NASA在琢磨这18项太空探索技术：开采月球水冰、太阳冲浪和衍射光帆

HaHa

从开采月球水冰到智能航天服，再从“太阳冲浪”飞船到先进的系外行星搜寻者，美国宇航局选定了一系列处在早期研发阶段的太空探索技术，将在2019年提供资金以进行进一步研究。



通过创新先进概念（NIAC）计划，美国宇航局为18个研究项目提供资金。这些项目旨在设计和测试各种技术概念，用于宇航局未来可能执行的探索任务。宇航局空间技术任务理事会负责人吉姆·鲁特尔表示：“我们的NIAC计划通过投资革命性技术研发，孕育可以改变宇航局未来任务面貌的先进概念。我们期待美国的创新者帮助我们利用新技术推动太空探索的边界。”

1．金星大气层勘测



BREEZE飞行器（用于极端环境和区域探索的仿生射线的英文首字母缩写）旨在对金星大气层进行细致勘测。这一设计将充气结构与仿生运动学相结合。研究人员研制了一个能够在金星云层下方进行观测的BREEZE原型。BREEZE利用拉紧的绳索提高飞行效率，绳索可帮助控制BREEZE的升降。此外，BREEZE还装有太阳能电池板，能够在飞行途中发电。

2．探索金星



图片展示的金星探测器采用双体结构，可用于执行长期地表勘测任务。双体结构包括一艘悬浮飞船和一颗着陆器，前者从金星大气层收集能量，而后利用无线传输技术，将能量传输给地表的着陆器。这项技术能够让着陆器获得源源不断的能量，进而长期执行地表勘测任务。

3．智能航天服




德州农工大学的工程师研制了一款新型航天服的原型，名为“智能航天服”（SmartSuit）。在设计上，这款航天服能够提高宇航员舱外活动的移动能力和灵活性，可用于载人火星和其它行星探索任务。智能航天服采用加压设计和柔性机器人技术，能够降低宇航员与周边环境的互动难度。此外，这款航天服还装有一系列传感器和可伸展的自愈皮肤。自愈皮肤可以充当屏幕，显示周边环境的信息。

4．系外行星探测



双用途系外行星望远镜（DUET）的接收面积是计划建造的口径最大地面望远镜的4倍，口径则是后者的2倍。这架望远镜能够利用径向速度法和天体测量学技术对系外行星进行间接探测，同时也能通过测量母星所放射光线的波长，直接探测到系外行星的踪迹。

5．大气感知微探针



西弗吉尼亚大学的科学家提议使用微探针研究行星大气层。微探针悬挂在一个200米长的环上，环提供大气阻力和静电升力。这种微型探测器有两个电动吊杆，能够感知大气层的电荷，同时收割少量电量，满足探测器的用电需求。此外，微探针还将配备转换装置、用于补充和调节静电荷的激发器、集成微处理器、无线电以及传感器。

6．SPEAR深空探测器



SPEAR是一款具有成本效益的轻型核电推进探测器，利用一种反应堆慢化剂和先进的热电发电机提供动力，以大幅降低堆芯质量。借助这种探测器，天文学家可以执行深空探索任务。

7．开伞索解缆动力系统（RIPS）




让探测器登陆行星是一项令人敬畏的挑战。太阳能并非始终可以获取，其它能源的成本高、风险大或者过于复杂。开伞索解缆动力系统（RIPS）能够让探测器降落到拥有致密大气层的行星表面。宇航局表示：“RIPS利用了致密大气层这个有利条件，借助阻力或者浮力产生电量。在执行某些任务时，这种动力系统在重量、成本、发电量和复杂性方面均优于常规能源。”

8．星际探测器




美国宇航局格伦研究中心的天文学家希望放飞超微型探测器，勘测附近的系外行星。这种新型探测器的重量只有几毫克，能够在飞行过程中收割能量。

9．月球采矿




借助所谓的月球极地气体动力采矿前哨（LPMO），研究人员可以开采用于制造推进剂的月球极地水冰，以降低载人探月和殖民月球的成本。现在，研究小组已经锁定了月球极地陨坑附近的几个登陆区。虽然这些陨坑被永冻土覆盖并且完全处在黑暗之中，但周边区域有阳光照射。太阳能电池板可以收集阳光发电，以满足月球水冰开采前哨的用电需求。

10．太空垃圾清理




科学家提议打造横切远地点燃料补给轨道导航仪（CHARON），利用主动碎片清理技术（ADR）移除太空垃圾。ADR技术能够改变某些最大太空碎片的位置，让它们进入衰减轨道，在不到25年时间里一步步坠落地球大气层并燃烧殆尽。CHARON由从低地球轨道获取的低密度氮和氧提供动力。

11．热力采矿



科罗拉多矿业大学的研究人员研发了一项热力采矿技术，可用于开采太阳系冰冷天体的水冰资源。与其它开采技术不同，热力采矿利用重新定向的阳光直接加热冰封地表，或者利用钻孔中的导热杆和加热器，加热地下。这项开采技术简单易行且成本低廉，可用于开采制造推进剂所需的水冰。现在，研究小组正对太阳系的天体进行评估，寻找热力采矿技术的最佳地点。

12．小型卫星




受立方体卫星启发，美国宇航局喷气推进实验室的研究人员提议研制低成本小型卫星，用于探索太阳系外侧。他们建议派遣这种卫星造访日球层顶，即太阳风的边缘。借助这种卫星，科学家能够进一步了解太阳风的传播。

13．先进天文望远镜



与当前的天文望远镜相比，高展度多目标光谱望远镜（The MOST）无论是孔径、接收面积、视场和光谱成像性能都更胜一筹。它采用紧凑设计，制造成本更低。此外，The MOST还采用扁平膜面，便于在太空部署。膜面设计将望远镜的重量降至最低，对表面误差的容忍度也超过反射镜。THE MOST项目入选NIAC计划第二阶段，研究团队将制造和测试实验室模型。

14．旋转式运动扩展合成阵列（R-MXAS）



旋转式运动扩展合成阵列（R-MXAS）是一款具有革新性的合成孔径成像辐射计，可用于对地球进行高分辨率观测。在设计上，R-MXAS借助刚性系绳上的一个一维天线阵列以及一个或多个以一定角度环绕一维阵列的系绳天线进行观测。与当前的设计相比，这款新设计的个头更小、重量更轻并且能耗更低。

15．自导波束推进系统



德州农工大学工程学实验站的研究人员将中性粒子束与激光束相结合，研发了一款用于长途太空飞行的新型推进系统。采用这种推进系统的飞船可以造访柯伊伯带、奥尔特云或者附近的恒星系统。研究人员表示这款波束推进系统能够让星际飞船的速度达到光速的10%。该项目入选NIAC计划第二阶段。在第二阶段，研究小组将进一步打磨他们的模型，同时分析为飞船提供推进力的动力传输系统的可行性和设计。

16．太阳中微子探测器



科学家希望借助小型中微子探测器，在近距离环绕太阳飞行时对中微子进行测量。堪萨斯州威奇塔州立大学的研究人员研制了一个小型中微子探测器原型，采用先进的测量技术和探测器技术。太阳中微子由为太阳提供能量的核反应产生。这个探测器原型个头很小，装备防护盾，在近距离绕日飞行时保护用于收集数据的测量仪器。

17．衍射光帆



太阳帆利用从阳光中获取的能量驱动飞船飞行。与常规太阳能技术不同，太阳帆并不发电。光线撞击太阳帆时会改变方向，进而为飞行提供动力。顾名思义，衍射光帆利用衍射而不是反射，改变光线方向。这意味着衍射光帆的重量更轻，飞船的速度也更快。

18．太阳冲浪



所谓的“太阳冲浪”就是派遣一艘无人飞船潜入日冕或者太阳外层大气层深处。这种飞船的防护盾采用高反射率涂层，防护盾与飞船之间装有一个次级镀银反射锥，用于驱散次级红外辐射。借助这种设计，飞船可以进入到距太阳表面不到69.5万公里的区域。

来源：漫步宇宙编辑：Quanta Yuan近期热门文章Top10↓ 点击标题即可查看 ↓1.首届黑洞PS大赛来袭！为了这张「高糊」的图，中国科学家做出了啥贡献？2.物理学四大神兽，除了“薛定谔的猫”还有谁？3.地下多大的金矿才能影响到单摆实验？| No.1494.为什么用木棍打衣服就可以洗干净衣服？| No.1505.为了替你出气，我们给讨厌的杨柳絮来个「以暴制暴」6.玩扫雷还有什么技巧？科学家的玩游戏方法你绝对想不到7.在我国，没有任何一张地图能告诉你你的真实位置8.在客户鱼嘴里提供服务的小清洁虾、清洁鱼，是怎么知道自己不会被吃掉的呢？9.你以为土拨鼠只会尖叫？其实它可能正在骂你10.你知道为了测博尔特的速度，我们有多努力嘛？点此查看以往全部热门文章
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