2023年初，美国商务部国家海洋和大气管理局下属太空商务办公室在前期开放式数据库架构的基础上，正式启动“太空交通协调系统”（TraCSS）项目，预计为民用和商业太空运营商提供基本的太空态势感知数据和服务，向可能面临碰撞危险的航天器发送告警信息，以实现太空飞行安全、太空可持续性和国际太空活动协调。本文根据美国太空商务办公室发布的项目信息以及太空交通协调系统相关开源论文，梳理分析系统建设路径、框架设计及系统各组件功能。TraCSS项目采用基于云的容器化微服务架构，实现了美国军方、民用和商业太空态势感知数据的整合和治理，进一步推动了美国太空交通管理实践。本文分析了TraCSS项目的发展历程、系统设计及可能影响，并结合其项目特色研提对我国太空交通管理发展路径和系统建设的启示建议。

自20世纪90年代以来，美国、欧洲、日本和中国先后实施和规划自己的小行星探测和防御任务，小行星成为了继月球和火星后新的深空探测热点。纵观小行星任务的发展历程，立方星和着陆器的应用可在小行星采样返回、近地小行星防御等不同类型的小行星任务中发挥重要作用，提升任务的科学回报和任务效益。本文将分析立方星和着陆器在国外小行星任务中的应用案例，并针对我国首次小行星防御任务的任务目标和任务形式，在任务中使用立方星和着陆器提出一些设想。

空间碎片关系到各国空间活动的安全与航天事业的发展。随着空间碎片数量逐年增多，我国空间威胁日益加剧。本文针对空间碎片小体积、大动态、难以远距探测等问题，提出将天基分布式孔径雷达应用于空间碎片感知领域，从高精度编队飞行、时空频同步、波束合成3个方面对实现天基分布式孔径雷达的关键技术进行总结，并提出建议与展望。

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。

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。

近地小行星撞击是全人类共同面临的重大潜在威胁。通过监测预警发现撞击概率大的近地小行星，对其开展陨落预报，是防御小行星撞击灾害的重要前提。基于近地小行星短临预报任务场景的核心需求，中国科学院国家空间科学中心自主设计并开发了危地小行星撞击风险预报系统（简称“锐警”），其中的短临预报场景能够对进入地球一定范围内、存在撞击概率的近地小行星开展基于真实观测数据的轨道确定、轨道递推、陨落预报的全流程分析，为小行星撞击灾害防御提供参考。本文介绍了SHARP-IIS系统各功能模块的基本原理，并借助小行星2024 RW1、小行星2024 UQ两次撞击事件展示本系统在不同观测弧长下的表现。SHARP-IIS系统在观测弧段为7 h的2024 RW1场景中实现了较好的预测精度，与近地天体研究中心（CNEOS）记录的空爆信息相比，SHARP-IIS计算的空爆位置误差小于20 km，空爆时刻最小误差约1 s。

月球极区水冰的探测与研究对于理解月球上水和挥发分来源与演变，以及开展空间资源原位开采与利用具有重要意义。近年来，月球极区水冰探测已成为美国、中国、俄罗斯等国际大国月球与深空探测领域的竞争制高点。“嫦娥”七号的重要科学任务之一就是开展月球南极的水冰探测与研究。总结了月球极区水冰的探测研究进展，分析梳理了目前尚未解决的与极区水冰有关的科学问题，介绍了“嫦娥”七号月球探测任务的基本情况，以及任务中的南极水冰探测科学目标，并基于“嫦娥”七号任务轨道器、巡视器以及飞跃器配置的水冰探测科学载荷，讨论了南极水冰的遥感与就位探测方法。

本文提出了一种低成本的激光烧蚀陨石在轨试验方法。利用小型脉冲激光器烧蚀微小卫星主动释放的陨石球，结合激光测距仪、加速度计和姿态控制系统，实现靶体陨石球的有效跟瞄与速度改变量的测量；结合具体试验场景，给出了关键部件的参数设计，并对试验效果开展了初步的仿真，为将来评估激光烧蚀防御小行星真实场景效果所需的关键核心参数“冲量耦合系数”在轨实际测量提供了试验思路。

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。

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。

本文探讨了空天飞行器热防护结构的形式、特点以及健康监测与维护的重要性。热防护结构在空天飞行器运行中起着至关重要的作用，它不仅要承受极端的温度和压力，还需保证飞行器的安全。热防护结构的监测对象涵盖了其服役状态和可能出现的损伤。本文综述了国内外热防护结构健康监测的技术手段。其中，光纤传感技术具有高精度、抗干扰等优点，能够实时监测热防护结构的温度和应变；声发射技术可有效检测结构损伤的发生；超声导波技术能够对大面积结构进行快速检测。最后，本文以航天飞机为例，介绍了热防护结构的维护技术，包括对受损部位的修复等，确保热防护结构始终处于良好的工作状态，为空天飞行器的安全运行提供有力保障。

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。

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。

月面水冰资源的勘查与利用已成为支撑人类地外可持续驻留的核心命题。分析了月壤水冰的赋存特性及遥感证据，梳理了月壤水冰开发利用的技术发展现状，提出了勘查与利用技术的难点与挑战。基于月壤水冰资源开采设计准则，阐述了水冰资源利用四项工程基础问题，并给出了相应的方案设想及关键技术。该研究成果，可为我国水冰资源开发利用提供参考。

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。

高威胁小行星是指能进入地球希尔半径的小行星，是行星防御中监测预警任务的重点关注对象。本文基于最新的近地小行星轨道/尺寸分布模型，通过高精度小天体轨道外推构建了直径10 m以上高威胁小行星的仿真样本数据库，并可由此产生任意给定时间段内用户所需数量的高威胁小行星。通过轨道推演筛选出100年内密近交会潜在威胁小行星、高威胁小行星等子类，计算了各子类在近地小行星及潜在威胁小行星中的发生占比，证实了潜在威胁小行星作为重点监测对象的有效性；同时，通过分析各子类的轨道根数分布及随根数变化的占比分布，显示了两个交会子类的轨道半长径和偏心率的分布主要依赖于初始近地小行星的轨道分布，从而导致交会轨道中高偏心率轨道占比大。

了解小行星的物质组成对小行星起源与演化研究、太空资源利用以及小行星防御等都具有重要指导作用。硅质小行星是近地以及内主带小行星的主要类型，也是最常见陨石普通球粒陨石的母体。为了增进对硅质小行星矿物成分的认识，本文研究了光谱信噪比较高的8颗硅质小行星的矿物组成。通过对小行星混合光谱进行去卷积获得铁镁质矿物吸收特征，得到它们的镁橄榄石指数（Fo#）以及高钙辉石占比，并获得了小行星对应的陨石类似物。研究发现，Sr型小行星（3） Juno、（808） Merxia和S型小行星（4197） Morpheus具有较高的Fo#和较低的高钙辉石含量，成分类似于H球粒陨石。Sq型小行星（433） Eros具有相对低的Fo#和较高的高钙辉石占比，其成分类似于L球粒陨石。Sv型小行星（5） Astraea和S型小行星（17） Thetis与V型小行星（3908） Nyx和（4055） Magellan表面几乎不含橄榄石，这4颗小行星的矿物成分与玄武质无球粒陨石类似。本研究表明即便都是具有明显吸收特征的硅质小行星，它们的类型也具有矿物多样性，对应的陨石类型复杂多样。这既反映了小行星自身起源演化以及后期太空风化、冲击变质的影响，也说明了现有小行星光谱分类体系有待改进，在基于光谱解译小行星矿物组成及演化时需要谨慎。

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。

在执行空间目标精确测量和识别任务过程中，天基相机需克服海量复杂恒星背景下的干扰、单一探测手段下的图像特性缺失、目标与监视平台快速相对机动特性等复杂工况，完成对目标特性部位的精细识别和形心精确定位。通过远距离的空间目标检测技术和近距离的空间目标关键部件识别技术，利用特征点检测、形状分析、深度学习等多种方法，可实现对目标特征部位实时且准确地进行提取、匹配、跟踪，以及形心的测量和估计。基于天基共孔径复合相机的设计，本文开展了高分辨率成像仿真和验证，图像的关键特征细节分辨率可提升10%~30%，并实现了对目标的特征部位提取、形心定位、匹配识别等功能。

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。

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。

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。

电连接器作为在轨服务与维护领域的航天装备基础元件，广泛存在装配和拆卸的接入需求，其自动接入技术涉及接触力感知、视觉识别与定位、机械臂柔顺控制等关键技术，具有重要研究意义和推广价值。本文基于6自由度机械臂、双目结构光相机及其控制软件，构建了不同类型电连接器的自动接入试验平台，采用关键点提取、RANSAC粗配准和ICP精配准等算法，实现了模板点云的精确配准，完成了不同类型电连接器接入状态的高可靠识别；采用机械臂导纳控制，实现了机械臂末端夹具的抓取定位-对中旋拧-插拔拆卸等系列化操控。以Y27和J30等不同类型电连接器作为典型案例进行自动接入作业测试，验证了平台系统和已采用方法的可行性。

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。

目前，大量证据表明月球两极的永久阴影区内可能存在与月壤混杂且储量可观的水冰资源。阐明含冰月壤的力学、热学性质是理解月球水冰演化机制和开发策略的前提，而这些关键性质与水冰在月壤多孔介质中的赋存形态息息相关。具体而言，水冰在月壤孔隙中是以分散、高比表面积的小颗粒（霜）形式存在，还是完成了熟化（粗化），以与月壤颗粒尺寸相当的低比表面积大晶体形式存在？目前既无直接观测数据，也缺乏相关理论研究。这一认知空白也制约了对含冰月壤模拟物的合理制备。推导了稀薄环境下的奥斯特瓦尔德熟化模型，表明月壤孔隙内水冰小颗粒群（霜）在地质时间尺度下会通过物质迁移在本地孔隙内聚集粗化形成大晶体，并定量研究了不同温度条件下水冰颗粒群的熟化速率。理论分析显示：在月球永久阴影区中深低温区域（<100 K）表面，水冰能够长期保持其初始沉积形态；而在温度较高的非永久阴影区或者地下区域（>120 K），水冰颗粒群将显著熟化，形成与月壤粒径相当的大尺寸晶体。基于此结果，可以通过调节温度和熟化时间，制备与目标含冰月壤的水冰粒径相同的月壤模拟物。不仅深化了对月球水冰演化机制的理论认识，还为含冰月壤相关物理性能研究和模拟物制备提供了理论参考，对月球水冰资源开发利用具有应用价值。

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。

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。

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。

月球极区永久阴影区内水冰资源提取利用是未来月球基地建设的重要任务之一。结合月球极区水冰月壤赋存特性，对比分析月球冻土地面模拟方法，开展−180 ℃以下含水模拟月壤性能测试。在此基础上分析月球永久阴影区含水月壤不同采集与提取技术优缺点，提出适合未来搭载验证的水资源提取方法及关键技术，为未来地外水资源提取任务提供可靠的技术参考。

基于三亚非相干散射雷达在2020年双子座流星雨期间的观测数据，研究了近地空间微流星体通量。2020年12月13至14日，在连续24 h观测时长里，共观测到9500次微流星事件，平均每小时约400次。根据雷达波束宽度及工作占空比等估算，近地空间微流星体通量为每日4.3次/百平米。由于受到雷达的观测模式和灵敏度限制，该估算值要低于实际微流星体通量值。微流星体通量周日分布差异较大，极大时刻出现在北京时间7:00，极小值时刻为19:00。美国“长期暴露设施”通过撞击坑获得的近地空间微流星体通量密度是三亚雷达获得的3倍。除了两种测量方式测量空间高度和测量时长等原因外，微流星体通量的地方时分布，可能是导致两者测量值差异的主要原因之一。本研究对建立我国自主的微流星体通量模型具有参考价值。

月球极区水冰资源是未来月面探测的重要生保物质和推进剂原料，其原位开采技术已成为航天强国的战略竞争焦点。针对月球两级永久阴影区水冰资源高效开采需求，提出了一种群针式原位热提取方案设计，并详细阐述了其系统设计及功能特性。通过仿真分析，研究了热针参数及其分布对水冰挥发速率的影响，验证了该方案的可行性。该研究成果将为月球资源原位利用及基地建设提供重要技术支持。

带电粒子束流的高效稳定传输在空间前沿科技领域中的应用至关重要。例如在空间高能物理、带电粒子束辐照效应研究等方面，精准控制带电粒子束流特性是实现高质量应用的关键前提。然而在带电粒子束流传输过程中，存在着带电粒子横向位移增加、束斑通量密度急剧降低等难题，严重阻碍了其应用效果与发展潜力。传统设计方法难以应对带电粒子扩束磁铁组设计参数繁多的复杂情况，致使难以获取全局最优解，无法满足日益增长的高精度束流传输需求。本文提出了一种带电粒子扩束磁铁组的智能优化设计方法。本文采用基于遗传算法的设计流程，首先深入分析扩束磁铁组前端加速器出束带电粒子的相空间坐标，依据带电粒子束光学理论、四极磁铁磁场空间分布理论，结合束流元器件空间分布精确计算束流传输矩阵，依据初始带电粒子相空间矢量算出装置末端带电粒子相空间矢量；其次根据加工能力与实际工况，基于神经网络修正的四极磁铁磁场分布理论确定磁铁几何参数、相对位置范围；最后通过遗传算法确定最优扩束模式和对应的最优参数。据此成功实现了对扩束磁铁组的高效优化设计，有效增加束斑横向尺寸、减小束斑内带电粒子间库伦斥力，压缩发散角。这一研究成果对于推动带电粒子束流传输技术的发展具有极其重要的意义，不仅能助力相关领域突破现有技术瓶颈，提升设备性能与应用效果，还将为后续更深层次的带电粒子束流操控研究提供坚实的理论与实践基础，拓展带电粒子束流在更多领域的创新应用前景。

命名实体识别作为自然语言处理领域的核心任务之一，其目标是从文本中自动提取具有特定意义的实体。在空间科学领域，命名实体识别技术为海量空间探测数据解析、航天任务报告分析及天体物理文献挖掘等关键任务提供了基础支撑。重点关注命名实体识别在卫星载荷参数提取、深空探测目标识别及空间环境监测报告分析等场景中的技术适配与优化需求。综述了命名实体识别技术的发展历史，分析了从早期的基于规则和机器学习方法到当前深度学习驱动的模型的演变过程。重点讨论了深度学习模型在空间科学文本处理中的特殊应用，包括探测器日志中的复合实体识别、多模态空间数据融合等关键技术。同时，指出了命名实体识别技术在空间科学领域面临的主要挑战，包括处理多语言任务报告、空间专业术语消歧，以及星载设备的实时处理需求等。最后，提出了面向空间科学研究的命名实体识别技术发展路径，为后续空间站科学实验数据管理、行星探测目标识别等重大需求提供技术支撑。

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。

受月球极区极端环境和月壤颗粒本身导热率低等条件的限制，从低温含冰月壤中提取水资源仍面临巨大技术挑战。为提高含冰月壤水资源提取效率，采用微波加热的方式实现含冰月壤内水资源的提取与收集，建立了相应的微波加热实验系统。通过制备低温模拟月壤样品，研究了微波加热含冰月壤水资源提取和收集的技术方法。通过实验测试，获得了水资源提取与收集过程的基本特征，得到了微波加热参数和样品参数对水资源提取收集的影响规律。研究结果表明，微波能够穿透整个低温含冰月壤样品，可以实现对样品的均匀加热，微波加热方法的能量效率范围为2.5~6.0 W·h/g。水资源提取率与微波加热输入的总能量呈正相关关系，可以通过调整微波加热功率、加热温度和恒温时间，提高水冰的提取效率。此外，增加样品密实度有利于促进水分子和月壤颗粒间的热传导，从而降低总能量输入，提高水资源提取率。实验得到的水资源平均收集速率为0.53~1.59 g/min，且随着初始含水率的增加而增加。该研究为后续在月球极区实施水冰资源开采和利用提供了新的技术思路。

为了实现空间多光谱相机可见光谱段和近红外谱段双波段成像，满足卫星载荷体积、重量及结构包络等相关需求，设计一款紧凑型多谱段共光路成像的同轴折反光学系统。该系统焦距为1500 mm，视场角为1.37°×1.37°，全视场平均设计传递函数优于0.27（55 lp/mm），可在400~900 nm的谱段内实现清晰成像。同时，鉴于该相机工作的空间环境光复杂，针对该系统空间布局特点进行杂散光分析，识别关键杂散光路径，并优化设计了主镜和次镜的遮光罩及光机结构材料属性，进一步提升了光学系统杂散光抑制能力，使得系统的点源透射率在规避角45°外达到优于10⁻⁶量级。在不影响空间相机成像性能的前提下，该设计在满足空间载荷体积和重量要求的同时，系统的杂散光抑制达到最佳效果。

月壤光热熔融凝固成型技术是一种利用聚焦光束对月壤材料进行加热、熔化，并按照预设路径凝固成型的新技术。该技术能够实现月球表面的原位建造与制造，无需使用黏合剂或二次能源转换，可实现对原位月壤材料与太阳能的高效利用，对未来月球科研站建设和长期运行意义重大。全面回顾了月面原位建造与制造技术的研究进展，深入分析了月壤光热熔融凝固成型技术的特点和应用前景，并探讨了该技术目前面临的成形缺陷多、真空环境熔融机理不明等瓶颈问题。在此基础上，搭建了高真空光热熔融凝固成型试验系统，并在国际上首次实现了真空度（10⁻³ Pa）环境下模拟月壤熔融3D打印，成功制备出尺寸为5 cm×5 cm×3 cm的月壤功能件。在试验过程中，通过原位摄像观测了真空熔池动态演变过程。研究结果不仅验证了高真空月壤光热成型的可行性，还建立了月壤熔融打印工艺参数，为后续月壤打印装备研制提供了关键技术储备。

针对月球极区水冰原位热提取中水汽收集效率低的技术难题，深入分析了霜层生长过程中的传热传质特性，提出了一种基于水汽相变动力学模型和冷凝霜层生长模型，揭示了霜层孔隙率与温度等参数对霜层过程的影响，为冷凝器优化提供理论支撑。通过水汽流动仿真，对比分析铝珠的粒径大小与水汽流动速度的关系。搭建了一个模拟月面极端环境的验证平台，开展了不同粒径铝珠结构的水汽冷凝收集效能对比试验。实验结果表明，铝珠直径越小，水汽在冷凝器内部的流动速度越慢，水蒸气与冷凝器换热时间越长；水汽冷凝器内部比表面积越大，水汽收集效率越高。采用小粒径铝珠可以显著提高比表面积，但粒径过小易造成孔隙堵塞。为月球水冰资源原位提取装置中水汽收集单元的设计提供了理论与实验依据。

月球水冰是未来月球基地建设的重要资源，但受制于永久阴影区的极端环境，传统钻取方式难以实现低功耗低钻压保真钻取。设计并制造了一种适用于月球水冰冻土钻进的超声取样器。通过有限元仿真软件，设计了超声变幅杆振动模态，并验证了变幅杆的实际输出性能。制备了10.0%含水率的模拟月壤冻土，并测得其单轴抗压强度为41 MPa。使用离散元仿真软件PFC模拟了月球水冰冻土的力学特性，并确立了本构参数。通过月壤冻土模拟钻进实验，对钻进性能进行了评估。结果表明，在相同进给速度下，超声驱动可使钻进力平均降低52.0%，与仿真结果的误差仅为10.5%。

月球两极永久阴影区存在大量水冰资源，对其进行提取具有重要的科学意义和应用价值。提出一种利用涡流感应加热的水冰热钻的提取方法，该方法利用高导热钻针钻入月壤较深处，借助外部感应线圈进行加热，将热量传递至月壤深处以实现水蒸汽提取。为了验证该方法的可行性，对影响热钻加热效果的关键参数进行了仿真分析，并搭建了热针感应加热试验平台，进行了真空环境下空针加热试验。试验结果表明，该方法可以实现热量有效地传递进月壤内部。研究结果为我国月球水冰资源的提取提供了技术储备。