從《星際迷航》（Star Trek）中的便攜式醫(yī)療掃描儀到《蒼穹浩瀚》（The Expanse）中的外星農(nóng)場(chǎng)，科幻小說(shuō)經(jīng)常為 NASA 和其他太空機(jī)構(gòu)的未來(lái)研究提供靈感。美國(guó)宇航局（NASA）正通過(guò)其創(chuàng)新先進(jìn)概念（NIAC）項(xiàng)目招募研究人員探討類似的科幻想法，其中有些很可能在未來(lái) 20 年成為現(xiàn)實(shí)。
十年前，在火星上操作直升機(jī)飛行或部署月球車?yán)L制月球冰圖似乎都是遙不可及的夢(mèng)想，但火星直升機(jī)今年早些時(shí)候就已經(jīng)升空，而月球車也在計(jì)劃階段?，F(xiàn)在，NIAC 項(xiàng)目的會(huì)議組織者已經(jīng)征集了更多探索性項(xiàng)目提案，其中有些最終可能會(huì)得到 NASA 的資助。
NIAC 項(xiàng)目主管杰森?德萊斯（Jason Derleth）說(shuō)：“我們投資的是長(zhǎng)期的、看似遙不可及的技術(shù)，其中大多數(shù)可能不會(huì)奏效。但如果它們?nèi)〉贸晒Γ磺卸伎赡転橹淖?。這是高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的投資組合，與風(fēng)險(xiǎn)投資沒(méi)什么區(qū)別?！?/p>
德萊斯還稱，這個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)不是漸進(jìn)式開發(fā)，而是尋求改變游戲規(guī)則的技術(shù)，這些技術(shù)比目前最先進(jìn)的技術(shù)還要好上十倍。他將其比作美國(guó)國(guó)防部下屬研發(fā)機(jī)構(gòu) DARPA，后者也探索極具投機(jī)性的概念，但卻幫助開發(fā)了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)以及其他創(chuàng)新。
到目前為止，今年會(huì)議討論的提案，比如發(fā)射可折疊空間站或宇航員棲息地的新方法，或者從其他世界提取資源，都圍繞著這樣理念進(jìn)行，即為了支持漫長(zhǎng)的太空旅行，必須充分利用每次火箭發(fā)射。
未來(lái)的太空游客將需要更多資源來(lái)維持生存，需要保護(hù)性設(shè)施，需要燃料來(lái)支持更遠(yuǎn)的旅行或回家。得克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校航空工程師阿米莉亞?格雷格 (Amelia Greig) 說(shuō)：“這給我們留下了兩個(gè)選擇：第一，把所有東西都帶上，就像你要去沙漠徒步旅行一樣；第二，尋找新的、有創(chuàng)意的方法來(lái)利用現(xiàn)有的一切。”
一次開采多種月球資源
為了幫助創(chuàng)造性地重新利用月球資源，格雷格和她的同事們提出了一種名為“燒蝕弧采礦”技術(shù)，這種技術(shù)可以吸收水冰以及可以用作建筑材料的各種金屬。她在演講中說(shuō)：“這就像是用可控的閃電來(lái)開采月球資源。”
在格雷格的構(gòu)想中，她描述了面包車大小的月球爬行器，并以《星球大戰(zhàn)》（Star Wars）中的沙地履帶車命名。這種爬行器會(huì)自己選擇地點(diǎn)，然后部署環(huán)形裝置，前端與地面平行。電弧會(huì)劃過(guò)直徑可達(dá)一米的圓環(huán)，將月球表面的顆粒撕裂。這些粒子帶電后，可以根據(jù)機(jī)器的電磁場(chǎng)進(jìn)行移動(dòng)和分類。通過(guò)這種方法，單臺(tái)設(shè)備就可以在一個(gè)容器中裝滿水，另一個(gè)容器中裝滿附著在其他元素上的氧氣，在其他容器中裝入硅、鋁或其他金屬顆粒，而不是只局限于開采一種資源。
▲ 將來(lái)可能部署在月球南極附近隕石坑中的燒蝕弧采礦系統(tǒng)渲染圖
但是，就像所有早期的概念一樣，“燒蝕弧采礦”技術(shù)也面臨著必須克服的實(shí)際挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，月塵可能會(huì)卡在爬行器內(nèi)進(jìn)而造成問(wèn)題，為此機(jī)器必須防塵。為了尋找水冰，爬行器還必須移動(dòng)到缺乏光照的隕石坑中，那里含有質(zhì)量約為 6% 的水，但極其寒冷和黑暗。
為此，爬行器的電子設(shè)備必須設(shè)計(jì)成能在那些崎嶇的條件下工作，并使用非太陽(yáng)能電源。此外，宇航員可能很難監(jiān)督它們，盡管他們可以在隕石坑邊緣監(jiān)視采礦過(guò)程。NASA 估計(jì)，月球上的永久居民點(diǎn)每年需要大約 1 萬(wàn)公斤的水，這將需要至少 20 輛爬行器四處游蕩，逐漸收集這些補(bǔ)給，除非這項(xiàng)技術(shù)有其他補(bǔ)充。目前，格雷格希望在幾年內(nèi)能測(cè)試更小的爬行器演示版本。
▲ 月球表面“燒蝕弧采礦”過(guò)程渲染圖
太空采礦項(xiàng)目也引發(fā)了倫理問(wèn)題。例如，科學(xué)家和其他人擔(dān)心，在月球上采礦可能會(huì)永久改變?cè)虑蛟谝箍罩械耐庥^。但格雷格指出，“燒蝕弧采礦”技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響看起來(lái)不會(huì)像地球上那樣大。而且礦區(qū)可能會(huì)分散開來(lái)，或使某些隕石坑更深些。至于可持續(xù)性發(fā)展問(wèn)題，她說(shuō)：“有足夠的水供人類居住數(shù)百年?！?/p>
可擴(kuò)展 150 倍的折疊空間站
作為月球旅游和深空探險(xiǎn)的潛在發(fā)射點(diǎn)，NASA 提議建立繞月球運(yùn)行的空間站，名為 Lunar Gateway。但卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人專家扎卡里?曼徹斯特（Zachary Manchester）認(rèn)為，火箭的尺寸畢竟有限，幾乎沒(méi)有為月球空間站發(fā)射大型結(jié)構(gòu)的可能。如果你想要發(fā)射比火箭整流罩更大的東西，最多只能有幾米長(zhǎng)，必須用多枚火箭發(fā)射，并在軌道上組裝，比如國(guó)際空間站。或者它必須以某種方式被壓縮，然后以某種方式向外擴(kuò)展。
在最新會(huì)議上，曼徹斯特和華盛頓大學(xué)機(jī)械工程師杰弗里?利普頓 (Jeffrey Lipton) 提出了適合被塞入狹小空間發(fā)射的空間站。到達(dá)太空后，它會(huì)自動(dòng)展開，就像折紙那樣，變成一個(gè)全尺寸的太空建筑，大約比折疊時(shí)的尺寸大 150 倍。初步設(shè)計(jì)包括由鈦、鋁或其他金屬制成的多接頭結(jié)構(gòu)。
由于未來(lái)的宇航員可能會(huì)在空間站上停留很長(zhǎng)時(shí)間，它將需要旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生人造重力，以避免長(zhǎng)期處于零重力狀態(tài)對(duì)健康的有害影響。但人類對(duì)旋轉(zhuǎn)很敏感，沒(méi)有人總想待在旋轉(zhuǎn)木馬上。曼徹斯特說(shuō)：“如果你試圖建造一個(gè)旋轉(zhuǎn)的太空棲息地，唯一不會(huì)讓人感到眩暈的方法就是以每分鐘兩圈的速度旋轉(zhuǎn)?！?/p>
▲ 美國(guó)宇航局月球軌道空間站的藝術(shù)渲染圖
曼徹斯特認(rèn)為，要產(chǎn)生類似地球的重力，這樣的空間站直徑需要達(dá)到 1000 米。然而，將如此巨大的建筑塞進(jìn)狹小的空間中，直到它被部署起來(lái)，這將是個(gè)重大的工程挑戰(zhàn)。此外，為了使他們的想法成為現(xiàn)實(shí)，曼徹斯特和利普頓最終需要弄清楚如何使折疊空間站在展開過(guò)程不被纏住，盡管該結(jié)構(gòu)有數(shù)千個(gè)接頭。
利用真菌構(gòu)建太空棲息地
就像為長(zhǎng)途公路旅行打包那樣，NASA 在將月球或火星結(jié)構(gòu)所需的一切都安裝到火箭上時(shí)，也將面臨類似的挑戰(zhàn)。為了減輕負(fù)擔(dān)，有些科學(xué)家建議使用火星巖石作為 3D 打印結(jié)構(gòu)部件的材料。但 NASA 下屬艾姆斯研究中心的天體生物學(xué)家林恩?羅斯柴爾德 (Lynn Rothschild) 有完全不同的想法，她希望用蘑菇制造這樣的設(shè)施，或者她所說(shuō)的“真菌結(jié)構(gòu)”。她說(shuō)：“不起眼的蘑菇可以提供令人難以置信的建筑材料。它完全是天然的，是終極的綠色建筑?！?/p>
雖然真菌可以用來(lái)培植材料，以制造宇航員可以用來(lái)建造的真正磚塊和砂漿，但最好的太空棲息地在他們到達(dá)之前就會(huì)組裝好。羅斯柴爾德的團(tuán)隊(duì)建議是發(fā)射著陸器，該著陸器將包括塑料支架和真菌菌絲體，即構(gòu)成真菌根部結(jié)構(gòu)的白色細(xì)絲。
支架將是由方形空心塑料單元組成的格子，層層縫合，形成最終設(shè)施的形狀。在火星上，它可能會(huì)膨脹到車庫(kù)大小。利用水和氧氣（至少部分可能來(lái)自火星），真菌會(huì)沿著這些縫合線生長(zhǎng)，并填滿格子，最終將帳篷狀的結(jié)構(gòu)變成成熟的太空建筑。
羅斯柴爾德認(rèn)為，有些暗色真菌甚至可以幫助增強(qiáng)抵御太空輻射的能力。她說(shuō)：“它們看起來(lái)有點(diǎn)兒惡心，但這種黑色色素往往能保護(hù)真菌和棲息地里的人免受輻射的傷害?！彼Ｍ谖磥?lái)幾年內(nèi)向國(guó)際空間站發(fā)送演示原型。
與月球不同，火星可能曾經(jīng)適合生命生存。因此，羅斯柴爾德正在設(shè)計(jì)支架，以防止任何可能危及火星生命和環(huán)境的真菌逃到外面。NASA 最不希望的就是，在尋找其他星球生命時(shí)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)了來(lái)自地球上的東西。在羅斯柴爾德的設(shè)計(jì)中，真菌基本上處于“雙層袋裝”狀態(tài)，即在塑料格子里多加了防護(hù)層，以確保它們都留在里面。
為了解決這些問(wèn)題，太空機(jī)構(gòu)請(qǐng)來(lái)了行星保護(hù)專家，比如 NASA 下屬噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室生物技術(shù)和行星保護(hù)小組主管穆格加?庫(kù)珀 (Moogega Cooper），他在 NIAC 會(huì)議上發(fā)言稱：“在任何你可能與液態(tài)水互動(dòng)的地方，你的探索肯定會(huì)引起我們的注意。畢竟哪里有水，哪里就可能有生命。”美國(guó)是《外層空間條約》的最初簽署國(guó)之一，該條約要求每個(gè)想要向外星世界發(fā)射任務(wù)的太空機(jī)構(gòu)或公司，都必須確保航天器和飛船上的所有設(shè)備經(jīng)過(guò)消毒。
雖然 NIAC 項(xiàng)目每年的預(yù)算只有 850 萬(wàn)美元，但它支持了許多探索性項(xiàng)目。在本次會(huì)議上提出的某些想法可能會(huì)進(jìn)入下一階段，或者可能會(huì)被其他機(jī)構(gòu)或私營(yíng)公司采納，比如早先的一項(xiàng)提議，即用激光將智能手機(jī)大小的航天器推向另一個(gè)恒星系統(tǒng)，這激發(fā)了私營(yíng)企業(yè) Breakthrough Starshot 的靈感。庫(kù)珀說(shuō)：“所有這些概念都在推動(dòng)我們的理解，它們真的能讓我們把科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景變成現(xiàn)實(shí)?！?/p>
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