這張由多個(gè)元素拼貼而成的插圖展示了2024年NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃第一階段獲獎(jiǎng)?wù)咛岢龅男路f概念。

圖片來(lái)源：順時(shí)針?lè)较?，從右上角開始依次來(lái)源于史蒂文·本納、張蓓嘉（音）、馬修·麥奎恩、阿爾瓦羅·羅梅羅-卡爾沃、托馬斯·M·尤班克斯、肯尼思·卡朋特、詹姆斯·比克福德、阿爾瓦羅·羅梅羅-卡爾沃、彼得·卡鮑伊、杰弗里·蘭迪斯、林恩·羅斯柴爾德和查格成（音）。NASA

美國(guó)航空航天局（NASA）為NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念（NASA Innovative Advanced Concepts，NIAC）計(jì)劃選出了2024年第一階段獲獎(jiǎng)?wù)?，這些可以改變未來(lái)NASA任務(wù)、為所有人類利益而創(chuàng)新的想法，將獲得NASA相應(yīng)金額的資助。這一批共包含13個(gè)獲獎(jiǎng)概念，均來(lái)自美國(guó)各地的公司和機(jī)構(gòu)。

NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃通過(guò)資助早期技術(shù)概念研究，促進(jìn)開拓性的想法，供未來(lái)所需和潛在的商業(yè)化。綜合獎(jiǎng)勵(lì)最高可達(dá)17.5萬(wàn)美元（約合人民幣125.2萬(wàn)元），用于評(píng)估可實(shí)現(xiàn)未來(lái)太空任務(wù)的技術(shù)。

“NASA為造福人類而執(zhí)行的大膽任務(wù)都始于一個(gè)想法，而NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃正是其中許多想法的靈感來(lái)源?！盢ASA副局長(zhǎng)吉姆·弗里（Jim Free）說(shuō)，“在火星上飛行的‘機(jī)智’號(hào)（Ingenuity）直升機(jī)和火星立方星一號(hào)（MarCO）深空立方星上的儀器實(shí)際上都可以追溯到NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃，這證明了從創(chuàng)意到任務(wù)成功是有一條路徑的。而且，雖然并非所有這些概念都能變成現(xiàn)實(shí)的飛行任務(wù)，但NASA和我們?cè)谌虻暮献骰锇榭梢詮男碌姆椒ㄖ胁粩鄬W(xué)習(xí)，最終也可能將NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃的先進(jìn)技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用?！?/p>

今年選出的研究將探索從金星表面返回樣本、火星上的固定翼飛行、穿越星際空間的探測(cè)器群等等。所有NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃的研究都處于概念開發(fā)的早期階段，不被視為NASA的正式任務(wù)。

美國(guó)佛羅里達(dá)州Coflow Jet公司的查格成（音，Ge-Cheng Zha）提議在火星上飛行第一架固定翼電動(dòng)垂直起飛和著陸飛行器。這架綽號(hào)為“麥琪”（全稱“火星空中和地面全球性智能探測(cè)器”，Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer，MAGGIE）的飛行器可以擴(kuò)展人類在火星上進(jìn)行探索和科學(xué)研究的能力。“麥琪”將能夠執(zhí)行火星上首個(gè)全球規(guī)模的大氣任務(wù)，并徹底改變我們探索幾乎整個(gè)火星表面的能力。這將是第一個(gè)能夠持續(xù)探索火星這一區(qū)域的概念性研究，并將為NASA探索火星提供巨大的能力飛躍。

佛羅里達(dá)州Space Initiatives公司的托馬斯·M·尤班克斯（Thomas M. Eubanks）認(rèn)為，本世紀(jì)將有一群微型探測(cè)器前往[半人馬]比鄰星（Proxima Centauri），利用新型激光帆船（sailcraft）和激光通信技術(shù)，發(fā)回距離太陽(yáng)最近的星際鄰居的相關(guān)數(shù)據(jù)。這項(xiàng)研究提議使用成千上萬(wàn)的微型探測(cè)器組成的自主群體，通過(guò)激光推進(jìn)執(zhí)行對(duì)比鄰星b（Proxima Centauri b）的星際探測(cè)任務(wù)。這些探測(cè)器將以幾克的質(zhì)量和毫瓦級(jí)的耗電，在沒(méi)有地球直接控制的情況下，通過(guò)內(nèi)部協(xié)調(diào)和低功率光鏈路形成一個(gè)網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)群體將共同產(chǎn)生強(qiáng)大的光學(xué)信號(hào)，并返回到地球。

位于克利夫蘭的NASA格倫研究中心（Glenn Research Center）的杰夫·蘭迪斯（Geoff Landis）提出了一種航天器，利用高溫技術(shù)和太陽(yáng)能飛行器的創(chuàng)新，它不僅可以在金星的惡劣環(huán)境中生存，還能從金星表面將樣本返回地球。金星表面溫度為450°C，氣壓為92個(gè)地球大氣壓，是太陽(yáng)系中最惡劣的探索環(huán)境。這項(xiàng)研究將開創(chuàng)一種從金星表面返回樣本的新方法，結(jié)合一種創(chuàng)新的一氧化碳火箭技術(shù)，用于從金星大氣中制備推進(jìn)劑。

“今年的第一階段項(xiàng)目具有極高的多樣性，從觀測(cè)地球大氣層的量子傳感器到與下一顆恒星進(jìn)行通信的高度協(xié)調(diào)探測(cè)器群，這證明了NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃達(dá)到了真正的創(chuàng)新目標(biāo)?！?span id="eee888e" class="candidate-entity-word" data-gid="6719496044184679990">華盛頓NASA總部的NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃執(zhí)行官邁克·拉普安特（Mike LaPointe）表示，“NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃獎(jiǎng)項(xiàng)突顯了NASA致力于繼續(xù)突破可能界限的承諾?！?/p>

這些研究人員將利用他們的NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃經(jīng)費(fèi)，對(duì)自己提出的概念的基本前提進(jìn)行研究，制定必要的技術(shù)開發(fā)路線，確定可能會(huì)遇到的挑戰(zhàn)，并尋找機(jī)會(huì)將這些概念付諸實(shí)踐。

除上述研究外，獲得2024年NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃第一階段獎(jiǎng)金資助的其他入選研究包括：

美國(guó)應(yīng)用分子進(jìn)化研究基金會(huì)（Foundation for Applied Molecular Evolution）的史蒂文·本納（Steven Benner）：火星上大規(guī)模水開采作業(yè)的附加項(xiàng)目，用于篩選外來(lái)生命和外星生命。該項(xiàng)目的主要目的是通過(guò)增加一種名為“發(fā)現(xiàn)不可知生命”（agnostic life finding，ALF）系統(tǒng)的設(shè)備，在為人類抵達(dá)火星的準(zhǔn)備過(guò)程中，提取火星水樣本中的遺傳聚合物，尤其是DNA，來(lái)尋找生命的存在。“發(fā)現(xiàn)不可知生命”系統(tǒng)將利用合成生物學(xué)的知識(shí)，可在低成本和低負(fù)擔(dān)的情況下實(shí)施。“發(fā)現(xiàn)不可知生命”系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不僅限于火星，還可用于其他太陽(yáng)系天體，如木衛(wèi)二（Europa）、土衛(wèi)二（Enceladus）、月球等，用于搜索和分析生命的存在，不論這些生命是本土的、外來(lái)的、類似地球生命的還是完全外星的。

美國(guó)查爾斯·斯塔克·德雷珀實(shí)驗(yàn)室（Charles Stark Draper Laboratory）的詹姆斯·比克福德（James Bickford）： 薄膜同位素核動(dòng)力火箭（Thin Film Isotope Nuclear Engine Rocket，TFINER）。這項(xiàng)技術(shù)的核心是使用放射性同位素（如釷-228）薄膜，直接利用衰變產(chǎn)物的動(dòng)量產(chǎn)生推力。這種設(shè)計(jì)通過(guò)級(jí)聯(lián)同位素衰變鏈和多階段材料組合，能顯著提高性能和推力，同時(shí)提供了更長(zhǎng)的任務(wù)壽命和更高的速度（超過(guò)150千米/秒）。該技術(shù)不僅適用于星際物體的搜索和樣本返回任務(wù)，也適用于深空探索和太陽(yáng)引力焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的重定向。

美國(guó)城市實(shí)驗(yàn)室（City Labs）公司的彼得·卡鮑伊（Peter Cabauy）：自主氚微動(dòng)力傳感器。這項(xiàng)研究提出利用氚貝塔輻射伏特效應(yīng)電池（Betavoltaic Battery，又稱射線電池）技術(shù)開發(fā)核微動(dòng)力探測(cè)器（nuclear-micropowered probes，NMPs），以進(jìn)行在月球南極極端寒冷和黑暗區(qū)域的原地分析。這些厘米級(jí)的自主傳感器能夠在傳統(tǒng)電池失效的惡劣的嚴(yán)寒環(huán)境中工作，旨在繪制和探索月球表面，特別是在富含水資源但缺乏太陽(yáng)能的永久陰影區(qū)域。

NASA戈達(dá)德航天中心（Goddard Space Flight Center）的肯尼思·卡朋特（Kenneth Carpenter）：月球長(zhǎng)基線光學(xué)成像干涉儀：阿爾忒彌斯支持的恒星成像儀（Artemis-enabled Stellar Imager，AeSI）。該技術(shù)可以解析恒星表面、研究圍繞新生恒星和黑洞的吸積盤，甚至探測(cè)最近的系外行星表面特征和天氣模式。通過(guò)逐步升級(jí)技術(shù)，從短基線和小望遠(yuǎn)鏡開始，逐漸增加基線長(zhǎng)度和設(shè)備規(guī)模，該設(shè)施將為月球表面和太空中更大型陣列的發(fā)展打下基礎(chǔ)，涵蓋多種波長(zhǎng)和科學(xué)主題。

美國(guó)華盛頓大學(xué)（University of Washington）的馬修·麥奎恩（Matthew McQuinn）：太陽(yáng)系尺度的甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（Very-long-baseline interferometry，VLBI），以大幅改進(jìn)宇宙學(xué)距離測(cè)量。這項(xiàng)研究旨在通過(guò)在太陽(yáng)系的各個(gè)方向設(shè)置衛(wèi)星，利用快速無(wú)線電爆發(fā)的到達(dá)時(shí)間來(lái)測(cè)量宇宙距離，從而將現(xiàn)有的宇宙距離測(cè)量顯著提高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)以上。目前，兩種最受認(rèn)可的技術(shù)推測(cè)的宇宙距離存在10%的差異，盡管這兩種方法都聲稱只有1%~2%的誤差。這個(gè)概念基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)取得的成功。

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（University of California, Los Angeles）的阿斯瓦斯·帕塔比·拉曼（Aaswath Pattabhi Raman）：電致發(fā)光冷卻（ELC）零沸騰（Zero-boil-off，ZBO）推進(jìn)劑儲(chǔ)存庫(kù)，助力火星載人探索。這項(xiàng)研究計(jì)劃在近地軌道（LEO）嚴(yán)峻且多變的環(huán)境中，利用電致發(fā)光冷卻技術(shù)儲(chǔ)存液態(tài)氫（LH2）而不發(fā)生沸騰。電致發(fā)光冷卻以非平衡熱輻射的形式從低溫固體表面向周圍環(huán)境釋放熱量，其功率密度遠(yuǎn)大于平衡熱輻射下普朗克定律所允許的輻射功率密度。這種儲(chǔ)存庫(kù)將大幅降低載人火星任務(wù)及其他深空探索的推進(jìn)系統(tǒng)成本和復(fù)雜性，因?yàn)樗试S航天器在達(dá)到軌道后再加注推進(jìn)劑，而不是使用更大的火箭一次性發(fā)射航天器。

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研究公司（Georgia Tech Research Corporation）的阿爾瓦羅·羅梅羅-卡爾沃（Alvaro Romeo-Calvo）：用于火星轉(zhuǎn)移中氫氣和氧氣生產(chǎn)的磁流體動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置。這項(xiàng)研究提出了一種高效的水分解體系結(jié)構(gòu)，用于長(zhǎng)期太空旅行和火星轉(zhuǎn)移中的氧氣和氫氣生產(chǎn)。這種新方法采用了磁流體動(dòng)力電解池，能夠在微重力環(huán)境中無(wú)需移動(dòng)部件即可提取和分離氧氣和氫氣，從而避免了強(qiáng)制水循環(huán)回路及其相關(guān)輔助設(shè)備（如泵或離心機(jī)）的需要。

NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的林恩·羅斯柴爾德（Lynn Rothschild）：火星解毒：消除火星無(wú)處不在的高氯酸鹽的生物催化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)利用合成生物學(xué)，通過(guò)將關(guān)鍵基因PcrAB和cld（這些基因能催化高氯酸鹽還原為氯化物和氧氣）整合到適用于太空飛行的枯草芽孢桿菌168（Bacillus subtilis 168）中，以可持續(xù)和可擴(kuò)展的方式來(lái)徹底消除高氯酸鹽。這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)不僅有助于火星任務(wù)中水的凈化，也可以作為地球上高氯酸鹽污染的更有效解決方案，

美國(guó)動(dòng)物群生物公司（Fauna Bio Inc.）的瑞安·斯普倫格（Ryan Sprenger）：星際空間旅行的革命性方法：研究動(dòng)物的蟄伏狀態(tài)以改善人類的太空健康（STASH）。這項(xiàng)研究計(jì)劃在國(guó)際空間站（ISS）建立一個(gè)微重力環(huán)境下的冬眠實(shí)驗(yàn)室，研究動(dòng)物在這種環(huán)境下的冬眠行為。冬眠的主要特點(diǎn)是一種稱為“蟄伏”（torpor）的節(jié)能狀態(tài)，這種狀態(tài)可能有助于保護(hù)肌肉和骨骼，抵御輻射傷害。STASH的短期目標(biāo)是探索微重力環(huán)境下冬眠的基礎(chǔ)科學(xué)，中期目標(biāo)是開發(fā)模仿冬眠的生物活性分子和評(píng)估人類蟄伏的方法，長(zhǎng)期目標(biāo)是將人類蟄伏應(yīng)用于載人火星任務(wù)中，作為減輕太空旅行健康風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策。

美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）林肯實(shí)驗(yàn)室（Lincoln Lab）的張蓓嘉（音，Beijia Zhang）：LIFA：用于小型衛(wèi)星兼容輻射測(cè)量的輕型光纖天線。這種創(chuàng)新的光纖天線技術(shù)將用于L波段輻射測(cè)量，旨在生成高分辨率的土壤濕度和海面鹽度數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的大型太空射電天線制造和部署成本高昂，尤其在需要一系列天線的情況下，如為提供地球和太空高空間分辨率的相關(guān)干涉儀所需的情況。LIFA計(jì)劃利用林肯實(shí)驗(yàn)室研究的新型光纖天線技術(shù)，通過(guò)嵌入聚合物纖維中的金屬結(jié)構(gòu)和其他導(dǎo)電元素，實(shí)現(xiàn)輕量化、柔軟可卷曲的光纖，便于運(yùn)輸和部署。

NASA空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)（Space Technology Mission Directorate）為NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃提供資金，空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)負(fù)責(zé)開發(fā)NASA新的跨領(lǐng)域技術(shù)和能力，以實(shí)現(xiàn)其當(dāng)前和未來(lái)的任務(wù)。

有關(guān)NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：

https://www.nasa.gov/niac

參考來(lái)源：

Funding Future Tech: NASA Names 2024 Innovative Concept Studies