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未来太空技术助力地球可持续发展
摘要 联合国 2030 年可持续发展议程以 17 项可持续发展目标为基础，包含 169 个具体目标和指标。空间科学、技术及其应用可以提供广泛的解决方案，帮助实现可持续发展目标，从而有助于实现经济、社会和环境可持续发展。本文从政策、战略和技术三个不同角度探讨了空间活动的贡献。它侧重于与可持续发展目标相关的一组挑战，即全球健康、水、能源和城市发展。拟议的战略视角考虑了跨学科、衍生和衍生转移、开放式创新过程和整体可持续性等因素。太空探索计划通常围绕太空任务要求和技术构思，其成熟度可使其纳入计划的技术路线图。因此，本文讨论了此类路线图如何更好地整合与地球可持续性相关的政策和战略方面。如果一个系统设计得有效，可以在太空中运行，同时又能实现地球的可持续发展，那会怎样？关键使能技术（大数据、人工智能系统、先进机器人）的进一步融合，开启了探索其他星球的新纪元，在这些星球上，自主性是基本要求。同时，这些发展可以成为地球未来发展不可或缺的一部分，为未来公民提供智能解决方案，并开辟与这些衍生产品相关的新业务领域。例如，增材制造技术的开发将简化机械零件的生产及其物流链。然而，它也将在更大范围内开辟新的思维方式，例如使用当地材料（如月球风化层或地球沙子）建造建筑物和结构。其他例子包括
Artemis 月球结构金属膨胀技术
2.1 简介 3 2.2 解决方案 3 2.3 任务场景 4 3.1 技术概述 6 3.2 设计和优化 6 3.2.1 金属板合金的选择 7 3.2.2 金属板厚度的选择 7 3.2.3 充气压力的选择 7 3.2.4 二维金属板形状的选择 7 3.2.5 设计预测和优化的有限元应力分析方法 8 3.2.6 制造技术 8 3.2.7 充气技术 9 3.2.8 耐磨性 9 3.2.9 目标储存温度和压力的选择 9 3.2.10 风化层热性能验证 10 3.2.11 抗热梯度 12 3.2.12 埋藏深度的选择 12 3.3 测试方法 13 3.4 利益相关者13 3.5 风险管理 14 4.1 概述 16 4.2 验证测试 16 4.2.1 标准化充气压力 16 4.2.3 真空测试 18 4.2.4 低温储存 18 4.2.5 微陨石撞击与金属可修复性 19 4.2.7 焊接可靠性 20 4.2.8 强度测试 21 4.2.8 退火对碳钢的影响 21 5.1 未来发展路径 23 5.1.1 进一步的可靠性测试 23 5.1.2 大型模块测试的可扩展性 23 5.1.3 月球上焊接 23 5.1.4 Artemis 基地低温系统集成 23 5.1.5 地下模块的挖掘/安装 23 5.1.6 优化热管理低温学 24 5.1.7 NASA 组织 Artemis 基地资源的热管理 24 5.1.8 优化 METALS 几何结构以实现高效填充 24 5.1.9 传热实验 24 6.1 项目领导与管理 25
太空服务、装配和制造 (ISAM) 现状
本文件中使用的首字母缩略词和缩写定义如下。 AC-10 Aerocube-10 ACCESS 可直立空间结构装配概念 ACME 带移动炮位增材制造 AFRL 空军研究实验室 AMF 增材制造设施 AMS Alpha 磁谱仪 ANGELS 本地空间自动导航和制导实验 ARMADAS 自动可重构任务自适应数字装配系统 CHAPEA 机组人员健康和表现模拟 CNC 计算机数控 DARPA 国防高级研究计划局 Dextre 特殊用途灵巧机械手 EASE 舱外活动结构组装实验 EBW 电子束焊接 EELV 改进型一次性运载火箭 ELSA-d Astroscale 演示报废服务 ESPA EELV 二级有效载荷适配器 ETS 工程测试卫星 EVA 舱外活动 EXPRESS 加快空间站实验处理 FARE 流体采集和补给实验 FDM 熔融沉积成型 FREND 前端机器人启用近期演示 GaLORE 从风化层电解中获取的气态月氧 GEO 地球静止轨道 GOLD 通用锁存装置 HST 哈勃太空望远镜 HTP 高强度过氧化物 ISA 空间组装 ISAM 空间维修、组装和制造 ISFR 现场制造和维修 ISM 空间制造 ISRU 现场资源利用 ISS 国际空间站 ISSI 智能空间系统接口 JEM 日本实验模块 JEM-RMS 日本实验模块遥控操作系统 LANCE 用于施工和挖掘的月球附着节点 LEO 低地球轨道 LH2 液氢 LINCS 本地智能网络协作系统 LOX 液氧 LSMS 轻型表面操纵系统 MAMBA 金属先进制造 机器人辅助组装 MER 火星探测探测器
ISRU 衍生水净化和氢氧生产 (IHOP) 组件开发。Philipp Tewes、Jordan Holquist、Chad Bower 和 Laura Kels
简介：NASA 已确定迫切需要设计、制造和测试原位资源利用 (ISRU) 组件，以便在月球和/或火星上利用风化层资源生产纯净水、氧气和氢气。长期停留在月球或火星表面需要随时可用的纯净水源。水净化后，可用作氧气来源（既可作为居住舱人员的可呼吸空气，又可作为推进剂氧化剂），也可用作氢气作为推进剂燃料。将任何这些资源大量运输到月球或火星表面都很困难且成本高昂，因此必须使用原位资源来生成推进剂和生命支持消耗品。NASA 已明确确定需要开发和测试关键组件，以便从月球两极永久或近永久阴影区 (PSR) 的冰中提取和净化水。月球水可用于生产氢氧推进剂，用于月球运输工具（上升器和着陆器）、可重复使用的地月运输工具，以及最终用于人类火星及更远地区的任务。预计每次任务需要生产 14 至 50 公吨 H 2 /O 2 推进剂。此前从未有人对原位月球水进行过净化和电解。它带来了独特的挑战，与月球水和月球极地环境中存在的危险、有毒和易燃气体有关；以及发射到月球表面的系统通常存在的限制（质量、体积、功率、自主性、稳健性、可靠性和寿命）。这项技术的开发对于人类实现在月球上的可持续存在至关重要。利用该技术支持此类努力还将认证硬件是否可用于火星，在火星上，脱离地球对于机组人员的生存来说更为关键。
Sustainable-ISRU-on-the-Moon.pdf - 渥太华
尽管奖金 4,000 万美元的 Google Lunar X-Prize 未能于 2018 年将私人资助的月球车送上月球并行驶 0.5 公里，但仍有几项重大月球任务正在筹划中。尽管如此，两大竞争对手 Moon Express 和 Astrobotic 以及新来者 Blue Origin 仍在积极制定私人月球资产开发计划。更雄心勃勃的是，SpaceX 计划在 2023 年使用猎鹰重型火箭和龙飞船将两名付费游客送上月球。近期还有几项政府资助的月球任务计划。NASA 的努力集中在深空门户上，这是一个绕月轨道运行的空间站，将支持宇航员指挥月球表面的机器人资产。最终，它将扩大到包括一个月球表面基地，最有可能是在月球南极。欧空局的月球村是一个人机月球基础设施，其概念类似于国际南极基地，旨在满足多个政府和私营部门的目标（Crawford，2017）。从纯科学的角度来看，开发支持载人探索计划的基础设施可用于促进无法以其他方式进行的科学研究（Crawford，2001）。月球村基础设施将允许进行复杂的探索活动，从对保存在风化层中的地球埋藏样本进行天体生物学研究到独特的天文观测，尤其是从月球背面进行的射电望远镜观测。然而，科学不会成为月球村的驱动力，而是出于政府的战略和/或商业原因。无论如何，原位资源（ISRU）对于确保月球的可持续性至关重要。俄罗斯和欧洲的 Luna 27 号联合任务旨在展示 ISRU 技术，与最近取消的美国月球资源勘探者任务有许多相似之处
在轨服务、组装和制造（OSAM）现状
AC-10 Aerocube-10 可直立空间结构的接入组装概念 ACME 带移动炮位的增材建造 AFRL 空军研究实验室 AgMan 空间系统敏捷制造 AMF 增材制造设施 AMS Alpha 磁谱仪 ANGELS 本地空间自动导航和制导实验 ARMADAS 自动可重构任务自适应数字装配系统 BONSAI 通过高级集成实现的在轨系统总线复制品 CAVE 协作式自动驾驶汽车环境 CHAPEA 机组人员健康和表现模拟 CNC 计算机数控 DARPA 国防高级研究计划局 DeSeL 可展开结构实验室 Dextre 特殊用途灵巧机械手 EASE 舱外活动结构组装实验 EBW 电子束焊接 EELV 进化型一次性运载火箭 ELSA-d Astroscale 演示的报废服务 ESPA EELV 二级有效载荷适配器 ETS 工程测试卫星 EVA 舱外活动 EXPRESS Xpedite空间站实验处理 FARE 流体采集与补给实验 FASER 现场与空间实验机器人 FDM 熔融沉积建模 FREND 前端机器人实现近期演示 GaLORE 从风化层电解中获取的气态月球氧 GEO 地球静止轨道 GOLD 通用锁存装置 HST 哈勃太空望远镜 HTP 高强度过氧化物 ISA 空间组装 ISAAC 自主自适应看护综合系统 ISFR 现场制造与修复 ISM 空间制造 ISRU 现场资源利用 ISS 国际空间站 Issl 智能空间系统接口 JEM-EF 日本实验模块——暴露设施 JEM-RMS 日本实验模块遥控系统 LANCE 用于施工和挖掘的月球连接节点 LEO 低地球轨道 LH2 液氢 LINCS 本地智能网络协作系统 LOX 液氧