未来太空有哪些技术奇迹?NASA正部署16项未来太空技术:月球悬浮铁道、游泳机器人、SCATTER探索天王星等!

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早前,美国太空总署(NASA)成功将火星探测器“毅力号”送上火星。作为世界上航空航天科研机构的NASA也并没有因此停下脚步,目前其选择了16项未来太空技术概念准备进行深入研究,其中4个技术概念来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。而NASA选择的16项未来太空技术概念究竟有哪些呢?一起来看看吧!

1.月球柔性膜悬浮铁道(FLOAT)

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为了能够实现运输需求,如运输开采的风化表层作为资源消耗品(其中有水、液态氧、液态氢等)、运输月球基地周围的有效载荷来往返登陆区域或者其他前哨站。因此,在月球表面上建造FLOAT,使用其无动力磁性机械装置悬浮在三层柔性薄膜轨道之上;而这个石墨层薄膜能够让机械装置因为反磁性悬浮力而漂浮在轨道上方,柔性电路层产生电磁推力控制机械装置沿着铁轨运行。至于位于底部的太阳能薄膜,能够通过太阳光线的折射产生电能。

FLOAT整体并没有运动部件,都是悬浮在轨道上的,能够减少月球灰尘的磨损。不仅如此,FLOAT系统可在尘土飞扬、不宜居住的月球环境中自行运作,其轨道可以随时间推移卷起或者重新部署,来适应不断变化的月球基地任务要求。

2. 传感功能独立微型游泳机器人(SWIM)

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为了抵达地外海洋世界(如土卫二、木卫二和土卫六),美国宇航局喷气推进实验室建议研发 传感功能独立微型游泳机器人(SWIM),以便极大扩展机器人的业务能力,来增强探测可居住、拥有生物标志以及生命证据的可能性。

SWIM系统包括厘米等级、3D打印可游泳的微型机器人,并配备微电子系统(MEMS)传感器,能够独立部署这款游泳机器人,能扩大海洋采集范围,能力超过美国宇航局正在开发和完善的木卫二地下海洋(SESAME)机器人,从而增大了探测到地外海洋生命迹象的可能性。

3.被动扩展偶极子阵列月球探测仪(PEDALS)

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到目前为止,火星轨道设备MARSIS在所有轨道的探测雷达器中拥有最大天线(40米),可提供千米等级的穿透勘测和全球覆盖范围,但是因为信噪和分辨率低等问题,再加上表面反射模糊等原因,导致勘测数据失真度较高。

因此,被动扩展偶极子阵列月球探测仪(PEDALS)包含一系列离散偶极天线通过特殊组成和短偶极耦合以及通过频率和深度变换扩展更大的区域和有效提高分辨率。PEDALS用形状记忆材料被动展开4个系绳,而驱动PEDALS的关键任务就是对比地壳厚度从而理解地壳结构的深度以及测量表面风化层挥发物分布,探测地下空洞等。

4.太阳系驿马快信系统

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太阳系驿马快信系统是一个全球性、多光谱、高分辨率的行星探测系统,是通过卫星网络的定期访问来获取字节数据,然后传输回地球,进行近距离快速传输数据。通过利用周期轨道,太阳系驿马快信系统只需要最小的机载推动力,就能够运行几十年时间。

5.支持早期地外行星着陆及操作的风化层自适应修正系统

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风化层自适应修正系统(RAMs)是选择性加固和融合月球表面天然材料而设计的,主要集中在使用大量现有的成功技术,如烧结和地质聚合技术。

RAMs适合在早期着陆时支持部署工作,当然也可以用在月球和火星定居点建成后进行更为成熟的建设活动。RAMs提供额外的地下风化层稳定剂,可植入土壤深处,并被初始放热反应激活,从而形成一层连续的铝热剂熔合和地质聚合风化层,构建了一道屏障,提供了额外的承载能力。

6. 通过SCATTER探索天王星

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SCATTER研究飞船通过研究激光器发射器释放能量和远程操控小型探测航天器的能力,让飞船在前往天王星的任务中间歇性部署探测器。基于立方体卫星的勘测活动,可让给科学家通过单个探索任务来增强科学的测量,从而更好了解天王星。

7.电弧烧蚀开采的就地资源利用

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近年来越来越多太空探索正在扩展中,因此就地资源利用成为最关键的成分。因此,运行良好的采矿系统应当包括水源开采和收集,同时也应该尽可能多地采集其他当地材料。

这个电弧烧蚀表面材料会产生自由电离粒子,可按质量分类成物质群通过电磁场输送到相关的收集器。电离烧蚀弧、电磁传输、分类筛选以及收集模块都集中放置在一个可移动表面履带牵引装置中为人类太空探索活动提供多样化、高效率和广泛覆盖的原位资源利用。

值得一提的是,通过电弧烧蚀和电离风化岩颗粒,运输和采集更易于操控,大幅增加颗粒采集的速度,减少了非预期表面的冷凝损失。

8.部署千米等级的太空结构

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长期进行太空飞行会给人体带来许多不适,其中包括肌肉萎缩、固执疏松等等,当人体长期暴露在每分钟几次旋转的转速下,人体还会产生眩晕。因此,为了能够在 1-2RPM(每分钟转数)的转速下产生接近1g的人造重力环境,需要一种千米等级的太空结构。

卡内基梅隆大学利用机械超材料取得的最新进展,设计一种轻质量部署结构,其膨胀率达到150倍以上。该研究1 千米以上等级的可扩展结构将成为大型旋转太空站主干部分。适用于类似 “月球轨道空间站”的概念设计,1千米以上等级的可扩展结构将成为大型旋转太空站部分。

9.自主深井钻孔机器人

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为了对火星等地外星球进行深度钻探,行星企业公司提出的是一种自动钻井系统,所利用的是类似 “毅力号”的探测器作为钻机,并且将配备最少但适当的科学仪器以及采用冗余度高的钻井策略。这个钻井策略不依靠电缆,而是被称为 “钻井机器人(borebots)”的机器人自动在钻井上下移动,长度大约1米。

钻孔机器人在每次勘测中会钻探 150 毫米深,然后将冰芯分离出来,通过钻孔向上移动将其带到表面。当冰芯取出来后,探测器将对冰核进行原位分析并使用内部处理设备进行存放处理,要么被原地分析、要么就被保存以便日后检索。

10.适用太阳系目标拦截及样本采集的航天推进器(采用紧密、超功率高密度放射性电池)

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超安全核技术公司提议制造20 kWe等级、500 公斤的干质量放射性同位素电子推进器,由新型可充电原子电池(CAB)提供动力。采用这款航天推进器的的航天器飞行速度很快,可勘测太阳系外天体,并收集样本,10年之内返回地球。

11.轻量级太阳帆(APPLE)

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轻量级太阳帆是一种能在低质量、快速运行的太空平台上执行深太阳系任务的架构,整合了寿命长、峰值功率、可充电、模块化的电力系统和太阳帆推进系统,可适用完成最新太空探索任务。

这个轻量级太阳帆的飞行速度快,并能抵达太阳系远端,例如,只需要6个月时间就能抵达木星附近、1年时间抵达土星附近、4年时间就能抵达冥王星。

12.使用原位推进剂返回土卫六样本

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这个方案是获得NASA最高关注的,该方案 “就地取材”,使用土卫六表面物质制成挥发性推进剂将实现对行星科学、天体生物学和理解生命起源的巨大科学价值的回归。

13.洞穴机器人:在火星洞穴中执行移动操作任务的小型机器人

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这个任务目标是开发任务架构,包括远程爬行机器人、锚定位置的机器人等等,使用延伸吊杆进行移动操作,在行星洞穴复杂地形中探索采样,适用于执行火星探索任务。

这个洞穴机器人使用可伸缩吊杆作为操作臂,是高度可重构机械装置。该机器人设计汇集了美国斯坦福大学自主机器人、机器人操作、机械设计、仿生抓取和地质行星科学领域的跨学科学专家团队。

14.“远视天文台”:原地制造月球远端射电天文台

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这个“远视天文台”将分布在20×20 千米区域内大型偶极天线阵列,它将开启一扇观测窗口(低频射电),能够洞悉早期宇宙状况。由于地球会制造无线电噪音和电离层干扰,因此在地球表面建造一个低频射电天文台不太现实,而且“远视天文台”利用原地制造技术、采用地球上进行的系统升级,与地球发射的完整天线阵任务相比,成本更低、使用寿命也更长。

15.通过小行星播种真菌来为太空栖息地创造土壤

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这个太空栖息地设计是旋转的圆柱体,最多可容纳8000人,用于小行星采矿、空间制造和研究等目的。这个太空栖息地是为了让食物充足、同时具备绿色空间,既能支持宇航员的心理健康,又能作为生命支持系统的一部分。

跨越宇航公司建议使用富含碳的小行星物质制造土壤,利用真菌物理分解物质,以便有效降解有毒物质。他们将会利用真菌小行星物质转化为土壤,促进土壤的形成。例如:平菇已被证明可以通过消化石油中的碳氢化合物,成功地清理被石油污染的土壤,菌丝可以穿透很远的距离进入裂缝中,并施加压力,从物理上破坏岩石,有些甚至生长在岩石内部。当然,早前也有证据表明真菌在地球早期土壤形成过程中发挥着关键作用。

16.光线反射镜

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光线反射镜是一个在月球表面发电和分配能量的新概念,利用卡塞格伦光学望远镜作为主要手段来捕捉、集中和聚焦太阳光线;使用菲涅尔透镜校准光线,并在1公里或者更远的距离向多个终端用户分布。此外,这个装置能够安装在太空栖息地,将太阳能转换为电能。

以上这16个是NASA选择并且准备部署中的未来太空技术概念,不知道NASA几时会将这些太空技术运用在太空上呢?

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