NASA 資助科學家,有望引領人類再邁進一大步

A+A-
將來液體太空望遠鏡可能的形態。 圖片來源:NASA

NASA 創新先進概念計劃(NASA Innovative Advanced Concepts program,NIAC)宣佈將資助 14 個團隊的破天荒發明,旨在於 20 到 30 年後幫助改進或實現 NASA 的新型任務。當中 3 項研究:於火星培植真菌作建築材料、於月球運送氧氣的管道,以及液體望遠鏡鏡片,或將帶來劃時代的貢獻。

NASA 每年也會資助一批研究員,以美國國內為主。剛公佈的第 1 階段資助項目,將分別獲 17.5 萬美元,於 9 個月內完成詳細計劃、運作測試和模型設計;入選第 2 階段者,將獲 60 萬美元作兩年研究;其中 1 項將入選第 3 階段,可獲 200 萬美元進行兩年的後續研究。他們有可能成為 NASA 或商業機構的合作夥伴,為日後太空探索鋪路。

自己長出來的建築材料

今年入選項目之一,是由布拉斯加大學機械及物料工程師 Congrui Jin 的團隊,研究於火星培植真菌和細菌作建材,省卻由地球以火箭運送到太空的高昂成本。團隊運用會長出細絲和卷鬚的菌類,製成生物礦物和生物聚合物來填充混凝土裂縫,並希望進一步研發成自生材料。它們在生物反應器中會長成堅固的磚塊,其成本在地球上並不划算,在缺乏混凝土和建築工人的火星環境中更具經濟效益。團隊正計劃將生產過程由數個月加快至數天,並測試這些材料可在惡劣的火星環境中存活多久。

在月球輸氧

另一入選項目,是由前 NASA 科學家、Lunar Resources 公司聯合創辦人 Peter Curreri 帶領的團隊,研究於月球上建設一條氧氣輸送管道,為最快或於 2026 年抵達月球基地的太空人和火箭燃料供給氧氣。月球上永久陰影地區的隕石坑內存有大量水冰,經開採和電解後會產生氧氣;但這些礦坑位於月球最冷之地,由該處運送氧氣到遙遠的基地,需用上壓縮罐、機械人和火星車,既昂貴又不方便。團隊遂研究從月球風化層中提取鋁等金屬,建造一條 5 公里長、類似於地球上的油管,以連接兩個地區,每小時可運輸兩公斤的氧氣流量;並正研究其成本、可行性,以及能否用漫遊者(rover)作維修。

更加大的流體太空望遠鏡

有些入選項目,開發成本更是天文數字。例如加利福尼亞州美國太空總署艾姆斯研究中心的科學家 Edward Balaban,計劃利用太空接近無重力的狀態來塑造液體鏡片,應用於巨型太空望遠鏡。目前的鏡片通常是由特殊玻璃製成,由火箭發射到太空期間會受強烈震盪和微流星體(Micrometeoroid)影響;其可觀測距離取決於鏡片直徑,但就受火箭尺寸所限。Balaban 指,現時的詹姆斯韋伯太空望遠鏡,直徑為 650 厘米,由 18 面可摺疊的 6 角形鏡片構成,已是一項工程奇蹟;惟它仍必須承受火箭升空時的猛烈衝擊,假如沿用此設計並擴大鏡片尺寸,只會更複雜而昂貴。

相反,根據「流體望遠鏡」概念,只需發射一個結構如人造衛星般的碟形框架,以及一個裝著如鎵合金和離子液體的罐子。發射後,液體將被注入框架,透過表面張力黏合在一起;不受地球引力扭曲或影響,更無需研磨或拋光,已能產生光滑的鏡面;最後經由自動化程序連接到望遠鏡的其他組件。

  • 液體在太空流動的方式。

團隊正在飛機和國際太空站進行測試,已掌握以液體聚合物製造透鏡的技術,並確立了其體積和放大倍數。有了 NIAC 的資助,他們計劃於未來 10 年在太空中進行測試,目標是設計出一面 50 米的鏡片。因這項技術可以伸延,Balaban 希望人們日後能使用相同的原理設計出一面千米寬的鏡片。

更新的製造技術

其他入選者,還包括麻省理工學院航天研究員 Zachary Cordero 的團隊,正開發一種稱為「彎曲成型」(bend-forming)的太空製造技術,能以特定節點和角度彎曲單股電線,繼而為高軌道的人造衛星設計反射器,用來測量大氣中的水分變化,監測降水和風暴。此項目同樣希望以創新技術,來克服由火箭運送的尺寸和重量限制。 雖然並非所有項目都會成功,但即使失敗了,至少能讓 NASA 測試出現時科技的局限;假如有效,那麼它將引領 NASA 的未來任務。