NASA投资有远景技术，有望改变未来人类和机器人的勘探任务
据NASA官网报道，美国宇航局正在投资于一系列具有远见的技术概念，这些概念将有望用于未来的太空探索任务。这些技术包括流星撞击探测、太空望远镜群以及细小轨道碎片测绘技术等。这些技术不仅将为太空探索带来新的可能性，还将对建造和操作航天系统的方法产生显著改进。
美国宇航局已经选出了25个早期技术方案，其中一些甚至处于萌芽状态。这些技术方案有着巨大的潜力，可以彻底改变人类和机器人的勘探任务，引入全新的勘探能力。这些方案充满创新性和突破性，有可能会引领未来的太空探索方向。
2018年美国宇航局创新先进概念（NIAC）的第一阶段奖金约为12.5万美元，主要用于对这些技术概念的初步定义和分析。这一阶段涵盖了广泛的创新概念，这些概念具有革命性潜力，将为未来的太空探索带来颠覆性变化。如果这些初步研究获得成功，获奖者还有机会申请第二阶段的奖金支持。
在2018年NIAC第一阶段，一些重要概念脱颖而出，其中最为引人注目的便是“变形金刚”。这一系统概念已经超越了科幻小说的范畴，成为了科学事实。它为我们提供了一种全新的方式，来探索诸如土卫六的崎岖悬崖和深海世界这样的神秘之地。
变形金刚，这个充满未来感的机器人平台，具备跨领域移动的能力。它可以在大气层中自由飞行，在光滑的表面上顺畅滚动，甚至在水面上航行、漂浮和在水下推进。这一创新的机器人平台被称为“飞行两栖机器人”(FAR)，它由一系列更小的机器人单位组成，每个单位都被称为“cobot”。这些cobot能够结合成不同的移动模式，每个都设计简洁，最小的甚至只有几个螺旋桨作为执行器。
想象一下，变形金刚能够变形为在水面滚动的球，或者在水面上飞行和悬浮的飞行阵列，甚至能在水下空隙中移动的结构。这些多样化的形态使得变形金刚不仅具备跨领域移动的能力，还能转换成其他功能性系统来执行各种任务。无论是帮助运送巨大而沉重的物体，还是用最小的功耗穿越长距离，甚至在难以进入的区域与地面建立通信网络，变形金刚都能胜任。
探索星际宇宙，勇闯月球火星——生物机器人（Biobot）为宇航员插上翅膀，开启全新探索时代！
在浩瀚的宇宙探索中，宇航服承载着宇航员的希望与梦想。“背部重量”的问题一直是困扰着探索的一大难题。在月球或火星的重力环境下，宇航服系统的重量对于宇航员来说是一个巨大的负担。这不仅影响了他们的运动能力，更限制了舱外活动（EVA）的时长、行走距离以及任务成果。想象一下，如果宇航员不再需要背负沉重的便携式生命维持系统（PLSS），那么他们在行星表面的探测活动将会如何更加畅快淋漓？对于人员机动性、进入和操作能力的额外限制却是无法接受的。
这时，一个创新的NIAC概念应运而生——生物机器人（Biobot）。它通过应用先进的机器人系统，巧妙解决了这两个看似矛盾的问题。在未来的月球或火星探测任务中，宇航员将在月球表面停留更长的时间，参与更多的舱外活动。地质学家们将进行更深入的勘探，而且不再受到短暂的任务时间的限制。每个宇航员都将有一个生物机器人作为助手，负责运送生命维持系统和消耗品，通过延伸的脐带与宇航员紧密相连。
想象一下，宇航员只需通过脐带连接到这个神奇的生物机器人，携带小型的紧急开环生命支持系统即可轻松上阵。这个机器人的移动底座设计得十分先进，能够在宇航员行走的任何地方顺畅前行，不仅充当舱外活动工具、科学仪器的运输工具，还可能在宇航员的探索过程中起到跳跃式行进的重要作用。更重要的是，生物机器人配备的高分辨率摄像头和高带宽通信设备，能够为每个舱外活动的机组人员提供高清视频覆盖，让公众也能更直观地感受到星际探索的魅力。
这一概念带来的架构级优势尤为显著。由于PLSS的重量负担，宇航服的设计过程中常常为了减轻重量而删减某些元素，从而产生更加轻便但稍显不灵活的外套。通过将生命维持系统和消耗品交给生物机器人负责，宇航服质量的减轻将极大地提升其机动性和适应性，让穿戴者更加灵活自如。由于PLSS的重量得以减轻，整个舱外活动系统得以轻松适应更频繁的出行、更高效的宇航员冷却系统，或是更高层次的冗余措施，从而提高人员的安全性，降低危险事件发生的可能性。当不再受到太空服质量和体积的束缚时，便携式生命支持系统的设计师可以考虑更多适合扩展探索的技术方案，比如采用冷却散热器、扩展电力的太阳能电池板以及可再生的二氧化碳洗涤系统等。
三、高空环境与大气金星传感器（LEAVES）概念引人注目。
LEAVES作为一种超轻质的、被动型大气传感器，专为抵御恶劣的金星大气而设计。它不仅具备应对各种明显大气的行星进行现场取样的能力，还提供了一个通用平台。相较于传统方法，LEAVES对基础设施的需求微乎其微。
该项目的科学目标是通过在广泛的地理区域部署众多相同的LEAVES单位来实现。通过采用可重复使用的生产线和可利用的部件，不仅实现了成本节约，还通过并行操作增强了业务弹性。这种结构极其适合作为辅助负载，因为它对地面站点控制资源的需求极少，对主要有效负载的风险微乎其微。LEAVES仅在它们缓慢下降通过大气层的过程中反馈数据，这一特点使其成为理想的选择。
这一传感器不仅能够在恶劣环境中运作，而且由于其结构简单、成本低廉，可以作为大规模部署的理想选择。通过广泛的部署，我们可以获取更全面的大气数据，进一步推动科学研究的发展。在未知的宇宙中，小行星如同宝藏般蕴藏着丰富的资源，如水和珍贵的矿物。在未来的几十年里，人类的科技可能将发展至能从遥远的小行星上带回宝贵的资源，或是在小行星上就地开采。这些雄心勃勃的任务需要大量的资金和资源投入。在这一背景下，探索小行星流星撞击检测（MIDEA）的概念应运而生。
MIDEA的理念是借助宇宙中的自然力量——流星撞击，来探测小行星的表面特性。当流星撞击小行星时，会产生一系列的物理反应。撞击会使小行星表面的物质被侵蚀，产生固体和熔融的喷出物。其中一些物质在撞击的瞬间被蒸发并电离，形成等离子体，扩散到小行星周围的空间中。这些等离子体向外扩散的过程中，携带了关于小行星表面组成的重要信息。
想象一下，使用仅10到50公斤的航天器母船，搭载着10个或更少的轻量级自由飞行传感器，每个传感器仅重约100克，便可以轻松地对直径在100到1000米的近地小行星进行检测。这一小巧而精致的装置，能够在专门的现场资源利用任务之前，对潜在的目标进行广泛而深入的探测。由于这些传感器的质量非常轻，我们可以同时发射多个类似的任务，对多个小行星进行并行探测，从而更全面地了解宇宙中的宝藏。
MIDEA不仅为我们提供了一种经济高效的探测方法，更开启了一个全新的宇宙探索时代。通过这种方法，我们可以更深入地了解小行星的组成和特性，为后续的资源开采和利用提供重要的数据支持。MIDEA让我们在探索宇宙的道路上更进一步，让我们期待更多的可能性。关于无碰撞细小轨道碎片测绘的探讨
我们提议探索一种全新的轨道碎片测绘方法，专注于那些微米至亚厘米级的细小碎片，这些目前难以探测的碎片对太空船构成了潜在威胁。为此，我们将借助配备先进传感器的微型立方体卫星，来检测这些细小轨道碎片的等离子体特征。这些卫星将为我们提供前所未有的能力，去揭示等离子孤子的存在，这些孤子是由快速移动的带电碎片在等离子体中引发的。通过测绘这些等离子孤子，我们将能够实现与细小轨道碎片的交互方式的革命性进步。
这项技术不仅可以减小轨道航天器所面临的威胁，更能让我们对缓解措施进行定量评估。其潜力不仅限于轨道碎片探测，更可应用于其他行星附近的尘埃探测工作。初步计算显示，仅需要100个立方体卫星，便能在不到一年的时间内，完成在400公里至1600公里高空轨道上的细小碎片测绘。为了评估此概念的可行性，我们将模拟不同条件和环境下的样品碎片产生的等离子孤子，并研究其在空间变化的等离子体环境中的远距离传播特性。
6.火星蜜蜂：革新火星探测的先锋力量
这项研究致力于将扑翼探测器引入到火星环境的探索中，以提升火星探测的科学任务效率。这款创新的火星探测器由移动基地与一群独特的火星蜜蜂（Marsbee）构成。这些火星蜜蜂，如同蝉般大小，拥有扇动翅膀的机器人特性。集成传感器和无线通信设备于蜜蜂之中，而移动基地则作为充电站和主要的通信中心。蜂群的存在为火星探测任务带来了显著的优势：
1. 构建可重构的传感器网络：通过蜜蜂群体的协同工作，我们能够构建一个灵活且高效的传感器网络，这对于收集火星环境数据至关重要。
2. 建立弹性系统：由于蜜蜂个体的独立性，即使部分系统出现故障，整个探测任务也不会受到影响，从而增强了系统的弹性和稳健性。
3. 高效样本和数据采集：无论是单一蜜蜂还是整个蜂群，都能执行样本或数据的采集任务，大大提高了数据采集的效率。
技术上的革新是关键。火星蜜蜂借用了昆虫飞行模式的灵感，采用柔性翼设计以增强空气动力，并采用了低功率设计。我们的初步数值分析显示，这些带有蝉翅的火星蜜蜂能够在火星稀薄的大气中产生足够的升力。柔性翼结构和新颖的能量收集机制大大降低了蜜蜂所需的能量。由于火星的密度极低，能量主要由惯性功率控制，并借助扭转弹簧暂时储存能量，减少了共振时的整体惯性力。尽管旋转翼在设计及控制上更为成熟，但这些创新技术特别适用于生物激发的扑翼飞行器。
7.星际探险的新篇章：无衍射发射推进PROCSIMA
在深邃的宇宙中，有一种革命性的光束推进结构正在将星际任务推向新的高度。它就是我们今天要介绍的PROCSIMA：光子粒子光学耦合孤子星际任务加速器。这项技术的出现，意味着前往比邻星甚至更遥远的星际目标将不再是遥不可及的梦想。
与传统推进技术相比，PROCSIMA结构在推进航天器方面表现出令人惊叹的优势。它不仅能够大幅增加航天器的加速距离（与激光推进相比），还能将发射机的光束尺寸缩减至10米以下。这些优势转化为“方向和速度的变化”（delta-V）和有效载荷质量，使其比激光推进更加强大。
这个推进架构不仅面向星际飞行任务，还有可能让前往奥尔特云天体的速度更快。它的核心创新在于将中性粒子束和激光束完美结合，既避免了光束的扩散，又防止了随着传播距离的增加而出现的发散现象。
通过精心调整激光和粒子束的相互作用，我们可以消除衍射和热扩散。这一创新技术的关键在于，粒子束产生的折射率变化生成波导效应，从而消除了激光衍射。粒子束被束缚在激光束中心附近区域的高强度电场中。通过同时利用这些现象，我们可以产生一种具有恒定空间剖面的组合光束，也称为孤子。
这一架构充分利用了近年来高能激光系统和高能中性粒子束的技术进步。在42年的任务期限内，它的有效载荷能力达到了惊人的1公斤，极大地增加了探测加速距离。
PROCSIMA不仅是技术的突破，更是人类探索未知宇宙的一次重大飞跃。它让我们看到了实现星际任务的可能性，让我们期待着未来更远的探索之旅。
8. 麻雀（SPARROW）：蒸汽驱动的海洋探索先锋
这是一项关于推进跳跃机器人在寒冷且崎岖的海洋世界中的全新探索研究。借助跳跃模式，机器人可以快速穿越长距离，使得单一任务能够在特定时间内覆盖多个地质单元。这一技术的运用，不仅使机器人在恶劣的辐射环境中得以生存，更突破了地形的限制。
为了实现这一目标，世界领先的机器人、推进、样本采集工程师以及来自喷气推进实验室、普渡大学和Honeybee Robotics的行星科学家们正在进行跨学科合作。他们共同致力于将这一概念转化为现实，引领我们进入一个全新的海洋探索时代。
9. 芭蕾舞（BALLET）：极端地形的气球舞者
你或许无法想象，气球也能在极端地形中展现出优美的舞姿。这就是我们的新概念——“芭蕾舞”。这是一个由气球支撑的平台，配备了六个悬挂模块，每个模块都装载了一个有效载荷，并作为移动的“脚”。这些“脚”通过三根缆绳悬挂在气球上，以确保它们在地面上的精确位置。
在行动中，只有一个有效载荷会被升起，移至地面上的新位置，而其他“脚”则固定气球的位置。气球的浮力只需每次提升一英尺，然后“脚”会按照顺序在地表移动。这个平台的稳定性极高，因为其重心大多位于地面。气球上的摄像头可以实时拍摄图像，用于绘制地图、定位“脚”的位置以及导航。通过这个创新概念，我们或许能在最极端的地形中找到新的探索方式。未来外星表面的生长结构：NASA的新设想
美国宇航局正在设想一种前沿技术，这种技术利用轻型纤维材料，构建出具有卓越机械性能的自我定位栖息地。这种栖息地构建材料不仅能在干燥、潮湿或寒冷的环境中立足，而且其独特之处在于能够作为一种自产复合材料，为居住者提供增强的辐射防护和蒸汽密封。它的自我复制特性意味着栖息地可以不断扩大，同时拥有自我修复的能力。
这种神奇的纤维材料是以真菌菌丝为基础的。我们已经进入商业化生产的菌丝材料，不仅是出色的绝缘体，还是高效的阻燃剂，并且在燃烧时不会产生有毒气体。其压缩强度超越了木材，弯曲度甚至比钢筋混凝土还要出色，绝缘性能更是一流。
菌丝的天然特性为我们提供了广阔的工程应用前景。由于菌丝能够分泌酶，我们可以通过生物工程技术让其分泌其他物质，如生物塑料或乳胶，从而形成生物合成物。这种菌丝的弹性和韧性远超过岩屑，可以作为独立材料使用，也可以与岩屑结合形成凝集或烧结的材料。
这种霉菌结构的建筑包膜能够在存在食物储备和水的情况下自行生长，显著降低建筑所需的能量。当人类到达后，甚至可以通过利用生产活动产生的有机废物来增加额外的结构。值得一提的是，富含黑色素的真菌具有吸收放射性物质的能力，这意味着菌丝可以提供有效的辐射保护。
在风化层中发现的铅以及其他阻挡辐射的物质，如水，都可以在菌丝中积累，为栖息者提供额外的防护。而在生命周期的末期，这种材料甚至可以作为农业肥料回归自然。通过加热菌丝和原料，可以加速其生长。当需要修补或增强结构时，只需添加水、热量和原料，就能唤醒休眠的真菌生长。
如果这一设想能够成功实现，NASA将拥有一种全新的、更便宜、更轻巧的材料，为长期的月球和火星任务提供强有力的支持。这种生长结构不仅开启了外星建造的新纪元，也预示着我们正逐步走向一个更加可持续、更加智能的太空探索时代。NIAC项目主管詹森·德勒斯（Jason Derleth）兴奋地表示：“2018年第一阶段的竞争可谓激烈至极，收到了超过230个提案，但最终只有25个幸运儿脱颖而出。我迫不及待地想要见证新的NIAC研究员为NASA带来的创新与突破！”
进入第二阶段的研究，则为获奖者提供了充裕的时间来完善他们的设计，并深入探索新技术实施的各个方面。今年的第二阶段投资组合涵盖了众多前沿概念，包括星际任务突破性推进结构、大型空间望远镜、海卫一的新型探测工具以及马赫效应推力器。NIAC二期项目的奖金高达50万美元，为期两年，让申请人有机会进一步开发第一阶段的概念，成功展示其初始的可行性和效益。
美国宇航局通过严格的同行评审过程，评估创新和技术可行性，从而选择这些项目。所有的项目都处于早期开发阶段，大部分项目需要长达10年或更久的概念成熟和技术开发阶段，才能最终应用到NASA的任务中。NIAC与全美国各地的远见卓识的科学家、工程师以及公民发明家紧密合作，共同助力美国保持在全球太空领域的领先地位。这一切的背后，是得到了美国宇航局下属的太空间技术任务局的资助，该部门致力于开发各种创新性的新技术和能力，以支持NASA的当前和未来任务。这不仅是对人才的投资，更是对未来的投资，是对探索未知的无限热忱的体现。