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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。