面向长时高温、热-机械循环以及氧化/腐蚀并存的极端服役环境，航空航天结构合金设计同时受到成分空间指数级扩张、高保真标签稀缺以及多尺度强耦合机理难以外推等因素的共同制约。沿着“成分—工艺—组织—性能—服役”链条，构建了以物理约束为核心的材料智能设计范式：将多模态/多保真数据经标准化与跨域对齐后存入数据库，将能量守恒、晶体对称与相图一致性嵌入经典的机器学习、卷积神经网络、图神经网络以及Transformer/预训练模型之中；以显微组织分割与尺寸谱等中间量，强化“工艺—组织—性能”之间的映射关系；并以不确定性量化、域自适应以及分布外检测等方法，控制外推过程中的风险。在决策层面，引入生成式设计与多目标贝叶斯优化，形成“生成—筛选—验证—更新”的闭环设计流程。在γ-γ′强化型Ni/Co基合金、L1₂相强化耐热/高温人工智能合金以及多主元/高熵合金等体系中，分别围绕γ′相体积分数/溶解温度与晶格失配、析出-粗化动力学与导热-强度协同、亚点阵占位与有序度调控等方面开展多目标权衡设计。综上所述，基于物理先验的智能框架可在小样本、跨域与多模态条件下，实现性能与置信并重的稳健外推，为高温长寿命合金的持续迭代提供统一的特征空间与评价准则。

氧化锆（Zirconia，ZrO₂）陶瓷纤维因其具有耐高温、低热导率及良好的化学稳定性等优势，已在多个领域得到广泛应用。综述了近年来ZrO₂纤维的研究进展，包括稳定化策略、制备方法及应用。首先，简要介绍了ZrO₂纤维的稳定剂及稳定化机理。其次，探讨了ZrO₂纤维的多种制备方法，如静电纺丝、溶液喷射纺丝、离心纺丝、模板法及干法纺丝等。随后，详细介绍了ZrO₂纤维在隔热保温、空气过滤及水处理等领域的应用。最后，对ZrO₂纤维的制备及应用前景进行了展望。

氰酸酯树脂作为一种高性能的热固性树脂，因其独特的化学结构和优异的综合性能，在航空航天、电子封装、雷达通信等领域展现出巨大的应用潜力。近年来，通过对氰酸酯树脂进行改性，进一步提升其热稳定性、机械性能和加工性能，同时降低成本，已成为高分子及复合材料科学领域的研究热点。本文旨在综述氰酸酯树脂改性方法的最新研究进展，通过探讨不同改性方法对氰酸酯树脂性能的影响以及各自的优缺点，为面向空间环境应用的氰酸酯树脂开发提供方法参考，为拓宽氰酸酯树脂的应用提供支撑。

太空工厂是支撑长期空间任务和空间基础设施建设的重要技术形态，其核心在于在微重力、高真空、强辐射和大温差环境下，实现制造、装配、维护与资源循环的系统闭环。围绕太空工厂全生命周期，系统综述地面设计与验证、发射上行与部署、在轨运行与拓展、维护升级、退役回收等阶段的关键技术，重点分析可制造性约束、数字孪生、轻量化结构、制造工艺特征、材料性能验证、在轨故障诊断、机器人维护策略及原位资源利用技术；结合 NASA的Archinaut/OSAM-2项目及中国空间站验证案例，总结当前技术进展与现存瓶颈，并对未来太空工厂发展构想作出展望。

航空航天领域主承力构件由于服役工况的特殊性和高要求，对结构材料提出了轻质、高比刚度、高比强度、高耐磨和良好环境适应性等要求，对传统金属是一个挑战。基于粉末冶金工艺,制备出具有双重异质构型的SiCp/2024Al复合材料。通过工艺调控，将交替分布的层状多模态混晶铝（Al）基体与限域分布的跨尺度微纳碳化硅（SiC）颗粒相整合，使该复合材料获得了优异的综合力学性能：弹性模量大于95.0 GPa，屈服强度达到696.5 MPa，抗拉强度为792.1 MPa，延伸率为5.9%。与微米SiC颗粒增强超细晶对照组相比，其抗拉强度相当，但延伸率提升了136.0%，屈服强度仅下降了10.3%。该复合材料的超高强度源于晶界阻碍和位错匮乏，而良好的强度-延性协同则归因于异质变形诱导硬化和纳米沉淀相增强的位错积累能力。旨在为空间用轻质高性能铝基复合材料的强韧化构型设计及规模化制备提供参考。

随着深空探测任务的不断推进和月球基地建设的深入开展，月球水冰的原位提取技术成为实现资源自给、降低运输成本、保障长期驻留的重要途径。月球永久阴影区被认为是水冰最可能赋存的区域，但受限于月壤导热性极低、真空环境下存在升华损失以及会形成隔热层等因素，水冰高效提取仍面临巨大挑战。系统回顾了月壤水冰升华现象的物理机制与实验模拟方法，梳理了当前主流的原位加热提取方法，包括插入式加热、微波加热和太阳光加热技术的研究进展与应用前景。重点分析了升华滞后效应对提取效率的影响，并探讨了文献中提出的低温恒温加热策略、水冰粒径与热场耦合模型以及设备布局优化等研究方向。在此基础上，展望了未来月球原位资源利用系统的发展趋势，并强调需加强升华现象与实际月壤特性的耦合建模及地面环境模拟实验的验证，以推动水冰提取技术向高效、可持续方向发展。

随着人类空间探索事业的飞速发展以及航天设备的迭代更新，对航空航天材料的功能性和服役性提出了更高的要求。高性能纤维材料因其优异的力学性能、轻量化特点以及可编织性使其在航空航天领域中得到了广泛的应用。国内外学者对航空航天用纤维材料的制备工艺和本征结构进行了广泛研究，并在力学增强、抗太空环境、耐超高温等领域开展了前沿探索。从结构、性能和应用的角度，对目前被广泛使用的有机和无机高性能纤维材料进行了系统归纳和概述，着重介绍高性能纺织材料在航空航天领域的前沿技术、材料特性和制备方法以及其在航空航天各领域的应用优势，并总结了纤维新材料未来在航天领域的发展方向和应用前景，为推进航空航天用纤维材料的发展提供新思路。

针对传统运载火箭大风区载荷设计方法中，由于采用统计高空风场、各部门独立开展工作和各专业参数偏差重复考虑等因素导致运载火箭大风区飞行载荷设计结果偏大的现象，提出一种基于实测高空风的大风区概率飞行载荷设计方法。该方法集成风修弹道设计、六自由度蒙特卡洛打靶仿真、主动载荷减缓、载荷综合等技术手段，基于历史实测风场数据，给出满足一定概率的火箭各结构部段在大风区受到的飞行载荷。其优势在于直接实测高空风数据，避免参数偏差重复考虑，并综合弹道风修正和主动载荷减缓技术。目前，该技术已成功应用于ZQ-2EY2运载火箭射前准实时风修正以及ZQ-3运载火箭大风区飞行载荷设计。前者有效提高了ZQ-2EY2发射日高空风放行概率，后者则通过优化ZQ-3大风区飞行载荷降低了结构重量、提高了火箭性能。该技术的应用有效提高了运载火箭的运载能力和复杂气象条件的适应性，为进入太空提供了更多的可能与机会，推动了空间科学研究与试验的发展。

超高速碰撞闪光辐射的表征和归类预测，对被撞击对象结构材料的损伤评估诊断至关重要。在中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞靶上，开展了铝球、铝球与聚碳酸酯组合体两种弹丸对黑索金（Hexogen，RDX）裸药、空药盒、RDX药盒等三种结构靶标的撞击辐射特性试验。在2.6 ~7.3 km/s撞击速度范围内，测量了800.0 nm、393.4 nm双通道碰撞辐射强度时序信号。对比辐射强度时序信号数据，发现不同靶标的超高速撞击辐射特征存在显著差异，且与撞击速度相关联。通过对信号中辐射特征的量化提取，研究了不同试验状态下的辐射特征量与撞击速度的幂指数变化规律，分析获得不同靶标对应的辐射信号特征差别。进一步，将辐射特征量映射到二维平面进行归类分析，结果显示，不同靶标的辐射特征量具有明显的归类特征，可应用于不同类型靶标碰撞过程的评估判别。

脉冲激光是地面模拟单粒子效应的手段之一，其可行性已得到证实。为实现对空间单粒子效应发生率的精确预估，关键环节之一在于建立激光试验数据与高能粒子辐射之间的等效关联。目前，主流的激光-高能粒子关联方法依赖于电荷收集的矩形平行六面体模型或其嵌套变体，然而这些模型尚未充分考虑两者在电离径迹特征上的差异。本文系统地考察了电离径迹几何特征对电荷收集行为的影响。通过控制激光离焦参数，在双极运算放大器LM324器件内部不同位置形成具有不同横向扩展的电离径迹分布。实验对比了不同径迹特征下的电荷收集响应，并对其中关键作用机制进行了分析。研究发现，器件内部不同深度处的径迹宽度对电荷收集具有差异化调控作用：在近表面区域，较宽的径迹有利于提升收集效率；而在耗尽区及衬底区域，较窄的径迹反而能够产生更强的电荷收集。进一步地，本文探讨了该现象对激光与高能粒子等效关联评价的潜在影响。若忽略径迹尺寸对敏感体积内电荷收集效率的调制作用，基于激光实验等效获得的LET值可能存在系统性偏差。

在全球低轨星座快速发展的背景下，高效且可靠的推进技术成为规模化部署的关键。霍尔电推进因其高比冲、低成本等优势成为首选，其中，永磁霍尔推力器凭借其零静态功耗、高可靠性及结构紧凑等特点，正逐渐成为中低功率应用的主流技术路线。系统对比了永磁和励磁两种技术方案的特性，并重点针对国内某星座首次批量化应用的永磁霍尔推力器，开展了地面与在轨性能评估研究。对长期在轨遥测数据的分析结果表明，该永磁推力器工作稳定，关键参数一致性良好，成功完成了轨道控制任务，验证了在真实环境下的可靠性。为我国后续低轨星座推进系统的选型与设计提供了坚实的数据支撑与工程参考。

地球磁尾瓣区是地球磁层在背阳侧受太阳风压缩形成的延伸结构，内部充斥着低密度、高温度的稀薄等离子体，该区域的粒子能谱与流向特征显著区别于太阳风等典型磁层环境。月球在周期性穿越该区域时，带电粒子流与月面相互作用，进而引发月表电荷再分布，并改变近表层月尘的空间迁移特性。因此，利用航天器等离子体相互作用系统（Spacecraft Plasma Interaction System，SPIS），对磁尾瓣区带电粒子流到达与离开月表过程中诱发的月面充电效应展开研究，以揭示带电粒子流入射过程中月面电位、电流以及带电月尘空间分布的演化规律。研究结果表明，在充电初期，高速电子流率先抵达月面，使表面电位快速下降至约−39.00 V；随着月面负电位的增强，与电子流碰撞产生的带电月尘在月面静电排斥作用下向外迁移，电位逐渐回升并稳定在−10.00~−20.00 V。在稳态阶段，电子、离子与尘埃电流实现通量平衡，带电尘埃主要聚集于月面上方0~100 m，形成密度约10⁶ m⁻³的近月面尘埃层。

在全球商业航天浪潮推动下，遥感星座应用正加速向超大规模部署与多场景市场化转型。传统仿真工具面临模型耦合度高、扩展性不足、场景适配单一及缺乏商业效能量化能力等突出问题，难以支撑星座设计论证与运营决策。聚焦大规模多场景航天遥感卫星仿真系统构建方法，设计并实现了一套一体化、高保真、可扩展的仿真系统，该系统采用“应用层-任务层-服务层-基础支撑层”四层架构，突破超大规模星座仿真瓶颈；采用组件化与参数化融合的建模方法，实现卫星平台、光学/合成孔径雷达载荷等核心组件的灵活复用与快速配置；构建基于标准化配置文件的多场景驱动机制，支持商业测绘、农业监测等多元化场景的一键切换。该系统基于“任务驱动-资源协同-数据闭环”核心逻辑，贯通从任务解析、资源调度到数据产出的全链路，可量化任务完成率、资源利用率等商业效能指标。仿真结果表明，该系统可有效支持50~10 000星量级星座的仿真验证；与传统装备体系建模周期(通常为1~2个月)相比，该系统的装备体系建模效率能够缩短至1~2天，显著降低商业星座研制风险与运营成本，提升市场化响应速度，为我国超大规模商业遥感星座的数字化建设、任务规划优化与效能评估提供了关键技术支撑。

2025年5月29日，“天问”二号探测器成功发射，踏上了我国首次小行星和彗星探测的征程。此次发射通过一次任务，实现小行星2016HO3采样返回与彗星311P伴飞探测。中视场彩色相机作为“天问”二号的重要光学载荷之一，用于对小行星进行全球成像，预期可实现小行星和主带彗星的自转参数、形状、大小等物理参数的测定，探测小行星和主带彗星的形貌等科学目标。介绍了中视场彩色相机的科学探测任务、相机功能和性能指标，详细介绍了相机的光学系统设计、结构设计、电子学设计、FPGA软件设计情况，对开展的定标试验和地面验证试验及结果进行了说明。目前，相机已完成了首次在轨拍摄，获取了地球及地月合影彩色影像，相机输出图像清晰，色彩表现正常。

氧化铝-莫来石双相纤维因具备优异的力学性能和高温稳定性而备受关注。然而，如何在较低温度下形成莫来石与α-Al₂O₃双相结构，仍是当前面临的关键挑战。提出一种基于聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）的包覆效应构建莫来石-氧化铝前驱体双相混合溶胶，进而实现氧化铝-莫来石双相纤维的低温制备新方法。实验以羧酸铝溶胶和正硅酸乙酯为原料合成莫来石前驱体溶胶，并借助PEG对莫来石与氧化铝前驱体胶粒进行包覆处理，构建双相混合溶胶体系，进而通过干法纺丝工艺成功制备氧化铝-莫来石双相纤维。研究结果表明，当Al₂O₃/SiO₂比例处于60∶15至70∶15范围内时，莫来石前驱体溶胶可优先发生莫来石相变。进一步地，采用分子量4 000的PEG对Al₂O₃/SiO₂比为65∶15的莫来石前驱体胶粒及氧化铝胶粒进行包覆，并将两种溶胶浓缩混合后，可在1 300 ℃下促使纤维中生成棒状α-Al₂O₃与马赛克状莫来石的双相结构。还进一步探讨了PEG包覆行为的作用机制，为高性能氧化铝基纤维的制备提供了理论依据。

动能撞击是当前国际公认最具工程可行性的近地小行星防御手段，地面试验是开展撞击效果评估、支撑在轨任务设计与实施的关键环节。美国双小行星重定向测试任务的成功实施，系统性验证了地面试验与评估方法的有效性，为后续行星防御任务提供了重要参考。我国正在论证首次动能撞击小行星在轨演示验证任务，亟需发展地面试验与评估能力。综述了国外动能撞击防御小行星地面试验研究的主要进展，梳理了撞击效果地面评估的工作框架与方法体系，总结了国外在试验研究内容、试验方法及地面试验系统构成等方面的主要特点。结合我国任务需求，从能力整合、短板补齐及诊断水平提升等方面提出建议，以期为我国行星防御地面验证体系建设提供参考。

随着大规模卫星星座和星群的部署运行，航天器电源系统健康管理已成为保障航天器在轨长期可靠运行的关键技术，这与其核心供能角色和较高的故障率密切相关。然而，受航天器试验成本高、数据涉密性强等因素制约，该领域长期缺乏高质量的公开数据资源，进而限制了相关智能算法开发与验证。为此，公开发布面向航天器电源系统健康管理的全在环试验数据集——XJTU-SPS。该数据集依托于与真实航天器电源系统设计完全一致的硬件故障注入试验平台获取，覆盖状态预测、数据重建、工况辨识、异常检测和故障定位等全在环健康管理任务，包含4个子数据集，涉及33个测点、6种数据采集周期、6类宏观运行工况和17种故障类型，超70万个时间戳。此外，数据集还配套提供数理仿真模型，可支持机理分析、模型对比与算法验证等研究需求。期望XJTU-SPS能够为航天器测运控、数字孪生建模及物理信息算法等各项研究提供数据支撑，促进领域内数据开放共享与方法创新，从而提升航天器在轨运行的可靠性、安全性和连续性。

为实现弹道靶试验模型飞行过程中参数连续、直接测量，需对试验模型进行软回收。随着弹道靶超高速模型速度和质量的增大，模型软回收的难度增大，对模型设计和回收系统设计提出了更高要求。为实现发射速度3.0 km/s以上模型软回收，总结了模型/弹托的设计要求，实现了减速回收过程中模型的完整性；总结了模型的防热设计方法，保护了模型内部数据存储部件。通过设计布置的软回收装置，实现了质量837 g、发射速度3.3 km/s的弹道靶模型安全软回收，并获得了模型发射、飞行及回收过程中加速度、表面压力和温度等弹载测试数据。基于弹道靶气动力测试需求和模型软回收技术，提出了软回收弹道靶试验模型、重复使用方法。

小行星监测技术是构建小行星防御人类命运共同体的基础，深入研究近地小天体监测技术是保护人类自身发展与生存的必要手段，也是在攸关全球安危的重大事件面前掌握自主决策权、在国际航天事务中拥有话语权和主导权的关键举措。因此，深入调研分析了国外主要地基监测系统和天基监测系统的硬件组成、探测目标、任务场景、工作模式、科学贡献、技术特色和亮点等，从而研究提出小行星监测的未来发展态势。最后，结合我国在该领域的发展现状，从顶层设计、技术布局、科学发展、任务实施与国际合作等方面提出了系统性措施建议，为我国应对近地小行星撞击风险，提升近地小行星监测能力提供参考。

在轨维修是保障电子设备长寿命运行的关键要素，而焊接是在轨电子设备精细化维修不可或缺的重要环节。但在轨焊接时，焊锡膏受热挥发所产生的有害气体，对密闭舱室环境构成了严重威胁。为解决这一问题，设计了面向在轨环境的智能有害气体净化系统。通过构建基于微重力流体特性的三级净化结构，并进行机械结构创新设计，集成了机械过滤、有害气体吸附和催化氧化模块；开展电路控制系统设计，实现了净化过程的智能调控；通过COMSOL Multiphysics平台建立三维瞬态仿真模型，验证了系统在空间站典型工况下的净化效能。结果表明，该净化系统在风扇负压驱动下可形成稳定气流路径，废气净化效率高；计算结果与仿真结果相符，进一步验证了模型的合理性与准确性，为实际工程应用中有害气体净化器的设计优化提供了有效的仿真依据。

块状金属玻璃（Bulk Metallic Glass，BMG）是一类具有非晶结构的合金材料，具有高强度、优异耐磨性和耐腐蚀性能，在精密制造及航天结构领域展现出重要应用潜力。BMG因在过冷液态区具备良好的热塑性成形能力，被视为太空增材制造的潜在材料之一。在BMG的熔丝制造增材制造过程中，加热温度直接影响材料软化状态与成形质量，其热响应呈现显著的非线性和时序特性，传统方法难以准确预测。为此，提出一种仿真驱动的迁移学习温度预测方法，以Vit106金属玻璃为研究对象，构建电-热耦合仿真模型，生成加热过程数据，并设计融合卷积神经网络与长短期记忆网络的时序预测模型，通过仿真预训练结合少量实验数据微调实现模型迁移。实验结果表明，该方法在小样本真实数据条件下仍能实现较高精度的多步温度预测。

非晶合金是一种短程有序、长程无序的亚稳态材料，兼具金属力学性质的同时表现出热塑性材料的特点，可通过熔融沉积成型技术进行增材制造，有望成为太空金属制造的一条新技术路线。本文总结了近年来太空金属增材制造实验进展，开展了非晶合金熔融沉积成型技术研究，并分析其应用于太空金属制造的可行性。在此基础上，搭建了原理验证样机，成功制备出单层与多层堆叠的Vit106a非晶合金制件。同时，分析并验证了Vit106a非晶合金通过熔融沉积成型技术进行增材制造的可行性，初步确定了该材料的打印工艺参数，为非晶合金的太空增材制造提供了技术支撑。

可重构超表面因其能快速灵活地操控电磁波而备受关注。然而，其在如何实现对电磁波的宽范围连续调谐方面仍面临挑战。提出一种基于三维屈曲组装策略的可重构超表面，由选择性黏附在双轴预拉伸基底上的超原子组成。通过释放应变，超原子可从二维前驱体转变为三维形态，从而赋予超表面三维重构能力。有限元分析证实了结构的稳定屈曲行为，全波电磁仿真进一步表明超原子在三维重构过程中始终保持几何相位的线性调控特性。基于几何相位原理，设计并验证了可重构超透镜模型与动态波束偏折模型：可重构超透镜模型实现焦距70~295 mm内的连续动态调节，动态波束偏折模型使电磁波偏折角度覆盖30.0°~88.7°。该设计兼具机械柔性与电磁可调性，可实现对电磁波的相位、聚焦特性及波前方向的连续调控，为可重构成像、传感和动态波前操控等应用提供了新思路。

引力波探测、空间高精度成像及先进推进技术等前沿研究，对超静超稳空间实验环境提出了严格要求。其中，低频扰动抑制是构建高精度空间实验平台的关键问题。针对空间微重力环境下低频噪声抑制与微小推力高分辨测量的需求，提出了一种基于高温超导磁悬浮复合轴承的空间微小推力测量科学实验平台。该平台利用超导磁悬浮轴承的磁通钉扎效应与磁滞特性，实现了悬浮状态下的低频被动隔振与周向超低摩擦转动。通过构建具有频率无关特性的磁滞阻尼系统，平台在10 mHz以上频段具备良好的隔振性能。噪声功率谱密度分析表明，其可控制在1 μm/Hz^1/2以下。在空间微重力条件下，系统摆脱重力不平衡势阱的影响，轴承转动摩擦系数预计可由地面条件下的10⁻⁶量级进一步降低至10⁻⁷~10⁻⁸量级，从而实现0.1 μN级微小推力的长时间高分辨率测量。该超导磁悬浮空间实验平台可为未来空间电推进性能验证、无拖曳控制技术验证等高精度空间科学实验提供支撑。

针对第六代移动通信网络全球无缝覆盖需求，卫星直连终端通信是下一代通信系统的重要发展方向。鉴于传统单星架构在实现高性能卫星通信服务存在固有局限，分布式卫星集群架构凸显了其显著的优势。在此基础上，提出了一种面向该架构的专用卫星群几何构型优化方法，设计了一种注意力嵌入卷积学习的深度学习方法，基于数据驱动的方法优化卫星群几何构型，以实现波束聚焦和增益增强。结果表明，相较于现有构型设计方案，该方案优化的集群几何构型在波束方向图性能方面表现更优。在满足相同波束宽度要求的条件下，所提方法构型可实现更低的旁瓣电平。同时，分析了在天线单元总数固定的条件下，集群中卫星数量对性能的影响，研究发现更大的卫星数量（更细粒度）能够显著提升系统性能。研究结果验证了所提分布式卫星群设计方法对于实现高性能卫星通信具有重要应用价值。

随着对天线精度与口径需求的增大，传统天线构型已难以满足精度调节与大尺度天线折展设计的要求。目前，解决这两种问题的主流技术路径分别是设计调节机构与在轨组装，而这两种技术路径均需要对天线进行模块化设计，并在模块间预留间隙用以安装调节机构或连接机构。等肋长且等间隙的天线骨架设计能大幅减少工程应用中的工作量，对推进空间天线技术的发展有重要影响。提出一种等肋长等间隙的模块化天线骨架拓扑设计方法，以六边形作为模块的包络图形，通过分析并利用拓扑图形基本单元的空间几何性质，在指定拟合球面半径、模块高度、模块直径和模块间隙的条件下可近似生成等肋长且等间隙的天线骨架模型。经验证，当拟合球面半径为150 000 mm、模块直径为15 000 mm且模块间隙为500 mm时，其肋长误差约为天线单个模块尺寸的5.67‱，模块间隙误差约为天线单个模块尺寸的4.93‱，通常情况下在工程允许范围之内。

为推动月基天文观测发展，支撑国际月球科研站天文观测能力的实现，对月基天文观测设备关键技术指标开展系统的定量化分析至关重要。以月基紫外-光学-红外观测的三大核心科学目标为导向，系统分析其对应的观测需求，并进一步展开定量化的设备指标推导，明确月基紫外-光学-红外望远镜的观测波段、口径、视场、分辨率等核心技术指标需求。结合工程可实现性，从最大化实现科学目标的角度，提出一个由大口径巡天望远镜、小口径望远镜阵和极紫外望远镜组成的多观测模块月基望远镜方案，搭建起科学需求到工程实现之间的桥梁，为未来月基紫外-光学-红外望远镜的建设提供了重要的技术支撑和参考。

随着人类的太空活动日益频繁，航天器解体引发的空间碎片急剧增加，对在轨航天器的长期安全运行构成严重威胁。针对航天器解体相关的多碎片清除问题，构建了一种轨道规划的优化框架。该框架通过基于动态中心的顺序密度聚类算法构建候选轨道集，并使用基于遗传算法的“时间点-轨道组合”优化算法，完成碎片清除器轨道的全局优化设计。同时，基于近地轨道典型场景，利用航天任务工具箱等工具开展数值仿真与性能分析。结果表明，该算法在工程约束下展现出良好的有效性与泛化性，为航天器解体相关的多碎片清理任务提供了轨道规划的理论与应用支撑。

随着人类空间活动的不断扩展，空间目标不断增加，轨道环境愈加复杂，对航天器的在轨感知能力提出了更高要求。事件相机作为新型神经形态视觉传感器，具有时间分辨率高、动态范围广等特点，能够在复杂光照和高速运动的恶劣太空环境中工作。为此，开展了事件视觉的空间目标在轨检测研究。针对领域内事件数据欠缺且难采集的问题，设计了基于仿射变换与事件仿真的数据生成策略，构建了大规模仿真事件数据集E-SPARK。针对传统检测器时序建模能力不足的问题，设计了YOLO-ConvLSTM模型提取事件数据的时空特征，提高检测器对稀疏、弱响应事件的检测能力。通过在仿真事件数据和真实事件数据上进行实验，结果表明，相对于传统图像模态，事件模态在强光、弱光和运动模糊场景上具有更强的鲁棒性；所提方法在提高检测精度的同时，具备实时推理效率，具有星上部署的可行性。

在航天器微振动主动隔振系统应用中，普遍存在非线性传递路径和作动器输出功率受限的问题。在避免作动器过驱动的前提下获得良好的主动控制性能，具有重要的研究意义。传统航天器微振动主动隔振系统的设计多侧重于系统的非线性补偿或控制器输出功率约束单一维度，鲜有算法同时兼顾上述两个方面。为此，提出了一种输出功率约束的航天器非线性主动隔振算法。该算法通过融合沃尔泰拉非线性滤波模块和最小输出方差功率约束模块，在确保作动器不过驱的同时，进一步提升了主动隔振系统对非线性扰动的控制性能。数值仿真和地面实验结果表明，该算法能够灵活调控控制器输出功率，防止执行器饱和。地面验证结果表明，在飞轮3 000 RPM和6 000 RPM的典型工况下，该算法相较传统最小输出方差自适应控制算法的主动隔振性能分别提升了12.8726 dB和14.6382 dB，显著增强了航天器在非线性扰动下的微振动抑制性能。

航天器在空间调姿、变轨、发动机多次起动等任务中，会受到变推力作用，贮箱内推进剂易发生晃动，同时这种晃动反作用于航天器，引发系统刚-液耦合晃动，增加了精度要求较高任务的控制难度。其中的关键科学问题为微/变重力贮箱-流体刚-液耦合晃动下贮箱内气液分布及其演化规律。当前尚缺乏针对微重力条件下充液贮箱刚-液耦合过程的实验平台以及相关系统性研究。基于地基微重力落塔平台，设计并研制了充液贮箱自由晃动实验平台。主要实验装置包括箱体与一体化贮箱笼体，通过施加不同形式、不同大小的初始外载，可模拟充液贮箱自由晃动过程。借助此平台，可开展地面与落塔实验，实现系统刚-液耦合与变过载环境，提供微重力实验数据，填补微重力推进剂贮箱晃动实验条件的空白。

随着我国航天技术的快速发展，在轨装配、舱外巡检及空间装备制造等任务对极端环境下的稳定、可控附着技术提出了更高要求。面向低温、真空和微重力等复杂工况，现有磁吸附、真空吸附和静电黏附等技术在适用对象、能耗水平、结构轻量化及环境适应性等方面均存在一定局限。仿生干黏附因其无需持续供能、质量轻、无残留且具备较强表面适应性，被认为是微小型空间附着系统的重要发展方向。然而，经典接触力学模型难以有效描述非球形微结构与软材料大变形耦合作用下的黏附行为，与此同时，不同材料、尺寸与结构形态之间缺乏统一的物理描述框架，制约了高性能仿生干黏附材料的理论设计与性能比较。提出一种面向仿生干黏附微结构的“柔性黏附”理论框架，引入柔性品质因数和等效黏附半径两个关键物理描述符，用于表征材料柔度、结构尺度与界面黏附能力之间的耦合关系，并揭示黏附强度随几何参数和材料属性变化的幂律演化规律。该方法突破了传统模型对理想接触形式的依赖，建立了适用于复杂柔性微结构体系的统一评价思路，可为不同仿生干黏附结构的性能分析、跨体系比较及新型黏附材料设计提供理论依据。相关研究为极端环境下高效、可控的微尺度黏附技术发展提供了新的分析框架和设计参考。

面向日益恶劣的空间碎片环境，设计制备了一种高模量仿生螺旋碳纤维复合材料。采用二级轻气炮实验与有限元-光滑粒子流体动力学耦合仿真算法，阐明了碎片云相态演化与空间分布特征，探究了高模量仿生螺旋碳纤维复合材料的性能强化机理，并对比了不同撞击工况下，高模量和高强度两类仿生螺旋碳纤维复合材料与航天级铝合金材料的碎片防护性能。结果显示，在1.35 km/s冲击速度下，相较于高强度复合材料，高模量复合材料的碎片的穿孔直径、残余弹体质量及残余弹体动能分别降低9.25%、85.19%、89.50%；在不同撞击工况下，高模量复合材料的碎片防护性能优于高强度复合材料和铝合金材料；高模量复合材料凭借刚度优势，应力波传播速度更快、作用区域更广，能够有效抑制材料自身损伤并充分破裂空间碎片，从而提升了碎片防护性能。

利用寄宿搭载等光学载荷开展空间碎片观测时，卫星平台的移动和姿态的调整会导致图像序列的帧间运动，直接影响星图匹配准确性。星图配准技术是实现图像对齐、消除运动偏移的一种有效手段。传统天文图像配准通常采用点集间逐点匹配的策略，但这种点对点盲匹配容易产生冗余计算并出现误匹配。基于天基观测成像模型，从理论上证明了星点在图像中运动的均匀性模式，进而提出一种以速度先验信息为引导的新配准方法——将传统单点匹配过程转化为全局优化的点集匹配方法。通过将样本星点拟合理论成像模型确定其速度场，进而求解全图像速度场；该速度场可粗略估计图像的刚性变换模型，从而加速星点匹配过程；该双重速度场提供了有效的运动先验，避免了盲目匹配问题，显著提升了配准成功率与精度。天基图像上的实验表明，该方法实现了98.70%的匹配准确率和低于0.09像素的重投影误差，验证了其在空间碎片观测领域中的应用潜力。

针对未来火星探测任务中对于火星大气资源原位利用的需求，构建了一套低温等离子体原位制氧系统。在火星环境条件下，利用同轴介质阻挡放电反应器进行了二氧化碳分解制氧实验。研究了放电功率、气体流量等主要工作参数对二氧化碳转化率、氧气通量的影响，发现提高放电功率可有效促进二氧化碳的分解，并获得了最优的气体流量工作参数。采用原位光谱诊断技术，探究了放电过程中主要气体的分子和离子激发态在不同工况下的种类及分布特性，分析了制氧效果和对应光谱谱线强度的相关关系。实验结果表明，采用同轴介质阻挡放电能够有效实现火星低气压条件下的二氧化碳原位转化利用，为该技术的工程应用和其在甲烷等碳氢化合物原位制备领域的拓展提供了有效依据。

随着一批新的多波段、多信使巡天设备的部署，暂现源的探测率呈现爆发式增长。面对巡天设备发现的数以十万计的暂现源，现有或规划中的望远镜数量严重不足，难以实现全天区、多维度(时变、成像、能谱、偏振)、多目标的同时后随追踪观测。轻量化聚焦镜、高精度可伸展桅杆以及紧凑型的焦平面探测器等技术的发展，使得微小卫星具有与天文台级空间望远镜近似的观测能力。“全变源追踪猎人星座”计划部署百颗微卫星组成天文星座，通过星座的智能化分布部署，不同卫星配置不同的载荷，实现多星对全天暂现源的同时多目标观测、不间断接力观测与多维度观测。全变源追踪猎人星座的核心技术将采用轻量化聚焦镜以及紧凑型探测器。

为应对当前在轨航天器被探测及监视威胁频发、受威胁程度难以量化等问题，提出一种面向天基光电探测场景的航天器受威胁程度在轨评估方法。该方法无需获取实际探测成像结果，利用公开或参考数据对探测场景进行模拟计算，进而量化在轨航天器的受威胁程度。对于可见光波段探测成像，利用光学成像原理和基于约翰逊准则的可探测性评价度量，定义一套表征图像信息量的光学探测图像威胁指标模型；对于红外波段探测成像，提出一种将目标表观温差与目标等效尺寸相结合的交叉评价方法。最后，采用部分公开的航天器探测参数对评估方法进行了模拟实验验证，并对所研究的受威胁程度评估方法在完善空间态势感知链条、提升自主在轨防护能力等方面的潜在价值进行了初探。

深空探测任务中，高增益天线的指向精度直接关系到测控通信的可靠性和数据传输效率。针对深空探测器高增益天线在轨指向校准的技术问题,系统分析了指向误差来源，提出一种基于星上自动增益控制遥测数据反演高增益天线对地指向校准新方法。该方法通过分析深空探测器飞行特点和约束条件，采用高增益天线与低增益天线协同工作机制，实现了天线指向在轨校准的系统化解决方案。结合“天问”一号火星环绕器的工程实践，详细阐述了校准方案的设计原理、实施流程和误差分析方法。在轨测试表明，该方法能够有效提高天线指向精度，指向误差优于0.10°，为深空探测任务提供可靠的技术支撑。

航天器精密定轨依赖于高精度的参考坐标系转换，而极移是实现该转换的必要参数之一。针对实测数据存在约13天时滞、传统预报缺乏物理机制的局限，提出一种基于地球自转动力学与加权最小二乘法的融合预报方法。该方法首先利用刘维尔方程将极移反演为激发函数，随后引入时间衰减因子进行加权最小二乘法外推，最终通过动力学积分重构预报序列。基于2019—2023年数据的验证实验表明，在1~365天内，该方法的精度优于最小二乘+自回归方法及国际地球自转和参考系服务发布的Bulletin A预报产品：较最小二乘+自回归方法提升精度约43.61%～46.50%，较Bulletin A提升精度约16.26%～21.08%。通过90天定轨仿真显示，采用该方法后，全球定位系统和“北斗”卫星导航系统等的定轨精度较Bulletin A提升23.97%～35.93%。结果表明，引入动力学约束能有效克服中长周期预报发散，减少定轨中的坐标系转换误差，为高精度自主定轨及深空探测提供可靠的技术支撑。

针对目前地球极移观测手段存在解算滞后、难以捕捉短周期高频扰动的问题，提出一种基于高精度光纤干涉仪多站点联合观测的地球自转极移测量方法。首先，基于Sagnac效应推导了单站光纤干涉仪观测值与极移参数间的线性投影方程，构建了多站联合最小二乘解算数学模型。其次，重点研究观测站几何分布对解算稳定性的影响，引入矩阵条件数定量评估了设计矩阵的性态；针对不同地理分布场景，通过构建包含钱德勒摆动与周年摆动分量的复杂极移物理模型进行了仿真验证。研究结果表明，极移测量精度高度依赖于观测网络的几何构型，方案的设计矩阵条件数越小，系统对随机噪声的抑制能力越强；广域分布方案(经度跨度约为50°)的设计矩阵条件数($ \kappa \approx 3.1 $)相较于密集分布方案($ \kappa \approx 16.9 $)显著降低，有效克服了方程组的病态性。在同等硬件精度下，广域方案的极移解算轨迹高度收敛于真实值，极移解算均方根误差降低了约80%。进一步的极限仿真定量给出了实现0.001 0'' 极移测量精度所需的干涉仪精度指标。验证了利用地基惯性观测网自主、高频、实时监测地球自转极移的可行性，为构建高精度地基惯性监测体系提供了理论依据与发展路线支撑。