NASA为未来推进六项先锋太空技术

NASA为未来推进六项先锋太空技术 艺术家概念拼贴画，突出了 2024 年 NIAC 第二阶段获奖者为未来可能的任务提出的新颖方法。图片来源：NASA，左起Edward Balaban、Mary Knapp、Mahmooda Sultana、Brianna Clements、Ethan SchalerNIAC 第二阶段概念研究将获得高达 600,000 美元的资金，用于在未来两年内继续开展工作，解决剩余的关键技术和预算障碍，并为今后的发展铺平道路。第二阶段完成后，这些研究将进入最后的 NIAC 阶段，从而获得更多资金和开发考虑，成为未来的航空航天任务。华盛顿NASA总部的NIAC项目执行官约翰-尼尔森（John Nelson）说："这些多样化的、类似科幻小说的概念代表了第二阶段研究的一个奇妙类别。我们的NIAC研究员从未停止过惊奇和灵感，这一类研究无疑为NASA在未来的可能性方面提供了很多思考的空间"。入选 2024 年 NIAC 第二阶段奖项的六个概念分别是：流体望远镜（FLUTE）：启用下一代大型空间观测站 将利用离子液体的流体塑形技术在太空中建立一个大型光学观测站。这些太空观测站有可能帮助研究美国宇航局最优先的天体物理学目标，包括类地系外行星、第一代恒星和年轻星系。FLUTE 研究由美国宇航局位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心的 Edward Balaban 领导。脉冲等离子火箭：人类到火星的快速穿越 这是一种创新的推进系统，它依靠裂变产生的等离子体包提供推力。这种创新系统可以大大缩短地球与太阳系任何目的地之间的旅行时间。这项研究由位于亚利桑那州斯科茨代尔的豪氏工业公司（Howe Industries）的布里安娜-克莱门茨（Brianna Clements）领导。长波长大天文台（GO-LoW）可能会改变美国国家航空航天局（NASA）进行天文学研究的方式。这个超大型星座低频射电望远镜使用数千颗自主小卫星，能够测量系外行星和宇宙黑暗时代发出的磁场。GO-LoW由位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院的玛丽-克纳普领导。放射性同位素热辐射电池发电装置正在研究新的空间电源，其运行效率可能高于美国航天局的传统发电装置。这项技术可使未来无法携带笨重的太阳能或核能系统的小型探索和科学航天器成为可能。这项发电概念研究来自纽约罗切斯特理工学院的斯蒂芬-波利。FLOAT：轨道上的柔性悬浮 这是一个月球铁路系统，在月球上提供可靠、自主和高效的有效载荷运输。该轨道系统最快可在 2030 年代支持可持续月球基地的日常运营。伊桑-沙勒（Ethan Schaler）在美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室领导着 FLOAT 项目。外星球探索科学工艺 将量子点传感器分布在太阳帆的整个表面，使其成为一个创新的成像仪。量子物理学将使美国国家航空航天局能够通过研究量子点如何吸收光线来进行科学测量。通过利用太阳帆的面积，它可以让更轻、更具成本效益的航天器携带成像仪穿越太阳系。ScienceCraft由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的Mahmooda Sultana领导。美国国家航空航天局空间技术任务局为 NIAC 计划提供资金，因为该计划负责开发该局新的跨领域技术和能力，以实现其当前和未来的任务。要了解有关 NIAC 和 2024 年第二阶段研究的更多信息，请访问网站： ... PC版： 手机版：

紧凑型激光等离子加速器打破质子能量记录

紧凑型激光等离子加速器打破质子能量记录 HZDR 的一个研究小组采用一种创新方法，成功地通过激光脉冲大幅提高了质子的加速度。图片来源：HZDR / Blaurock紧凑型高能效加速器激光等离子体加速技术开辟了有趣的前景。与传统加速器相比，它有望提供更紧凑、更节能的设施因为新技术不是利用强大的无线电波来推动粒子运动，而是利用激光来加速粒子。其原理是用极短但高强度的激光脉冲照射薄如晶片的箔片。光线将材料加热到一定程度，使无数电子从材料中产生，而原子核则保持原位。由于电子带负电，而原子核带正电，因此它们之间会在短时间内形成一个强大的电场。该电场可将质子脉冲弹射到仅几微米的范围内，达到使用传统加速器技术需要更长距离才能达到的能量。然而，这项技术仍处于研究阶段：迄今为止，只有通过使用超大型激光系统才能实现高达 100 MeV 的质子能量，而世界上这样的激光系统屈指可数。为了利用较小的激光设备和较短的脉冲达到类似的加速器高能量，HZDR 的物理学家 Karl Zeil 和 Tim Ziegler 团队采用了一种新方法。他们利用了激光闪光的一个特性，而这一特性通常被视为缺陷。齐格勒报告说："一个脉冲的能量不会立即启动，这是最理想的情况。取而代之的是，一小部分激光能量冲到它的前面，就像一种先锋队。"突然透明在这一新概念中，起关键作用的正是这种冲向前方的光线。当它照射到真空室中专门制造的塑料薄膜上时，就会以特定的方式改变塑料薄膜。"箔片在光的作用下膨胀，温度越来越高，厚度越来越薄，"齐格勒解释道。"在加热过程中，箔片会有效地融化"。这对紧随其后的主脉冲产生了积极影响：原本会反射大部分光线的箔片突然变得透明，这使得主脉冲能够比以前的实验更深入地穿透材料。齐格勒说："结果是在材料中触发了复杂的级联加速机制，导致薄膜中的质子比我们的 DRACO 激光器加速得更快。用数字表示：该设备以前可以产生大约 80 兆电子伏的质子能量，而现在可以产生 150 兆电子伏，几乎翻了一番。"为了创下这一纪录，研究小组必须进行一系列实验，以接近完美的相互作用参数，例如所用薄膜的最佳厚度。在分析测量数据时，研究小组发现加速粒子束还有一个令人满意的特性：高能质子的能量分布很窄，也就是说，它们的速度几乎一样快这对以后的应用非常有利，因为高而均匀的质子能量对这些应用极为有利。优势：能源效率其中一项应用是研究新的放射生物学概念，以精确、温和地治疗肿瘤。使用这种方法，可以在很短的时间内使用很高剂量的辐射。在这些研究中，迄今为止主要使用的是大型传统治疗加速器，这种加速器只有德国的少数几个中心才有，而且当然要优先用于病人的治疗。现在，新的 HZDR 程序使紧凑型激光系统的使用变得更有可能，从而使更多的研究小组能够进行这些研究，并为传统系统无法提供的辐射场景提供便利。齐格勒说："此外，如今的设备需要大量的电力。基于激光等离子体加速，它们可以更加经济。"该程序还可用于高效生成中子。激光闪烁可用于产生短而强烈的中子脉冲，这在科学和技术以及材料分析中都很有意义。在这方面，等离子体加速器也有望大大扩展以前的应用领域。但首先，科学家们希望改进这种新方法并更好地理解它。除其他事项外，他们还希望与其他实验室合作，以便更精确地控制过程，并使这项技术更加普及。进一步刷新纪录也已提上日程：能量超过 200 MeV 似乎完全有可能。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

RocketStar非中子聚变驱动太空发动机准备就绪

RocketStar非中子聚变驱动太空发动机准备就绪 这种推进器被称为脉冲等离子推进器，其设计非常简单，在一个由阴极和阳极组成的管子的一端有一个特氟龙塞子。当电弧在这两端之间闪过时，部分聚四氟乙烯蒸发，产生少量推力。FireStar 发动机示意图这种脉冲等离子推进器从未真正流行起来，但其设计的简洁性和坚固性不时引起工程师们的注意，美国国家航空航天局（NASA）在 2000 年的地球观测 1 号任务中也对其进行了试验。如果不是美国空军研究实验室（AFRL）及其商业伙伴在设计中加入了新的变化，这一切都将成为太空探索史上的一个注脚。他们的科学家和工程师们所做的就是加入所谓的非中子聚变。乍一看，提到使用核聚变的太空发动机，似乎是那种会让你通过回邮获得诺贝尔奖的突破。事实上，它与那种通过将氢熔化成氦来产生巨大能量的核聚变项目有些不同，后者需要配备巨型磁铁和激光器的大型工厂。火箭之星公司（RocketStar）正在进行的非中子聚变是使用水作为其 M1.5 FireStar Drive 的推进剂，这是一种核聚变增强脉冲等离子推进器。它使用掺有硼的水作为推进剂。当水/硼混合物被电击时，水分子破裂并释放出高速质子。这些质子与硼原子碰撞，并与之融合，生成一种非常不稳定的碳分子碳-12。它几乎立即分解成α粒子和铍核，铍核又迅速分解成更多的α粒子。其结果是产生了一种后燃效应，释放的能量将推力提高了一半，而且通过将硼与水混合，无需使用硼金属滤网。FireStar Drive计划于今年7月和10月在D-Orbit公司专有的OTV ION卫星运载器上执行飞行任务。RocketStar首席执行官克里斯-克拉多克（Chris Craddock）说："我们对我们团队探索了一段时间的一个想法的初步测试结果感到非常兴奋。在佛罗里达州的一次会议上，我在餐巾纸上勾勒出了这个想法，并将其描述给了 Miles Space 公司的创始人 Wes Faler。他非常聪明地开发出了基础推进器和聚变增强器。我们收购了迈尔斯太空公司，法勒现在是我们的首席技术官。所以，现在我很高兴能把我们已经很出色的推进器，通过核聚变增强，在性能上有显著的提高"。 ... PC版： 手机版：

NASA正在资助一些看上去只会出自科幻小说的项目

NASA正在资助一些看上去只会出自科幻小说的项目 月球铁路系统，流体望远镜，将人类和货物运往火星的运输系统。这些都是美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划拨出资金继续研究的项目。共有六个项目，每个项目都已完成了最初的 NIAC 阶段。目前，这些概念研究已进入第二阶段，将获得高达 60 万美元的资金，用于在未来两年内继续开展工作。不过，不要指望它们能很快实现。它们仍处于探索阶段，不能保证一定会实现。尽管如此，它们正在沿着必要的道路前进，如果进入最后的 NIAC 阶段，未来的航空航天任务就会考虑它们。美国国家航空航天局（NASA）华盛顿总部的NIAC项目执行官约翰-尼尔森说："我们的NIAC研究员从未停止过惊奇和灵感，这个团队无疑给NASA带来了很多思考，让我们看到了未来的可能。"推进太空研究的一个基本要求是开发出更大的望远镜。美国国家航空航天局（NASA）的爱德华-巴拉班（Edward Balaban）表示，遗憾的是，将目前的太空望远镜技术扩展到 10 米以上的孔径尺寸在经济上似乎并不可行。"因此，有必要寻找具有成本效益的解决方案，将太空望远镜扩展到更大的尺寸"。FLUTE 项目提出了一个潜在的解决方案，旨在建立具有大孔径或非分块液体主反射镜的太空观测站。巴拉班解释说，这种反射镜将在微重力环境下利用流体塑形技术在太空中形成。这一概念已经在实验室中性浮力环境、抛物线微重力飞行和国际空间站上得到了验证。美国航天局的另一个项目是脉冲等离子体火箭。简而言之，目前还没有一种技术能够高效、快速地将人类和货物运送到遥远的太空中。能够产生大推力和高比冲的推进系统可以完成这一任务，但正如刚才提到的，目前还没有这样的技术。豪氏公司的布里安娜-克莱门茨（Brianna Clements）表示，豪氏工业公司目前正在开发一种推进系统，该系统可产生高达 100000 牛顿的推力和 5000 秒的比冲（Isp）。她写道："PPR 性能卓越，将高 Isp 和大推力结合在一起，有望彻底改变太空探索，"她指出，该系统可以在短短两个月内完成载人火星任务。美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室的伊桑-沙勒（Ethan Schaler）介绍说，NASA还计划建造首个月球铁路系统，以方便在月球上运输有效载荷。该系统被简称为"FLOAT"，它将利用无动力磁性机器人，通过二磁悬浮技术悬浮在三层柔性薄膜轨道上。这包括一个柔性电路层，它能产生电磁推力，推动机器人沿着轨道前进；还有一个可选的薄膜太阳能电池板层，它能在阳光照射下为基地发电。美国国家航空航天局（NASA）对该项目寄予厚望，认为这种运输系统对于 2030 年代可持续月球基地的日常运作至关重要，正如 NASA 的"月球到火星"计划和"机器人月球表面操作 2"等任务概念所概述的那样。 ... PC版： 手机版：

NASA开发出改变太空探索游戏规则的H71M亚千瓦霍尔效应推进器

NASA开发出改变太空探索游戏规则的H71M亚千瓦霍尔效应推进器 美国航天局的新推进技术增强了小型航天器执行未来行星任务的能力，并延长了现有卫星的运行寿命。通过与商业实体合作，NASA 不仅推进了其技术商业化目标，还支持了美国航天工业的全球领导地位。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司使用小型航天器的行星科学任务将需要执行具有挑战性的推进机动任务，例如实现行星逃逸速度、轨道捕获等，这些任务所需的速度变化（delta-v）能力远远超过典型的商业需求和当前的先进水平。因此，这些小型航天器任务的第一项使能技术是能够执行这些高 delta-v 机动任务的电力推进系统。该推进系统必须使用低功率（千瓦以下）运行，并具有高推进剂吞吐量（即在其寿命期内使用高总质量推进剂的能力），以获得执行这些机动动作所需的冲力。经过多年的研究和开发，美国国家航空航天局格伦研究中心（GRC）的研究人员创造了一种满足这些需求的小型航天器电力推进系统NASA-H71M 亚千瓦霍尔效应推进器。此外，这种新型推进器的成功商业化将很快提供至少一种这样的解决方案，以实现下一代小型航天器科学任务所需的高达 8 千米/秒的 delta-v。这一技术创举是通过将过去十年中开发的许多先进的大功率太阳能电力推进技术微型化而实现的，这些技术的应用领域包括人类首个环绕月球的空间站"Gateway"的动力和推进元件。左图：格伦研究中心真空设施 8 推力架上的 NASA-H71M 霍尔效应推进器。右图乔纳森-麦基（Jonathan Mackey）博士在关闭测试设施并抽空之前对推力架进行调试。资料来源：美国国家航空航天局使用 NASA-H71M 电动推进技术的小型航天器将能够独立地从低地球轨道（LEO）机动到月球，甚至从地球同步转移轨道（GTO）机动到火星。这种能力尤为突出，因为向低地轨道和地球同步转移轨道的商业发射机会已成为常规，而这些飞行任务的多余发射能力往往被低价出售，用于部署二级航天器。从这些近地轨道出发执行飞行任务的能力可以大大提高月球和火星科学飞行任务的频率并降低其成本。这种推进能力还将扩大二级航天器的覆盖范围，因为二级航天器历来仅限于与主飞行任务发射轨迹一致的科学目标。这项新技术将使次级飞行任务能够大幅偏离主飞行任务的轨道，从而有助于探索更广泛的科学目标。此外，这些次级航天器科学飞行任务在高速飞越遥远天体时通常只有很短的时间来收集数据。更大的推进能力将允许减速并进入行星轨道进行长期科学研究。此外，配备了这种强大推进能力的小型航天器将能更好地管理主要飞行任务发射轨迹的后期变化。对于机载推进能力有限的小型航天器科学飞行任务来说，这种变化往往是最大的风险，因为它们要依靠最初的发射轨道才能到达科学目标。目前在低地球轨道上形成的小型航天器巨型恒星群已使低功率霍尔效应推进器成为当今太空中使用最广泛的电力推进系统。这些系统对推进剂的使用效率非常高，可用于轨道插入、离轨以及多年的避免碰撞和重新定相。然而，由于这些商业电力推进系统的设计注重成本，不可避免地限制了它们的使用寿命，通常只能运行不到几千小时，而且这些系统只能处理小型航天器初始质量的 10%或更少推进剂。相比之下，受益于NASA-H71M电力推进系统技术的行星科学任务可以运行15000个小时，处理的推进剂占小型航天器初始质量的30%以上。这种改变游戏规则的能力远远超出了大多数商业低地轨道飞行任务的需要，其成本溢价使得此类应用的商业化不太可能。因此，美国航天局寻求并继续寻求与开发创新型商业小型航天器飞行任务概念的公司建立伙伴关系，这些概念对推进剂吞吐量的要求异常高。诺斯罗普-格鲁曼公司的 NGHT-1X 工程模型霍尔效应推进器在格伦研究中心 8 号真空设施中运行。NGHT-1X 的设计基于 NASA-H71M 霍尔效应推进器。资料来源：诺斯罗普-格鲁曼公司诺斯罗普-格鲁曼公司（Northrop Grumman）的全资子公司太空物流公司（SpaceLogistics）是即将在商业小型航天器应用中使用美国国家航空航天局许可的电力推进技术的合作伙伴之一。任务扩展舱（MEP）卫星服务飞行器配备了一对诺斯罗普-格鲁曼公司的 NGHT-1X 霍尔效应推进器，其设计以 NASA-H71M 为基础。该小型航天器的推进能力将使其能够到达地球同步轨道（GEO），并安装在一颗大得多的卫星上。一旦安装完毕，MEP 将充当"推进喷气包"，将其主航天器的寿命延长至少六年。诺斯罗普-格鲁曼公司目前正在 GRC 的 11 号真空设施中对 NGHT-1X 进行长时间磨损试验 (LDWT)，以展示其全寿命运行能力。LDWT 由诺斯罗普-格鲁曼公司通过一项可全额报销的《空间法协议》提供资金。首批 MEP 航天器预计将于 2025 年发射，它们将延长三颗地球同步轨道通信卫星的寿命。与美国工业界合作，寻找具有与美国航天局未来行星科学任务类似的推进要求的小型航天器应用，不仅支持美国工业界保持商业航天系统的全球领先地位，而且为美国航天局创造了新的商业机会，以便在行星任务需要时获得这些重要技术。美国航天局继续使 H71M 电力推进技术成熟化，以扩大美国工业界可利用的数据和文件的范围，从而开发类似的先进和高能力的低功率电力推进装置。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

美国太空部队预告火箭实验室和True Anomaly将执行"响应式太空"任务

美国太空部队预告火箭实验室和True Anomaly将执行"响应式太空"任务 每家公司都将设计和建造一颗能够与轨道上其他航天器近距离交会的卫星，以及任务的指挥和控制中心。作为火箭实验室 3200 万美元合同的一部分，它还将用其电子火箭发射卫星。根据一份声明，True Anomaly公司将与一家未具名的"值得信赖的商业发射提供商"合作，根据其自身价值3000万美元的合同进行发射。值得注意的是，True Anomaly 表示，它还将“利用 3000 万美元的内部私人资本”来完成这项任务，因此它将总共花费 6000 万美元来支持太空部队的这份合同。根据这份名为"Victus Haze"的合同，航天器的交付目标是 2025 年秋季。航天器制造完成后，两家公司将进入连续的阶段，包括"热备"阶段，在这一阶段，两家公司必须基本上随时准备响应国防部的通知，列装卫星并发射。一旦进入轨道，火箭实验室和 True Anomaly 公司必须迅速调试并准备好航天器的运行相互运行。如果一切按计划进行，Rocket Lab 的 Pioneer 卫星将与 True Anomaly 的 Jackal 航天器进行所谓的交会和接近操作。新合同与 2022 年授予萤火虫公司和千禧空间公司的合同类似，千禧空间公司为萤火虫公司发射卫星提供服务。这项任务名为"Victus Nox"，于去年 9 月执行。在那次任务中，两家公司必须在不到 58 小时的时间内整合有效载荷并准备好火箭；之后，萤火虫公司只有 24 小时的发射时间。虽然火箭实验室和True Anomaly公司都没有透露"Victus Haze"任务的确切时间表，但是前者在一份声明中表示，这项任务"将改善......流程和时间表"。新任务还包括一些雄心勃勃的额外要求，如航天器在轨机动，旨在模拟与敌方卫星会合的真实场景。太空系统司令部项目执行官布赖恩-麦克莱恩（Bryon McClain）上校在一份声明中说："我们认识到，利用商业太空产业的创新来对抗中国这一美国步步紧逼的威胁是一个重大机遇。美国拥有世界上最具创新性的航天工业。Victus Haze 将在实际操作条件下展示我们应对轨道上不负责任行为的能力。" ... PC版： 手机版：