科学探索|未来20年探索月球和火星可能会用到这些“黑科技” 未来20年探索月球和火星可能会

从《星际迷航》（Star Trek）中的便携式医疗扫描仪到《苍穹浩瀚》（The Expanse）中的外星农场，科幻小说经常为NASA和其他太空机构的未来研究提供灵感。美国宇航局（NASA）正通过其创新先进概念(NIAC)项目招募研究人员探讨类似的科幻想法，其中有些很可能在未来20年成为现实。

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十年前，在火星上操作直升机飞行或部署月球车绘制月球冰图似乎都是遥不可及的梦想，但火星直升机今年早些时候就已经升空，而月球车也在计划阶段。现在，NIAC项目的会议组织者已经征集了更多探索性项目提案，其中有些最终可能会得到NASA的资助。
NIAC项目主管杰森·德莱斯（Jason Derleth）说：“我们投资的是长期的、看似遥不可及的技术，其中大多数可能不会奏效。但如果它们取得成功，一切都可能为之改变。这是高风险、高回报的投资组合，与风险投资没什么区别。”
德莱斯还称，这个项目的重点不是渐进式开发，而是寻求改变游戏规则的技术，这些技术比目前最先进的技术还要好上十倍。他将其比作美国国防部下属研发机构DARPA，后者也探索极具投机性的概念，但却帮助开发了现代互联网先驱以及其他创新。
到目前为止，今年会议讨论的提案，比如发射可折叠空间站或宇航员栖息地的新方法，或者从其他世界提取资源，都围绕着这样理念进行，即为了支持漫长的太空旅行，必须充分利用每次火箭发射。
未来的太空游客将需要更多资源来维持生存，需要保护性设施，需要燃料来支持更远的旅行或回家。得克萨斯大学埃尔帕索分校航空工程师阿米莉亚·格雷格(Amelia Greig)说：“这给我们留下了两个选择：第一，把所有东西都带上，就像你要去沙漠徒步旅行一样；第二，寻找新的、有创意的方法来利用现有的一切。”
一次开采多种月球资源
为了帮助创造性地重新利用月球资源，格雷格和她的同事们提出了一种名为“烧蚀弧采矿”技术，这种技术可以吸收水冰以及可以用作建筑材料的各种金属。她在演讲中说：“这就像是用可控的闪电来开采月球资源。”
在格雷格的构想中，她描述了面包车大小的月球爬行器，并以《星球大战》（Star Wars）中的沙地履带车命名。这种爬行器会自己选择地点，然后部署环形装置，前端与地面平行。电弧会划过直径可达一米的圆环，将月球表面的颗粒撕裂。这些粒子带电后，可以根据机器的电磁场进行移动和分类。通过这种方法，单台设备就可以在一个容器中装满水，另一个容器中装满附着在其他元素上的氧气，在其他容器中装入硅、铝或其他金属颗粒，而不是只局限于开采一种资源。

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图2：将来可能部署在月球南极附近陨石坑中的烧蚀弧采矿系统渲染图
但是，就像所有早期的概念一样，“烧蚀弧采矿”技术也面临着必须克服的实际挑战。举例来说，月尘可能会卡在爬行器内进而造成问题，为此机器必须防尘。为了寻找水冰，爬行器还必须移动到缺乏光照的陨石坑中，那里含有质量约为6%的水，但极其寒冷和黑暗。
为此，爬行器的电子设备必须设计成能在那些崎岖的条件下工作，并使用非太阳能电源。此外，宇航员可能很难监督它们，尽管他们可以在陨石坑边缘监视采矿过程。NASA估计，月球上的永久居民点每年需要大约1万公斤的水，这将需要至少20辆爬行器四处游荡，逐渐收集这些补给，除非这项技术有其他补充。目前，格雷格希望在几年内能测试更小的爬行器演示版本。