欧罗巴快船（Europa Clipper）是美国国家航空航天局迄今为止建造的最大的行星探测器，旨在评估木星的卫星——木卫二（Europa）的宜居性。该快船将于2030年进入木星轨道，环绕木星飞行并49次飞掠木卫二，在飞掠过程中该快船将获取收集科学数据。本文从科学研究的角度解释了“欧罗巴快船”任务选择木卫二的原因，介绍了欧罗巴快船的具体科学目标和科学载荷，最后分析了该项任务对空间科学的启示。
建设月球永久基地是人类探索太空的一大使愿。美国、中国和欧洲地区先后提出了在2030年前后建立月球永久基地的路线图和具体计划，而安全、稳定、可靠的水资源补给是建立月球永久基地关键前提。据近期探测分析，月球极地的永久阴影区可能存在含量较高的天然水冰赋存。然而，我们目前对水冰藏在地质时间尺度的演变规律了解甚少，导致目前针对水冰规模化开发的研究缺乏可靠的初始条件和边界条件，因此阐明稀薄水汽在月壤中的扩散规律对厘清水资源的赋存演变模式至关重要。然而，月球永久阴影区的水冰处于深低温、极高真空度和月壤混杂的复杂极端环境，地球条件下的扩散理论不再适用。具体而言，极端稀薄条件下月壤多孔介质微观结构内水汽分子的热力学描述方法缺失、月壤−水汽分子的相互作用数据缺乏、月壤原位堆积结构不明、无穷大努森数下多孔介质内的扩散理论尚不健全。为了解决上述问题，为进一步探测和开采月球水冰资源建立扎实的理论基础，有必要加强理论方面的研究，同时对未来的月球样品进行更多、更有针对性的分析和测试。
月球等无大气天体表面在（微）陨石撞击、太阳风辐照等极端太空环境作用下会发生太空风化，积累产生尺寸从纳米到微米不等的金属铁颗粒。这些金属铁颗粒的存在会显著改变天体表面的光谱特征，这种光谱改造效应会随着金属铁颗粒尺寸的不同而变化，为准确解读天体的遥感数据带来了巨大挑战。尽管经过几十年的研究，不同尺寸的金属铁颗粒形成机制仍未得到明确解答。本文通过对我国嫦娥五号月壤中的玻璃物质进行系统的显微分析，以具有明确撞击成因的旋转形状玻璃珠为切入点，成功区分了在玻璃珠凝固前后分别形成的大、小粒径金属铁颗粒，并证明它们分别源自（微）陨石撞击和太阳风辐照过程，揭示了（微）陨石撞击和太阳风辐照这两种太空环境在太空风化中各自的独特作用，深化了对空间环境与月表物质相互作用机制的理解，并为预测不同太空环境下的风化行为提供了重要的科学依据。
本文围绕未来航天运输系统的发展问题，梳理了世界航天大国的航天活动及发展规划，研判了当前世界航天发展的主要态势，并据此对未来航天运输系统的能力需求进行分析；在此基础上，分析了当前国内外运输系统发展现状，针对未来大规模进出空间、空间转移运输以及载人火星探测提出了任务模式构想以及初步的运输系统方案，为我国后续航天运输系统发展及规划提供参考。
月球资源开发与利用是新时代世界航天大国月球探测的核心内容和焦点。本文介绍了月球资源开发工程的技术难点，提出了一种月球资源开发低成本规模化批量运返技术方案，其核心为全新设计的月基磁悬浮旋转抛射返回系统。该方案具有原创性强、易实现、高效益等技术优势和特点，能够大幅提升月球资源开发运返效率，降低运返成本，对实现月球资源规模化批量运返，促进其商业化开发具有重要的现实意义。同时本文还提出了月球资源开发应用系统大科学装置的构想，以服务于将来的月球探测科学研究以及月球资源开发与利用。
我国嫦娥五号、嫦娥六号月球样品采样返回和天问一号首次火星探测任务的成功实施，标志着我国已迈入了深空探测发展的新阶段。行星空间环境的研究对于理解行星演化规律以及未来合理利用空间资源具有重要意义。本文主要总结了人类已经实施的行星空间环境探测任务，展望了未来计划实施的行星空间环境探测任务，讨论和分析了我国行星空间环境研究面临的重要机遇，并对此提出了发展建议。
太阳能原位烧结成型月壤可有效实现月球的原位资源利用，有望成为月球基地建造最具潜力的工艺之一。本文搭建了以HUST-1模拟月壤为原料的太阳能聚光模具烧结原理试验系统，采用COMSOL计算了太阳能聚光模具烧结过程的表面辐射和固体传热，并开展了大气和真空环境下烧结的初步试验。仿真结果显示，当太阳辐照度为1368 W/m2时，模具内温度可达1100℃，满足月壤烧结成型的动力学要求。试验结果表明，烧结温度是太阳能聚光模具烧结月壤成型的关键工艺参数，当模具内温度达到800℃以上，模拟月壤开始固态烧结成型。受限于地球大气中悬浮颗粒对太阳光散射以及高温烧结阶段散热快导致的保温难、成型的块体强度较低等问题，需进一步优化试验系统，探究太阳能聚光烧结模拟月壤的致密化机理。
欧洲航天局研制的木星冰卫星探测器是目前已发射的探测器中技术最为先进、任务最为复杂的。木星冰卫星探测任务是欧洲航天局“2015—2025宇宙展望计划”的首个大型任务，该任务将研究太阳系最大的行星——木星，重点探测木星的三颗冰卫星（木卫三、木卫四和木卫二）以确定它们的宜居性。本文对木星冰卫星探测任务的科学目标、有效载荷、飞行轨道、探测器关键功能设计进行了研究分析，给出了一种木星系探测任务初步设想，并对我国木星系探测任务提出建议。
随着国内外地球静止轨道、月球轨道、火星轨道以及月球或火星科研站等空间任务的蓬勃发展，在空间环境中高效利用太阳能资源逐渐成为研究热点之一。钙钛矿太阳能电池因其优异的光电特性、低成本、制备工艺简单等特点而备受关注。本文全面介绍了国内外钙钛矿太阳能电池材料的研究进展，包括钙钛矿太阳能电池的基本光电性质、几何结构及其研究现状；重点介绍了钙钛矿太阳能电池在空间环境中的应用，如其在高能粒子辐照、大温差温度循环、紫外辐照等特殊条件下的性能表现；最后对钙钛矿太阳能电池在航空航天领域面临的挑战进行了总结，提出了下一步需要重点研究和解决的问题。
本文对目前国际上成功开展的月球以远的深空无人取样任务探测器的降落伞回收系统方案进行了描述，归纳了主要的技术特点。这些任务包括：起源号、星尘号、奥西里斯-雷克斯号、隼鸟一号、隼鸟二号。本文对各任务方案及其特点展开讨论，分析了降落伞回收系统的几个关键问题，包括降落伞伞型的选择、降落伞等柔性产品的长期空间在轨存储可行性、开伞控制的方案选择以及下降过程和着陆后的回收标位手段等内容，并对深空无人取样探测器的降落伞回收系统方案及关键问题进行了小结。
在月表开展探测活动时，宇航员和设备的操作导致扬尘浓度远远高于自然状态下的扬尘。带电的月尘颗粒不仅会影响航天设备性能，其高度的磨损性和生物毒性还会对宇航员的健康构成严重威胁。为系统性地了解月尘污染，本文首先介绍了月尘的物理、化学特性和带电特性，以便深入了解其污染行为的本质。其次总结以往探月任务中的月尘污染问题，详细分析了这种污染对探月设备各系统的危害。最后调研了已有月尘防控方案，评估了其优缺点、适用场景以及未来的发展方向，特别是对以电磁力为主的多种防尘除尘技术进行了详细分析。未来的研究将侧重于电场主动防尘与除尘关键技术在模拟月球环境中的应用，以确保月球探测活动的顺利进行和宇航员的健康安全。
随着人类对自然资源需求的增加和地球上矿产资源的消耗，向外太空索取资源成为了发展的必然趋势，其中小行星采矿因非常高的经济价值备受关注。近年来，美国冥王号和日本隼鸟2号均实现了对小行星的采样返回，我国天问二号任务也将对小行星进行采样返回。目前小行星采矿方向还停留在概念阶段，为此，本文针对小行星采矿问题，在小行星多面体引力场建模和球面谐波级数表面建模的基础上，对表面开采和掠飞捕获两种小行星采矿方案和所涉及的动力学问题进行研究。针对表面开采问题，提出了一种高效的小行星表面开采方案，并选取小行星Bennu为目标，结合表面开采需求，分析了其表面动力学特性。针对掠飞捕获问题，采用集中质量非线性弹簧阻尼模型仿真模拟了柔性绳网捕获小行星的动力学过程，并分析了部分节点的位移、速度与加速度，为未来小行星采矿任务提供理论指导。
本文针对空间碎片现状及空间碎片主动清除技术，分析并提出了一种空间碎片清除方案，阐述了总体方案设计、碎片清除流程、捕获方案等；基于三维可视化技术，完成了空间碎片清除可视化仿真软设计；开展了仿真验证试验，动态展示了空间碎片清除任务可视化仿真流程。试验结果表明，基于空间碎片清除方案可有效完成碎片捕获，该方案为空间碎片清除方案可行性验证提供了可视化服务和验证支撑，对未来空间碎片主动清除及其他在轨空间任务具有重要意义。
