為了把人送上火星 NASA正在研發這40項新技術

將宇航員送上火星顯然絕非易事。為了讓載人飛船在火星表面安全著陸，美國宇航局（NASA）需要發明許多還不存在的東西。我們不是在談論三五個小玩意，NASA正在研究40項驚人的新技術，以滿足2033年將人類送上火星的最終期限，而且要支持這些人至少在火星上生存幾個月。

托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）的確獲得過數千項專利，但是這個人並沒有試圖將人類安全地送到5440萬公里以外的另一個世界的表面，而且此前還需要忍受長時間寒冷、永恆的真空環境。這40種技術中，每個都比電燈泡複雜得多。NASA負責主管太空技術任務局的副局長史蒂芬·

尤爾奇克（Stephen Jurczyk）需要確保NASA的工程師繼續完成任務，並且要讓這些技術按時投入應用。他似乎對火星之旅很樂觀，但稱該機構向前邁進時需要保持靈活性。尤爾奇克表示：「這是個巨大的挑戰，但我們絕對可以實現目標。」以下就是截至2017年春NASA正在研發的火星相關任務技術：

圖2：按照字母順序依次為衛星推進劑輸送、先進機器人與檢查系統、先進運載火箭系統、先進結構與材料、強化地面處理和操作、組裝和聚合、先進系統開發與測試、長期推進劑儲存與輸送

1.衛星推進劑輸送：這涉及到在軌道空間為太空船自動添加燃料技術，太空船無需在地面上加滿太空旅行所需要的全部燃料，因為攜帶這些燃料進入外太空將會消耗更多能源。

2.先進機器人與檢查系統：這種自主技術可以更有效、更精確地工作。

3.先進運載火箭系統：實際上，這就是太空發射系統（Space Launch System），也就是世界上最強大的火箭。

圖3：NASA下一代太空發射系統高度接近111米，將提供115噸的升力，上部結構擁有強大的勘探功能

4.先進結構與材料：製造類似太空發射系統等重型火箭部分使用輕質材料，但它們仍然足夠堅固，能夠將有效載荷帶到大氣層之外。其中有些材料甚至還沒有被發明出來，但如果NASA和世界其他國家真的想前往火星，這些材料是不必可少的。

5.強化地面處理和操作：這些工具和儀器可幫助任務控制團隊在地面上執行任務。

6.組裝和聚合：令人感到興奮的是，像3D列印這樣的製造技術可能會給航天工業帶來革命性的變革，使在軌操作的成本更低。

7.先進系統開發與測試：這是個包羅萬象的短語，基本上指的是「更好的技術」。

8.長期推進劑儲存與輸送：當我們談到推進劑輸送時，我們不僅僅是在談論數量極小的輸送。我們需要共同努力建立切實可行的加油站，能為各種航天器提供在軌服務。基本上，可以稱它為太空加油站。

圖4：按照字母順序依次為高功率核動力推進器、先進的熱管理系統、近零蒸發低溫系統、高級液氧/甲烷引擎、先進太陽帆、高推力存儲引擎、先進引擎材料與製造技術、先進推進劑

9.高功率核動力推進器：為了使太空旅行持續下去，我們需要新型的推進器，它不能依賴化學推進劑。核動力推進已經被列在NASA的任務清單上。

10.先進的熱管理系統：因為宇航員們顯然不喜歡在太空中被凍著。

11.近零蒸發低溫系統：儲存在油箱中的推進劑也需要溫度控制。低溫儲罐通常用來完成這項工作，但即使溫度出現微小的變化，也可能對這些儲罐的壓力產生巨大影響，使它們很容易爆裂。NASA表示，近零蒸發罐（Zbot）技術是控制揮發性液體燃料罐壓力的替代方式，主要是使用實驗流體測試主動散熱功能和強制噴發功能。

12.高級液氧/甲烷引擎：讓太空旅行更具可持續性的方法不是使用直溝式化學推進劑，而是開始使用更容易在太空中製造的化合物。液氧（LOX）和甲烷就是這樣的兩種推進劑，利用小行星和其他行星上的材料容易就製造出來。以SpaceX公司為例，他們計劃使用這樣的推進劑登陸火星。

13.先進太陽帆：外太空旅行的另一種推動因素可能是太陽帆技術，即通過超薄、光子驅動的材料吸收太陽的能量，然後將航天器高速推向很遠的距離。

14.高推力存儲引擎：這只是「更好發動機」的時髦說法。

15.先進引擎材料與製造技術：現在製造和測試引擎是非常昂貴和耗時的過程。找到降低成本的方法將有助於為每個人打造更便宜的太空飛行。

16.先進推進劑

圖5：按照字母順序依次為火星表面有效載荷遞送、先進結構與材料、先進熱防護系統、先進設計理念、導航與控制演算法、超音速減速推進器、建模與模擬、精確著陸

17.火星表面有效載荷遞送：在Humans to Mars Summit峰會上，尤爾奇克提出需要找進入火星大氣層、降到地面上的合適方法，實現安全的軟著陸。登陸火星的載人飛船可能重約20噸，比2012年登陸火星的好奇號探測器重20倍。尤爾奇克坦率地承認，登陸火星表面是其團隊當前面臨的最令人擔憂的問題。

圖6：NASA位於休斯敦的約翰遜航天中心中，工程師和技術人員正在測試宇航員在前往外太空時所穿的宇航服

18.先進結構與材料：與進入大氣層、下降和降落有關。這就意味著，需要建造能夠穿越火星大氣中而不被燒毀的航天器，並且它能夠迅速減速以防撞擊地面。

19.先進熱防護系統：幫助人隔熱。

20.先進設計理念：這是另一個模糊的短語，主要是指進入火星、下降以及降落過程中更新穎的方法，讓這個過程變得更安全、更順暢。

21.導航與控制演算法：具體指的是確保航天器知道自己當前身在何處、目前處於何種高度以及需要採取哪些步驟來確保安全著陸的儀器。

22.超音速減速推進器：超音速減速推進器看起來是登陸火星的關鍵。這也是SpaceX計劃讓人類著陸火星的方式，NASA也渴望與該公司合作，看其「紅龍」飛船是否能夠取得成功。

23.建模與模擬：當載人飛船使用儀器來收集下降過程中的各種數據時，它還要基於這些信息判斷出自己要採取什麼樣的行動。對於要確保自己安全降落地面的宇航員來說，這些模型至關重要。

24.精確著陸：當這些宇航員降落在紅色星球表面的時候，營地已經建成了。除非他們能夠降落在基地附近50步以內，否則該任務將不會按計劃進行。他們應該能夠降落在不超過50米遠的地方。

圖7：按照字母順序依次為自動化系統、高帶寬通信、長期可靠的居住系統、增加可消費回收、資源就地利用、高功率表面系統、增強表面遷移能力、低質量維持EVA系統

25.自動化系統：這並不是指某個特定的系統，而是能夠在大多數或所有種類飛船、工具、建築中使用，或宇航員在火星工作、生活以及旅行時能夠使用的人工智慧（AI）技術。

26.高帶寬通信：火星上的工作人員不會有多個信號塔來幫助他們加強彼此的通訊。NASA將建立一兩個類似設備，目的是用於幫助長距離通信，以抵禦天氣或其他異常引起的干擾。

27.長期可靠的居住系統：也就是火星上的房子。也許它們是用冰建造的，但更可能是看起來與我們在南極洲建造的房子沒有太大不同。

28.增加可消費回收：火星上不具備我們在地球上所習慣的豐富食物和淡水，為此我們需要找到儘可能有效地回收水和廢物的方法，盡最大限度地利用好每一種資源。

29.資源就地利用：此外，我們還需要找到更好的方法來利用火星上已有的東西。這意味著，我們可將火星上的冰轉化成液態水和氧氣，利用大氣中的甲烷製作燃料。

圖8：美國宇航局的核動力車

30.高功率表面系統：不要指望最初的火星地面基礎設施能高度利用太陽能。尤爾奇克說：「我們不認為在火星表面利用太陽能是可行的。」相反，NASA正考慮在火星上使用核電，可以為最初的人類基地提供足夠的電力。這並不是你所期望的，因為在《火星救援》（The Martian）中，我們看到馬特·達蒙（Matt Damon）在火星上到處拖著太陽能電池板。但是，核能的確是可行的方案。

31.增強表面遷移能力：可以借用火星登陸車和宇航服

圖9：左側的EMU宇航服是宇航員目前正在使用的，中間的PXS是技術概念證明產品，右側Z-2則是更先進的宇航服原型

32.低質量維持EVA系統：我們正在談論宇航服。NASA已經在制定計劃，如何為未來的火星宇航員創造更好的宇航服，那些人需要更靈活，因為他們要圍繞圍繞著新建築行走、進行科學實驗等。此外，這些宇航服還需要配備一個更好的系統，以方便宇航員在旅途中解決個人問題。

圖10：圖10：按照字母順序依次為輻射防護、改進調製和編碼、光通信、改進的光電池、增加電池密度、低溫元件、新觀測平台、高性能電源

33.輻射防護：對於太空輻射的威脅，我們仍然沒有很好的解決辦法。但尤爾奇克說，NASA正試圖尋找「一石二鳥」的方法來解決這個問題。他說：「我們正在研發更好的推進器，以便更快速地到達火星，這將讓宇航員暴露在太空宇宙輻射下的時間大幅降低。到底使用什麼樣的方案還不清楚，但NASA認為需要開發能在半途中持續使用的東西，以減少前往火星時攜帶大量化學燃料。除此之外，NASA還需要開發更好的防護罩保護航天器。現在，我們前往火星需要6個月時間。然而防護罩是相當沉重的，且需要耗費大量能量。為此NASA需要開發更好的材料，可以安裝在飛船外部，同時保持輕量化，這是個微妙的平衡。

34.改進調製和編碼：外太空通訊不太方便。為了使火星上的人能夠快速、方便地與任務控制人員交談，我們需要開發來回傳遞信息的更好方式。這部分需要依賴設備本身，同時還需要軟體的大力支持。

35.光通信：外太空通信與儀器息息相關，NASA需要製造更強大的工具。

36.改進的光電池：這與太陽能發電有關，太陽能可能不會像目前設想的那樣在火星表面上使用，但NASA仍然打算將太陽能作為軌道設備供電的主要方式。

37.增加電池密度：儲存更多電量。

38.低溫元件：太空中中的真空環境和火星表面都是冰冷的地獄，技術需要在這些極其寒冷的溫度下工作。

39.新觀測平台：無論我們走到哪裡，我們都需要更多新穎的方法來進行科學研究。我們不會總是能夠創造適合單一世界的研究系統，而是需要創建適合各種環境的平台。

40.高性能電源：我們需要創造一種超乎我們夢想的能源。正是源於這40項技術，NASA正努力把我們送上火星，至少這些項目有資金扶持。

譯者|小小

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