火星一直是我们想象力的空白面板,但新技术改变了更多的工程比幻想。太阳能帆船在没有燃料的情况下驱动航天器,空气胶板在不温暖的表面上捕捉热量,合成生物学可以将微生物变成建筑师。而不是孤立的好奇心,这些工具可能是改变火星的小部分的实用工具包。本文探讨了它们如何工作,为什么它们重要,以及它们提出的伦理问题。 太阳能帆船:无燃料的高速公路到火星 研究人员继续完善太阳能帆船的设计,到2025年,一 通过实时调整帆船的折射模式,航天器可以改变方向,而不依赖于机械螺旋或驱动器,团队将光学设计与增强学习算法相结合,以优化帆形形状为特定任务,并计划在CubeSat规模任务中测试这些概念。 诺丁汉大学 太阳能飞船以温和但持续的太阳光的压力驱动航天器. 没有驱动剂,它们的加速度仅受存在的光子数量和他们的飞船如何有效地收集光子所限制。 ,作为一架12台CubeSat的有效载荷飞行,作为发射高达9米的帆船和超轻型复合飞船的技术示范,通过将太阳能帆船压缩成可预测且无限期运行的小型卫星的示范,这代表了向连续低压推进任务迈出的重要一步。 美国NASA 民间组织已经证明了这一原则。行星协会的LightSail 2卫星在地球轨道中部署了其帆船,并以太阳光作为驱动手段维持了高度。其银色帆船在我们星球上方(下面)展示了该技术的美丽和微妙性。 估计,如果太阳直接向外旋转,1公斤的空气飞船可以在短短26天内从地球到火星旅行,空气飞船的超轻性质在于突破的核心:该材料密度约为每立方米180克,由此产生的高推力至质量比意味着飞船以高速度旅行,效率高,无燃料。 马克斯普朗克太阳系研究所 研究人员正在调整太阳能帆船的设计,到2025年,来自 通过在实时改变帆船的折射模式,航天器可以改变方向,而不使用机械或驱动器。他们将光学设计与增强学习算法相结合,以优化帆形形状为特定任务,并将在CubeSat规模任务中测试这些概念。 诺丁汉大学 为什么这对火星来说很重要?无动力飞机的货物运输导致发射质量和成本显著降低。太阳能帆船可以携带轻量有用的负载,如仪器,栖息地组件,甚至在从地球到火星的连续流动中携带少量空板,因为它们在没有燃料的情况下运行数月或数年,它们也可以作为巨大的阳光阴影或反射器,调节触及火星表面的阳光量,并加热(或冷却)特定区域。 空格尔砖:寒冷天空下的当地绿洲 任何尝试使火星可以居住的都必须与其薄的大气层和冻结的温度竞争。加热事物的最简单方法之一是捕捉热量。Aerogel,通常被称为“冻结的烟雾”,是由超过97%的空气组成的阴性固体。硅气体是透明和超轻量级的;一个2～3厘米厚的砖可以传递可见光,同时阻断紫外线辐射。 研究发现,火星表面的这样一块砖可以将其下面的温度提高约150°F(65°C),足以将地下冰融化成液态水。 喷气推进实验室 直到最近,空格尔的脆弱性一直是主要的局限性。传统的硅空格尔很脆弱,容易裂裂,难以制造大片。在2025年,中国科学院的研究人员开发了碳纤维增强的空格尔复合物,具有可扩展的石墨添加剂,这极大地提高了机械强度和热稳定性。新复合物可以承受更高的温度,抵抗氧化,并且可以制造成大板,易于切割和塑造。 透明的空格尔立方体浮在人手上方,说明了材料的轻度和以太品质,这张NASA图像暗示了建造几乎无重的温室和栖息地盾牌的潜力。 这些岛屿可以是温室,太阳能聚焦点或覆盖的山洞,水是液态的,植物全年生长,区域方法既可实现,也更负责任,通过专注于小区域,我们可以为研究和居住创造稳定的微气候,同时最大限度地减少生态破坏。 工程微生物:作为建筑师,矿工和建筑师的生活 在火星上,生存是不够的;工程生物将不得不改变环境. 微生物是最好的候选人,因为它们快速繁殖,可以进行生物化学工作,并有改变行星大气层的悠久历史。 地球的氧气是古代细菌的礼物。 最近的工作表明合成生物学如何重新编程微生物来执行火星任务。 微生物是最好的候选人,因为它们快速繁殖,可以做生化工作。 显示,像Anabaena这样的细菌可以在火星土壤模拟器中生长,仅使用本地气体和水,产生氧气和固定氮。其他团队将光合物细菌与真菌结合起来,分泌聚合物和矿物质,将土壤捆绑成水泥状砖,新的活物质将他们的微生物建造者保持活跃数周。合成生物学家还建议微生物清除化物,抵御辐射,释放温室气体或修复额外的氮气,但专家警告说,在大规模部署之前必须评估温暖大气是一个要求,并且必须对物理和伦理限制进行评估。 实验 传输电子显微镜的细菌Prochlorococcus,地球上最丰富的光合物生物之一,这些微生物可以被设计来产生氧气,固定氮气,并形成火星的生命材料的基础。 协同效应和道德赌注 这些技术在结合时是最强大的。太阳能帆船提供了一个低成本的物流网络,将种子,仪器和空气胶板运往火星,并作为轨道镜子来调节阳光。空气胶结构创建了保护的区块,热量和光线足够用于生命,同时最大限度地减少了能源需求。 他们一起让小,可居住的绿洲出现,而不尝试重塑整个星球。 然而,有道德和实际的局限性。科学家们警告说,即使是区域干预也可能污染任何土著生命. 工程微生物可能需要数十年的时间来影响大气,足够的火星变暖仍然是一个前提条件。 结论 火星不再只是夜空中的红点;它是我们创造力的一种证据。太阳能帆船承诺低成本货物交付甚至轨道气候控制,空气胶板在敌对气候中提供当地的绿洲,而工程微生物可以成为建筑师和矿工。一起,这些工具为培育可居住区的摩萨克斯铺平了道路,而不是复制地球的整个生态系统批发。它们的最大价值可能在于他们教我们:如何利用分散的能量,明智地使用隔离和工程合作微生物。
