地外人工光合作用技术在地外空间环境下模拟绿色植物的自然光合作用，通过物理化学方法将二氧化碳转化成氧气和含碳燃料，是一种二氧化碳高效转换和氧气再生的新技术。该技术不仅可将人类呼吸产生的二氧化碳转化为氧气，实现密闭空间的废弃资源原位再生循环，而且可利用火星等地外大气环境中丰富的二氧化碳和水等原位资源制备氧气和燃料。全面总结了地外二氧化碳转换技术的研究进展，详细阐述地外人工光合作用技术的概念和内涵，并分析其特点和应用前景。在此基础上，进一步提出地外人工光合作用技术试验目标，并介绍试验装置设计、相关地面试验结果和在轨试验进展等内容。最后，对地外人工光合作用技术进行总结与展望。
空间站微生物防控技术是确保长期载人航天任务中航天员安全和航天器长期在轨稳定运行的关键技术之一。首先，系统梳理了国外空间站历次微生物污染事件，总结污染事件的主要特点，为我国空间站微生物防护和控制提供警示，汲取经验教训；然后，对空间站在轨微生物检测技术和在轨微生物控制技术的研究进展进行总结，并重点对我国空间站在这些领域开展的研究进行了介绍；最后，提出了基于系统工程风险管理角度所构建的空间站微生物防控技术体系，以期促进我国空间站微生物防控技术的快速发展，满足我国载人航天工程的微生物防控需求。
航天器用导电滑环内部产生的带电磨屑不仅会加剧滑环环道磨损，还会造成电场畸变，诱发真空沿面闪络，影响太阳能电池阵列的工作可靠性。通过建立滑环模型，利用仿真模拟导电滑环内部电场、电势和磁场分布，进而研究带电磨屑的迁移运动规律，并进行在轨试验观测互相验证。仿真分析表明，静电场下导电滑环的内部电场最大值为2.65×104 V/m，带电磨屑受到电场力的作用向绝缘挡板侧面运动并聚集，最大速度可以达到3.92×10−3 m/s。在空间电子辐照环境下，内部电场最大值为3.7×108 V/m，出现在“三结合”点处，最大速度可以达到4.05×10−3 m/s，迁移运动更为明显。在轨试验证实，磨屑具有向绝缘挡板侧面移动和聚集的现象。本文揭示了航天器用导电滑环中带电磨屑的迁移运动规律，为导电滑环的绝缘优化设计提供了理论支撑和试验依据。
在空间受控环境下开展微藻培养与熟化技术研究对于新一代环控与生保系统具有重要意义。针对在空间站开展微藻培养与熟化试验的科学需求，首先，对7种备选微藻藻种进行筛选，通过可用性、生长周期、营养成分、培养环境（包括光照、水分、pH值）等因素确定螺旋藻和微拟球藻作为试验藻种；其次，根据试验规划和备选藻种进行了微藻培养与熟化装置研制，提出了固态和液态两种微藻培养模式，固态培养模式进行受控环境下产氧率评估，液态培养模式用于微藻生理特征和微波熟化关键技术验证；最后，攻克了受控空间设计、小型化微波熟化等关键技术，研制了微藻培养与熟化试验装置，并开展了微藻地面模拟培养及熟化等试验。地面试验结果表明，微藻液态培养模式在装置内小体积受控环境中可以培养30天，固态培养模式微藻产氧速率在培养前2天约为15 g·m−2·d−1，植入式微波加热可以在65~70℃范围内熟化液态微藻，熟化后的微藻具有营养保留特性及食品化应用潜力。
在将受控生态生保系统应用于月球/火星基地前，需要利用空间站先期开展技术验证，以解决应用过程中面临的科学问题和工程问题。研究分析了在空间站开展受控生态生保系统技术验证的任务需求和约束条件，明确了技术验证目标，并制定了具体的验证流程和验证方案。基于第一阶段植物高效培养的关键点和难点，详细研究了验证流程、验证内容、地面试验方案、装置研制方案和在轨验证方案。开展了地面预先试验验证，筛选出适宜的作物品种，并验证了气雾培养及微生物控制技术。
针对航天装备通风管道结构特征，分析其对管道机器人的结构约束和功能需求，分析得出管道机器人需至少具备与管壁的接触力控制能力，具有通过T型管、间隙等非连续管道的稳定支撑和转向能力，可以适应管径变化3个主要能力。针对变管径适应能力需求设计了集成型串联弹性驱动器（SEA）机器人腿部剪叉机构，即具备柔性力控制能力；针对转向需求，设计了摆动关节和滚转关节；针对间隙等障碍，设计了2套串联腿部机构单元模组，通过交替支撑运动实现间隙跨越功能。试验验证了管道机器人通过多种尺寸和类型组合的复杂管道，实现机器人变径比达到2。
近年来，储能电池技术得到了突飞猛进的发展。作为空间飞行器的电力保障，其成熟度要求非常高。然而，由于技术的更新换代迅速，其难以在飞行器上获得充分的验证。空间站的顺利建成及稳定运营，为新型储能电池技术在轨应用验证研究提供了理想的平台。设计了一种新型储能电池在轨应用验证平台，包括锂离子蓄电池组1、锂离子蓄电池组2、充放电控制器和放电负载。通过两个蓄电池组相互充放的模式，可以同时验证两种储能电池技术，并实现能量的高效利用，仅需舱上补充充放电过程中少量的能量损耗。该平台将为储能电池新技术在空间飞行器上的更新换代提供有力支撑。
变重力池沸腾中国空间站问天实验舱变重力科学首批两项科学实验任务之一，用于研究不同重力条件下池沸腾传热性能与气泡动力学规律。作为自主研制的关键部件，多功能集成微加热器（Multi-Functional Integrated Micro-heater，MIM）采用微机电系统（MEMS）技术，在10 mm×10 mm×1 mm石英玻璃基板上加工出特定的金属铂薄膜，集成了气泡激发、温度测量和功率输入等功能，并采用COB封装技术形成独立器件。利用中国空间站在轨实验数据，以沸腾液池内液体温度的实测数据为基准，对多功能集成微加热器16路局部温度测点和主加热器的电阻-温度特性曲线进行了标定，并分析了多功能集成微加热器温度测量的不确定度。基于在轨标定结果，反演计算了变重力池沸腾空间站在轨实验中不同重力条件下的单相自然对流传热特性。研究结果表明，这些特性与经典关联式预测及同类实验数据相符，证实了在轨实验结果的可靠性。
航天食品在载人航天、太空旅游、深空探测和资源开发中起着至关重要的作用，是人类太空生存、健康、活动的基础和能量来源。然而，太空环境的独特性，如微重力和强辐射，对食品的保存和质量安全提出了严峻挑战。鉴于食品在航天任务中的重要性，航天食品的研究与技术发展已成为航天事业不可或缺的一部分。介绍新建的太空生命研究数据库（Space Life Investigation Database，SpaceLID），作为太空食品研究的信息资源，旨在为太空生物研究和感兴趣的公众提供一个全面的资讯平台。SpaceLID收录了航天食品相关的广泛研究内容，包括航天员的饮食菜单、食品类型与数量、质量及保存方法、营养搭配等关键信息。介绍SpaceLID框架和浏览方法，以及利用SpaceLID信息研究航天食品的案例。通过深入分析SpaceLID中的信息，可以更好地理解航天食品的需求和挑战，从而设计出更安全、更营养、更符合人类航天需求的饮食方案。
相比于无人航天器，载人航天器的信息系统在实现系统状态采集、数据分发、指令控制等基本功能的同时，还需满足“人在回路”的协同要求。随着航天器在轨寿命不断延长、在轨任务日趋复杂，如何提升航天员驻留舒适性、提高航天员在轨工作效率，以及增强多任务综合处置能力，已成为载人航天器信息系统亟待解决的问题。为此，研究人员尝试将云计算和智能家居等先进技术应用于载人航天器，并根据各项技术的应用需求，从带宽、时延、终端规模和交互方式等方面对信息系统提出了不同要求。从系统架构、网络安全、无缝漫游及可扩展性等多个维度出发，提出了一种一体化智能信息系统设计方法。该方法在资源受限的条件下，有效满足了多任务模式下不同技术应用对信息系统的多样化要求。
针对空间站典型供配电产品在轨故障精准定位、精细化维修、过程智能化等方面的需求，提出典型供配电产品在轨原位故障智能诊断及精细维修技术方案，并对其中关键技术环节开展必要性、先进性、安全性、可行性论述和应用前景的探讨。阐述了面向功率控制单元、指令母线单元等产品的板卡级、部件级故障，进一步降低维修层级和对轨道更换单元（Orbital Replaceable Unit，ORU）在轨修复、重复利用的总体思路；探究了快速智慧化故障诊断和精准定位、在轨精细级焊接维修等在轨维修必需关键技术的可行性、技术路线和实施方案；在基于增强现实（Augmented Reality，AR）全过程实时多模式交互支持的在轨维修方面，分析了现有AR技术面对板卡级精细维修需求存在的差距，探讨了自主可控国产智慧引擎研发的重要性，以及动态注册技术、高精度锚定算法、柔性目标识别、人机工效评估等关键技术的必要性和可行性，提出了轻量化高舒适度穿戴装备的开发方案；并对该方案中受微重力等天地差异影响的关键技术进行详细剖析，提出在轨验证的必要性、实验方法和实施方案，包括在轨焊接技术、快速故障精准定位技术、AR引导航天员操作等。结果表明，该方案不仅具有低成本、多层级、精细化的优势，能够切实降低维修层级，优化备品备件，提升系统安全性，还具有极强通用性，可推广至其他实验系统或更多工业领域，具有广阔的应用前景。
在人类的空间探索进程中，空间热源小微型发电技术可以不依赖太阳能，是载人登月、火星登陆等深空探测任务的理想选择。特斯拉涡轮作为一种结构简单的微型膨胀机，以其独特的结构和原理在小型微型发电领域有发挥重要作用的巨大潜力。研究对特斯拉涡轮在不同中低温热源温度、流量和负载下的性能进行了试验测试。实验结果表明，特斯拉涡轮及其配套的发电设备在1.4 MPa以下的压力条件下，可以在不同的工况下分别达到62.18%的涡轮等熵效率和98.35%的轴效率。这些数据为特斯拉涡轮的进一步研究和应用提供了实验依据。
面向太空原位资源利用对粉体料位测量的技术需求，提出了一种基于叉指电极电容板的料位测量方法，并在真空环境下基于模拟月壤对其工作特性进行了实验研究。研究结果表明，叉指电极电容板的电容值与料位呈线性关系，其敏感系数可达10−1~100 pF/mm 量级，具有较高的灵敏度。敏感系数受电极结构参数和铺粉厚度的影响，其中电极间距和绝缘层厚度对敏感系数的影响最为显著。为获得更高的敏感系数，应采用较小的电极间距和绝缘层厚度。相同的电极间距下，存在较优的电极宽度以使敏感系数最大。不仅证实了叉指电容在真空环境下测量模拟月壤料位的可行性，未来还可根据其工作原理拓展应用于粉体架桥检测和厚度测量等场景。
研究三体绳系卫星系统释放展开过程的动力学与控制问题。针对动力学分析和控制，建立了两类模型：一是计入主卫星与系绳的相对姿态运动，基于哑铃模型假设建立了面向控制器设计的系统简化模型；二是计入系绳柔性和卫星姿态，基于弹簧质点模型假设建立了面向动力学分析的系统精细模型。为实现三体绳系卫星编队系统的稳定释放，提出了一种综合控制策略。首先，针对释放过程中系统的复杂状态与控制输入约束，基于简化模型设计了一种非线性模型预测控制方法，采用非线性规划方法求解得到系绳弹性力与推进力的参考控制曲线。为修正轨迹跟踪过程产生的控制误差，提出一种比例-微分反馈控制器来稳定系统姿态和构型。最后，通过数值仿真分析了系统释放过程的非线性动力学行为，验证了控制策略的有效性。
在轨维修对于保障空间站、载人飞船等航天器的长期在轨健康运行至关重要。未来，空间机器人将在航天器在轨维修中扮演重要角色。航天器部件位姿估计是空间机器人进行在轨维修的前提，面临模型未知、高实时性、空间复杂光照影响等挑战。针对上述问题，首先系统总结了基于计算机视觉和深度学习的位姿估计方法，分析了不同方法在空间任务中的适用性。在此基础上，提出基于视角相似性的航天器部件位姿估计方法。该方法采用视觉变换器模型构建参考视角选择器，并结合对极几何约束，实现对目标部件粗略位姿的快速估计。然后，通过视角相似性权重分配完成对目标部件位姿的精确估计。该方法不依赖目标模型，通过相似视角选择提升算法稳健性，并在所构建的航天器部件数据集上进行了验证，可为未来空间机器人进行智能自主在轨维修提供技术支持。
首先从亚轨道旅游系统、近地轨道旅游系统、商业太空行走3个维度介绍了国外太空旅游发展情况，英国维珍银河公司（Virgin Galactic）和美国蓝源公司（Blue Origin）均于2021年多次成功实现载人亚轨道飞行。太空探索技术公司（SpaceX）于2021年实现首次载人近地轨道飞行，并于2024年实现首次商业太空行走。其次，对国内太空旅游的发展现状进行介绍，重点介绍了深蓝航天、中科宇航和北京穿越者三家公司的太空旅游计划。再次，对太空旅游探险的概念内涵、客户画像、市场规模、国家和地方政府的政策支持情况进行概述。最后阐述了发展太空旅游产业在科学、经济、技术、文化等多个领域的重要意义，并针对太空旅游产业在技术、安全、商业模式、法律法规等领域面临的挑战给出相应的建议。
