资助未来技术：NASA选出13项2024创新概念研究

这张由多个元素拼贴而成的插图展示了2024年NASA创新先进概念计划第一阶段获奖者提出的新颖概念。

图片来源：顺时针方向，从右上角开始依次来源于史蒂文·本纳、张蓓嘉（音）、马修·麦奎恩、阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃、托马斯·M·尤班克斯、肯尼思·卡朋特、詹姆斯·比克福德、阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃、彼得·卡鲍伊、杰弗里·兰迪斯、林恩·罗斯柴尔德和查格成（音）。NASA

美国航空航天局（NASA）为NASA创新先进概念（NASA Innovative Advanced Concepts，NIAC）计划选出了2024年第一阶段获奖者，这些可以改变未来NASA任务、为所有人类利益而创新的想法，将获得NASA相应金额的资助。这一批共包含13个获奖概念，均来自美国各地的公司和机构。

NASA创新先进概念计划通过资助早期技术概念研究，促进开拓性的想法，供未来所需和潜在的商业化。综合奖励最高可达17.5万美元（约合人民币125.2万元），用于评估可实现未来太空任务的技术。

“NASA为造福人类而执行的大胆任务都始于一个想法，而NASA创新先进概念计划正是其中许多想法的灵感来源。”NASA副局长吉姆·弗里（Jim Free）说，“在火星上飞行的‘机智’号（Ingenuity）直升机和火星立方星一号（MarCO）深空立方星上的仪器实际上都可以追溯到NASA创新先进概念计划，这证明了从创意到任务成功是有一条路径的。而且，虽然并非所有这些概念都能变成现实的飞行任务，但NASA和我们在全球的合作伙伴可以从新的方法中不断学习，最终也可能将NASA创新先进概念计划的先进技术投入实际应用。”

今年选出的研究将探索从金星表面返回样本、火星上的固定翼飞行、穿越星际空间的探测器群等等。所有NASA创新先进概念计划的研究都处于概念开发的早期阶段，不被视为NASA的正式任务。

美国佛罗里达州Coflow Jet公司的查格成（音，Ge-Cheng Zha）提议在火星上飞行第一架固定翼电动垂直起飞和着陆飞行器。这架绰号为“麦琪”（全称“火星空中和地面全球性智能探测器”，Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer，MAGGIE）的飞行器可以扩展人类在火星上进行探索和科学研究的能力。“麦琪”将能够执行火星上首个全球规模的大气任务，并彻底改变我们探索几乎整个火星表面的能力。这将是第一个能够持续探索火星这一区域的概念性研究，并将为NASA探索火星提供巨大的能力飞跃。

佛罗里达州Space Initiatives公司的托马斯·M·尤班克斯（Thomas M. Eubanks）认为，本世纪将有一群微型探测器前往[半人马]比邻星（Proxima Centauri），利用新型激光帆船（sailcraft）和激光通信技术，发回距离太阳最近的星际邻居的相关数据。这项研究提议使用成千上万的微型探测器组成的自主群体，通过激光推进执行对比邻星b（Proxima Centauri b）的星际探测任务。这些探测器将以几克的质量和毫瓦级的耗电，在没有地球直接控制的情况下，通过内部协调和低功率光链路形成一个网状通信网络。整个群体将共同产生强大的光学信号，并返回到地球。

位于克利夫兰的NASA格伦研究中心（Glenn Research Center）的杰夫·兰迪斯（Geoff Landis）提出了一种航天器，利用高温技术和太阳能飞行器的创新，它不仅可以在金星的恶劣环境中生存，还能从金星表面将样本返回地球。金星表面温度为450°C，气压为92个地球大气压，是太阳系中最恶劣的探索环境。这项研究将开创一种从金星表面返回样本的新方法，结合一种创新的一氧化碳火箭技术，用于从金星大气中制备推进剂。

“今年的第一阶段项目具有极高的多样性，从观测地球大气层的量子传感器到与下一颗恒星进行通信的高度协调探测器群，这证明了NASA创新先进概念计划达到了真正的创新目标。”华盛顿NASA总部的NASA创新先进概念计划执行官迈克·拉普安特（Mike LaPointe）表示，“NASA创新先进概念计划奖项突显了NASA致力于继续突破可能界限的承诺。”

这些研究人员将利用他们的NASA创新先进概念计划经费，对自己提出的概念的基本前提进行研究，制定必要的技术开发路线，确定可能会遇到的挑战，并寻找机会将这些概念付诸实践。

除上述研究外，获得2024年NASA创新先进概念计划第一阶段奖金资助的其他入选研究包括：

美国应用分子进化研究基金会（Foundation for Applied Molecular Evolution）的史蒂文·本纳（Steven Benner）：火星上大规模水开采作业的附加项目，用于筛选外来生命和外星生命。该项目的主要目的是通过增加一种名为“发现不可知生命”（agnostic life finding，ALF）系统的设备，在为人类抵达火星的准备过程中，提取火星水样本中的遗传聚合物，尤其是DNA，来寻找生命的存在。“发现不可知生命”系统将利用合成生物学的知识，可在低成本和低负担的情况下实施。“发现不可知生命”系统的应用范围不仅限于火星，还可用于其他太阳系天体，如木卫二（Europa）、土卫二（Enceladus）、月球等，用于搜索和分析生命的存在，不论这些生命是本土的、外来的、类似地球生命的还是完全外星的。

美国查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室（Charles Stark Draper Laboratory）的詹姆斯·比克福德（James Bickford）： 薄膜同位素核动力火箭（Thin Film Isotope Nuclear Engine Rocket，TFINER）。这项技术的核心是使用放射性同位素（如钍-228）薄膜，直接利用衰变产物的动量产生推力。这种设计通过级联同位素衰变链和多阶段材料组合，能显著提高性能和推力，同时提供了更长的任务寿命和更高的速度（超过150千米/秒）。该技术不仅适用于星际物体的搜索和样本返回任务，也适用于深空探索和太阳引力焦点望远镜的重定向。

美国城市实验室（City Labs）公司的彼得·卡鲍伊（Peter Cabauy）：自主氚微动力传感器。这项研究提出利用氚贝塔辐射伏特效应电池（Betavoltaic Battery，又称射线电池）技术开发核微动力探测器（nuclear-micropowered probes，NMPs），以进行在月球南极极端寒冷和黑暗区域的原地分析。这些厘米级的自主传感器能够在传统电池失效的恶劣的严寒环境中工作，旨在绘制和探索月球表面，特别是在富含水资源但缺乏太阳能的永久阴影区域。

NASA戈达德航天中心（Goddard Space Flight Center）的肯尼思·卡朋特（Kenneth Carpenter）：月球长基线光学成像干涉仪：阿尔忒弥斯支持的恒星成像仪（Artemis-enabled Stellar Imager，AeSI）。该技术可以解析恒星表面、研究围绕新生恒星和黑洞的吸积盘，甚至探测最近的系外行星表面特征和天气模式。通过逐步升级技术，从短基线和小望远镜开始，逐渐增加基线长度和设备规模，该设施将为月球表面和太空中更大型阵列的发展打下基础，涵盖多种波长和科学主题。

美国华盛顿大学（University of Washington）的马修·麦奎恩（Matthew McQuinn）：太阳系尺度的甚长基线干涉测量（Very-long-baseline interferometry，VLBI），以大幅改进宇宙学距离测量。这项研究旨在通过在太阳系的各个方向设置卫星，利用快速无线电爆发的到达时间来测量宇宙距离，从而将现有的宇宙距离测量显著提高好几个数量级以上。目前，两种最受认可的技术推测的宇宙距离存在10%的差异，尽管这两种方法都声称只有1%~2%的误差。这个概念基于全球导航卫星系统和甚长基线干涉测量技术取得的成功。

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的阿斯瓦斯·帕塔比·拉曼（Aaswath Pattabhi Raman）：电致发光冷却（ELC）零沸腾（Zero-boil-off，ZBO）推进剂储存库，助力火星载人探索。这项研究计划在近地轨道（LEO）严峻且多变的环境中，利用电致发光冷却技术储存液态氢（LH2）而不发生沸腾。电致发光冷却以非平衡热辐射的形式从低温固体表面向周围环境释放热量，其功率密度远大于平衡热辐射下普朗克定律所允许的辐射功率密度。这种储存库将大幅降低载人火星任务及其他深空探索的推进系统成本和复杂性，因为它允许航天器在达到轨道后再加注推进剂，而不是使用更大的火箭一次性发射航天器。

美国佐治亚理工学院研究公司（Georgia Tech Research Corporation）的阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃（Alvaro Romeo-Calvo）：用于火星转移中氢气和氧气生产的磁流体动力驱动装置。这项研究提出了一种高效的水分解体系结构，用于长期太空旅行和火星转移中的氧气和氢气生产。这种新方法采用了磁流体动力电解池，能够在微重力环境中无需移动部件即可提取和分离氧气和氢气，从而避免了强制水循环回路及其相关辅助设备（如泵或离心机）的需要。

NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的林恩·罗斯柴尔德（Lynn Rothschild）：火星解毒：消除火星无处不在的高氯酸盐的生物催化技术。这项技术利用合成生物学，通过将关键基因PcrAB和cld（这些基因能催化高氯酸盐还原为氯化物和氧气）整合到适用于太空飞行的枯草芽孢杆菌168（Bacillus subtilis 168）中，以可持续和可扩展的方式来彻底消除高氯酸盐。这项技术的开发不仅有助于火星任务中水的净化，也可以作为地球上高氯酸盐污染的更有效解决方案，

美国动物群生物公司（Fauna Bio Inc.）的瑞安·斯普伦格（Ryan Sprenger）：星际空间旅行的革命性方法：研究动物的蛰伏状态以改善人类的太空健康（STASH）。这项研究计划在国际空间站（ISS）建立一个微重力环境下的冬眠实验室，研究动物在这种环境下的冬眠行为。冬眠的主要特点是一种称为“蛰伏”（torpor）的节能状态，这种状态可能有助于保护肌肉和骨骼，抵御辐射伤害。STASH的短期目标是探索微重力环境下冬眠的基础科学，中期目标是开发模仿冬眠的生物活性分子和评估人类蛰伏的方法，长期目标是将人类蛰伏应用于载人火星任务中，作为减轻太空旅行健康风险的对策。

美国麻省理工学院（MIT）林肯实验室（Lincoln Lab）的张蓓嘉（音，Beijia Zhang）：LIFA：用于小型卫星兼容辐射测量的轻型光纤天线。这种创新的光纤天线技术将用于L波段辐射测量，旨在生成高分辨率的土壤湿度和海面盐度数据。传统的大型太空射电天线制造和部署成本高昂，尤其在需要一系列天线的情况下，如为提供地球和太空高空间分辨率的相关干涉仪所需的情况。LIFA计划利用林肯实验室研究的新型光纤天线技术，通过嵌入聚合物纤维中的金属结构和其他导电元素，实现轻量化、柔软可卷曲的光纤，便于运输和部署。

NASA空间技术任务理事会（Space Technology Mission Directorate）为NASA创新先进概念计划提供资金，空间技术任务理事会负责开发NASA新的跨领域技术和能力，以实现其当前和未来的任务。

有关NASA创新先进概念计划的更多信息，请访问：

https://www.nasa.gov/niac

参考来源：

Funding Future Tech: NASA Names 2024 Innovative Concept Studies