在创新中孕育项目
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没有新思想就没有新奇迹。美航宇局之所以能在航天领域保持领先地位，一个重要的因素就是它重视创新技术的研究。为此，航宇局批准设立了一个“创新先进概念计划”（NIAC），专门资助那些对空间研究和探索具有革命性影响力的新概念。这些项目里有一期和二期两类。对二类的资助额会比一期项目多很多，但必须是以一期项目的成果为基础。
2012年8月，美航宇局的这个计划宣布了其2012年的奖项，其中有18个新的一期项目和10个二期研究奖项。这一次，每个一期项目获得10万美元资助，每个二期项目获得50万美元。时间是一年。一年后，他们必须向该局提供总结报告。
获得资助的一期项目一共有18个，本文介绍了其中的10个。另外八个项目是：“利用电磁和多星球引力在行星系中漫游”，“轨道彩虹：气溶胶的光学操纵和未来太空建设的开始”，“检测引力波的原子干涉测量”，“从极端环境取样系统”，“表皮叮咬：一个分治法框架采样返回任务”，“固态空气净化系统”，“服务于革命性科学的太阳系逃逸框架”和“服务于更好科学的更好的远程传感器”。
二期未介绍的5个项目是：“作为电磁部署和支撑结构的高温超导体”、“光控和校正的主动元物质空间结构”、“可打印的航天器：NASA任务的灵活电子平台”、“空间物体的幽灵成像”和“行星天窗和隧道的洞穴跳跃探索”。
在小行星上采矿（一期）
一个单一的M-型小行星可能含有价值数十亿美元的铁、镍和铂族金属。这或许可以解释美国航宇局为什么给“空间框架”领域的少数几个研究人员之一马克。科恩十万美金去寻找如何开采的办法。在理想的情况下，一个环绕金星的轨道天文台将确定有价值的金属小行星。然后，航天员会从地球轨道搭乘商业运输飞船出发，部署使用太阳能电源来驱动其气动钻机和热加工设备的小行星探矿机器人。
项目重点是设计出一个小行星开采机器人的飞船和任务，其中包括四点：
1.任务设计，包括从地月的一个拉格朗日点到小行星及回程所需搭载；
2.航天器的设计包括推进与任务操作；
3.微重力和真空操作条件下的采矿技术；
4.如何将这些步骤集合成一个小行星采矿的商业方案。
这个系统即可以便用机器人也可以是载人的。在第一阶段将提出这个系统的原型和任务各种选择。在第二阶段将进行硬件设计。这个项目将对开采金属小行星和碳质小行星的可行性做出评估，对地月之间的拉格朗日点的选择做出评估，对航天器做出初步设计并对微重力和真空环境的勘探、开采、选矿系统做出初步设计。
超级球状机器人（一期）
在“美国全国运动汽车竞赛”中，以每小时29.89千米的平均时速在火星表面行驶的“好奇”号火星车是不会赢得任何的奖项的。将来，为了能迅速到达更为广泛的行星和它们的卫星表面，美航宇局可能一次性地携带成百上千个小而轻的超级球状机器人到目标行星或卫星，在轨展开这些机器人并投射到星球表面上。这样就可以在短时间里同时探索多个目标。
这个技术是巴克明斯特·富勒根据“张拉整体”发展的原则开发的。这些机器人，完全由互锁杆和缆绳制成，从航天器上投下后，能像机械风滚草一样在行星上行走，以减少降落过程中的环节。相比之下，向火星投放“好奇”号火星车时，需要利用反向火箭、降落伞、空中吊车和气垫球等一系列减速和保护措施。它们没有刚性连接，这意味着他们即灵活又难以受到破坏。对于像土卫六这样的星球，由于人类对其表面不熟悉，所以这种灵活而又结实的机器人就更能大显身手。
另外，科学家们还在努力寻找在地球上控制它们的方式。项目执行人是美航宇局艾姆斯研究中心的阿德里安·阿古基诺博士。
多功能水墙（一期）
如果国际空间站上的生命支持系统坏了一部分，派一艘飞船送去备件，维修就可以。火星之旅上的航天员们则很难要
取这样的选择。所以必须开发一个比国际空间站更简单，更可靠的经济有效的生命支持系统。
水是生命的最关键的条件。大自然中在净化大气层、净化海洋和生长生命的过程用的是机械被动的方法，无须像国际空间站上那样要有一个压缩机、一个蒸发器、氢氧化锂滤毒器、制氧机，尿液处理器。而在星际旅行中，这些生命支持的机电系统由于长期不停地使用而容易发生故障，过多的冗余系统还会使航天器过于沉重庞大且造价昂贵。
水墙的概念就应运而生了。科学家们希望开发一种能像大自然发挥多种作用的水墙，用它来替代如正向渗透地传输流体，去除二氧化碳，活化氧气，回收尿液，处理固体废物和在航天员需要时繁植藻类等多种单元的机械系统。
木卫二海洋巡航器（一期）
相比火星而言，木星的卫星木卫二是一个更值得探索的星球，因为木卫二海洋中是太阳系中最有可能存在外星生命的地方。这些海洋体积是地球海洋的三倍，且隐藏在数千米深的冰壳下，冰表面的温度大约只有-170℃。
弗吉尼亚理工大学的研究人员希望使用熔体探头探索木卫二的海洋，他们把这种探头形容为“一个沉重的加热鱼雷”，用它去渗透冰层，然后释放自由游动的巡航器在海洋中巡航，并以某种方式将信息发送回地球。该项目一期的目标有四点：一是寻找一个基于现有技术的探索木卫二的技术路线图；二是开始一个初步的木卫二海洋探索机器人设计；三是比较单一机器人和机器人群的得失；四是展望未来探索的时间表。
金星上的风车（一期）
与火星相比，金星就像地狱。与地球体积相近的金星经受着450℃的平均气温和充满腐蚀性气体的大气层。
可能很多人不知道，人类发往金星的探测器其实比到火星的还多。只是在金星表面降落的探测器都是静止的仪器，而且在金星表面至多“存活”了几十分钟。像火星车那样的金星车还是一个可望而不可及的事情，它将意味着技术上的突破。
美航宇局已经开发出了一种传感器，能在450℃的高温下正常工作。太阳能电池也有了，不过发电量非常低。所以在极小电量供应条件下驱动金星车就成了一个关键课题。杰弗里·兰迪斯和他在美航宇局格伦研究中心的团队的想法是：既然金星上有风，尽管是很微弱的风，它们还是可以利用金星上微弱的风做动力的风帆来产生动力，因为那里的大气压是地球上的五十甚至上百倍。这项技
术如果成功的话，也许我们将在十年后看到金星漫游车。
星镖形概念飞机（一期）
如果你住在机场附近，你可能会庆幸没有超音速民航飞机。这是因为亚音速飞行的飞机所遵循的空气动力学与超音速飞行飞机的空气动力学不一样，超音速飞机在从亚音速到超音速提升时会产生响亮的音爆。能不能让一架飞机在不同的时速里采用不同的形状来提高效率和降低噪音呢？这样的研究早就有过。过去人们主要的想法是保持机身不变而让机翼在亚音速和高音速上采用不同的形状。但试验飞行效果不太好，而且机翼与机身相接处的连接处也过于复杂。
迈阿密大学的查戈成教授找到了一个潜在的解决方案：制造一个亚音速的但在飞行过程中可旋转90度变成超音速并保持安静和高效率的飞机。这种方法巧妙地解决了机翼和机身衔接处的复杂技术问题。这个模型飞机的机翼特别长，以获得起飞时的升力。但当速度达到音速时，这种机翼就会产生大量阻力。所以将飞机转90度，把机身变为机翼，从而减少阻力。由于它的形状类似忍者飞标，所以人们把它称为四星镖形概念飞机。
查戈成是福建厦门人，在西北工业大学获得学士、硕士学位，后到北航动力工程系攻读博士，就读期间经陈懋章院士推荐到
加拿大蒙特利尔大学攻读博士学位，并于1994年获得博士学位，现供职美国迈阿密大学教授和航空空气动力学研究中心总监。
地外行星光谱全息光学（一期）
寻找地外行星的特殊要求包括望远镜光圈的前所未有的角分辨率和灵敏度。然而，如果人类不能消除地外行星所围
绕的恒星的眩光的话，这个努力甚至无法开始。好像这还不够，宜居行星的发现必须有足够精致的光谱分析能力。
美航宇局没有放弃这个先决条件。《天文学和天体物理学报》的十年调查说得很清楚，发现的太阳系外行星必须包括光谱成分。然而，现在还没有寻找宜居行星的光谱仪，也少有这类的计划。
“地外行星光谱全息光学方法”（HOMES）是一个主要用来寻找距离地球30光年范围内宜居行星的概念空间望远镜。它的双色散结构以全息光学元件作为主要目标，并配以一个新的二次光谱干涉仪。与反射镜和透镜不同的是，全息图是薄而平的。他们可以在薄薄的游丝膜上制造，并可以在数千平方米的空间上延伸。这就提供了为捕捉来自像系外行星那样的非常微弱的来源的光子的集热器所需的规模，并把它们对准到一个焦点上。因为全息光学的聚焦来自色散的过程，它们从本质上是形成其图像的成分组成的光谱。
大规模在轨施工工艺（一期）
在空间发射中，建立空间系统的工程成本，特别是那些有诸如天线和太阳能帆板等的系统是一个非常突出的开销。因为我们必须考虑搭载的体积和在空间里打开的技术问题。而且，航天器体积结构也因发射整流罩而受到很大的限制。虽然可扩展结构和可充气/可硬化的部件使得目前的系统可以在几十米的范围内组建，但是包装效率不足以让我们把范围扩大到千米范围。
这项技术提出了一个在轨大型结构和多功能组件的自动建设施工的过程。它基于一个全新的称为“蜘蛛厂”（SpiderFab）的添加剂制造技术，并结合熔融沉积成型技术。它可以迅速构建超大的、超强度的网格状结构，可以整合高强度材料和导电材料，从而使多功能空间系统组件（如天线）的建设成为
可能。
“蜘蛛厂”技术使得人们可以将空间结构的构成材料非常紧凑地放进整流罩内，使得包装效率几近完美，而且在轨组装那些特为空间组装而优化了的结构。这项技术还允许如桁架那样的二级和更高级的层次结构。这样可以使得框架总质量比只有一层结构的框架大幅度减少从而使得部署的天线反射镜、相位阵天线、太阳能电池板和散热器大一到两个数量级。潜在应用包括在地球和太阳轨道上建设多个高增益天线以支持深空通信网络，寻找类地行星的长基线干涉测量系统，宇宙结构的亚毫米波天文。它还能师这些空间结构可以在轨重新配置和修复，可以进行演变以使地球轨道上的太空垃圾和深层
空间的小行星资源得到利用。
深空飞船等离子大气俘获和再入系统（一期）
航天探索的研究表明，载人火星任务和深空行星轨道器需要利用气动阻力来采取气动煞车和大气俘获以减慢飞船速
度。能够利用大气来减速并捕捉航天器的能力将极大地降低未来的任务的成本，升空质量，并使得对外行星和卫星的长期
研究更为现实。
“等离子磁罩气动煞车和大气俘获和以此为出发点的再入系统”（Magnettoshell AAES）有希望在显著减少所需质量的
同时增加制动阻力和控制，从而达到这些目的。这种通过采用固体导流板或气罩作为轨道插入和行程环形轨道的气动煞车方法，可以节省50%的质量。为了减少摩擦生热和动压对气罩的影响，制动必须在空气密度较小的高海拔区域里通过多次轨道飞行来实现。
这种方法如果成功的话，将极大地减少任务风险、发射成本、发射质量和整体辐射暴露。等离子磁罩是高贝塔偶极等离子体形状，最初的形成依赖于周围的大气。该等离子体利用一个无极的旋转磁场（RMF）来形成、保持并扩展。这种磁场已在过去的实验中证明可以所需的完全电离的、高温磁化的等离子体。RMF形成的等离子体诱导出等离子体中不断膨胀的大电流，从而维持一个大规模的磁结构。于是，主要阻力诱导就产生于完全电离的磁化的等离子体与周围中性大气颗粒之间的电荷交换。
低成本深空纳米卫星（一期）
为了实现频繁地和低成本地将纳米卫星发送到地球轨道之外的目的地，“系绳无限公司”（TUI）拟开发“系绳纳米卫星高轨道释放”（NanoTHOR）模块。
在概念演示中，多个纳米卫星作为二次有效载荷由火箭发射到地球同步轨道上，然后这个模块用高强度系绳把纳米卫星延伸出去，并利用火箭剩余推进剂将系绳旋转起来。加速转动的系绳将角动量从模块转移到纳米卫星上，纳米卫星的V增加，结合高比冲推进和短时间的轨道过渡，将纳米卫星推至地球逃逸轨道上去。任务完成后，系绳可以回收并在将来再次使用并减少太空垃圾。由于这个模块和纳米卫星是作为二次有效载荷送到地球静止轨道上的，所以减少了费用并使这项技术具有竞争力。成功之后，美航宇局就可以以低成本推出低成本纳米卫星纵队进入日心
轨道，从而可以用来搜索近地天体，研究潜在的载人探索目标的小行星，提供太阳系临近预报，提供载人和非载人的超越地球轨道任务的通信中继。
自动建筑技术（二期）
在月球上建立基地的障碍之一是我们无法聘请一个施工队或者在太空中买水泥。而把物资和人力都送到月球或火星又极为昂贵。人们一直在寻找一种可以就地取材的建筑系统。美国南加州大学工业工程学教授比洛克·霍什内维斯正将一个独一无二的机器人建筑技术和一个可以在月球上建造一个初步可运行的月球基地的设计结合起来，这是一种用加热月球土壤产生的粘贴材料来建立基地的自动建筑技术。可以建造的有着陆垫、停机坪、道路、防爆墙、遮阳墙、热防护罩和微陨石防护罩、无粉尘平台等。如果他在美航宇局位于亚利桑那州的沙漠研究和技术研究设施里的模拟成功的话，那么人类可以在不久的将来到月球上生活了。
等离子火箭推进器（二期）
宇宙巨大无比。如果我们要做更远的深空探测的话，必须寻找比液态氧和液态氢更有效的燃料。华盛顿大学的研究人员约翰·斯劳正在寻找加热和压缩磁化等离子体到融合的条件的办法，它将使前往火星的行程从8个月减少到30天左右。关于这个项目，科学网上有一篇报导：《科学家设计核聚变火箭，火星之旅只需数月》。其实等离子火箭推进的思想早已不是一个新的发现了。华裔航天员张福林就领导了一个团队在进行这方面的研究。中国在这方面也取得了一定的成果。
可变矢量对应宇航服（二期）
在太空中工作不仅会迷失方向，也是不利于健康的。众所周知，在零重力环境下人的肌体会认为自己并不需要强壮的肌肉，因此会发生萎缩。根据美航宇局研究，平时用于克服重力的肌肉，比如小腿，可能会失去其质量的20%的。可变矢量对应航天服（V2航天服）寄希望于使用陀螺仪和加速度计量仪来跟踪航天员身体不同部位的位置和方向，并在其相应部位上附加上“粘滞阻力”，以模仿重力的感觉，从而保持航天员的肌肉不萎缩。
防御小行星撞击方案（二期）
尽管目前没有已知的近地小行星对地球的危险，但是历史上这样的事件确实发生过，而且对地球上的生命是一个致命性的打击。
假如真有这样的一颗小行星向我们飞来，人类仍然是束手无策。
爱荷华州立大学的魏邦教授提出了一种全新的防御小行星方案。这项计划被称为超音速小行星拦截飞行器。它将超高速动能冲击与一个优化了产生的碎片的地下核爆炸结合起来。具体做法就是在发现了对地球可能产生威胁的小行星后，发射一颗携带核装置的卫星进入地球轨道，如果对地球确有危险的化，可以控制人造卫星以10千米/秒～30千米/秒的速度撞击小行星表面，形成一个巨大的撞击坑，然后携带核装置的后续组件再次撞击到同一个撞击坑，并采取延迟引爆的措施，由此可从内部将小行星彻底摧毁。由此产生小行星碎块和大量碎片云，但当小行星碎片云抵达地球附近时，只有1%的碎片将进入地球大气层。
这个想法当然很好，但实际实行并不容易。这颗卫星必须与小行星会合并达到最后所要求的超音速速度，目前的火箭发射技术并不适用。而且，目前穿透地面的爆炸技术又限制了穿透的速度，因为过高的速度将毁坏其核起爆机制。但是这个系统的复杂性相比于它带来的好处还需要进一步调查。
辐射保护和使用高温超导磁体的框架（二期）
对有效辐射屏蔽的研究已经被作为保护在深空辐射环境中的航天员的一个手段已经进行了四十多年了。其思想就是在载人航天器周围生成一个电磁场，类似我们凭借地球磁场躲避太阳辐射。目前由这些研究结果所产生的办法过于庞大和昂贵。谢恩·韦斯托弗提出了一个新的概念——利用高温超导磁体技术为航天员提供主动辐射屏蔽。这项计划提出了一个可扩展线圈的概念：用6个线圈环绕航天器，然后在太空建造有源屏蔽。