2017年度NASA「創新先進概念計劃」項目分析

2017年4月7日，美國國家航空航天局（NASA）發布了本年度新立項的22個「創新先進概念計劃」（NIAC）項目，其中第一階段共計15個項目，每個項目獲得資助金額約為12.5萬美元，項目周期最長9個月，開展創新概念的初步定義和分析。第二階段共計7個項目，每個項目資助金額不超過50萬美元，項目周期不超過2年。獲批的22個項目主要面向深空探測，涉及多個技術領域，包括基礎材料、結構與機構、軌道控制、推進、探測載荷、著陸器、漫遊車等。

第一階段

（1）面向農業種植的火星土壤改良的合成生物學架構

該研究主要是利用一種合成生物學結構，降解和還原火星土壤中存在的高氯酸鹽，同時還可以通過合成銨鹽來使土壤變得更加肥沃。該機構擬選用可在惡劣環境中生存的兩種綠膿桿菌菌株作為突破口，分別實現降解排毒和合成銨鹽的過程，再通過生物技術進行融合，從而達到目的。

（2）面向星際先導任務的突破性推進架構

該研究提出了一種新的電推進架構，可使航天器在12年的時間裡飛行500個天文單位。該架構包括3個部分，首先通過超大直徑設備匯聚太陽能，通過轉化設備將太陽能轉化成電壓，進而驅動鋰離子電推系統。

（3）用於火星任務的真空飛艇

該研究引入真空飛艇理念，移除剛性結構內的空氣，形成真空以提供升力。該飛艇既可實現障礙環境下火星表面的探測，又可實現高空通信中繼。真空飛艇可承擔傳統飛艇兩倍的有效載荷。

（4）面向星際任務的馬赫效應推力器

面向NASA馬赫效應推力器，該研究旨在通過驗證長時間大推力模型，確定馬赫效應推力器的效率，最終應用於太陽系外的星際任務中。

（5）冥王星探測「多級跳」飛掠方案

該研究設計冥王星探測器飛掠方案，當探測器通過冥王星大氣層時，將損失99.99%的動能，進而以非常低的速度貼近冥王星表面，利用冥王星低重力加速度，實現冥王星表面飛掠和探測。

（6）渦輪電梯

空間任務中，長時間微重力環境引起的航天員生理失調，將嚴重影響航天員的健康和安全。該研究計劃提出一個類似電梯的機構，採用新的人工重力技術，通過反覆給人體加速和減速來模擬地球重力，進而實現保護航天員安全。

（7）火星/火衛一拉格朗日L1點的繫繩實驗

該研究通過在火星/火衛一拉格朗日L1點處部署一顆航天器，從該航天器上釋放一條繩子，連接火星表面，並在末端放置多種感測器，進而實現對火星表面的探測。

（8）梯度場混合推進系統

該研究提出一種新的磁慣性融合方案，將推進劑通過高梯度的磁場中，以實現在推進劑中形成高強度的電流，並以此形成混合推動力。

（9）通過微波燒結空中制動器提升臨近空間飛行器的進入能力

該研究提出了一種利用小行星物質製造飛行器隔熱層的構想，可降低飛行器干質量，攜帶更多載荷或推進劑，從而支持更多類型的任務。

（10）利用作用區域軟體機構探測小行星

該研究設計一種具有很大表面積的新型軟體機器人飛船，可在充滿碎石堆的小行星表面上自由移動，同時具有非常大的附著力，可實現勘測等功能。

（11）連續電極慣性靜電約束混合

該研究利用慣性靜電約束技術降低能量轉換模塊的質量，通過詳細建模與數值模擬分析驗證該技術的有效性。

（12）面向小行星的新型空間望遠鏡

該研究綜合利用電子、立方體衛星、激光通信等技術，構建低成本、高集成度的三星星座，實現對小尺寸近地天地進行觀測。

（13）利用太陽重力透鏡任務實現外星球探測

該研究擬在太陽系外的深空區域構建一個具備百萬像素解析度的光學成像望遠鏡，實現外行星的高解析度觀測，探究地外生命的意義。

（14）「太陽表面衝浪」熱控塗層技術

該研究將主要開發一種新的塗層，可以反射99.9%太陽輻射，大大提升太陽輻射防護能力，為水星探測奠定基礎。

（15）在太陽系中直接探測暗能量

該研究將未經篩選的原子粒子通過太陽系中一段特殊的重力場區域，通過雙差分測量分離暗能量與原子的相互作用，實現暗能量與正常物質相互作用的直接探測，加深人們對基本物理和宇宙的理解。

第二階段

（1）利用原位能與推進力來實現金星內部探測

該研究設計一種高海拔與低海拔配合的探測模式，實現金星表面極端環境條件下的長期探測。低海拔地區依靠固體氧化物燃料電池來發電，提供能量，並通過貯存的氫氣控制高度。高海拔地區利用太陽能電解金星大氣中的硫酸和水，為固體氧化物燃料電池充電，並同時通過氫化物貯存氫氣。

（2）利用遠程激光實現冷目標光譜儀觀測

該研究利用航天器上的大功率激光照射太陽系冷目標（小行星、彗星、行星、衛星），通過光譜儀觀測蒸發羽流，從而實現對冷目標分子組成的觀測。

（3）膜航天器二期

膜航天器是指集成太陽能電池、電力系統、通信、控制、姿態確定、姿態控制、電推進以及形狀控制系統的二維航天器，主要用來清除空間碎片，該項研究涉及薄膜電子通信、智能控制、功率調節、感知以及外形控制等方面內容。

（4）系外行星的回波成像

恆星本身會產生不同周期的波，經行星反射後可以被儀器探測接收，藉助計算機圖像技術就可實現外行星的成像探測。本階段將繼續深化恆星回波成像的理論，制定外行星成像技術發展路線圖。

（5）極端環境自動駕駛漫遊車

該項研究的第一階段已經完成低電子設備依賴、低人機交互的機械漫遊車的設計與試驗，第二階段將繼續完善混合動力車信號的切換，並制定了將一輛原型車送往金星進行試驗的計劃。

（6）小行星、月球和行星的光學開採方案

該研究提出了一種航天器系統架構，將小行星包裹在其中，利用外部高強度光照集中照射特定區域，實現小行星資源的挖掘和搜集。第一階段已完成實驗室環境下的驗證，第二階段將嘗試開展工程應用。

（7）支持冥王星探測軌道器與著陸器的功率與推進混合系統

基於「普林斯頓反向場配置」的融合式聚變反應器，設計了直接融合驅動裝置，既可產生推力，也可提供功率。第一階段已經完成了裝置的建模，第二階段重點提升超導線圈、射頻加熱和屏蔽器等子系統的技術成熟度。

作者：李立新、趙琪

來源：《國際太空》2017年第12期

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