空间在轨增材制造技术的研究进展与展望

空间在轨增材制造（in-space additive manufacturing,ISAM）技术是一种“空间3D”打印技术,在在轨制造和空间基地建造方面具有很好的应用前景。首先概述了空间在轨增材制造技术的主要内涵,进而全面梳理了国际上空间在轨增材制造技术的研究进展。结合空间站、在轨航天器的需求,重点分析了空间在轨增材制造关键技术对其原材料、技术手段以及设备的要求,在此基础上梳理了空间在轨增材制造技术现阶段面临的挑战。综合表明,特殊的空间环境（微重力、高真空等）都在紧密限制着空间在轨原材料、设备以及技术的选用。最后,基于当前空间在轨制造技术的发展现状、需求以及可能的实现途径,为中国空间在轨增材制造技术的未来发展指明了新的方向。     

空间微生物实验技术研究进展

微生物具有结构简单、生长周期短、繁殖快、便于搭载等优点,被作为生物模型用于空间环境下的生命现象研究、地外生命探测以及开展以微生物为重点关注对象的行星保护任务研究.随着中国空间站在轨建造任务的临近,微生物空间实验技术开发以及相应的实验装置研制需要加快部署.本文以已实现空间应用的微生物技术为基础,从微生物空间培养、保存、检测技术及用于地外生命探测中的微生物识别技术等方面分析了空间微生物实验技术的发展现状与趋势,提出了未来利用中国空间站开展空间微生物实验的技术发展建议.      

美国空间生物技术发展综述

正自20世纪60年代起,空间生物安全就受到全球关注。美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区在深空探测活动中均采取了严格的生物安全防控措施,并利用微重力、辐射等空间环境所产生的特殊生物学效应,开展空间生物实验和生物安全技术研究。目前,空间医药被列为"国际空间站"(ISS)的十大技术突破。中国空间站预计在2022年完成建造并将长期在轨运行,为大规模开展空间生物实验奠定设施基础,支持在空间特殊环境下开展更复杂、更系统、更前沿的生物实验。空间生物技术和安全作为生物安全的重要组成部分,对于构筑国家安全体系具有重大意义。     

从空间生产的经济效益看发射空间站的必要性和紧迫感

空间站的建立,航天飞机的发射成功,宣告航天技术已由空间探测和技术实验阶段进入利用空间资源的应用阶段。人类不仅借用于各种空间设施进行各种自然科学试验,而且还能在空间发射卫星,进行卫星通信、地球观测、检测和修理卫星,利用空间微重力、高真空、高洁净环境生产贵重的半导体材料和生命产品等。就生产效率而言,要比     

空间站太阳电池标定技术

为了提高空间太阳电池标定效率并准确得到空间环境中太阳电池在轨数据，研制了太阳电池空间站标定装置，开展首飞试验。其中，标定装置包含能够长期驻留空间站的太阳电池标定采集器和航天员可携带的返回式样品装置正样单机。攻克了空间站可往返太阳电池样品重复使用技术、多路太阳电池IV特性测量技术、非标准条件修正算法等关键技术。通过试验验证了新型定制化空间太阳电池在真实太空环境下的光电性能和可靠性，建立航天应用的产品性能衰减模型。本研究有望建立溯源至空间AM0的标准太阳电池溯源体系，开展量值传递。     

太空:让病菌更毒

2004年初，一批啤酒酵母被贴上DNA“条形码”标签，送上国际空间站进行实验。研究者们在地球上模拟的微重力环境下，发现有些致病微生物的毒性增强了。这意味着，在微重力环境下，航天员的免疫系统更易被病菌感染。     

“国际空间站”发展历程及后续规划

正1整体概况"国际空间站" (ISS)是由美国、俄罗斯主导,共有16个国家参与建造和运行的大型国际合作空间基础设施,是目前在轨运行的最大空间平台,支持微重力环境下的科学实验和长期的人类活动。自1998年正式开始建站以来,ISS已成功在轨运行二十余年。ISS于2011年基本完成大规模组件的组装工作,后续继续部署少量舱段进一步扩展其在轨能力。其总体设计采用桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,     

日本空间舱的新研制程序

由日本宇宙开发事业团研制并决定在轨道上与美国空间站对接的日本空间舱,是一个为广大用户提供各种实验用的组装式多用途实验室,广大用户将利用其微重力、高真空、高洁净环境进行材料实验、生命科学实验、地球观测、天体观测和理工实验等。它由加压舱、外部舱、气闸、机械手、后勤舱等组成。原计划JEM将于1994年发射并完成在轨组装等任务,由于挑战者号航天飞机失事以及美国空间站研制计划没能按期进行,使整个开发计划推迟,因此美国、ESA、日本等国经过协调,确定空间站的组成部件     

空间站在轨维修操作复杂度评价及试验验证

在轨维修是维持空间站在太空特殊环境安全运行的必要手段,太空特殊环境和空间站结构特点决定了空间站在轨维修任务的复杂度。在轨维修操作复杂度关系到空间站维修方案的优化、维修计划的制定、货运飞船的安排、航天员培训和空间站可维修性设计。然而,针对空间站在轨维修操作复杂度的评价研究较少。因此,提出了空间站在轨维修操作复杂度的概念,考虑了维修固有复杂度和外部影响因子2个方面,基于信息熵理论建立了复杂度评估模型。固有复杂度包括维修操作逻辑、维修动作规模、维修人机界面和维修操作知识,并借助信息熵完成以上4个方面的量化;外部影响因子包括操作空间、有无维修工具、时间压力、视觉遮挡和航天服影响,并利用分级打分制予以量化。为验证模型的有效性,基于地面模拟舱开展了12类产品维修验证试验,采集了受试者的维修动作及时间。实验数据分析表明,提出的模型能够较好地预测产品的维修耗时（相关系数为0.82）,并能较为合理地对空间站在轨维修操作复杂度进行量化分级。为在轨维修的开展、维修方案的评价、航天员乘组训练与安排和空间站设计更改提供方法指导。      

模块化空间折展机构研究现状与展望

模块化空间折展机构具有拓展灵活、通用性好、适应性强等特点,可满足长距离深空探测、长期在轨空间站建设和超广域卫星通信等重大航天工程对大型/超大型空间折展机构的需求,是一种新型关键的航天装备。针对应用需求,阐述了模块化空间折展机构领域的研究进展,重点介绍了伸展臂、太阳翼和空间可展开天线等3类折展机构中具有模块化特征的典型构型,分析了模块化空间折展机构的结构组成、展开原理、驱动方式及应用现状,从机构创新设计方法、地面微重力试验及仿真、空间在轨装配技术、空间在轨建造技术等4个方面,展望了模块化空间折展机构未来的发展方向,旨在为大型空间折展机构的研究和应用提供借鉴与参考。     

微重力对拟南芥长势影响的代谢网络流平衡分析

微重力作为典型的空间环境因素,对植物生长发育的影响机制是空间生命科学的研究热点。微重力环境直接或间接影响植物代谢,并引起许多生理适应。 随着系统生物学的发展,代谢网络模型使微重力环境下的植物代谢建模成为可能。采用流平衡分析方法对模式植物拟南芥不同组织的代谢网络进行分析,研究微重力对拟南芥生长发育的影响机制。通过比较空间与地面条件下拟南芥的生物质产量,发现空间条件下拟南芥黄化幼苗、幼苗、芽、根、下胚轴的生物量分别下降了33.00%,51.52%,6.89%,12.53%,11.70%,与空间环境下拟南芥的长势变化趋势一致。代谢通路富集分析发现,微重力使得拟南芥的碳固定等通路下调,而磷酸戊糖途径上调,初步解析了微重力对拟南芥生长发育的影响机制,也验证了流平衡方法用于微重力生物学效应研究中的可行性。      

空间高等植物培养装置

空间高等植物培养装置用于中国天宫二号空间实验室开展微重力条件下高等植物生长机理研究.该装置由高等植物培养模块、生命保障模块、实时在线检测模块和返回单元等功能单元组成,可实现高等植物空间长周期培养,在轨启动生物实验,实时在线观察和荧光监测,水分循环利用及营养供给,模拟太阳长短日照周期控制与检测,环境温度测量与控制,CO₂浓度调节,有害气体去除及航天员回收部分样品等功能.      

拉开国际空站建造的序幕

1994年,美国NASA与国际伙伴已经确定将国际空间站的建造分作三个阶段实施,最终将于2002年结束,达到长期载人能力。 第一阶段为美俄扩大联合载人航天活动期,利用俄罗斯现有的“和平”号空间站获取航天员在空间长期进行生命科学、微重力材料科学和对地观测的经验,以及航天飞机与空间站在空间交会对接的技术,降低国     

中国微重力科学研究回顾与展望

微重力科学主要研究微重力环境中物质运动的规律,以及不同重力环境中重力对物质运动的影响.中国微重力科学研究起步于20世纪60年代,兴起于80年代中后期,经过多年发展,目前已初具规模,在一些重要方向具有明显特色和一定优势.本文回顾了中国微重力科学研究的早期历程,评述了近年来中国微重力科学研究进展,特别是利用实践十号科学实验卫星、天宫二号空间实验室等空间平台开展的微重力科学与技术应用研究取得的最新成果,并对中国载人空间站时代微重力科学发展的前景予以瞻望,推动微重力科学与应用研究在中国的快速、可持续发展.      

地外人工光合成装置研制与试验

原位资源利用技术是地外生命保障体系构建、实现人类地外生存的有效途径，是载人深空探索的核心技术。基于微通道技术的人工光合成反应器，采用流动反应器设计，用于低微重力等特殊环境条件下模拟人工光合作用，实现CO２向O２和含碳燃料的转化。微通道芯片通过气液剪切作用力使气体反应产物快速脱离电极表面并随反应介质排出反应器，理论上可以克服微重力条件对反应过程的影响，尚需进行微重力试验进行验证。同时，微通道结构可以通过精确控制反应气液的压力、流速、流量比等反应条件，获得优化的反应条件。通过地面试验，验证了该反应器将CO２还原为O２和含碳化合物的功能可行性。以Au和Ir/C作为阴极和阳极材料，3V电压条件下，O２产率可达11.74mL/h。此外，基于人工光合成反应器搭建了集反应模块、控制模块、流路驱动模块以及检测模块等于一体的地外人工光合成装置，形成原位反应、介质供给、精确控制、在线收集和检测等功能一体化的系统，并实现CO２有效转换和O２供给。为后续技术成熟度更高的反应装置研制、高产物选择性的含碳化合物转化以及人工光合成反应装置在轨试验奠定了理论和实践基础。     

空间站燃烧科学实验系统设计

建立空间站燃烧实验系统，可满足未来空间微重力燃烧实验系统需求.通过空间站微重力燃烧实验研究，可拓展空间燃烧学研究.根据所要实现的功能及燃烧实验需求，对中国空间站燃烧柜的燃烧科学实验系统进行了设计和分析.燃烧科学实验系统由8个子系统组成，是一个适合开展气、液、固多种燃料燃烧实验的综合性实验系统.考虑到强度设计要求，在完成方案设计后，对系统进行了有限元分析，并在研制的结构件上进行了力学环境实验.实验与分析结果表明，本文设计的实验系统能够满足环模实验的要求，结构合理可行.      

日发表航天员的空间医学实验结果

日本于1991年7月16～17日召开的“第8次空间应用讨论会”上,发表了1990年12月驻留在苏联和平号空间站上的东京广播(TBS)空间特派员秋山丰宽的在轨医学实验结果。这次实验主要研究微重力环境下对人体的平衡功能和呼吸器官系统的影响。“空间运动病”的判断是采用蒙眼书写检查法(方格图试验)。将秋山丰宽在发射前、轨道上、返回后各阶段所画的图加以比较时发现,     

中国为何发展载人航天

充分利用空间环境资源 传统意义上的资源是上地、矿藏、水利等.人类进入地球轨道和外层空间后发现,太空的特殊环境和条件也是人类可以利用的重要资源,浩瀚无垠的太空具有高运的位置高真空、高洁净、无污染、微重力、强宇宙粒子射线辐射,是地面所不县备的及其宝贵的资源,这种得天独厚的太空环境对发展空间工业有着远大的潜在开发前景,其中空间微重力环境的开发和利用尤其重要。开发和利用空间环境资源必须有人的参与才行,因此需要发展载人航天。     

一种应用在航天探测器上的二氧化碳两相回路热控系统冷凝器的设计优化

阿尔法磁谱仪中的轨迹探测器是探测空间反物质的核心探测器,它工作于由超流液氦冷却的超导磁体的中心,其正常运作需要体积小、散热及温控能力强的热控系统的支持,以应对国际空间站上复杂的太空热流环境及真空、微重力等因素.介绍了利用SINDA/FLUINT模拟方法,对轨迹探测器的热控系统冷凝器进行设计优化.     

中国首次“太空加油”全过程解析

4月27日晚,我国天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功完成首次推进剂在轨补加试验。在轨补加推进剂,给太空中的航天器"加油",可以大大延长航天器寿命,是建设空间站的关键技术之一。据了解,目前,国际上掌握在轨推进剂补加技术的只有俄罗斯和美国等少数国家,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。围绕在轨补加技术,各国也提出了气体回用法、被压法、放空法和贯通法等不同方法,来自中国航天科技集团公司六院801所的科研人员经过比对调研,选用的是无增压气体损耗的气体回用法,这种方法系统设计难度较大,但气体资源利用率高,突破该技术对于未来空间站建设具有重大意义。推进剂在轨补加技术是个复杂的过程,为了方便读懂此项技术,我们概括为如下6个步骤。