T想想我们星球面临的巨大挑战：应对气候变化、减少能源消耗、维持粮食生产、改善全球健康。许多努力都涉及重叠的问题，以及互相关联的解决方案的潜力。难怪联合国将“伙伴关系”列为其第 17 个可持续发展目标。
在由大众科学和世界经济论坛共同打造的第十版“十大新兴技术”中，这种互联互通成为焦点。随着政府和行业加速对脱碳的承诺，我们将看到一系列用于低排放交通、住宅和商业基础设施以及工业流程的新颖方法。其中两项技术——“绿色”氨的生产和能够自行制造肥料的工程作物——将提高农业可持续性。在偏远地区，使用当地土壤进行 3D 打印将以更少的能源建造更坚固的房屋。
由于健康是每个人都关心的问题，今年的十大技术致敬了可以检测 COVID-19 和其他疾病的呼吸传感器，以及使慢性病更容易诊断和管理的无线生物标志物监测器。基因组学领域的新成果可能使我们能够设计更长的“健康寿命”，按需药物制造将带来定制药物，同时通过大规模生产帮助解决当今的供应挑战。
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为了跟踪所有这些，构成物联网的设备数量正在快速增长。它们将通过使用轨道纳米卫星变得更加全球互联，并由从无线信号中收集的能量提供动力。未来从未如此互联互通。
—玛丽埃特·迪克里斯蒂娜 和伯纳德·S·梅耶森
气候变化：脱碳兴起
应对气候变化的广泛承诺将催生新技术
作者：伯纳德·S·梅耶森
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
M早在一百多年前，第一位科学家就提出二氧化碳会吸收大气中的热量；几十年前，“气候变化”一词进入日常用语。此后，各国和各行业纷纷做出新的承诺，以减少碳足迹。2021 年，作为第二大国家碳排放国，美国承诺到 2030 年将其排放量相对于 2005 年的水平减半。英国宣布了自己的激进目标，即到同一日期，与 1990 年的水平相比减少 68%。欧盟议会最近通过了一项法律，要求到 2030 年，碳排放量与 1990 年的水平相比至少减少 55%。尽管石油和航空等行业更难改变，但自 2015 年以来，加入“科学碳目标倡议”的公司数量翻了一番，该倡议旨在帮助企业减少排放，以符合《巴黎协定》。通用汽车、大众汽车和其他主要汽车制造商在过去一年中都设定了雄心勃勃的脱碳目标。
承诺的加速——以及随之而来的挑战——清楚地表明脱碳在全球范围内的兴起。这将迫使各种技术“涌现”——即证明在未来三到五年内实现规模化运营的能力。为了实现这一目标，已经确定的解决方案必须成熟并以更快的速度扩展。现有的技术差距将需要持续的创新。我们预计几个广泛的领域将受到重大关注和增长。
尽管特斯拉在激发消费者兴趣方面取得了引人注目的初步成功，但如今全球私人和商业道路运输车队中，零排放车辆仅占 2% 或更少。与此同时，铁路和海运散货运输已经设计出低碳解决方案。然而，其中许多解决方案，例如阿尔斯通制造的 Coradia iLint 氢燃料电池动力客运列车，尚未大规模应用。考虑到此类变革性计划需要大量资本投资，障碍不仅是技术性的，也是政治性的。
在美国，估计有 13% 的碳排放总量来自住宅和商业建筑中用于供暖和烹饪的燃料。在美国和其他地方减少这一数字将需要净零排放的 HVAC（供暖、通风和空调），被动式太阳能环境系统必须普及。转向天然和新型建筑材料（如可再生木材和低碳足迹水泥）也很重要。
随着可再生能源变得充足，我们将需要利用它们来减少普遍存在的温室气体来源的碳排放。“绿色”氢就是一个例子。当在不使用碳基燃料的情况下生产时，氢气可以成为一种无污染燃料，同时也可以作为化学工业的基本成分，且不产生碳足迹。同样，如果通常需要兆瓦级电力的数据中心与相同的可再生能源共址，它们的碳足迹将大大减少。
要实现各国和各行业设定的发电目标，就需要大幅扩展光伏、风能、水力、潮汐能、核能和其他零排放技术。一些关键障碍仍然存在：工业规模的可靠、高效且经济实惠的储能技术尚处于起步阶段。安全且经济实惠的无碳裂变核能（包括其废弃物处理）仍然是理想化的。为了减少现有化石燃料发电的污染，我们还需要引入更多捕获、再利用和封存碳的技术。
在农业领域，Impossible Burger 和 Beyond Meat 等蛋白质替代品将需要占据更大的市场份额，以减少畜牧业产生的大量碳和甲烷。来自通过物联网连接的传感器的数据将越来越多地实现智能土地和作物管理以及肥料和水的使用，从而有助于进一步减少碳排放。
除了快速脱碳面临的无数技术挑战外，各国还必须制定全球治理方法，以确保能源公平。新兴经济体不能面临相同的碳减排目标，否则会扼杀发展。各国还需要周全地分配土地，以扩大可再生能源基础设施。为了确保遵守全球协定，各国政府将需要全球环境监测基础设施，类似于国际原子能机构的规程。
农业：自施肥作物
根部生长，无需播种
作者：威尔弗里德·韦伯和卡洛·拉蒂
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
P为世界不断增长的人口提供食物在很大程度上依赖于含氮工业肥料的使用。联合国粮食及农业组织的数据显示，每年需要约 1.1 亿吨氮来维持全球作物生产。氮肥通常是通过将空气中的氮转化为氨来生产的，氨是一种植物可以利用的氮形式。这种转化维持了全球约 50% 的粮食生产，并估计占世界主要能源需求的 1%，但它也是一个能源密集型过程：它占全球二氧化碳排放量的 1% 到 2%。此外，工业肥料对于许多国家的小农户来说过于昂贵，导致产量大幅下降，并增加了对自然土地的压力。
为了开发解决方案，研究人员正在借鉴自然界自身制造氮肥的方法。玉米和其他谷物等主粮作物依赖土壤中的无机氮，而大豆和豆类等豆科植物则保持了一种巧妙的自产方式。豆科植物的根与土壤细菌相互作用，导致细菌在根部定殖并形成称为根瘤的共生器官。在这些结构中，植物提供糖类以维持细菌，并从细菌固定氮（即将大气中的氮转化为氨）的能力中获益。因此，通过与土壤细菌的进化古老的共生关系，豆科植物独立于现代氮肥。
研究人员已经表明，根瘤（天然肥料工厂）的形成涉及土壤细菌和豆科植物根之间的密切分子通讯。这一知识激发了将固氮作用工程化到非豆科植物中的令人兴奋的新方法。例如，科学家们正在诱导谷物根与固氮细菌进行共生相互作用。研究人员模拟豆科植物和细菌之间的分子通讯，并引导细菌定殖植物根的过程。在另一种方法中，自然定殖谷物根但不能固氮的土壤细菌被教导产生固氮酶，这种酶是将空气中的氮转化为植物相容的氨的关键酶。
随着政府和私人基金会最近为固氮工程领域的研究和开发提供强有力的支持，利用自然共生力量的作物可能很快就会成为更可持续粮食生产的关键要素。
生物化学：呼吸传感器诊断疾病
吹气比抽血快得多
作者：罗娜·钱德拉瓦蒂和丹尼尔·E·乌尔塔多
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
W当警察怀疑驾驶员醉酒时，他们可以使用酒精测试仪：一种测量血液中酒精含量的手持设备。疾病诊断也能做到这一点吗？
简短的回答是肯定的。人类呼吸包含 800 多种化合物，最近的发现表明，某些化合物的浓度与不同的疾病状态之间存在很强的相关性。例如，呼吸中丙酮浓度显著升高是糖尿病的有力迹象；呼出的氧化氮浓度较高与发炎细胞相关，因此可以用作呼吸道疾病的生物标志物；醛类含量较高与肺癌密切相关。
当一个人对着采样器吹气时，呼吸被输入到传感器中，传感器通常根据金属氧化物半导体的电阻变化进行检测。几分钟之内，外部计算机的软件分析就会生成存在的化合物的概况。
除了比抽血更快地提供结果外，呼吸传感器还可以通过提供一种非侵入性方式来收集关键健康数据，从而简化医疗诊断。在医疗资源有限的低收入国家，其易用性、便携性和成本效益为医疗保健提供了新的机会。这些设备还可以帮助减轻病毒在社区中的传播，类似于体温检查在人们进入超市或餐馆等共享室内空间之前对其进行筛查的方式。
2020 年 3 月，Hossam Haick 和他在以色列理工学院的同事在中国武汉完成了一项探索性临床研究，用于检测呼出气体中的 COVID。这些传感器在区分疾病阳性或阴性人群方面实现了惊人的 95% 准确率和 100% 灵敏度。2021 年，美国卫生与公众服务部提供了 380 万美元，用于改造 NASA 的 E-Nose——一种使用纳米传感器阵列技术自主扫描国际空间站空气中潜在危险化学物质的监测器——以检测 COVID。
在呼吸传感器技术普及之前，需要克服一些关键挑战。首先，必须提高某些疾病的检测准确性，特别是肺结核和癌症。其次，呼吸样本中的各种化合物会混淆测试结果，产生假阳性。分析传感器数据的算法也需要改进，以达到更高的准确性。最后，需要对临床试验进行更大的投资，以帮助在大量人群中验证这项技术。
工程学：按需药物制造
在需要的时间和地点制造药品
作者：伊丽莎白·奥戴和迈恩·奥卢
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
W如果下次您去当地药房时，药剂师不是在成排的预制药品中寻找来配您的处方，而是为您制作完全适合您的剂量和配方呢？微流体技术和按需药物制造的最新进展有望将这一想法变为现实。
传统上，药品是通过多步骤工艺分批大量生产的，不同的部分分散在全球多个地点。数百吨的材料支持这种大规模生产，这给确保质量和可靠供应所需的持续性带来了挑战。完成药品生产并将其运送到商店可能需要几个月的时间。
相比之下，按需药物制造，也称为连续流药物制造，一次性完成药物生产。它的工作原理是将成分通过管道流入一系列小型反应室。在单个地点按需生产药物意味着可以在偏远地区或野战医院生产药物。这也意味着存储和运输药物所需的资源更少，并且剂量可以根据个体患者进行定制。
2016 年，麻省理工学院的研究人员与 DARPA（国防高级研究计划局）合作，首次证明了按需制造药物是可能的。他们制造了一台冰箱大小的机器，使用连续流生产四种常用药物：盐酸苯海拉明（用于缓解过敏症状）、地西泮（用于治疗焦虑和肌肉痉挛）、抗抑郁药盐酸氟西汀和局部麻醉药盐酸利多卡因。他们在 24 小时内生产了每种药物的 1,000 剂。
按需制药公司目前正在将麻省理工学院的原始成果商业化，有多个平台可用或正在开发中，包括美国制造按需前体 (AMPoD)，它可以实现从前体到最终配方的完整药品生产；Bio-Mod，它可以实现生物制剂的生产；以及 IV Medicines on Demand，它可以生产无菌注射剂。包括礼来、强生、诺华、辉瑞和 Vertex Pharmaceuticals 在内的许多制药制造商也在使用连续制造技术，至少用于其部分制造过程。
目前，用于按需药物制造的便携式机器 costing 数百万美元，阻碍了广泛推广。还需要新的质量保证和质量控制方法来规范配方的个性化和单人药物批次。随着成本下降和监管框架的演变，按需制造可能会彻底改变药物的制造地点、时间和方式。
计算：来自无线信号的能量
5G 将帮助为物联网供电
作者：约瑟夫·康斯坦丁
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
T构成物联网 (IoT) 的无线设备构成了日益网络化世界的支柱。它们被部署为家庭中的小工具、用于生物医学用途的可穿戴设备以及危险和难以到达区域的传感器。随着物联网的发展，它正在实现使用更少水和农药的农业实践；更节能的智能电网；监测可能削弱桥梁或混凝土基础设施的缺陷的传感器；以及用于泥石流和地震等灾害的预警传感器。
据估计，到 2025 年将有 400 亿个物联网设备上线，为这些设备提供方便的按需电源是一项快速增长的挑战。一种已经在开发中的解决方案利用了来自 Wi-Fi 路由器和接入点的无线信号。新兴的第五代蜂窝技术 5G 将把无线能量收集提升到一个新的水平。
借助 5G，美国联邦通信委员会首次允许蜂窝信号进入更高的（但对人类仍然安全）电磁频谱毫米波范围。除了更高的信息速率外，5G 无线信号比 4G 传输更多的辐射能量。这种能力指向一个未来，在未来，许多低功耗无线设备永远不需要插电充电。
设备如何从无线信号中获取能量？Wi-Fi 和 5G 是电磁波，它们在 FM 广播、微波和毫米波之间的宽频谱范围内的频率上传播。该过程的第一步涉及一个接收天线，该天线捕获无线信号携带的能量。天线将能量路由到电子整流电路，后者又使用半导体将其转换为直流 (DC) 电压，该电压可以为设备充电或供电。天线和整流器（或转换器）的这种组合称为整流天线。电源管理电路跟随整流天线，放大电压，同时自身消耗的功率可忽略不计。
许多初创公司现在正在提供无线充电产品，这些产品目前依赖于专用无线发射器；然而，研究表明，此类设备很可能在不久的将来能够收集 Wi-Fi 和 5G 信号。正如手机将我们从固定电话中解放出来并改变了我们的通信能力一样，这项新兴技术将进一步解放我们。
基因组学：工程化改善衰老
专注于延长“健康寿命”，而不仅仅是寿命
作者：威尔弗里德·韦伯和 P. 穆拉里·多拉伊斯瓦米
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
A世界卫生组织的数据显示，2015 年至 2050 年间，全球 60 岁以上人口的比例将从 12% 几乎翻一番至 22%，这对健康和社会系统构成了巨大挑战。衰老与痴呆症、癌症、2 型糖尿病和动脉粥样硬化等慢性疾病有关。逆转衰老或找到“青春之泉”的愿望可能与人类历史一样悠久。我们开始了解衰老的分子机制，这可能有助于我们过上不仅更长寿而且更健康的生活。
通过所谓的组学技术（例如，同时量化细胞中所有基因的活性或所有蛋白质和代谢物的浓度）的出现和改进，并结合来自表观遗传学的见解，这些关键机制变得更加清晰。一个令人兴奋的例子涉及特定表观遗传标记（因行为和环境而改变基因活性的修饰）或代谢化合物的组合，这些组合可以用作生物体生物年龄的标识符。
这些标记也是老年人疾病和随之而来的死亡风险的有力预测指标。对生物体中单个细胞的遗传信息进行测序的进展表明，突变的数量在衰老过程中增加；身体对这些突变的修复可能会在 DNA 上留下与衰老相关的痕迹——另一种类型的标记。DNA 损伤也与驱动细胞进入衰老（意味着它们无法再繁殖）或耗尽对细胞和组织更新至关重要的干细胞有关。
最近和不断增长的对衰老机制的理解正在推动靶向疗法的开发。例如，最近一项初步临床研究表明，为期一年的药物组合（包括人类生长激素）给药可以将“生物钟”拨回 1.5 年。同样，研究人员在啮齿动物模型中成功证明，针对三个与长寿相关的基因的基因疗法可以改善或逆转四种常见的与年龄相关的疾病。科学家们还发现了年轻人体内的蛋白质，当将其输注到年老小鼠体内时，可以改善与年龄相关的脑功能障碍的标志物。结果表明，该疗法具有逆转人类与年龄相关的认知能力下降的潜力。
受到对分子水平衰老过程的新见解的启发，并受到临床试验的初步有希望的结果的鼓舞，100 多家公司正在积极开发药物或基因工程方法来分析和工程化“健康寿命”和寿命。这些公司大多处于临床前阶段或早期临床试验阶段。这项研发得到了投资者的高度期望的支持，为更健康的晚年生活带来了希望。
化学：绿色氨
减少肥料生产的二氧化碳足迹
作者：哈维尔·加西亚·马丁内斯和莎拉·E·福西特
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
T哈伯-博世法——可以说是 20 世纪最重要的发明之一，但许多人从未听说过——实现了工业规模的氨合成。这种氨用于生产肥料，为全球 50% 的粮食生产提供动力，使其成为全球粮食安全的关键。然而，氨合成是一个能源密集型化学过程，需要催化剂来固定氮和氢。
与构成我们呼吸空气大部分的氮不同，氢气必须合成生产，目前使用化石燃料产生。天然气、煤或石油在高温下暴露于蒸汽以产生氢气。问题是，这个过程会产生大量的二氧化碳，占全球总排放量的 1% 到 2%。
通过使用可再生能源分解水产生的绿色氢有望改变这种状况。除了消除氢气生产过程中的碳排放外，该过程还具有明显更纯净的最终结果。它不含在使用化石燃料时掺入的化学物质，例如含有硫和砷的化合物，这些化合物会“毒害”催化剂，从而降低反应效率。
更清洁的氢气也意味着可以开发出更优良的催化剂，因为它们不再需要容忍来自化石燃料的有毒化学物质。事实上，丹麦的 Haldor Topsoe 等公司已经宣布开发出完全来自可再生能源的新型催化剂，用于绿色氨生产。
西班牙化肥生产商 Fertiberia 正在与能源公司 Iberdrola 合作，大幅扩展绿色氨计划，从 2021 年投入运营的 20 兆瓦试验工厂到 2027 年完全实现 800 兆瓦的太阳能驱动电解氢生产。这项估计为 18 亿欧元的投资预计将创造 4,000 个就业岗位，每年节省 40 万吨二氧化碳，相当于约 60,000 辆汽车的排放量。
一个主要障碍是目前绿色氢的高成本。为了帮助解决这个问题，30 家欧洲能源企业启动了 HyDeal Ambition 项目，该项目旨在通过氢气生产、存储和运输方面的创新，在 2030 年之前以每公斤 1.5 欧元的价格交付绿色氢气。如果成功，这项努力可能会释放绿色氨的一系列新应用，包括其分解回氢气的能力——从而实现良性绿色氢-氨循环。
生物信息学：生物标志物设备走向无线
慢性病的连续、无创监测
作者：约瑟夫·康斯坦丁
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
N没有人喜欢针头。但是监测糖尿病和癌症等慢性疾病需要频繁的血液检查，以识别和跟踪某些生物标志物或生物标记物。现在，100 多家公司正在开发无线、便携式和可穿戴传感器，这些传感器将很快实现对这些重要信息的连续监测。
监测器使用各种方法来检测汗液、泪液、尿液或血液中的生物标志物。有些使用光或低功率电磁辐射（类似于手机或智能手表），结合天线和电子设备，来窥视组织。另一些则涉及皮肤上的可穿戴、柔性电子传感器。为了检测给定的生物标志物，监测器会寻找电流、电压或电化学浓度的变化。
糖尿病是这项技术的主要目标，预计到 2030 年全球将有 5.78 亿人被诊断出患有该疾病。为了满足日益增长的血糖水平检查需求，一种便携式设备承诺使用毫米波和近红外传感的无线电磁场进行无创监测；患者手指的电压变化可以与血糖水平相关联。在另一种方法中，嵌入服装中的可穿戴电子设备使用微波范围内的电磁波检测血液中的血糖水平。在第三种努力中，基于纹身的电路通过使用电极产生从自然渗出毛细血管的组织间液中提取的微量物质来评估汗液中的葡萄糖。与葡萄糖检测器类似，纹身状电路可以采样汗液中乳酸盐的变化，这是一种正在吸引体育产业投资的应用。
无线传输系统可以与各种类型的传感器配对，包括用密集排列的碳纳米管制成的传感器或将磁性纳米粒子驱动到微小的微流体通道中以通过电压或电流变化检测生物标志物的传感器。这些技术为能够区分各种液体样品的“电子舌”打开了大门。
眼泪也可能出奇地具有启示意义。电子透明隐形眼镜可以无线拾取癌症生物标志物或用于糖尿病监测的血糖水平。唾液生物标志物可能表明生理和心理压力或疾病，如 HIV、肠道感染、癌症和 COVID。当集成到具有射频识别技术的牙套中时，唾液传感器还可以监测口腔健康，检测龋齿或异常。
材料科学：用当地材料 3D 打印房屋
混凝土被土壤取代
作者：伯纳德·S·梅耶森和卡洛·拉蒂
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
T童年疫苗或 LASIK 激光眼科手术等技术往往会显着提高工业世界许多人的生活质量。但它们在发展中国家的影响往往更加有限或严重滞后。然而，使用 3D 打印机建造房屋可能有助于应对 全球 16 亿人住房不足的挑战，根据联合国估计。
3D 打印房屋的概念并不新鲜。一些企业已经在纽约长岛和德克萨斯州奥斯汀打印了房屋，并取得了可喜的成果。混凝土以及沙子、塑料和粘合剂的各种混合物被卡车运到建筑工地，并通过大型 3D 打印机挤出。作为一种相对简单且低成本的建造方法，3D 打印房屋似乎非常适合缓解偏远贫困地区的住房困境。但缺乏运输材料的基础设施阻碍了其使用。
最近，许多公司从旨在用于火星的项目中汲取灵感，在火星上，当地材料是唯一可用的选择。在意大利马萨隆巴达小镇，马里奥·库奇内拉建筑事务所设计的一个原型使用当地粘土土壤打印房屋构件，大大降低了建筑的复杂性、成本和能源消耗。土壤与大麻和液体粘合剂混合，然后由意大利 3D 打印公司 WASP 一层一层地挤出，形成住宅所需的复杂形状和表面。使用本地材料消除了通常需要运输到现场的约 95% 的质量。
WASP 与设计师 RiceHouse 合作展示的另一种方法，灵感来自在干旱地区制造泥砖的数百年经验。该过程涉及将传统的泥浆混合物与粘合丝（可以是天然纤维）混合。该材料不是手工将基础材料压入模具，而是通过 WASP 提供的 3D 打印机泵送，以比传统方法所需的时间少得多地建造房屋，并且由于打印墙的刚性几何形状而具有额外的强度。大部分基础材料都来自建筑工地本身。
使用 WASP 方法，达到使用寿命尽头的结构可以简单地分解为其基础材料，并且这些材料可以重复使用。这种零浪费或循环模式可以追溯到数千年前。今天，西西里岛埃里切山上仍然存在一些房屋，这些房屋是用之前 10 个世纪的房屋的残留材料建造的。
工程与计算：太空连接全球
物联网进入轨道
作者：拉贾拉克希米·南达库马尔
图片来源：瓦妮莎·布兰奇
T如今，至少有 100 亿台活跃设备构成了物联网 (IoT)，预计未来 10 年这一数字将增加一倍以上。为了最大限度地发挥物联网在通信和自动化方面的优势，需要将设备分布在全球各地，收集泽字节的数据。数据在云数据中心中进行同化，使用人工智能来识别模式和异常，例如天气模式和自然灾害。但是，存在一个大问题：蜂窝网络覆盖范围不到全球一半，在连接方面留下了巨大的空白。
基于太空的物联网系统可以弥补这些空白，使用一个由低成本、轻重量（小于 10 公斤）纳米卫星组成的网络，这些卫星在距离地球几百公里的轨道上运行。第一颗纳米卫星于 1998 年发射；如今，大约 2,000 颗 CubeSat 作为轨道监测器。SpaceX Starlink、OneWeb、亚马逊和 Telesat 等公司已将纳米卫星用于提供全球互联网覆盖的目标。
很快，就可以从地球上小型电池供电的物联网设备与这些轨道纳米卫星进行通信。来自设备的数据（例如，来自跟踪传感器的位置读数）将使用类似于远程通信和 Sigfox 的低功耗、低成本通信协议发送到卫星，Sigfox 甚至可以解码微弱信号。然后，它将被传输到地面站，在那里对数据进行分析。
这项技术正在以前无法到达或难以连接的地点实现各种数据驱动的应用。例如，通信公司 Iridium 拥有一个由 66 颗近地轨道卫星组成的网络，可以将船舶连接到世界任何地方飞行的飞机。英国 Lacuna Space 的电池供电传感器可以连接到他们的近地轨道卫星，以跟踪船舶中的包裹等资产，以及监控农场数据，以实现更有效利用水、肥料和除草剂的农业。澳大利亚阿德莱德的 Myriota 使用基于太空的物联网来跟踪濒危物种，例如犀牛。为了将数据从卫星移动到数据中心中的集中式服务器，微软与 SpaceX Starlink 合作推出了基于太空的云计算平台。
在真正实现全球化之前，太空物联网仍然面临诸多挑战。例如，纳米卫星的寿命相对较短，约为两年，并且必须由昂贵的地面站基础设施提供支持。为了应对日益严重的轨道空间垃圾问题，NASA 和其他机构正在制定计划，以便在卫星功能寿命结束后自动脱轨，或使用其他航天器收集它们。
同样重要的是，提供来自卫星的安全、可靠、高带宽通信链路，以在不同的天气条件和地形中保持连接。为此，各公司正在研究不同的频谱，并开发编码方案以提高通信系统的带宽和鲁棒性。