NASA资助的18项黑科技：在太阳上冲浪等！

2019 年 5 月 11 日 中国物理学会期刊网

美国宇航局NASA近日公布了创新先进概念（NIAC）项目计划，该项目将资助18项研究，以确定早期技术的可行性，这些技术将继续扩展人类探索太空的可能。

“在太阳上冲浪”。或者应该说是在太阳上冲热浪，该项目包括一艘无人飞船，其将深入太阳的日冕或外层大气。该设计要求在薄薄的防护罩上覆盖高反射率涂层，并在防护罩和航天器之间设置一个反射绝热装置，以分散二次红外辐射。根据NASA的说法，采用这种设计，探测器可以到达距太阳表面69.5万公里的范围内，这个数字大致相当于太阳的半径，这比帕克太阳探测器目前接近太阳的距离还要近8倍！

星际探测器。来自NASA位于俄亥俄州的格伦研究中心的天文学家们想要将超微型探测器“放飞”到附近的一颗系外行星上。这种新型探测器的重量预计只有几毫克（和蚊子的重量差不多）。目前的供电系统元器件无法安装到如此小的探测器里，根据NASA的项目提案，探测器将在“穿过目标系统周围环境时的从运动中获取能量”。

太阳系外行星探测。为了提高系外行星探测能力，科学家设计了双用系外行星望远镜（DUET）。该望远镜收集区是计划中最大地面望远镜的四倍，直径则是两倍。此外，美国宇航局官员说，DUET望远镜将能够利用径向速度和天体测量学技术，探测行星围绕恒星旋转时恒星的摆动来间接探测系外行星，也可通过测量恒星发出的光的波长，方法是利用行星和其母恒星的不同波长作为两者间距离的函数，来直接探测。“这是通过使用双色散技术实现的，该技术最初是由牛顿在其著名的棱镜实验中研究的，”NASA该项目描述中提道。“在这台望远镜中，波长与系外行星与其母星之间的距离成正比。”

探索金星。用于极端环境和区域探索的仿生射线BREEZE旨在更详细地探索金星的大气层。研究人员将充气式结构与仿生运动学相结合，设计并创建了一架能在金星云层下进行观察的飞行器模型。该设计利用张紧索提高飞行效率，帮助控制飞行器的升降。BREEZE还将配备太阳能电池板，可在飞行中充电。除了测量金星，BREEZE还可以测量有稠密大气层的其他天体，如土卫六甚至地球。

金星表面任务。金星着陆器概念包括一个双运载器结构，这将有助于为该长期任务提供燃料。该概念包含一个浮动的宇宙飞船，该飞船将从金星的大气中收集能量，然后将这些能量“发射”到火星表面的一个着陆器上。此概念依赖能量束射，也称无线能量传输，将大气中的电能通过二氧化碳层传输到着陆器上的接收器。这项技术将为着陆器提供恒定的能量来源，从而延长任务时长。

太阳中微子探测器。利用这个小型中微子探测器，科学家们的目标是在接近太阳轨道时测量中微子。位于堪萨斯州的威奇托州立大学的研究人员开发了一种能提供先进测量技术和探测器技术的原型。太阳中微子是由驱动太阳的核反应产生的。新的探测器原型体积较小，并配备了适当的屏蔽，使仪器能够在近太阳轨道收集数据。

深空探测。依靠核动力电力推进技术SPEAR制成的航天器重量轻且成本低。该航天器使用一个反应堆调节器和先进的热电发生机来大大降低整体堆芯的质量。天文学家们希望通过降低反应堆的质量，以向太空更深处开展任务。其中木卫二欧罗巴，其冰层深处可能有地外生命的痕迹。木卫二上的地下水有时会冲破地壳进入太空，形成巨大的水羽。利用SPEAR技术，天文学家可以驱动更小的宇宙飞船穿过这些羽状物，寻找生命的证据。

在月球上采矿。通过月球极地天然气动采矿前哨（LGMO），研究人员计划开采月球极地冰来生产推进剂，从而降低人类探索月球和月球工业化的成本。该项目的团队已经确定了月球极地环形山附近的几个大型着陆点。虽然这些陨石坑被永久冻土层覆盖，完全被黑暗笼罩，但周围地区却能享受到永恒的阳光，而这些阳光可以通过太阳能电池板收集。这些能量为月球上的采矿前哨提供几乎连续的电力。LGMO还包括辐射气体动力学（RGD）采矿。与机械挖掘不同，RGD采矿通过加热永久冻土表面的风化层，以从月壤表土中获取资源。配备RGD技术的长期电动漫游车将会收集并储存好水然后再返回基地。

清除太空垃圾。利用活跃残骸清除（ADR）技术，CHARON概念将清除太空碎片。ADR包括将一些最大的碎片物体重新定位到衰变的轨道中，在该轨道中，这些物体会距离越来越近并在大气中燃烧起来，持续时间不到25年。为了实现这一目标，CHARON将成为一种高效的轨道飞行器，由从近地轨道收集的低密度氮和低密度氧来做燃料。NASA表示，这个项目的第一阶段着重于轨道计算，以便检索更大质量的空间碎片。

智能太空服。德克萨斯A&M大学的工程师们已经为一种新型宇航服开发了一种模型，称之为智能宇航服（SmartSuit）。这种新宇航服设计将提高在火星和其他行星环境中进行舱外活动的灵活性。智能宇航服将采用气体增压技术，并融入软体机器人技术，以提高宇航员自由移动的程度，使他们更容易与周围环境互动。此外，智能宇航服还将配备传感器和可伸缩的自愈皮肤，这种表皮还可同时作为屏幕，向穿戴者提供周围环境的视觉反馈。

研究大气的微型探测器。西维吉尼亚大学的研究人员提议使用微型探测器来研究行星大气。一个小型的“有效载荷舱”将悬挂在一个大约200米长的回路上，该回路将提供大气阻力和静电升力。NASA表示，微型探测器还将有两个电子臂，可以感知大气中的电荷，并为探测器收集少量电能。收获的电力将储存在“有效载荷舱”中，该舱还将配备一个转换装置、一个用于补充和调节弦圈回路静电荷的执行器、一个集成微处理器、一个无线电装置和传感器。

开伞索电力系统。将探测器降落在行星表面可能很困难。太阳能是看天吃饭，替代能源则成本昂贵、较为危险或过于复杂。相反，开伞索创新电力系统（RIPS）将使用一种开伞索解缆动力系统，将探测器降落在大气密度较大的行星上。“解缆电力系统利用密集的大气层，利用阻力或浮动力来发电，在一些任务情景中，与传统能源相比，在质量、成本、电力、总能量和复杂性方面具有显著优势，”根据NASA项目描述。

热采。科罗拉多矿业学院的研究人员开发了一项技术，用于在太阳系的寒冷天体上热开采冰。与其他开采技术不同的是，热采将利用定向阳光直接加热冻结表面，或利用钻孔中的导电棒或加热器对地表以下进行加热。这种技术提取制造推进剂所需的资源的成本和复杂性要比挖掘小。该小组正在评估整个太阳系中可能适用热采的地点。

小卫星。受CubeSat卫星的启发，NASA喷气推进实验室的研究人员提出了一种低成本仪器的计划，该仪器可用来探索太阳系边界。研究小组已提议将该仪器发射到日球层顶，也就是太阳风延伸的边缘。在那里，探测器将帮助科学家更好地了解太阳风的传播。

先进的天文望远镜。与之前的天文望远镜相比，多目标光谱望远镜THE MOST在孔径、采集面积、视场、光谱等方面具有较先进的性能。该望远镜体积不大且成本较低。此外，THE MOST望远镜非常适合空间部署，因为其有一个平坦的膜面，这样质量就会很小，而且比镜子更能容忍表面误差。The Most已经获得了第二阶段的指定，因此团队可以开始构建和测试实验室模型。

旋转移动扩展阵列综合（R-MXAS）。R-MXAS为合成孔径成像辐射计提供了一种创新型航空航天结构设计。NASA表示，与现有的方法相比，R-MXAS采用的是一个固定在刚性缆索上的一维天线阵列，平行于地平面展开，另外还有一个或多个附加的缆索天线，可以与一维天线成直角并旋转。NASA表示，与现有的方法相比，R-MXAS尺寸更小、重量更轻且功率需求更低。

自动导向的光束推进器。德克萨斯A&M工程实验站的研究人员将中性粒子束和激光束结合起来，开发了一种用于远距离任务（如探索柯伊伯带、奥尔特云或附近的恒星系统）的新型推进系统。该团队的光束推进结构将使星际任务以接近10%的光速飞行。该项目已入选NIAC第二阶段。据NASA称，在这一阶段，该团队将进一步开发其模型，并分析动量传递机制的可行性和设计，以为航天器产生推力。