這張由多個元素拼貼而成的插圖展示了2024年NASA創(chuàng)新先進概念計劃第一階段獲獎者提出的新穎概念。

圖片來源：順時針方向，從右上角開始依次來源于史蒂文·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

美國航空航天局（NASA）為NASA創(chuàng)新先進概念（NASA Innovative Advanced Concepts，NIAC）計劃選出了2024年第一階段獲獎者，這些可以改變未來NASA任務、為所有人類利益而創(chuàng)新的想法，將獲得NASA相應金額的資助。這一批共包含13個獲獎概念，均來自美國各地的公司和機構。

NASA創(chuàng)新先進概念計劃通過資助早期技術概念研究，促進開拓性的想法，供未來所需和潛在的商業(yè)化。綜合獎勵最高可達17.5萬美元（約合人民幣125.2萬元），用于評估可實現(xiàn)未來太空任務的技術。

“NASA為造福人類而執(zhí)行的大膽任務都始于一個想法，而NASA創(chuàng)新先進概念計劃正是其中許多想法的靈感來源?！盢ASA副局長吉姆·弗里（Jim Free）說，“在火星上飛行的‘機智’號（Ingenuity）直升機和火星立方星一號（MarCO）深空立方星上的儀器實際上都可以追溯到NASA創(chuàng)新先進概念計劃，這證明了從創(chuàng)意到任務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)實的飛行任務，但NASA和我們在全球的合作伙伴可以從新的方法中不斷學習，最終也可能將NASA創(chuàng)新先進概念計劃的先進技術投入實際應用?！?/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器群等等。所有NASA創(chuàng)新先進概念計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。

美國佛羅里達州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垂直起飛和著陸飛行器。這架綽號為“麥琪”（全稱“火星空中和地面全球性智能探測器”，Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer，MAGGIE）的飛行器可以擴展人類在火星上進行探索和科學研究的能力?！胞滅鳌睂⒛軌驁?zhí)行火星上首個全球規(guī)模的大氣任務，并徹底改變我們探索幾乎整個火星表面的能力。這將是第一個能夠持續(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。

佛羅里達州Space Initiatives公司的托馬斯·M·尤班克斯（Thomas M. Eubanks）認為，本世紀將有一群微型探測器前往[半人馬]比鄰星（Proxima Centauri），利用新型激光帆船（sailcraft）和激光通信技術，發(fā)回距離太陽最近的星際鄰居的相關數(shù)據(jù)。這項研究提議使用成千上萬的微型探測器組成的自主群體，通過激光推進執(zhí)行對比鄰星b（Proxima Centauri b）的星際探測任務。這些探測器將以幾克的質(zhì)量和毫瓦級的耗電，在沒有地球直接控制的情況下，通過內(nèi)部協(xié)調(diào)和低功率光鏈路形成一個網(wǎng)狀通信網(wǎng)絡。整個群體將共同產(chǎn)生強大的光學信號，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，利用高溫技術和太陽能飛行器的創(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個地球大氣壓，是太陽系中最惡劣的探索環(huán)境。這項研究將開創(chuàng)一種從金星表面返回樣本的新方法，結合一種創(chuàng)新的一氧化碳火箭技術，用于從金星大氣中制備推進劑。

“今年的第一階段項目具有極高的多樣性，從觀測地球大氣層的量子傳感器到與下一顆恒星進行通信的高度協(xié)調(diào)探測器群，這證明了NASA創(chuàng)新先進概念計劃達到了真正的創(chuàng)新目標。”華盛頓NASA總部的NASA創(chuàng)新先進概念計劃執(zhí)行官邁克·拉普安特（Mike LaPointe）表示，“NASA創(chuàng)新先進概念計劃獎項突顯了NASA致力于繼續(xù)突破可能界限的承諾。”

這些研究人員將利用他們的NASA創(chuàng)新先進概念計劃經(jīng)費，對自己提出的概念的基本前提進行研究，制定必要的技術開發(fā)路線，確定可能會遇到的挑戰(zhàn)，并尋找機會將這些概念付諸實踐。

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

美國應用分子進化研究基金會（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)的附加項目，用于篩選外來生命和外星生命。該項目的主要目的是通過增加一種名為“發(fā)現(xiàn)不可知生命”（agnostic life finding，ALF）系統(tǒng)的設備，在為人類抵達火星的準備過程中，提取火星水樣本中的遺傳聚合物，尤其是DNA，來尋找生命的存在?！鞍l(fā)現(xiàn)不可知生命”系統(tǒng)將利用合成生物學的知識，可在低成本和低負擔的情況下實施。“發(fā)現(xiàn)不可知生命”系統(tǒng)的應用范圍不僅限于火星，還可用于其他太陽系天體，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、外來的、類似地球生命的還是完全外星的。

美國查爾斯·斯塔克·德雷珀實驗室（Charles Stark Draper Laboratory）的詹姆斯·比克福德（James Bickford）： 薄膜同位素核動力火箭（Thin Film Isotope Nuclear Engine Rocket，TFINER）。這項技術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)物的動量產(chǎn)生推力。這種設計通過級聯(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，同時提供了更長的任務壽命和更高的速度（超過150千米/秒）。該技術不僅適用于星際物體的搜索和樣本返回任務，也適用于深空探索和太陽引力焦點望遠鏡的重定向。

美國城市實驗室（City Labs）公司的彼得·卡鮑伊（Peter Cabauy）：自主氚微動力傳感器。這項研究提出利用氚貝塔輻射伏特效應電池（Betavoltaic Battery，又稱射線電池）技術開發(fā)核微動力探測器（nuclear-micropowered probes，NMPs），以進行在月球南極極端寒冷和黑暗區(qū)域的原地分析。這些厘米級的自主傳感器能夠在傳統(tǒng)電池失效的惡劣的嚴寒環(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能的永久陰影區(qū)域。

NASA戈達德航天中心（Goddard Space Flight Center）的肯尼思·卡朋特（Kenneth Carpenter）：月球長基線光學成像干涉儀：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，甚至探測最近的系外行星表面特征和天氣模式。通過逐步升級技術，從短基線和小望遠鏡開始，逐漸增加基線長度和設備規(guī)模，該設施將為月球表面和太空中更大型陣列的發(fā)展打下基礎，涵蓋多種波長和科學主題。

美國華盛頓大學（University of Washington）的馬修·麥奎恩（Matthew McQuinn）：太陽系尺度的甚長基線干涉測量（Very-long-baseline interferometry，VLBI），以大幅改進宇宙學距離測量。這項研究旨在通過在太陽系的各個方向設置衛(wèi)星，利用快速無線電爆發(fā)的到達時間來測量宇宙距離，從而將現(xiàn)有的宇宙距離測量顯著提高好幾個數(shù)量級以上。目前，兩種最受認可的技術推測的宇宙距離存在10%的差異，盡管這兩種方法都聲稱只有1%~2%的誤差。這個概念基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和甚長基線干涉測量技術取得的成功。

美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（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）推進劑儲存庫，助力火星載人探索。這項研究計劃在近地軌道（LEO）嚴峻且多變的環(huán)境中，利用電致發(fā)光冷卻技術儲存液態(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。這種儲存庫將大幅降低載人火星任務及其他深空探索的推進系統(tǒng)成本和復雜性，因為它允許航天器在達到軌道后再加注推進劑，而不是使用更大的火箭一次性發(fā)射航天器。

美國佐治亞理工學院研究公司（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)的磁流體動力驅(qū)動裝置。這項研究提出了一種高效的水分解體系結構，用于長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力電解池，能夠在微重力環(huán)境中無需移動部件即可提取和分離氧氣和氫氣，從而避免了強制水循環(huán)回路及其相關輔助設備（如泵或離心機）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：消除火星無處不在的高氯酸鹽的生物催化技術。這項技術利用合成生物學，通過將關鍵基因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)和可擴展的方式來徹底消除高氯酸鹽。這項技術的開發(fā)不僅有助于火星任務中水的凈化，也可以作為地球上高氯酸鹽污染的更有效解決方案，

美國動物群生物公司（Fauna Bio Inc.）的瑞安·斯普倫格（Ryan Sprenger）：星際空間旅行的革命性方法：研究動物的蟄伏狀態(tài)以改善人類的太空健康（STASH）。這項研究計劃在國際空間站（ISS）建立一個微重力環(huán)境下的冬眠實驗室，研究動物在這種環(huán)境下的冬眠行為。冬眠的主要特點是一種稱為“蟄伏”（torpor）的節(jié)能狀態(tài)，這種狀態(tài)可能有助于保護肌肉和骨骼，抵御輻射傷害。STASH的短期目標是探索微重力環(huán)境下冬眠的基礎科學，中期目標是開發(fā)模仿冬眠的生物活性分子和評估人類蟄伏的方法，長期目標是將人類蟄伏應用于載人火星任務中，作為減輕太空旅行健康風險的對策。

美國麻省理工學院（MIT）林肯實驗室（Lincoln Lab）的張蓓嘉（音，Beijia Zhang）：LIFA：用于小型衛(wèi)星兼容輻射測量的輕型光纖天線。這種創(chuàng)新的光纖天線技術將用于L波段輻射測量，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干涉儀所需的情況。LIFA計劃利用林肯實驗室研究的新型光纖天線技術，通過嵌入聚合物纖維中的金屬結構和其他導電元素，實現(xiàn)輕量化、柔軟可卷曲的光纖，便于運輸和部署。

NASA空間技術任務理事會（Space Technology Mission Directorate）為NASA創(chuàng)新先進概念計劃提供資金，空間技術任務理事會負責開發(fā)NASA新的跨領域技術和能力，以實現(xiàn)其當前和未來的任務。

有關NASA創(chuàng)新先進概念計劃的更多信息，請訪問：

https://www.nasa.gov/niac

參考來源：

Funding Future Tech: NASA Names 2024 Innovative Concept Studies