據外媒報道，從《星際迷航》(Star Trek)中的便攜式醫療掃描儀到《蒼穹浩瀚》(The Expanse)中的外星農場(chǎng)，科幻小說(shuō)經(jīng)常為 NASA 和其他太空機構的未來(lái)研究提供靈感。美國宇航局(NASA)正通過(guò)其創(chuàng )新先進(jìn)概念(NIAC)項目招募研究人員探討類(lèi)似的科幻想法，其中有些很可能在未來(lái) 20 年成為現實(shí)。

　　十年前，在火星上操作直升機飛行或部署月球車(chē)繪制月球冰圖似乎都是遙不可及的夢(mèng)想，但火星直升機今年早些時(shí)候就已經(jīng)升空，而月球車(chē)也在計劃階段?，F在，NIAC 項目的會(huì )議組織者已經(jīng)征集了更多探索性項目提案，其中有些最終可能會(huì )得到 NASA 的資助。

　　NIAC 項目主管杰森·德萊斯(Jason Derleth)說(shuō)：“我們投資的是長(cháng)期的、看似遙不可及的技術(shù)，其中大多數可能不會(huì )奏效。但如果它們取得成功，一切都可能為之改變。這是高風(fēng)險、高回報的投資組合，與風(fēng)險投資沒(méi)什么區別。”

　　德萊斯還稱(chēng)，這個(gè)項目的重點(diǎn)不是漸進(jìn)式開(kāi)發(fā)，而是尋求改變游戲規則的技術(shù)，這些技術(shù)比目前最先進(jìn)的技術(shù)還要好上十倍。他將其比作美國國防部下屬研發(fā)機構 DARPA，后者也探索極具投機性的概念，但卻幫助開(kāi)發(fā)了現代互聯(lián)網(wǎng)先驅以及其他創(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(zhù)這樣理念進(jìn)行，即為了支持漫長(cháng)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，需要保護性設施，需要燃料來(lái)支持更遠的旅行或回家。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)利用現有的一切。”

　　一次開(kāi)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(kāi)采月球資源。”

　　在格雷格的構想中，她描述了面包車(chē)大小的月球爬行器，并以《星球大戰》(Star Wars)中的沙地履帶車(chē)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，可以根據機器的電磁場(chǎng)進(jìn)行移動(dòng)和分類(lèi)。通過(guò)這種方法，單臺設備就可以在一個(gè)容器中裝滿(mǎn)水，另一個(gè)容器中裝滿(mǎn)附著(zhù)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(kāi)采一種資源。

　　圖2：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(zhù)必須克服的實(shí)際挑戰。舉例來(lái)說(shuō)，月塵可能會(huì )卡在爬行器內進(jìn)而造成問(wèn)題，為此機器必須防塵。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，爬行器的電子設備必須設計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，宇航員可能很難監督它們，盡管他們可以在隕石坑邊緣監視采礦過(guò)程。NASA 估計，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，逐漸收集這些補給，除非這項技術(shù)有其他補充。目前，格雷格希望在幾年內能測試更小的爬行器演示版本。

　　圖3：月球表面“燒蝕弧采礦”過(guò)程渲染圖

　　太空采礦項目也引發(fā)了倫理問(wèn)題。例如，科學(xué)家和其他人擔心，在月球上采礦可能會(huì )永久改變月球在夜空中的外觀(guān)。但格雷格指出，“燒蝕弧采礦”技術(shù)對環(huán)境的影響看起來(lái)不會(huì )像地球上那樣大。而且礦區可能會(huì )分散開(kāi)來(lái)，或使某些隕石坑更深些。至于可持續性發(fā)展問(wèn)題，她說(shuō)：“有足夠的水供人類(lèi)居住數百年。”

　　可擴展 150 倍的折疊空間站

　　作為月球旅游和深空探險的潛在發(fā)射點(diǎn)，NASA 提議建立繞月球運行的空間站，名為 Lunar Gateway。但卡內基梅隆大學(xué)的機器人專(zhuān)家扎卡里·曼徹斯特(Zachary Manchester)認為，火箭的尺寸畢竟有限，幾乎沒(méi)有為月球空間站發(fā)射大型結構的可能。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(cháng)，必須用多枚火箭發(fā)射，并在軌道上組裝，比如國際空間站?；蛘咚仨氁阅撤N方式被壓縮，然后以某種方式向外擴展。

　　在最新會(huì )議上，曼徹斯特和華盛頓大學(xué)機械工程師杰弗里·利普頓(Jeffrey Lipton)提出了適合被塞入狹小空間發(fā)射的空間站。到達太空后，它會(huì )自動(dòng)展開(kāi)，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。初步設計包括由鈦、鋁或其他金屬制成的多接頭結構。

　　由于未來(lái)的宇航員可能會(huì )在空間站上停留很長(cháng)時(shí)間，它將需要旋轉來(lái)產(chǎn)生人造重力，以避免長(cháng)期處于零重力狀態(tài)對健康的有害影響。但人類(lèi)對旋轉很敏感，沒(méi)有人總想待在旋轉木馬上。曼徹斯特說(shuō)：“如果你試圖建造一個(gè)旋轉的太空棲息地，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。”

　　圖4：美國宇航局月球軌道空間站的藝術(shù)渲染圖

　　曼徹斯特認為，要產(chǎn)生類(lèi)似地球的重力，這樣的空間站直徑需要達到 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。此外，為了使他們的想法成為現實(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(kāi)過(guò)程不被纏住，盡管該結構有數千個(gè)接頭。

　　利用真菌構建太空棲息地

　　就像為長(cháng)途公路旅行打包那樣，NASA 在將月球或火星結構所需的一切都安裝到火箭上時(shí)，也將面臨類(lèi)似的挑戰。為了減輕負擔，有些科學(xué)家建議使用火星巖石作為 3D 打印結構部件的材料。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施，或者她所說(shuō)的“真菌結構”。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。”

　　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之前就會(huì )組裝好。羅斯柴爾德的團隊建議是發(fā)射著(zhù)陸器，該著(zhù)陸器將包括塑料支架和真菌菌絲體，即構成真菌根部結構的白色細絲。

　　支架將是由方形空心塑料單元組成的格子，層層縫合，形成最終設施的形狀。在火星上，它可能會(huì )膨脹到車(chē)庫大小。利用水和氧氣(至少部分可能來(lái)自火星)，真菌會(huì )沿著(zhù)這些縫合線(xiàn)生長(cháng)，并填滿(mǎn)格子，最終將帳篷狀的結構變成成熟的太空建筑。

　　羅斯柴爾德認為，有些暗色真菌甚至可以幫助增強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真菌和棲息地里的人免受輻射的傷害。”她希望在未來(lái)幾年內向國際空間站發(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，羅斯柴爾德正在設計支架，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)，結果卻發(fā)現了來(lái)自地球上的東西。在羅斯柴爾德的設計中，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層，以確保它們都留在里面。

　　為了解決這些問(wèn)題，太空機構請來(lái)了行星保護專(zhuān)家，比如 NASA 下屬?lài)姎馔七M(jìn)實(shí)驗室生物技術(shù)和行星保護小組主管穆格加·庫珀(Moogega Cooper)，他在 NIAC 會(huì )議上發(fā)言稱(chēng)：“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。”美國是《外層空間條約》的最初簽署國之一，該條約要求每個(gè)想要向外星世界發(fā)射任務(wù)的太空機構或公司，都必須確保航天器和飛船上的所有設備經(jīng)過(guò)消毒。

　　雖然 NIAC 項目每年的預算只有 850 萬(wàn)美元，但它支持了許多探索性項目。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 )被其他機構或私營(yíng)公司采納，比如早先的一項提議，即用激光將智能手機大小的航天器推向另一個(gè)恒星系統，這激發(fā)了私營(yíng)企業(yè) Breakthrough Starshot 的靈感。庫珀說(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)景變成現實(shí)。”
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