取得进展，可能有必要用这种新方法建造更大的镜子。

自我生长的火星栖息地

NASA也把目光放在了火星上，所以它想让工程师Congrui Grace Jin具体化她在火星上种植砖的想法，而不是从地球上进口砖。

事实上，定居者需要在火星上建造建筑，但这需要在不同的任务中发射、运输材料，增加了成本。更实际的是，Jin的研究提出，“与其将预制的舾装件运往火星，不如通过使用蓝藻和真菌作为建造剂，在原地建造栖息地。”

这些真菌或细菌开始时很小，但它们会逐渐长出细丝和卷须，以填补它们的可用空间。这些微生物将被诱导产生生物矿物和聚合物，将火星风化层粘合成积木。Jin表示：“这些自我生长的积木，后来可以组装成各种结构，比如地板、墙壁、隔板和家具。”

在她的NIAC研究中，Jin计划确定生长过程是否可以从几个月加快到几天，以及这些材料可以在恶劣的火星环境中存活多久。

让太空探索进入科幻小说的未来

加州大学洛杉矶分校的Artur Davoyan进一步发展他的球束推进系统概念，这位机械和航空航天工程师设想将重型航天器运送到太阳系目标，甚至进入星际空间。

这个被提议的推进系统将通过使用激光爆炸产生的“粒子束”，以非常高的速度（超过每秒74英里）来推动航天器。这个概念可以极大地缩短探索深空的时间。旅行者1号花了35年时间才到达星际空间（日光层，距离太阳大约123AU（天文单位）），一个一吨重的航天器只需三年就能到达100AU。它可以在15年内行驶500AU。