在过去的一年里，一架小型直升机在火星上飞行，美国宇航局的一艘宇宙飞船撞上了一颗小行星，詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了关于宇宙的令人眼花缭乱的新见解。

几十年前，这些任务看起来更像科幻小说，经过多年的研究和测试才成为现实。

技术进步和科学突破已经改变了我们观察和研究宇宙的方式。未来几十年，太空探索将发生怎样的变化，又会出现哪些新的可能性?

这些问题是美国宇航局创新先进概念计划(NIAC)的核心，该计划为可能成为未来任务一部分的概念提供资金。

美国宇航局局长比尔·尼尔森在一份声明中说:“美国宇航局敢于把不可能变成可能。”“只有创新者、思想家和实干家帮助我们想象和准备未来的太空探索，这才有可能实现。NIAC项目有助于为这些具有前瞻性思维的科学家和工程师提供所需的工具和支持，以刺激技术，使未来的NASA任务成为可能。”

最新的NIAC竞赛选出了14个新概念，每个概念在1月份获得17.5万美元的奖励。现在，这些研究人员有9个月的时间使用这笔资金来完善和测试他们的想法，看看他们是否能进入第二阶段的资金，即60万美元，以充实他们的概念，使其更接近现实。

在NIAC计划中，只有5个项目进入了第三阶段——200万美元，使某些项目得以实施。

NASA NIAC的项目主管迈克尔·拉普安特(Michael LaPointe)说，这个竞争性项目自2011年开始活跃，只要在技术上可信，就会向广泛的想法开放。

niac资助的一些最新概念包括流体空间望远镜，用于火星的自生长砖，以及可以在土星的卫星泰坦上飞行的飞机等等。许多想法都是不同领域的专家相互挑战提出新想法的创造性合作的结果。

拉普安特说:“这真的是一个创新者的社区。“我们正在寻找能够实现全新做事方式的想法。”

在过去的几年里，金丛瑞和她的研究小组使用细菌和真菌来修复混凝土裂缝。金是内布拉斯加大学林肯分校的助理教授，现在她想把她的想法带到太空。她自己生长的砖块有一天可以在这个红色星球上为人类探险者建造栖息地和其他结构。

有限公司ngrui Jin的团队一直致力于研究细菌和真菌如何制造出可以治愈co的生物矿物ncrete裂缝。

内布拉斯加大学林肯分校

这个概念包括向火星发送细菌和真菌孢子以及一个生物反应器。生物反应器是微生物生存所必需的，因为火星的自然环境对它们来说太恶劣了。但火星将为这些自行生长的砖块提供其余必要的成分，包括灰尘和土壤、阳光、氮、二氧化碳和融化的冰中的水。

反过来，细菌可以产生氧气和有机碳来支持真菌。一旦所有这些成分都进入生物反应器，这个过程也会产生碳酸钙作为胶水。

细菌、真菌和矿物质将把火星土壤结合在一起，形成块状，之后可以用来制作地板、墙壁甚至家具。

这幅图显示了Jin的公司是如何这个概念可以用来在火星上种砖。

内布拉斯加大学林肯分校

金的团队，包括一些学生，筛选最合适的真菌和细菌类型，并测试哪些最适合一起工作。该团队还在建造一个生物反应器，以校准生长砖块所需的气氛、压力、温度和照明。

“这项技术非常重要的特点是它的自主性质，不需要任何人为干预，”金说。“我们最初只需要提供少量的孢子来启动这个过程，其余的就会自动完成。”

长期以来，土星的卫星土卫六一直以其浓厚的大气层和甲烷湖泊和河流吸引着天文学家。这是我们太阳系中一个独特的地方，在那里发生的化学反应可能与早期地球上发生的化学反应相似。一架名为“蜻蜓”(Dragonfly)的月球车大小的无人机预计将于2027年发射到这颗卫星上，研究其细粒、干燥的有机物质。

奎因·莫雷(Quinn Morley)是位于华盛顿州吉格港的行星企业(Planet Enterprises)的首席研究员，他在华盛顿州立大学(Washington State University)和其他机构的合作者设想了一个补充的泰坦任务，以探索这颗有趣的卫星上较潮湿的地区。这架类似水上飞机的设计被称为泰坦航空(TitanAir)，它将飞越泰坦的大气层，在泰坦的湖泊上航行。

泰坦航空公司概念机的功能就像在土星的卫星泰坦上的水上飞机。

詹姆斯·沃恩

莫里说，“泰坦”将在蜻蜓号10年后抵达月球，“帮助解开这个外星星球的关键秘密”。

当飞机在雨云中飞行时，机翼的前部会“饮用”机翼表面形成的液态甲烷。机翼内收集的液体可以通过仪器进行分析，并传输回地球。

小型探测车或直升机可以飞到飞机无法到达的地方，并将样本带回飞机。从秋季开始，莫雷希望与华盛顿州立大学的工程专业学生设计团队合作，为泰坦air提供创意。

莫雷在一封电子邮件中说:“对云层、湖泊和海岸线的分析使我们能够用一艘宇宙飞船以三种独特的方式来寻找生命，增加了我们解开这些深奥谜团的机会。”

哈勃太空望远镜和韦伯望远镜等大型太空望远镜是数十年资助、设计、组装和测试的结果。但人们对更广泛的望远镜的需求不断增长，这些望远镜可以更便宜、更快速地开发出来。

几个新的NIAC概念提供了前所未有的观测宇宙的不同方式。

加州NASA艾姆斯研究中心的研究科学家爱德华·巴拉班和他的合作者设计了一种名为“长笛”(FLUTE)的流控望远镜。巴拉班主要从事人工智能和即将到来的VIPER月球车任务的战略规划工作。

一个充满液体的望远镜(右)和一个仪器航天器(左)将一起工作来侦察宇宙中不可见的方面。

美国国家航空航天局

巴拉班在与埃姆斯和以色列理工学院同事的谈话中受到启发，提出了一种可以将操纵流体与大型望远镜在轨组装结合起来的概念。后者将不受运载火箭大小的限制。

根据该计划，两次发射将把一个仪器航天器和一个可以装满液体的框架送入太空。Balaban说，这个充满液体的框架创造了一个50米(164英尺)长的巨大镜子，而仪器航天器将与镜子保持特定的距离，收集图像并将它们发送回地球

Balaban和他的团队正在测试可以作为镜子的液体，包括被称为熔盐的离子液体。研究人员将利用这笔资金建造一个框架来容纳液体，并设计仪器航天器。他说，这样的望远镜可以不受韦伯望远镜经历过的微流星体撞击的影响，因为液体不会受到影响。

像FLUTE这样的大型光收集表面可以瞥见早期星系的微弱光线，或者观察系外行星的大气层内部。

“信不信由你，我们也许能够开始看到最近的系外行星的表面特征，”巴拉班说。“例如，我们也许能够分辨出它们是否有大陆，而不是将它们视为光点。”

与此同时，伦斯勒理工学院的物理学、应用物理学和天文学教授海蒂·乔·纽伯格(Heidi Jo Newberg)和她的合作者提出了一个望远镜的概念，可以找到“地球2.0”。

该团队的想法是通过改变已有数百年历史的望远镜设计来寻找附近的宜居行星。它被称为DICER，即绕射干涉日冕仪系外行星解析器。

地球大小的系外行星又小又暗，特别是与它们围绕的明亮恒星相比，所以传统的想法认为，寻找这样的行星需要一个直径为韦伯望远镜直径三倍的望远镜——6.5米(21英尺4英寸)是太空中最大的镜子。

目前，20米(65英尺)的望远镜是不可行的，因为很难将如此大的镜子发射到太空中。

DICER望远镜的衍射光栅和反射镜可以收集与大型望远镜相同数量的光。

伦斯勒理工学院

但DICER将依赖于两个小镜子和两个10米衍射光栅，或衍射光的光学元件，可以很容易地装在火箭内。想想当你把CD拿起来面对光时，CD背面可见的彩虹——那是衍射光栅。这些光栅可以收集和20米望远镜一样多的光。

纽伯格说:“这个想法降低了你必须发射到太空的东西的尺寸和重量，以获得像韦伯望远镜那样所需的高分辨率。”“我们要做的就是利用这种开箱即用的设计，使寻找类地行星成为可能。”

该团队将在光学尺度上进行研究，并确定该望远镜是否也可以用于研究系外行星的大气。

尽管望远镜能看到的光的类型有所进步，但低频无线电波对我们来说仍然是看不见的。

麻省理工学院干草堆天文台的研究科学家玛丽·纳普博士和她的合作者正在研究一个概念，可以揭示这部分无线电波频谱。由于地球上层大气的扭曲效应，地面射电望远镜无法观测到这些波。

纳普说:“我在大学时代就知道，有一部分光谱是我们看不到的。”“这真的让我震惊，宇宙中还有这个未被探索的部分，我想第一次探索这部分天空。”

Go-LoW公司Ncept将由数千颗小型卫星组成，共同工作以创建一个虚拟望远镜。

麻省理工学院草垛天文台

“长波大天文台”(GO-LoW)将依靠数千颗鞋盒大小的卫星协同工作，就像一个大型虚拟望远镜。小型卫星具有成本效益，巨型卫星群可以用一枚大型火箭一次性发射。

天文台可以测量低频电磁辐射，这将为天文学家提供丰富的数据，他们想要观测最古老的恒星和星系，并了解系外行星和恒星的磁场。这些信息可以帮助科学家更容易地发现宜居行星。磁场帮助行星维持大气层。

该团队接下来将重点研究卫星的天线设计以及卫星在太空中所需的潜在架构。如果GO-LoW被开发出来，它可以用来创建一个新的天空地图。

“每当我们在光谱的新部分观察宇宙时，我们都看到了我们没有预料到的东西，”纳普说。“我对我们不知道的东西感到非常兴奋。”