执行摘要 背景 商业航天正迅速成为全球经济中一个充满活力和生机的行业。随着经济的进一步发展,平民游客和平民劳动力的数量也将随之扩大。尽管我们对航天飞行对专业宇航员的健康和表现的影响了解甚多,但平民人口的人口结构却大不相同。超过 50% 的美国人口患有一种或多种慢性疾病,如关节炎、糖尿病、心房颤动、高血压、哮喘、偏头痛和肾病。此外,大约三分之二的美国人随着年龄的增长会出现一定程度的认知障碍,五分之一的人患有残疾,如脑瘫、脊柱裂、脊髓损伤、多发性硬化症、帕金森病、听力丧失、视力障碍、脑损伤、自闭症和精神健康障碍。当健康和行为方面存在问题的平民进入太空时,我们需要了解微重力、辐射、隔离、禁闭和距离地球的距离等航天压力源会如何影响这些平民合并症,并制定有效的对策,以便他们能够安全地在太空旅行、生活、工作和成长。目标拟议的平民航天和太空居住人类研究计划(HRP-C)基于 6 个主要目标。(1)确定高优先级研究,以便现在开始数据收集,并随着平民旅行者数量的增加而继续收集数据;(2)提供使所有利益相关者受益的协调数据收集策略;(3)通过全面的指标加速生物医学发现;(4)用来自不同平民的数据补充现有的专业宇航员文献;(5)包括无缝指导研究的基础能力;(6)制定有效的太空危害对策,让太空平民安全健康地旅行。方法论 为了制定这项综合研究计划,我们成立了一个由航天专家、科学家、航天提供商、医学专家和航天局代表组成的委员会。在 8 个月的时间里,我们定期举行智囊团会议。本报告总结了该委员会的建议。
着陆、地面导航、机器人维修/组装、故障检测/缓解、分布式系统操作、科学数据处理以及遥感任务的提示和提示 • 航天量子计算机 • 支持分布式机器人的低功耗嵌入式计算机
I. 序言 新的太空技术和轨道商业机会催生了全球航天产业的指数级增长和快速变化。火箭发射、卫星再入和上级火箭将气体和气溶胶排放到从地球表面到低地球轨道的每一层大气层中。这些排放可能会影响气候、臭氧水平、中层云量、地面天文学以及热层/电离层成分。航天产业的增长速度令人印象深刻:发射和再入质量通量最近每三年翻一番(Lawrence 等人,2022 年)。根据行业预测,到 2040 年,太空活动将继续增加至少一个数量级(Ambrosio 和 Linares,2024 年)。大型低地球轨道 (LEO) 卫星星座正在改变航天产业,因此到 2040 年,计划中的系统每年将需要发射和处置超过 10,000 颗卫星到大气层中。到 2040 年,以液化天然气 (LNG) 燃料发动机为动力的重型运载火箭预计将成为发射活动的主导 (Dominguez 等人,2024)。航天工业向大气排放的范围和性质正在急剧增长和变化 (Shutler 等人,2022)。发射和再入气溶胶排放量估计表明,到 2040 年,许多计划中的大型低地球轨道星座将需要将发射吨位从目前的 3,500 tyr -1 增加到 30,000 tyr -1 以上 (Shutler 等人,2022)。火箭燃烧排放量将与有效载荷同步增加。蒸发空间碎片和废火箭级的再入排放量将从目前的每年 1,000 吨增加到每年 30,000 吨以上 (Shulz 和 Glassmeier 2021)。到 2040 年,全球发射和再入大气层颗粒物(黑碳和金属氧化物)排放到平流层的总通量将与自然陨石背景通量相当。这些估计不包括不确定但可能很重要的发射要求,例如 MEO(中地球轨道)和 GEO(地球静止赤道轨道)等轨道上的新太空系统或积极的月球或火星探索计划。发射和再入大气层排放量的上升是在人们对航天排放的成分和化学成分存在广泛知识缺口的情况下发生的。人们对大型液化天然气火箭的排放和影响知之甚少。最近发现,重返大气层的太空碎片中的金属已经存在于构成天然平流层硫酸盐层的 10% 颗粒中,这强调了迫切需要了解未来重返大气层数量级的增加将如何影响大气(Murphy 等人,2023 年)。显然,总体上缺乏评估未来航天排放影响所需的科学和工程模型、工具和数据。知识差距:为了应对这些日益增长的担忧,2021 年,Surendra P. 博士美国宇航局艾姆斯研究中心的 Sharma 组织并领导了一个多机构工作组(航空航天公司的 Martin Ross 博士、NOAA/CSL(美国国家海洋和大气管理局/化学科学实验室)的 Karen Rosenlof 博士、科罗拉多大学 NOAA CSL 化学与气候过程组的 Chris Maloney 教授、哥伦比亚大学的 Kostas Tsigaridis 以及 GISS/NASA(戈达德空间研究中心/美国国家航空航天局)的 Gavin Schmidt 博士),在美国宇航局内部资金(地球科学部)的支持下,分析了预测发射和再入排放全球影响的模型的有效性和可信度,以及可用于验证这些模型的数据。该小组确定了对该现象的基本科学理解方面的关键差距,包括建模技术和
I.序言中的新空间技术和轨道上的商业机会导致了一个成倍增长且快速变化的全球空间行业。火箭发射并重新进入卫星和上层阶段,将气体和气溶胶散发到从地球表面到低地轨道的大气中的每一层。这些排放可能影响气候,臭氧水平,中层云彩,地面天文学和热层/电离层组成。空间行业的增长率令人印象深刻:发射和重新进入质量通量最近大约每三年增加一倍(Lawrence等,2022)。太空活动将继续增加到2040年的数量级(Ambrosio and Linares,2024年)。空间行业正在由大型低地轨道(LEO)卫星星座进行转换,因此到2040年计划的系统将需要每年推出10,000多颗卫星,并将其处置到大气中。由液态天然气(LNG)燃料发动机提供动力的重型升力火箭将在2040年到2040年(Dominguez等,2024)主导。空间行业排放到大气的范围和特征正在从根本上增长和变化(Shutler等,2022)。估计发射和再入气溶胶排放量表明,许多计划的大型LEO星座将需要从当前的3,500 Tyr -1增加到30,000 Tyr -1到2040年的发射吨位(Shutler等人,2022年)。火箭燃烧的排放将随着有效载荷而增加。努力。从汽化的空间碎片和用过的火箭阶段回归的排放量将从目前的每年1,000吨增加到每年30,000吨以上(Shulz and Glassmeier 2021)。到2040年,进入平流层的发射和再入颗粒物(黑碳和金属氧化物)排放的总全局通量将与自然的气象背景通量相媲美。这些估计值不包括新轨道中新空间系统的不确定但可能有重要的发射要求,例如Meo(中等地球轨道)和地理赤道轨道(地球赤道轨道),也可能是月球或火星探索的积极进程。面对太空飞行排放的构成和化学差距,发射和重新进入的排放率正在发生。对大型LNG火箭的排放和影响知之甚少。最近发现,构成天然平流层硫酸盐层的10%的颗粒中已经存在了重新进入空间碎屑的金属,这强调了迫切需要了解重新进入的即将到来的数量级如何影响大气(Murphy等人,2023年)。显而易见的是,总体上缺乏评估未来太空排放影响所需的科学和工程模型,工具和数据。小组确定了对现象的基本科学理解的关键差距,包括建模技术和知识差距:应对这些日益严重的关注,在2021年,Surendra P. Sharma博士,NASA AMES研究中心,组织和领导多机构工作组(Martin Ross博士,航空航天公司Martin Ross博士; Karen Rosenlof博士; Karen Rosenlof博士,NOAA/CSL,NOAA/CSL(NOAA/CSL)科罗拉多州哥伦比亚大学的Kostas Tsigaridis;
HPSC 是一种现代的缓存一致性共享内存多核微处理器,具有八个应用处理核心,使用开放标准 64 位 RISC-V 指令集架构 (ISA) 实现 [5]。HPSC 集成了两个 SiFive X288 核心复合体,每个复合体由 4 个 X280 RISC-V 核心组成。X280 核心采用称为矢量单元的高级功能设计,符合 RISC-V 矢量扩展 (RVV) 标准。矢量单元具有 512 位矢量寄存器长度,支持可变矢量长度计算,最高可达 4096 位宽。RISC-V 矢量是一种强大且超高效的扩展,具有紧凑的代码大小、高性能能力,并且与其他 ISA 青睐的单指令多数据 (SIMD) 架构方法相比,片上 SoC 结构占用的面积有限。此外,RVV 可以在同一软件中使用不同的矢量长度,从而实现可扩展性、灵活性和未来兼容性。
HPSC是一种现代的高速缓存共享内存多核微处理器,使用开放标准64位RISC-V指令集架构(ISA)[5]实现了八个应用程序处理核心。HPSC集成了两个sifive x288核心复合物,每个复合物由4x x280 RISC-V核组成。X280核心设计的高级功能称为矢量单元,该功能符合RISC-V矢量扩展(RVV)标准。矢量单元具有512位矢量寄存器长度和可变矢量长度计算,最高为4096位。RISC-V向量是一种功能强大且高效的扩展名,具有紧凑的代码大小,高性能功能和ON-DIE SOC结构与单个指令多个数据(SIMD)体系结构方法相比,其他ISA偏爱的soc soc结构的区域有限。此外,RVV可以在同一软件中利用不同的向量长度,从而实现可伸缩性,灵活性和将来的兼容性。
研究批准(IRB)...................................................................................... 97
载人航天只有在确定并严格复制居住所需的地面条件后才可行。随着任务范围、距离和抱负的扩大(受经验积累、技术进步和扩大太空通道目标的推动),人类将在前所未有的条件下生活和工作,对他们的健康和表现带来新的风险。从历史上看,工程保障措施一直是降低风险的主要机制,但不断扩大的前沿提升了临床医学和以人为本的设计在降低风险方面的重要性。随着商业和探索性航天的不断发展,我们已经到达了一个转折点,历史上不同的学科不再能孤立地工作。工程师、设计专家、临床医生、操作员、科学家和其他利益相关者必须进行无缝的跨学科合作,以确保未来载人航天任务的安全和成功。
任何安全框架最基本的共同要素是 (1) 人。作为人类,我们需要认识到错误是难免的。在整个设计过程或运营过程中,人总是参与其中,没有人是绝对可靠的。虽然可以通过工程和技术降低风险,但始终存在人为因素和意想不到的危险。人们可以识别此类危险和错误,并且需要感到有勇气说出来。这就是积极的 (2) 安全文化发挥作用的地方。积极的安全文化允许人们犯错,并允许公司从这些错误中吸取教训,并在新兴行业发展和演变的过程中减轻错误。积极的安全文化允许人们报告问题而不必担心受到惩罚或报复,认识到安全是一个关键问题,需要所有利益相关者(内部和外部、监管机构和商业运营商之间)的合作和沟通。第三个要素涉及 (3) 数据收集和分析。如果不收集有关危害、风险、材料和流程的数据并进行后续分析,对事故或事故的任何反应都将具有追溯力。然而,经济损失已经造成,影响了整个行业。“早失败、常失败”的范式仍然适用,在人类面临风险之前,从失败中吸取教训变得越来越重要。为了做到积极主动甚至具有预测性,需要以系统的方式收集和分析数据。