能源情报网信息监测服务平台 Energy knowledge resource center | Advanced energy information network system

微信公众号

您当前的位置: 首页 > 采集报告详情

美国能源部公布《太空能源战略》强化美国太空探索领导力

编译者:guokm发布时间:Jun 10, 2021点击量:12 来源栏目:采集报告

2021年1月6日,美国能源部(DOE)发布《太空能源战略:强化美国在太空探索领域的领导力》报告指出,随着越来越多的国家加入到太空探索竞赛中,美国所面临的太空竞争(无论是太空商业应用还是军事应用)环境愈加激烈,必须要认真审视和应对。为此,战略围绕如何确保美国在未来十年(2021-2031年)内的太空探索和应用领先地位,提出了具体的发展目标、实施原则和实施机制,关键要点如下:

一、发展目标

1、为太空探索提供能源动力

DOE将为美国太空用户开发适用于太空探索的能源技术(包括核能和非核能源),探索能源管理系统以满足太空任务中潜在的应用需求,并推进应用于太空系统的先进能源生产、收集、储存、分配、使用、耗散和热管理技术。具体而言,该目标包括四项具体的子目标:

(1)针对太空探索任务开发和部署放射性同位素动力系统

DOE将继续与美国国家航空航天局(NASA)、其他联邦机构和商业实体合作,开发和设计用于近期和远期太空探索任务的放射性同位素动力系统(RPS)。该系统利用放射性同位素的自然衰变产生的热量带来的温差电流为运行的航天器系统和科学仪器提供动力。目前,DOE与NASA合作重点开发基于钚-238放射性同位素的RPS,以满足NASA长期太空探索任务的动力需求。

(2)开发外星球用核电反应堆与核动力推进系统

由于太空探索任务执行时间和飞行距离不断增加,使得太空探索任务对登陆外星球可使用的核电系统和远程飞行核动力推进系统的需求日益强烈。DOE将与NASA合作开发用于外星球登陆后供电的核裂变反应堆和用于航天器的核动力推进系统,前者提供稳定的基本负荷电力以满足漫游车等外星球表面设施的电力需求,后者主要用于满足长期星际飞行任务的航天器动力需求。

(3)开发应用太阳能和储能系统

太阳能发电还将继续服务于卫星和外星球表面设施(如漫游车)的电力需求。此外,还需要部署储能系统作为备用电源以应对在主要能源资源不足时的电力需求。DOE将致力于将其在太阳能发电、燃料电池、储能电池和微电网领域的技术研发成果应用于满足太空探索任务的能源需求。

(4)研发热能管理和利用技术

由于太空环境的特殊性(极端环境),需要对设备进行热控制,以防止电子设备和系统遭受极端的高温或低温以及剧烈温度波动带来的潜在负面影响。因此DOE需要开发相关的热能管理技术,以及热利用技术对上述热能有效回收利用。

2、破解太空未解的科学之谜

DOE将联合各利益相关方通过空间科学研究创新和空间技术应用突破来破解太空之谜。DOE将充分利用其先进的实验室系统、设施、研究人员的专业科学能力和知识,推进太空科学研究的突破,促进对宇宙的基本理解,以及探明人类在宇宙中如何能够更加安全、可靠、高效和高质量生活和工作。具体包括以下几个目标:

(1)探索太空科学知识支持人类的太空探索任务

DOE支持宇宙基础科学研究,以提高对发生在近地轨道及深空环境中的复杂物理过程的理解,这些知识对人类在太空中长期生活和执行科学任务具有重要的指导意义。

(2)利用太空实验促进物理科学发展

由于太空探索任务涉及众多学科和技术,通过在太空探索和开展的相关实验可以有力地推动DOE在粒子物理学、天文学、材料科学、化学、地球科学、合成生物学以及计算机等学科发展。

(3)发展应对太空极端环境研究能力和专业知识

由于太空探索处于极端环境(强辐射、剧烈的温度波动等),需要为此开展相关的科学知识研究。DOE支持极端温度和辐射环境下材料核心专业知识研究和科学工具开发,有助于阐明极端环境条件下的材料降解、高温形变以及材料和微电子在辐照下的失效机制。

3、维护美国太空领域的安全利益

DOE将支持太空环境感知技术研发、太空能源系统、多用途传感器和卫星开发/部署支持,将其应用于国家安全军用和民用太空项目。具体包括以下几个目标:

(1)发展太空感知能力

DOE的国家安全任务之一是提供太空探索需要的专业技术、设施和领域专家资源,如航天遥感、数据分析、计算机建模仿真、宇宙环境的独特理解等领域,以支持美国国防部(DOD)和其他政府机构安全进入太空。DOE重点任务是构建太空空间感知能力,即通过上述技术和知识综合应用能够有效监测太空环境,同时收集分析太空数据并及时向地面接收站传输,这些数据能够提供关于太空环境及其演变的知识,有助于研究人员进一步认识太空环境。

(2)发展保护太空资产能力

美国几乎在生活的各个方面都依赖太空,包括通讯、天气监测、导航等。当前美国太空资产面临一系列威胁,如近地轨道大量太空碎片、小行星之类的近地天体,他们可能对太空资产构成碰撞威胁,也可能对地球造成撞击威胁;还有可能在未来发生太空战威胁(敌对国家可能企图毁坏、干扰和致盲卫星)。因此必须设法遏制和消除太空领域中不利于美国及其盟国国家利益的威胁。DOE重点任务是发展相关技术和能力提升太空能源基础设施对太空极端事件和其他破坏的抵御能力。

(3)近地天体偏转和撞击研究

DOE将与NASA、美国国家核安全管理局(NNSA)等联邦机构合作,利用高性能计算机开展模拟研究发展近地天体偏转和撞击模拟分析能力,以及开发用于研究近地天体偏转和扰动各种物理特性的技术,构建防御可能撞击地球的近地天体的能力。

4、促进太空产业发展

DOE将推动空间科学研究的创新,驱动美国未来的太空任务和太空商业应用的突破,促进和激励美国商业航天发展,以降低商业航天活动的成本和风险,强化美国在全球太空商业应用领域的领导地位。具体包括以下几个目标:

(1)将新兴技术应用于太空探索领域

DOE将把人工智能、机器学习等新兴数字技术引入到太空探索研究任务中,以实现对海量实验数据的高效收集和处理,如将其应用于储能系统高性能材料和化学品发现,以提升实验效率、缩短实验周期。

(2)鼓励在太空任务中使用DOE技术

DOE 在技术开发和商业化方面具有悠久的历史,迄今为止发展了数百种能源技术以及众多的科研设施,这些技术和设施在推动美国太空探索任务发展中发挥了关键作用。如DOE的国家同步加速器光源II已用于原位分析NASA从太空取回的样本,橡树岭国家实验室的超算系统用于处理太空科学任务获得的海量数据,劳伦斯伯克利国家实验室的回旋加速器使研究人员更好地了解辐射对材料和电子产品的影响等。因此,在未来的太空任务中,需要继续发挥DOE的关键作用,广泛应用DOE发展的相关技术和设施。

二、战略执行原则

DOE执行战略时将以下述三项基本原则为基础:

1.DOE在执行太空相关活动时需要同步发展DOE的科技人力资源;创造机会保持和留住经验丰富的科学家、工程师和技术人员队伍;并推进科学、技术、工程和数学(STEM)项目发展,为DOE培育下一代储备人才。

2.DOE确保科学设施和基础设施发展受益于承担的太空研究、实验和技术开发任务。

3.DOE继续采取灵活资助合作模式,如“联邦资助研发中心”(FFRDC)资助模式,以及与其他联邦机构、行业和大学的战略合作模式,不仅有利于DOE有效开展支持太空探索的研究活动,也为DOE提供了一套高效合同管理模式。

三、战略实施机制

DOE将利用各种实施机制,如DOE项目导向的资助、DOE赞助的跨学科科技计划、战略伙伴关系项目、国家实验室导向的研发活动、技术转型和私营部门伙伴关系倡议(例如创新峰会、合作研发协议等),来推进战略的实施和目标的实现。

提供服务:导出本资源

版权所有@2017中国科学院文献情报中心

制作维护:中国科学院文献情报中心信息系统部地址:北京中关村北四环西路33号邮政编号:100190