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。     

NASA公开载人火星探索计划

<正>NASA在国际空间站以远开展载人深空探索的规划包括在月球附近建立小型空间站——深空门户(DSG),以及建造可前往地月空间以远,特别是火星的深空飞船——深空港(DST)。其载人火星探索计划共包括5个阶段:阶段0(即当前进度)为利用国际空间站研究和测试未来深空探索所需能力,以及了解月球资源的可用性;阶段1为在地月空间开展多次任务,组建深空门户和深空港;阶段2为完成深空门户建设,并开展火星能力验证任务;阶段     

航天简讯

苏联改进载人机动装置推进系统苏联决定研究和平号空间站的载人机动装置(MMU)的改进型,同时研究从空间站组合多个舱外活动(EVA)的控制系统。在此基础上,为将来的大型空间结构建设作准备。苏联现有的MMU采用了同时能供给32台推进器压缩空气的推进系统。改进型的MMU增大了推进器的比推力,这就为未来航天员操作大型空间结构物和空间站的零部件那些质量大的物体做准备。新开发的EVA控制系统,通常利用遥测     

地外巡视探测无人系统自主感知与操控技术发展综述

地外天体探测是空间科学与技术创新的重要途径,是当前和未来航天领域的发展重点之一.地外天体表面巡视探测是拓展探测广度和深度的有效途径.未来月球、火星探测任务对表面探测范围和探测效率的需求明显提高,探测范围从公里级扩展到百公里级以上,移动时速从百米级提高到公里级以上,要求地外巡视探测器具有更强的地外环境适应能力和探测效率.决定地外巡视探测能力的关键因素之一是自主环境感知与操控能力,本文面向我国未来深空探测重大工程任务需求,对地外巡视探测无人系统的自主感知与操控技术发展现状及趋势进行总结分析.     

太空新航线

美考虑在空间站上模拟载人火星飞行近日,美航宇局空间站计划经理萨弗雷蒂尼表示,航宇局正考虑利用国际空间站来演练载人飞往火星。空间站可作为研究人体对长期微重力反应的试验场,而这将是需耗时数月的载人火星飞行的特征之一。他说,该局正在探讨在国际空间站上模拟飞往火星的可能性,为此航天员们在站上停留的时间将超过通常的6个月,并将经受飞往火星     

美国新一代航天服热控系统简析

随着载人航天技术的发展,航天员的出舱活动变得越来越频繁,如载人登月探测、"国际空间站"维护以及未来的载人火星探测等,宇宙空间的深冷背景及环境的复杂多变性,给航天员的出舱活动造成了严重的阻碍。为保证航天员顺利开展空间工作,必须针对空间热环境进行相应的热设计。同时,由于航天员新陈代谢产生的热量需要排散,因此需要做好舱外航天服的热控系统设计,以保证航天员在合适的温湿度下完成出舱任务。     

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...     

美国“太空探索新构想”实施概述

1 背景 2004年1月,美国总统布什公布了"太空探索新构想"(VSE).该构想要求美国航空航天局(NAsA)实现以下目标:恢复航天飞机的安全飞行;完成"国际空间站"的建造;重返月球,为人类的外太空探索积累更多经验和知识,并开始进行火星探测;更多地利用机器人进行探测,最大限度地增进人类对太阳系的了解,为未来更宏伟的载人任务铺路.     

火星无人探测与行星保护

行星保护是每一个开展深空探测的国家都要面对的问题,火星是太阳系里最可能存在地外生命的星球之一,也是行星保护的重点关注对象,在我国火星探测即将正式启动之际,对标国际上行星保护的政策、标准、技术和管理措施,对我国未来在火星探测中满足国际上行星保护的要求至关重要。主要回顾了行星保护的历史,国外在火星探测历史上行星保护正向防护所采取的措施,以及现代科学技术发展对行星保护正向防护相关技术的影响,并对我国未来火星及深空探测活动中应该采取的行星保护正向污染防护技术提出了建议。     

美国载人航天艰难的战略方向确定和途径选择(上)

<正>美国载人航天的发展决策涉及到目前的航天飞机、"国际空间站"、重返月球的星座计划和飞往火星等,关系到未来的战略方向,其难度可想而知。为了对美国载人航天的未来发展做出科学决策,奥巴马政府的科学技术政策办公室在2009年5月7日宣     

Studies in the search for life on Mars.

The ability of living organisms to survive extraterrestrial conditions has implications for the origins of life in the solar system. We have therefore studied the survival of viruses, bacteria, yeast, and fungi under simulated Martian conditions. The environment on Mars was simulated by low temperature, proton irradiation, ultraviolet irradiation, and simulated Martian atmosphere (CO2 95.46%, N2 2.7%, water vapor 0.03%) in a special cryostat. After exposure to these conditions, tobacco mosaic virus and spores of Bacillus, Aspergillus, Clostridium, and some species of coccus showed significant survival.     

微等离子体转化二氧化碳发射光谱诊断

火星大气层的主要成分为二氧化碳，如果能够利用低温等离子体方法高效分解二氧化碳，使其转化为氧气和一氧化碳加以利用，可以大幅降低航天员生命保障相关载荷长途运输的成本，进一步提高生命保障能力。低温等离子体放电过程中会产生大量活性组分，可以在数百度温度下实现二氧化碳的高效解离，是具有很大潜力的二氧化碳解离与转化方式。设计了一种尺度在亚毫米级、功率输入为数瓦的直流微槽等离子体反应器，可以在较低气体温度下实现二氧化碳分解。测量了反应器电流、功率等放电参数，采用发射光谱确定了体系中激发态组分，分析了激发态粒子谱线强度随输入电压、稀释气体比例等反应器工作参数变化，利用氮气分子振转谱带测量了等离子体放电区振动温度和气体温度。研究表明，添加氩、氦、氮气均可以增强二氧化碳的分解，添加氦气可以促进二氧化碳的电离过程。稀释气体激发态因具有高能量，可以通过潘宁解离通道增强二氧化碳分解。氦组分激发态的能量高于二氧化碳电离能，可以促进二氧化碳的电离反应。微等离子体内存在强烈的振动 平动非平衡现象：振动温度约为4400~4800K，而气体温度仅为450 ~600K，表明可以通过合理的放电和结构设计，定向将能量注入到振动态，从而进一步促进二氧化碳的振动解离。     

Advantages of using subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment in space applications: ground-based Mars Base prototype.

Research and design of subsurface flow wetland wastewater treatment systems for a ground-based experimental prototype Mars Base facility has been carried out, using a subsurface flow approach. These systems have distinct advantages in planetary exploration scenarios: they are odorless, relatively low-labor and low-energy, assist in purification of water and recycling of atmospheric CO2, and will support some food crops. An area of 6-8 m2 may be sufficient for integration of wetland wastewater treatment with a prototype Mars Base supporting 4-5 people. Discharge water from the wetland system will be used as irrigation water for the agricultural crop area, thus ensuring complete recycling and utilization of nutrients. Since the primary requirements for wetland treatment systems are warm temperatures and lighting, such bioregenerative systems may be integrated into early Mars base habitats, since waste heat from the lights may be used for temperature maintenance in the human living environment. "Wastewater gardens (TM)" can be modified for space habitats to lower space and mass requirements. Many of its construction requirements can eventually be met with use of in-situ materials, such as gravel from the Mars surface. Because the technology requires little machinery and no chemicals, and relies more on natural ecological mechanisms (microbial and plant metabolism), maintenance requirements are minimized, and systems can be expected to have long operating lifetimes. Research needs include suitability of Martian soil and gravel for wetland systems, system sealing and liner options in a Mars Base, and wetland water quality efficiency under varying temperature and light regimes.     

Sunlight supply and gas exchange systems in the microalgal bioreactor.

The bioreactor with sunlight supply system and gas exchange systems presented here has proved feasible in ground tests and shows much promise for space use as a CELSS device. Our chief conclusions concerning the specification of total system needed for a life support system for a man in a space station are the following. (1) Sunlight supply system: compactness and low electrical consumption. (2) Bioreactor system: high density and growth rate of chlorella. (3) Gas exchange system: enough for O2 production and CO2 assimilation.     

一种地外天体路标图像的稀疏化表征方法

摘要： 针对用于地外天体着陆视觉导航的路标图像信息存在的计算量大和占用存储空间大等问题,提出一种路标图像的稀疏化表征方法.引入着陆路标图像的尺度估计和尺度变换,采用Harris 算法提取路标特征点,改进了FREAK特征描述子用以稀疏化表征天体路标信息;并针对图像旋转、尺度变化、图像噪声和尺度估计误差4种外界干扰,仿真对比改进算法与原FREAK算法、SURF算法的性能.仿真结果表明：提出的算法大幅减少计算量和特征描述子所占用的存储空间,同时能够正确匹配到更多的路标特征,鲁棒性更好,更适合地外天体着陆任务应用.     

Farming in space: environmental and biophysical concerns.

The colonization of space will depend on our ability to routinely provide for the metabolic needs (oxygen, water, and food) of a crew with minimal re-supply from Earth. On Earth, these functions are facilitated by the cultivation of plant crops, thus it is important to develop plant-based food production systems to sustain the presence of mankind in space. Farming practices on earth have evolved for thousands of years to meet both the demands of an ever-increasing population and the availability of scarce resources, and now these practices must adapt to accommodate the effects of global warming. Similar challenges are expected when earth-based agricultural practices are adapted for space-based agriculture. A key variable in space is gravity; planets (e.g. Mars, 1/3 g) and moons (e.g. Earth's moon, 1/6 g) differ from spacecraft orbiting the Earth (e.g. Space stations) or orbital transfer vehicles that are subject to microgravity. The movement of heat, water vapor, CO2 and O2 between plant surfaces and their environment is also affected by gravity. In microgravity, these processes may also be affected by reduced mass transport and thicker boundary layers around plant organs caused by the absence of buoyancy dependent convective transport. Future space farmers will have to adapt their practices to accommodate microgravity, high and low extremes in ambient temperatures, reduced atmospheric pressures, atmospheres containing high volatile organic carbon contents, and elevated to super-elevated CO2 concentrations. Farming in space must also be carried out within power-, volume-, and mass-limited life support systems and must share resources with manned crews. Improved lighting and sensor technologies will have to be developed and tested for use in space. These developments should also help make crop production in terrestrial controlled environments (plant growth chambers and greenhouses) more efficient and, therefore, make these alternative agricultural systems more economically feasible food production systems.     

载人小行星探测的总体方案设想

载人探测近地小行星的工程规模和技术难度介于载人探月和载人火星探测之间,是人类开展载人火星探测和飞向更遥远深空的跳板,对于航天技术的发展和科学问题的探索有着极其重要的意义。在调研国外载人小行星探测方案设想的基础上,结合我国航天技术现状和发展趋势,提出了一种载人小行星探测的总体方案设想,并梳理了载人小行星探测的关键技术。研究成果可以作为我国载人小行星探测任务论证和设计的有益参考。     

载人火星和小行星探测任务初步分析

载人火星和小行星探测是未来深空探测的重要发展方向,以美国为代表的航天强国正在积极开展相关方案论证和技术攻关。由于任务规模庞大,受制于目前以化学推进为主的运输系统能力限制,要进行火星、小行星探测,必须发展重型运载火箭、轨道转移级等运载工具。从载人火星、小行星探测任务规划的角度出发,对总体任务进行了初步分析,提出了初步的系统方案。