空间微生物控制技术综述

空间微生物是长期载人航天面临的一个重大安全性问题,严重威胁航天员的生命健康和航天器的长期安全运行。载人航天器内微生物滋生会污染环境,导致航天员感染或生病,腐蚀材料,导致设备故障,在空间发生变异的微生物如被带回地球,还会威胁地球生态安全。空间微生物来源途径多样,种类复杂,且种群在航天环境下不断演变,控制难度大。空间微生物控制是在航天器的设计建造、在轨运行各阶段采取适当的监测、控制和防护措施,控制航天器的微生物水平,防范其风险。介绍了国际空间站飞行前和飞行阶段的微生物控制标准与监测要求,以及国外在载人航天器设计、消毒灭菌、洁净组装、发射及在轨飞行等阶段的微生物控制技术发展现状,并对我国空间微生物控制技术的发展提出建议。     

面向空间站在轨服务的人机系统概念设计

针对航天员与空间机器人组成的人机系统,对航天员与机器人的定位和关系进行了分析,根据我国空间站未来舱内外平台运营维护及载荷设备照料对人机系统的任务和功能需求,提出了一种以构型及操作特点与航天员类似的四臂拟人机器人为基础的新型人机系统,并从机器人的机构构型、控制模式及人机交互手段等方面对人机系统进行了概念设计。可为我国空间站后续运营维护手段的配置提供有益参考。     

密闭舱室内微生物污染问题及其防控体系

载人空间站、星球基地、星际飞船中温湿度等环境条件适宜,如不采取有效的监控措施,可能会出现微生物大量繁殖。在空间舱室环境中很多微生物活性更高,其对材料腐蚀性更强,且由于人类在空间舱室环境下免疫力降低,因此致病危险更大。为此概述了空间站发展到现在所面临的微生物污染问题,分析了空间微生物污染的三种主要来源包括人体内和体表、航天器系统生产过程、货运飞船,指出了空间站微生物污染对人类健康和对材料腐蚀两方面的危害,介绍了国际空间站的微生物安全保障措施,其中包括空间舱室微生物污染监测体系和飞行前后密闭舱室内微生物污染防控体系。在分析美俄实践经验的基础上,提出了我国空间站微生物污染防控体系方案设想,为解决我国密闭舱室微生物污染问题提供了参考。     

空间站舱内飞行器总体设计及试验方案研究

针对我国对能在空间站内部运动、完成飞行试验与在轨服务任务的舱内飞行器的研制需求,设计了一种舱内飞行器总体方案,提出了关键指标要求及子系统层级的舱内飞行器实现方案。在此基础上,对飞行器各系统包括结构、电源、综合电子、通信、GNC等进行了设计与校核。最后,对舱内飞行器的在轨算法试验和地面测试仿真方案进行了分析与设计。方案可行性通过舱内自主交会数值仿真得到了验证。     

空间3D打印技术现状与前景

空间制造能力对太空探索具有重要意义,空间3D打印是实现空间制造的一项关键技术。阐述了空间制造的起源以及空间3D打印的技术现状,围绕着3D打印材料、工艺及空间环境适用性等问题,分别讨论了面向空间舱内环境、在轨原位环境、星球基地环境下空间3D打印技术的研究进展,提出了面向空间应用的高性能复合材料3D打印、多自由度3D打印等工艺方法,以应对空间环境的多重需求。分析并指出了实现空间3D打印技术面临着空间极端温差环境、能源利用、材料来源与性能等技术挑战;围绕我国空间站建设与月球探索工程,讨论了我国空间3D打印技术的发展前景与可能的实施途径。     

空间站运行控制任务规划体系方案研究

面向我国空间站运营需求,分析了我国空间站运行控制任务规划的任务需求和建设目标,进而提出了我国空间站运行控制任务规划的体系架构。首先设计了基于任务周期的分布式任务规划工作模式,给出了规划建模和实施流程;然后从数据传输规程、接口形式和交互关系三方面研究了系统间接口规范;最后提出了运行控制信息管理平台以及分布式任务规划系统的功能组成和要求。研究成果可为我国后续的空间站运控系统建设提供参考。     

国际空间站俄罗斯舱段20年主要科研活动及未来部署综述

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。俄罗斯舱段作为国际空间站重要组成部分,除承担与载人飞船对接的任务外,还在技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学及地球与空间科学等6个研究领域开展了大量的科学实验,其中以人体研究领域的实验最多。有很大一部分实验是长期持续开展的系列实验,且每期实验的研究重点围绕总目标逐步深入,取得了多项有价值的研究成果。未来几年,俄罗斯还计划发射3个舱段,并在此基础上建设独立运行的本国轨道空间站,俄罗斯舱段仍有巨大的应用前景。     

风河软件在美国航天事业中的应用

由美国、俄罗斯共同领导建设的国际空间站 ,是一个集 16个国家技术、人力、财力和物力为一体的空间研究平台、预计在 2 0 0 5年正式运行。国际空间站存在诸多不可预知的因素 ,如发生意外一切都将无可挽回。美国航空航天局 (ＮＡＳＡ)研制的Ｘ - 38返航装置 (ＣＲＶ) ,就是解决在紧急情况下将全体人员安全送达地球的有效方法。有关Ｘ - 38返航装置的建设情况 ,受到全世界许多国家 (包括中国在内 )的关注。1　Ｘ -3 8———国际空间站的救生艇Ｘ - 38返航装置是国际空间站必不可少的一部分。它就像一个小型航天飞机的翻板 ,附着于空间站的外侧…     

载人航天 WiFi 头戴的设计与实现

空间站无线局域网是空间站通信网络的重要组成部分。 WiFi头戴是基于空间站无线局域网进行话音通信的一个重要应用,不仅可以为舱内航天员提供便捷的无线话音通信服务,还可以为航天员的出舱活动提供无线话音通信服务。研究和分析了空间站无线WiFi组网和应用的技术可行性,提出了一种适合于空间站使用的WiFi头戴的设计与实现方案。该方案采用现有的专用集成芯片,技术上支持802.11 n标准,性能指标先进,可以满足空间站无线话音通信的使用要求。     

一种大型载人航天器的情景照明系统设计

现阶段航天器照明系统主要以满足工作照明需求为目的,并未充分考虑航天员长期在轨的生理和心理因素。针对这一问题,提出了一种可以应用于空间站舱内LED情景照明系统方案。从总体方案、场景模式、光源和控制、通信及软件框架进行了方案设计及阐述,并对方案进行了试验验证。初步结果表明,该情景照明系统更加符合人体生理和心理需求,能够实现远程控制,有望提高航天员在轨舒适度,提高空间站任务效能。     

载人航天工程中的微生物科学与技术应用

针对微生物技术在人类长期载人航天任务中的应用需求,分析了微生物在空间环境下的生物学特性变化,探讨了当前国际空间站内微生物生态安全长期追踪分析的研究方法与进展,展望了微生物在载人航天工程以及深空探测中的原位资源开发应用的主要应用前景,同时提出了空间微生物技术在地面医药、能源、环境等领域的应用潜力,以及服务于我国载人航天工程微生物研究的关键科学与技术发展方向。     

稳步发展的俄罗斯空间站

经过10年的努力,俄罗斯定于1996年向在轨运行的“和平”号空间站发射最后一个对接实验舱——“自然”舱。届时,这座宏伟的空间大厦将全部建成,并至少工作到1998年底。循序渐进的发展模式自1971年以来,人类已发射了9个空间站,其中8个是前苏联发射的,并创造了多项世界之最,如:空间站的尺寸最大,运行寿命最长,人在空间站生活和工作的时间最长等等。这些使前苏联/俄罗斯在空间站领域独占鳌头,至今还保持领先地位。     

用于空间站的螺旋波等离子体推进研究进展

针对如何利用空间站中气态物质作为电推力器的推进工质,产生空间站姿轨控所需动力,提高空间站物质利用率以及降低空间站长期运行成本,介绍了螺旋波等离子体推力器的工作原理及性能特点,结合气态物质的主要成分,综述了国内外对于复杂工质螺旋波等离子体推力器的最新研究进展,讨论了复杂工质螺旋波等离子体推力器的关键技术和研究方法,对复杂气体用于螺旋波等离子体推力器的应用进行了展望。     

空间机器人研究进展及技术挑战

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一,在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先,回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状,以及已成功在轨应用月面机器人和火星机器人两类星表机器人系统的应用现状。其次,针对空间机器人后续日益复杂的任务需求,探讨了空间机器人在机构构型、关节驱动、末端操作、感知认知、行走移动、动力学与控制等方面面临的技术挑战。然后,论述了空间机器人在多臂、超冗余、柔性化、可重构、仿生等新型机构构型方面的探索,介绍了空间机器人主动、被动柔顺关节方面的研究进展,论述了空间机器人末端执行器在专用化工具及通用化多指灵巧手两个方向的研究进展,总结了星表机器人在新型移动机构构型、高自主导航方面的研究进展,介绍了空间机器人在多传感器集成融合、力与触觉感知方面的研究进展,论述了空间机器人在多臂协调控制、柔顺控制、漂浮基座抓捕动力学控制等方面的研究进展。最后,展望了空间机器人在空间目标抓捕与移除、高价值飞行器在轨服务与维修、空间大型构件在轨组装及星球科学探测等方面的应用前景。     

基于双螺旋张拉整体式结构的空间可展舱段方案研究

针对中国未来空间站的更新换代以及地外星球基地建设任务,提出了一种由可展刚性骨架、可展中心承力柱、蒙皮及舱内设施组成的双螺旋张拉整体式可展舱段方案,并为其设计了双螺旋张拉整体式可展舱段骨架结构,开展了骨架结构参数优化,试制了双螺旋张拉整体式可展舱段骨架原理样机并进行了力学特性测试,验证了骨架拓扑结构设计的可行性和有效性。     

国际空间站微重力燃烧项目规划及进展

对NASA近期在国际空间站等平台开展的微重力燃烧研究项目的实验装置、研究内容和进展等进行了调研与展示,旨在为中国空间站微重力燃烧科学的发展方向提供参考依据。目前,NASA通过开发国际空间站燃烧集成架的扩展设备、利用货运飞船平台以及国际合作等方式开展了一系列微重力燃烧基础科学和防火安全的相关研究,通过研究NASA将提高对高效清洁燃烧的认知,并完善未来飞船材料阻燃标准与防火安全策略,同时NASA也计划通过地基设施建设升级以降低研究成本并提高效率。     

金属材料空间3D打印技术研究现状

空间3D打印技术对航天器维护及深空探测具有重要意义。结合金属材料3D打印技术的特点及空间的微重力环境,从热源适应性、材料适应性、成形工艺适应性等方面探讨了金属空间3D打印所面临的困难。在此基础上,提出了空间3D打印宜选取电子束或激光为热源、丝材为原料的技术方案,并简述了目前国际上3D打印技术在微重力环境下金属材料制备方面的研究现状,分析了微重力条件下金属材料凝固时气孔等凝固缺陷的形成及元素偏析行为。围绕空间站建设和载人深空探测需求,讨论了金属材料空间3D打印在空间站自我修复及金属构件在轨制备等方面的应用前景。     

载人航天空间天文领域发展综述

在分析载人航天空间天文领域优势和局限性的基础上,讨论并综述了礼炮号空间站、天空实验室、和平号空间站、空间实验室、国际空间站、以及阿波罗月球探测等航天工程开展的空间天文项目。介绍了我国神舟二号首次空间天文探测和天宫二号伽玛暴偏振探测仪,总结分析了载人航天空间天文在轨服务的发展趋势。研究表明,载人航天飞行器非常适合开展空间天文多波段观测,我国未来应充分利用载人空间站等平台的综合优势,开展先进的大规模空间天文前沿探测。     

在轨洗浴效果评价指标体系建立及方法研究

清洁产品和洗浴装置关系航天员健康及安全,国际上没有评价的标准方法。通过分析目前国际空间站洗浴装置和清洁产品使用效果反馈以及在轨时的皮肤特点,提出洗浴装置及清洁产品应具备的条件,建立初步的在轨洗浴效果评价指标体系,并通过专家问卷调查确定各指标权重,形成洗浴装置及产品的满意度调查表,为选择合适的清洁产品及洗浴装置提供参考。     

中国空间站分布式运行控制模式

空间站任务飞行事件密集、参与单位众多、协同关系复杂,为高效、可靠、安全组织空间站运行控制工作,提出了优化一种模式、建好一个平台、形成新型机制的总体思路,运用系统工程思维设计了以5类中心为骨干、异地容灾中心备保的分布式空间站运行控制体系架构。给出了关键任务段适当集中、长期运行段完全分布的联合运行控制模式,进一步提出分布式运行控制平台、容灾备份系统等重点发展完善方向。该模式具有较高的可靠性、安全性和实施效率,能够较好地适应空间站长期在轨、航天员连续驻留的任务场景,可保障中国空间站运行控制工作可持续运转。