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面向微重力研究的可扩展且经济可行的测试平台
摘要 在地球上获得微重力是科学实验以及测试和展示未来航空航天技术（无论是用于太空研究还是工业）的关键组成部分。不幸的是，最优质的解决方案是最昂贵的，而替代方案很少或很难预订。此外，微重力平台的供应商仅集中在少数几个地方，这些地方在地理位置上可能离客户很远——迫使他们应对科学有效载荷国际运输中涉及的复杂物流和监管挑战。因此，可用性、可负担性和较长的交货时间是现有微重力平台的主要问题。然而，很少有人考虑设计和推出一种新的创新型替代微重力平台。随着国际空间站的消亡，一些机构进行了市场分析，以评估私人拥有的亚轨道飞行器或空间站的商业潜力。这些报告似乎表明，微重力的一些应用不需要在太空中进行，可以通过其他方式进行。此外，最近在欧洲各地进行的测试活动表明，滑翔机在一定程度上可以提供许多客户所追求的微重力环境。本研究重点是评估微重力滑翔机飞行的经济可行性，并找出这种新型微重力平台是否有可持续的商业模式。确定了微重力的商业应用，并列出了每种情况下它们在最大允许加速度、可变性和持续时间方面的要求。然后将这些与滑翔机可以提供的进行比较，以确定潜在市场。基于该分析，我们提出了一个基于滑翔机的微重力测试平台和标准化接口，允许以可扩展、分布式和经济可行的方式进行微重力测试，从而为商业 NewSpace 公司和研究实验室随时随地进行具有成本效益的原型测试。我们还讨论了此类平台对降低开发太空探索新技术的成本和风险的潜在影响。关键词：微重力、研究、滑翔机、滑翔机、市场分析、技术
逐节分析
第 101 条 商业载人航天飞行活动。运输部 (DOT) 负责监管美国境内和美国境外实体进行的商业发射和再入活动。其监管方式符合公众健康和安全、财产安全以及美国的国家安全和外交政策利益。为了更好地确保载人航天飞行在整个任务生命周期（包括太空作业）的安全，应修改美国法典第 51 篇第 V 节（第 509 章），授权运输部授权在外层空间运行载人航天飞行器。此类授权将为运输部提供一条更清晰、更直接的途径，授权和监督机组人员、航天飞行参与者和政府宇航员的安全，从飞行前他们暴露于飞行器危险开始，直到着陆后他们不再暴露于飞行器危险为止。这将确保载人航天飞行活动在其整个生命周期内得到一致的监管，从而确保从发射到再入大气层的公共安全和乘员安全。具体而言，该提案将修订 51 USC 50902，将“载人航天飞行器”定义为载人航天器，包括运载火箭或再入飞行器、居住舱或其他物体，用于在亚轨道或外层空间（包括天体）运行。美国公民需要持有执照才能在外层空间操作载人航天飞行器。（51 USC 50904）。交通部将授权载人航天飞行器的运行，但必须符合公共健康和安全、财产安全、空间可持续性、美国的国际义务以及国家安全、外交政策和美国的其他国家利益。（51 USC 50905）。该提案在交通部的现有权限中增加了“空间可持续性”和“其他国家利益”。纳入“太空可持续性”将允许交通部将碎片减缓纳入其中，并要求在其法规中采取措施保护外层空间的可持续利用，包括轨道碎片的减缓和补救以及对太空运行环境的影响的考虑。纳入“其他国家利益”将允许交通部确保在许可中考虑到除国家安全和外交政策利益之外的美国利益，特别是与美国民用太空计划相关的利益（美国国家航空航天局 (NASA)、美国国家海洋和大气管理局和美国地质调查局的利益）。这将包括行星保护和月球遗址保护、科学卫星保护以及与 NASA 的 Artemis 计划的冲突消除。太空可持续性和其他国家利益的增加也将适用于发射和再入许可
美国商业载人航天的监管准备
美国，john.sloan@faa.gov 摘要 美国联邦航空管理局 (FAA) 商业空间运输办公室正在为美国法律中限制商业载人航天 (HSF) 安全法规制定的条款的到期做准备。自 2004 年《商业航天发射修正案》通过以来，一直有一个“学习期”，或通常所说的“暂停期”，用于增加额外的安全法规来保护飞行器上的人员。虽然 FAA 于 2006 年针对 2004 年的法律发布了有限的载人航天法规，但美国国会也表示“随着行业的成熟，管理载人航天的监管标准必须不断发展，以便法规既不会扼杀技术发展，也不会让机组人员或航天飞行参与者面临可避免的风险，因为公众开始期望该行业能为机组人员和航天飞行参与者提供更高的安全性”。美国国会已三次延长学习期的到期时间。目前的到期日期是 2023 年 10 月 1 日。随着各行业的飞行率不断提高，美国国会正在考虑是延长学习期还是让它到期。2021 年，FAA 批准了八次商业发射（轨道和亚轨道）和三次载人再入。2022 年迄今为止，FAA 已批准了另外五次商业发射。本文旨在描述 FAA 当前为解决商业发射和再入飞行器上的乘员安全问题而开展的活动。FAA 正在开展三项主要工作，为未来的载人航天法规做准备。首先，FAA 正在建立一个航空航天规则制定委员会 (SpARC)，该委员会将召集发射和再入运营商、政府机构、学术界和其他相关方，讨论载人航天法规的潜在框架。其次，FAA 目前正在努力审查和更新 2014 年载人航天飞行乘员安全建议措施。 FAA 正在更新和添加有关运营商如何表明他们遵守建议做法的更多信息，并吸取最近载人航天商业经验中的经验教训。FAA 的第三个重点领域是通过 ASTM International 和国际标准化组织等组织制定共识标准。FAA 许可的运营商在设计和操作 HSF 飞行器时可以使用这些标准。本文对正在考虑采用模型来制定商业太空运输国家框架的行业和国家很有用。* 曾在 FAA/AST 任职
TESSERAE 大型空间结构项目
• 制造按比例缩小的机电基元：为测试组装和构造概念，在实验室中构建了约 1:50 的缩小实验硬件平台。最受探索的几何形状之一“巴基球”提供了高效的表面积与体积比，接近球体。对于太空应用，考虑到将预制表面覆层发射到轨道的成本高昂，最好在给定表面积下最大化体积。这些结构基元允许快速进行原型设计、迭代，以及通过几何和磁性对结构粘合的物理和机电特性进行评估。具体而言，瓦片之间的二面角粘合角为巴基球或其他封闭形状建立了适当的壳几何形状，磁体行为由计算代码和每个瓦片中的电力电子设备控制。主要构建两种类型的基元：可自组装成空心结构的壳瓦片，例如巴基球的五边形和六边形瓦片（图 1）；和细胞节点（即准六面体）可自组装成填充空间的设计，例如截角八面体线的堆叠。我们使用了多种 3D 打印技术来制造外壳，为了获得更精确的公差，我们优先使用光固化光聚合物打印机。这些瓷砖通过电池和超级电容器组合供电，在我们最新的国际空间站 (ISS) 测试原型上，其规格为 2 到 3 秒内产生 20 W 脉冲（图 2）。一套定制的电子元件（包括传感器、LED、中央处理器和数据存储器）安装在预制的 PCB（印刷电路板）上，这些 PCB 运行 Python 和 C++ 中的自组装算法代码。 • 微重力测试：这些微型平台随后在微重力环境中进行测试，测试范围从抛物线“零重力”飞行中反复出现的 15-20 秒失重期，到亚轨道火箭实验室内三分钟的漂浮，再到国际空间站上为期多天的轨道任务（图 3）。当被释放到这些微重力环境中漂浮时，瓷砖会记录传感器数据，摄像头会捕捉镜头进行分析，为下一系列迭代原型提供信息。这些微重力测试对于全面了解在优化的瓷砖质量与磁场强度比下的自组装行为至关重要。对于国际空间站任务，要么使用密闭实验箱进行纯自主轨道测试，瓷砖必须在其中自行启动，要么在宇航员看管的实验中将瓷砖释放到开放过道中，以获得更大的测试空间。 3 为了补充小规模硬件测试，我们使用了一套机器人模拟软件（特别是 Cyberbotics 的 WeBots）来生成人类居住规模的轨道上自组装行为的数学严格模型。
外太空的最新一代太阳能电池
Jose Dario Perea 1 * , Diana Carolina Gasca 2 , Ghisliane Echeverry-Prieto 3 , Valentina Quiroga-Fonseca 4 , Carolina Orozco-Donneys 5 , Leidy Catherine Díaz-Montealegre 6 , Alejandro Ortiz 7 , Giovanny Molina 3 , Daniel Cruz 8 , Aaron Persad 9 , Sai Nithin Redd-Kantareddy 9 , Josua Wachsmuth 10 , Thomas Heumueller 11 , Christoph Brabec 12 , Victor Alfonso Rodriguez-Toro 13 , Carolina Salguero 14 1 University of Toronto, Department of Chemistry , Toronto, CANADA 2 Soft Coating Production Line, Tecnoglass Inc. , Barranquilla, COLOMBIA 3 Faculty of Natural and Exact Sciences, University of Valle , Cali, COLOMBIA 4 Department of Physics, University of los Andes ，波哥大，哥伦比亚5大学，院院，哥伦比亚加利福尼亚州deprendizaje区域valle-马克斯·普朗克学会，德国柏林9号机械工程部，马萨诸塞州技术研究所，剑桥，马萨诸塞州02139，美国10号太阳能工厂（SFF），巴伐利亚应用能源研究中心（Zae Bayern） Z Institute Erlangen-Nürnberg可再生能源（HIERN），91058 ERLANGEN，德国，13电气学院计算机工程，佐治亚理工学院，美国佐治亚州亚特兰大 14 从实验室到现场 (Del Laboratorio al Campo)，哥伦比亚圣安德烈斯，普罗维登西亚和圣卡塔利娜州 * 通讯作者：josedario.pereaospina@utoronto.ca 引用：Perea, J.D., Gasca, D.C., Echeverry-Prieto, G., Quiroga-Fonseca, V., Orozco-Donneys, C., Díaz-Montealegre, LC, Ortiz, A., Molina, G., Cruz, D., Persad, A., Redd-Kantareddy, SN, Wachsmuth, J., Heumueller, T., Brabec, C., Rodriguez-Toro, V.A. 和 Salguero, C. (2021)。外太空的最新一代太阳能电池：哥伦比亚中学生和高中生的 STEM 外展项目。欧洲 STEM 教育杂志，6(1)，12。https://doi.org/10.20897/ejsteme/11353 出版日期：2021 年 11 月 18 日 摘要 作为一项前所未有的协作推广工作的一部分，我们实施了一项创新的 STEM 推广项目，来自哥伦比亚不同传统上代表性不足的学区的 80 多名初中和高中学生 - 他们之前对材料科学或光伏技术一无所知 - 创造了最新一代太阳能电池 (LGSC)，这是几次亚轨道太空飞行任务的一部分。因此，学生们能够将发射到太空的太阳能电池和模块获得的视觉和仪器数据与留在地球上的类似样本进行对比，以测量太空飞行条件下发生的退化情况。同时，参与其中的学生能够培养他们的好奇心、增强他们的科学技能并增加他们在 STEM 领域从事职业的兴趣。
新墨西哥太空谷联盟总体叙述
1 概要。区域增长集群。新墨西哥太空谷联盟是一项全面而包容的跨部门倡议，重点关注商业、私营部门、“新太空”行业的区域增长集群。太空包括参与开发、提供和使用太空相关产品和服务的公共和私人参与者，包括制造和使用太空基础设施（地面站、运载火箭、卫星）、太空应用（导航设备、卫星电话、气象服务）和相关科学研究。由于太空是一个如此广泛的领域，增长将涵盖许多行业，包括 IT/网络安全、制造业和工程业。联盟的新太空重点旨在开启第二个太空时代。1957 年，当第一颗人造卫星发射时，太空探索、军事创新和通信由国家太空和国防机构主导。在新世纪，除了阿波罗、航海者、哈勃和创世纪等名字外，还有 SpaceX、SpaceShip 2 和蓝色起源。私营公司通过发射卫星、为国家太空项目提供零部件以及建造自己的载人火箭，满足了全球对互联网、移动和其他太空技术的需求。去年，我们看到了第一批平民乘坐亚轨道火箭旅行——包括理查德·布兰森的维珍银河，从新墨西哥州的美国太空港发射。私人参与也加强了公共部门的太空产业。GPS 和遥感对于抗击疫情至关重要，用于测量社交距离、告知暴露情况和衡量供应链健康状况。在俄罗斯入侵乌克兰期间，美国太空部队全天候使用太空资产协助决策。太空谷联盟将其资源集中在新太空经济上，同时追求全球准备和竞争力的要求。联盟成员和合作伙伴。阿尔伯克基市是新墨西哥州最大都市区市政府，在改善少数族裔社区经济方面具有相当大的影响力。新墨西哥州中部社区学院 (CNM) 是该国排名第一的社区学院，为西班牙裔学生提供副学士学位和证书，为美洲原住民提供副学士学位和证书。新墨西哥州航天港管理局在新墨西哥州中南部农村地区运营着世界上第一个专门建造的 FAA 许可商业发射综合体——美国太空港。CNM Ingenuity, Inc. 是 CNM 的非营利经济发展部门，通过重返工作岗位和技能提升计划，为工薪家庭、农村远程学习者、低收入者、失业者和未充分就业者创造就业机会。新墨西哥贸易联盟是一家非营利组织，为新墨西哥州的公司提供出口援助，并制定计划，以提高该州的全球竞争力和连通性。NewSpace New Mexico 是一家非营利组织，通过让行业领导者获得设备和测试、原型设计、先进制造、协作工作空间和服务来加速太空创新，从而推动他们从概念到产品再到销售。分奖项获得者包括 (1) 高等教育：新墨西哥大学、新墨西哥矿业技术学院、新墨西哥州立大学、纳瓦霍技术大学；(2) 协会：新墨西哥州
下一代 NASA 危险探测系统开发
I. 简介 用于精确和安全着陆的制导、导航和控制 (GN&C) 技术对于未来机器人科学和载人探索太阳系各个目的地的任务至关重要。这些进入、下降和着陆 (EDL) 技术是美国宇航局精确着陆和危险规避 (PL&HA) 领域的一部分，被认为是空间技术发展路线图 [1] 的高优先级能力，旨在促进和实现新的任务概念。SPLICE 项目，即安全精确着陆 - 综合能力演进 [2]，致力于持续开发传感器、算法和航空电子设备，以用于未来的月球着陆任务。具体来说，SPLICE 正在完善着陆器下降过程中的地形相对导航 (TRN) 和危险检测与规避 (HDA) 的传感器硬件和软件的技术就绪水平 (TRL)。 SPLICE 的所有工作主要基于 NASA 先前在 PL&HA 领域的项目，例如 ALHAT [ 3 – 6 ]、COBALT [ 7 – 10 ] 和 LVS [ 11 ]，其中包括多年的传感器开发工作 [12–15] 和各种亚轨道飞行测试。SPLICE 是一套用于精确着陆的 GN&C 技术。表 1 中列出的各个组件可以单独飞行，也可以作为着陆器承载的集成有效载荷飞行。NASA 兰利研究中心开发的导航多普勒激光雷达 (NDL) 提供厘米级的精确速度和测距。NASA 戈达德太空飞行中心开发的危险探测激光雷达 (HDL) 可生成预定着陆目标周围区域的高分辨率数字高程图 (DEM)。 TRN 系统包括摄像头、机载地图和 TRN 算法，这些算法由查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室公司为 SPLICE 项目开发和实施 [16]。NASA 喷气推进实验室开发的危险检测算法基于参考文献 [17] 中概述的 ALHAT 算法，并进行了一些修改，以便与新型高清激光雷达 DEM 配合使用并在新型下降和着陆计算机 (DLC) 上运行。约翰逊航天中心开发的 DLC 是一种新型航空电子设备设计，正在开发中，以利用高性能航天计算 (HPSC) 处理器 [18, 19]。随着用于 TRN 和 HDA 的 GN&C 硬件和软件的不断成熟，该项目还在开发高精度模拟环境，包括带有 DLC 的硬件在环 (HWIL) 测试平台和一些在环传感器模拟器。此外，SPLICE 正在对机器人和载人任务的 EDL 架构进行详细建模 [ 20 , 21 ]，以确定未来需求，揭示现有技术差距，并推动传感器技术发展，使即将到来的任务受益，例如 NASA 的 Artemis 和商业着陆器有效载荷服务 (CLPS) 计划。图 1 是主机飞行器上 SPLICE 有效载荷的高级示意图。TRN 和 HDA 的图像处理需要大量计算，因此 DLC 的设计旨在通过处理大部分视觉导航算法来减轻主飞行计算机的负担。在 DLC 上运行的飞行软件利用 NASA 核心飞行