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美国宇航局公布15个未来技术方案

时间:2015年05月13日 信息来源:腾讯太空 点击: 【字体:

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据国外媒体报道,美国宇航局制定了15个未来技术路线图,指导空间技术的发展,未来20年内这些技术将在不同方向上促进空间科学的进步。第一大任务为发射推进系统,涉及液体火箭、固体火箭助推器、吸气式推进系统、辅助推进系统、非常规推进系统等等。比如目前正在研究是X-43和X-51高超音速飞行器都属于此类,这是未来人类的关键动力装置。

第二个任务为太空推进系统,很大一部分为化学燃料的火箭发动机。这一概念在过去50年内已经发展到非常高的水平,新型化学推进系统能够在推进效率上提升一个数量级,推力更大。还有电推系统也属于新型太空推进装置,能够适用于小型卫星、深空探测器等,比如前往火星的飞船就能够采用电推装置。更高效率的核动力推进、低温化学推进系统都处于研制之中。

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第三个任务为航天动力与能量储备,由于深空任务需要进入非常复杂的地外天体环境中,因此对电力系统的要求非常高,需要为探测器提供持续稳定的电力保障。目前美国宇航局使用放射性同位素热电发生器作为能量来源,未来探测器上搭载的核动力装置将向轻量化方向发展。同时探测器也需要拥有完善的保护措施,比如前往木星的探测器就需要对抗木星的辐射场。

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机器人与自主控制系统也是美国宇航局发展的一个项目,一旦我们派遣机器人前往另一个星球,就需要机器人拥有自主探测能力,能够更加智能、更加灵活,对周围环境拥有更好地感知能力。美国宇航局将开展多个涉及危险环境的空间任务,比如小行星、修复卫星、登陆地外天体收集数据等,需要探测器能够拥有更智能化的计算机,减少对地面控制中心的依赖。

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通信、导航以及轨道碎片跟踪任务能够帮助美国宇航局建立深空通信网,对遥远的行星际探测器进行控制,确保探测数据的传输。随着轨道碎片数量的增多,跟踪的成本也将上升,美国宇航局的近地轨道科学探索任务需要规避轨道碎片,否则高速运行的轨道碎片可造成航天器损坏或报废。

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第六个任务为人类健康、生命支持和居住系统。美国宇航局将在未来20年对空间生命支持系统进行研究,研究人类超出近地轨道时是否能够适应太空环境。近日,美国宇航局的辐射研究中心称一旦人类超出近地轨道就会受到致命的银河宇宙射线袭击,前往火星的宇航员将暴露在致命的辐射之下。

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人类探索目标系统能够拓展人类的深空活动空间,涉及对现有地外天体移动系统升级与改造,集成智能化自动控制系统,让人类登陆月球、火星后能够使用火星上的资源,提供探索的效率。如果没有先进的运营与维护体系,建造月球基地、火星基地时宇航员就需要花大量的时间用于后勤保障,降低了工作效率。

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科学仪器、观测与传感器系统能够提升观测设备的先进性,比如空间望远镜的建造就需要高精度的传感器元件,确保望远镜能够捕捉到遥远天体的昏暗光线。在一些观测太阳、系外行星的设备上也需要用到先进的科学仪器,登陆火星、月球的无人探测器也将借助传感器技术的进步实现自主选择着陆场。

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进入、下降和着陆是美国宇航局未来20年空间技术开发的重点,主要用于登陆地外天体,比如登陆火星。如果人类要登陆火星,那么降落质量将达到20至60吨,与我们目前登陆火星的1吨质量相比差距太大,因此美国宇航局必须开发新的行星登陆技术来解决这个问题。

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纳米技术的进步能够帮助美国宇航局实现材料性能的提升,比如纳米级半导体颗粒能够用于仿生技术的开发,这一技术涉及在原子水平上的操控,可大大降低航天器的结构重量。

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建模、仿真与信息技术的开发将用于建立航天器的飞行、数据处理以及软件开发等。满足不同航天任务中所需要的建模计算,这是地外天体探索中非常重要的技术之一。

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材料、结构和机械系统的制造能够生产出更加先进的航天器,比如人类超过月球轨道后需要航天器具有防辐射、降低质量以及具有良好的经济性等特点,这就需要航天器降低自身结构重量,提升性能。

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地面与发射系统能够减少相关业务成本,这些技术可用于航天器自我修复、无人驾驶飞行器控制,减少维护成本,提高运营效率等。

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热管理技术可用于保护飞船和宇航员,从热防护角度看,航天器需要应对极高的再入温度,宇航员在深空中的反辐射屏蔽也同样重要。

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在航空领域,美国宇航局仍然计划提升航空技术的进步,开发出低碳环保的航空器,研发超音速客机等,提升全球航空业的技术水平。


(作者:罗辑/编译)
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