(本文使用ESA于2018年02月发布征集结果时的名称“深空门户”）

 

1、引言

2017年8月到10月，欧空局向欧洲科学界进行研究项目建议征集，收到了在这一平台上运行的科学和其它研究的一百多份建议，并且在12月5日和6日在荷兰ESTEC进行了讨论和合并，有二百多人参加了研讨会。

咨询和研讨的最终结果是一个利用深空门户平台的概念纲要，以及项目建议结果和整合建议，其中强调了主要研究机会和实现这些研究所采用的技术。

2、项目征集结果总结

本章展示生命科学、太阳系、月球与地球科学、物理科学与天文、技术等研究领域的项目征集结果，确定了研究主题、总体技术需求等。考虑这些方面作为最高优先级，支持深空门户上开展的研究项目。

2.1 研究兴趣

作为对项目建议征集[RD1]和后续研讨会的响应，收到了大量研究建议。值得注意的是，在深空门户上可以开展多种研究课题，但受限于可利用的资源和能力，特别是在深空门户设想的第一阶段（Phase 1），这种可用性将受到限制。征集的研究建议完整纲要包含在DR2。

研究领域按照如下研究学科进行分组：

l 生命科学

l 太阳系、月球与地球科学

l 物理科学与天文

l 技术

按照提交研究主题的分布情况，这一分组试图结合欧空局科学工作组SWG考虑的领域（生命科学、物理科学、太阳系、天文）。

认为实现这些研究所提出的方法是各研究领域常见的交叉主题，这些主题包括：

l 月面进入与操作

l 月球（或其它太阳系天体）样品返回

l 舱外被动暴露

l 舱外指向观测

l 舱外小卫星和立方星部署

l 居住舱内部实验

一个挑战是为各种研究方法定义通用功能和接口，以满足各研究学科对各种研究类型的需求。选定的技术需求见3.2小节，研究平台和接口的可能方法见3.4小节。

2.2 技术方案和任务相关性

这一小节描述技术项目的征集结果，包括实现深空门户研究的主要技术与任务的相关性。

   2.2.1 航天员

一般来说，对于演示验证的研究活动，不需要大量航天员活动。航天员活动在许多实验里仅限于实验部署或实验样品返回。

有些生命科学工作可能存在例外，需要详细分析。可能存在对样本进行原位分析的机会，结果可能具有时间依赖性，不能返回地球后再分析。

2.2.2 外部进入及设施

可能许多实验需要在深空门户的舱外实施，这些载荷需要舱外载荷挂点。一些舱外载荷需要暴露以前运出压力舱受控环境，暴露以后进入压力舱，这些实验可能返回地球。值得注意的是，气闸规格大小对有效载荷大小产生主要约束。比计划更大的气闸将会更有用。

其它实验可能在没有压力的情况下运送，并可以不经过压力空间挂载到外部，以后可能不需要再进入。舱外实验可能是被动的，需要了解指向(不同质量)和暴露期间本地事件活动的情况下，暴露到局部环境，或者主动指向，暴露期间需要专门指向定位。

深空门户的外部也可认为是设备和设施的存放位置，避免不必要占有有限的内部空间。

2.2.3内部设施

希望科学项目可以利用深空门户内部空间大约1.5m³，考虑到非常小，但对于研究是有用的。有必要澄清，这一空间在深空门户内部是如何分布的。如果这一空间可以模块化方式利用，以便容纳不同大小的实验，具有标准接口，也许标准化模块形式（立方星单元模块），那么可以最大化利用空间。为了确保长期利用深空门户进行研究，其设计应该预计并支持未来的研究空间和能力拓展。

此外，没有航天员居住时，应该考虑内部空间的科学利用。对所有内部载荷应该定义通用接口。

利用离心机系统将对研究有很大用处，提供1G重力控制，与微重力实验进行比较，或者分离非重力效应。清晰理解内部微生物生态也很重要。

2.2.4电力与数据处理

结果表明，载荷需要集中式数据处理、存储和TT&C子系统，以处理和分发上行指令和下行数据及遥测。这一子系统需要支持处理和存储实验的原始数据，并在通信链路允许时向地球发送。这一子系统的需求将由各种载荷的数据量和数据率、载荷的下行带宽和可用性、地面与一些载荷交互的实时或近实时需求所驱动。这些需求还未定义，但预期数据量将由成像决定。

120V DC的标称电力总线不适合载荷，需要一个专门的电源接口，运行于比较低的电压。28V是载荷的典型运行电压。这一数据接口应由安装在深空门户内部和外部的载荷所使用。

2.2.5机器人

为了部署、取回和服务舱外载荷，有必要配备舱外机器人，或者外部机械臂。为机器人确定一个通用用户接口，作为高优先级的能力。可以提供人机接口，允许在深空门户或其它地方操作各种机器人，特别是在月面上。这一接口需要具有通用性，满足从深空门户内运行各种不同机器人系统的不同操作和用户需求。

2.2.6通信

对于应用研究，与地球的通信不需要连续，但必须可靠、可信、有足够带宽与数据量，满足设计载荷的需求。值得注意的是，预期后国际空间站的研究领域具有高数据率。此外，公众对大数据产品有越来越高的期望，特别高分辨率流式视频产品，以及对交互和沉浸式产品日趋增加的预期。在21世纪20年代，有效的公众参与毫无疑问将需要生产这种产品，应该考虑同时建立通信系统。

特别需要指出的是，从月面到地球的通信中继所起的作用。这种中继支持许多月面任务，特别那些未探索过的月球背面任务，并将任务拓展到月球极区。

2.2.7立方星与微小卫星

许多研究、商业、运行支持活动可以通过部署小卫星实现，例如立方星。为了实现这一功能，深空门户需要具备接收并进行部署立方星的方式。一些立方星和小卫星需要额外支持本地通信，在深空门户附近导航支持能力。

2.2.8月球表面进入

通过深空门户可以进入月面，返回月球样品，将产生巨大且多样化的科学回报，提出多个跨多学科的高优先级科学主题。深空门户可以支持的各种科学领域包括：

l 提供到地球的通信中继

l 为机器人系统提供从深空门户到月面的低延时遥操作

l 月面进入的任务中转

l 为可重用着陆器与上升器补充燃料，从月面获取与返回样品

l 返回地球以前进行样品筛选（如果需要），或者对时间或环境进行重要分析（样品含有挥发物）

许多机构正在研究人类增强的机器人架构和月球科学探索能力HERACLES任务概念，这是一个说明我们可以做什么的很好例子。可以采用几个不同和互补的方法进入月面，包括载人先导任务，例如HERACLES、周期性任务，对于不同科学和最终载人任务的多点反复飞行能力。

2.2.9轨道

需要详细分析EML2附近概念性NRHO和Halo轨道对于不同科学应用的适用性。对于许多科学项目这些轨道是可以接受的，对于遥感实验和一些月面平台部署，证明这些轨道可能并不适用。

2.2.10研究资助与项目征集

为了进行研究征集，及时启动很重要，发布项目征集公告应该尽快准备。需要短时间内定义好接口，继承性和成熟性是关键的选择参数。任何征集需要有明确的经费支持方案支撑。

有必要对可利用资源支配和合作伙伴机构之间的共享方式进行明确定义。一个目标是在2019年间进行可行性研究，允许2020年进行遴选，准备Phase 1期间的实现与利用，理论上在2026年结束。

2.3一般性调查结果

2.3.1深空门户的科研收益

深空门户是一个开展研究的基础设施，研究与科学自身并不证明这一基础设施的合理性，但对整个任务有贡献。

征集中描述的标称接口是有用的，也有特例，但应该假定设计或计划未来的发展。需要具体研究领域的详细评估与需求，确定研究接口的详细需求。在化学与电磁洁净度方面，理解和量化预期舱外环境是一个通常需求。

2.3.2 深空门户的教育收益

深空门户为教育和激发未来一代科学家与工程师提供了极好机会，但应该注意推广和教育不是一回事。教育需要作为特定领域，推广与公众参与也重要，但需要专门方法，独立但又与教育协同作用。

教育机会可以在深空门户研发期间就开始，不需要等到平台运行。目标是找到提供教育开发过程的方法，也为飞行期间的教育活动做准备。应该在平台和载荷层面都考虑到这些措施，并包括专业数据集和实际知识。

2.3.3公众参与需求

深空门户在空间探索方面标志着一个新时代的开始，标志着人类从地球旅行到达的最远距离。对于吸引公众和带他们一起去旅行，是一个巨大机遇。但需要注意，公众参与也只需要集中于解释深空门户的背景环境，以及探索和可持续发展的广泛作用。因此，要实现深空门户的效益需要努力引人注目、协调和参与公众交流。

2.3.4国际合作与协调

国际协作是一个推动，也是一种收益。未来最大化这一机会，需要具体国际协调。一个目标是利用这些机会进行研究，作为增强参与和拓展国际合作的一种方式。

2.3.5将深空门户研究集成到深空载人探测

为了满足和支持深空门户载人任务（例如到火星），在其上开展研究工作，但并不清楚在时间表内是否可以获得有意义的结果，满足表面上的需求日期，从当前计划的持续很久的深空环境载人任务可以看出这一需求。

2.4深空门户潜在研究平台

整合不同载荷和实验类型的各种需求，以便可以为深空门户确定一组清楚的平台（接口类型），具有不同定位与接口。概括如下：

1)    舱外被动暴露平台，例如，材料和技术，调节材料样品，将其暴露至外部环境。该平台具有零或者低的电能和数据需求，但外部暴露样品需要取回并返回地球。

2)    外部环境及对暴露平台影响，为环境和影响测量调整监测设备，不严格要求指向，数据和电量适中。设备需要外部挂载，但可能不要求取回和返回，但在这种情况下，必须考虑处理要求。

3)    舱外遥感平台，按照对月球、地球的指向需求，调节光学仪器或空间指向仪器。这一平台的数据量可能比较高，主要由图像数据组成。需要确定提供特定指向的能力，以及这种研究对深空门户轨道的适用性。

4)    立方星/小卫星部署平台，与本地通信和导航设施。

5)    遥操作机器人通用用户接口

6)    内部载荷通用接口（以ICE Cubes作为示例）

2.5 后续步骤

后续步骤包括：

l 与国际伙伴讨论协调研究方法、下一步研究与征集、建立深空门户的利用管理方案

l 调查可行性，定义内部与外部研究平台的统一需求

l 准备启动初步实验方法，进行2019年Phase A研究遴选

l 准备载荷征集公告，目标在2020年初遴选Phase 1飞行实验

l 在项目征集公告前为遴选载荷定义资助方案

l 商业合作伙伴调查研究机会关联到研究设施和活动的研发与运行

3、生命科学总结

 

l ESA深空门户研讨会生命科学会议共同主席，本节作者：David Cullen (英国克兰菲尔德大学), Alexander Choukèr (德国慕尼黑大学)。

l ESA深空门户研讨会科学咨询组在深空门户范围内遴选，科学界所提与生命科学相关的摘要子集。

l 深空门户研讨会上19个遴选摘要在生命科学分会上进行了一天展示。

l 在展示后进行了分会讨论，由展示者、参加分会的其它成员组成一组，并由来自展示者分会的联合主席选定讨论小组，组成包括：Alexander Choukèr (共同主席), Hervé Cottin, David Cullen (共同主席), Christine Hellweg, Monica Monici 、Ann Visscher，至少有一个小组成员可以详细评论生命科学分会子领域，如下节。

3.1 确定的研究主题

由生命科学分会联合主席聚焦19个PPT到六个领域，如下所列：

l 生命科学舱内平台(2个PPT)

l 生命科学舱外平台(2个PPT)

l 深空门户辐射环境(4个PPT)

l 航天员实验主题(6个PPT)

l 微生物学(2个PPT)

l 高等植物(3个PPT)

在深空门户第一阶段(Phase 1),应该考虑深空门户辐射环境的主要方面是银河宇宙线GCR和太阳质子事件SPE，舱内（分布）和舱外都监测。

许多科学问题由微生物学解决，支持天体生物学、生物技术应用，包括原位资源利用ISRU。对于一些领域没有考虑将微生物生态学作为深空门户的集成部分，例如人类/微生物组学、生命支持，包括植物生长、居住环境。但这是考虑的关键方面。

深空门户第一阶段(Phase 1)的有限资源制约了实施植物生长的高等植物实验的机会。没有收到需要开展动物研究的建议。与人类学科相比，这种方法用于获得更好的哺乳动物实验统计。

3.2技术需求

3.2.1生命科学舱内平台

考虑到深空门户生命科学实验预期有限的空间，提供最大灵活性，最大化潜在的科学回报，从国际空间站学习经验，应该有一个具备常用多个接口（机械、电和通信）的舱内平台，可以灵活设计和实施实验。这将需要获得一组通用的实验硬件，以及为给定实验定制实验硬件的灵活性。通过此可看出，利用现有欧空局经验，KUBIK、Biolab和ICE Cubes的混合方法。在这个背景下，可以获得一系列特征，包括小型化、自动化的微生物、哺乳动物细胞和微型动物/微动物群（例如线虫）培养箱/生长室/生物反应器，适当的观测技术，例如显微镜和光谱学，提供1g和部分重力环境的能力，受控条件下（+4°C和-20°C）实验前后存储实验和样品的能力。此外，进行小哺乳动物研究的能力也很有用。

3.2.2生命科学立方星部署

通过深空门户的上行能力、必要储备、以及部署立方星，可以为生命科学提供附加机遇。因此需要上行、储备和部署立方星（从1U到6U）的能力，必要时为深空门户提供自由飞行立方星的通信链路。在可能情况下，利用机器人进行部署是有优势的，避免依赖航天员时间。

3.2.3生命科学舱外平台

生命科学实验的舱外平台可以放置许多生命科学仪器，允许暴露到各种深空门户的空间环境。这种平台应该具备如下支持：

l 具有很多普通接口点，可以安装多个实验仪器，具有普通机、电、通信接口（例如，基于立方星相关注意事项），可以进行自主实验。

l 简化舱外实验的放置与取回（例如机器人放置与取回，避免占用航天员时间）。

l 深空门户上有适当暴露前后的实验储备，当前例子是国际空间站上的ESA暴露与计划太空生物学设施。

l 在内部环境有能力测量和控制深空门户污染，最小化污染对外部暴露环境的影响。

3.2.4生命科学辐射监测

重要的是，有能力监测与深空门户和航天员暴露相关的舱外和舱内分布辐射环境（SPE、GCR、次级辐射）。

3.2.5航天员作为实验对象

将航天员作为测试对象，利用进行科学（虽然研讨会描述了有限示例）和缓解/对抗的相关研究能力开展工作。为了优化数据集和后续研发，应该有国际活动，利用一套多样化的可穿戴生理和生物医学传感器，装备所有航天员员，进一步收集飞行前后生物医学数据和在轨生物医学样本，用于飞行后分析，生成一个可以用于科学界的中央大数据集。考虑到实验对航天员时间和测试科目的预期有限享用，应该最大化科学回报。

3.2.6居住环境微生物

为了特征化和研究深空门户居住环境微生物随着时间的变化，进行这项研究将很有用处。需要研究这些具体细节。

3.2.7高等植物生长

利用支持舱内生命科学设施的能力，安装适当高等植物生长实验子集，开展生命科学研究。在深空门户实施/部署最初阶段，大多数可行方法可能只与种子贮存和种子发芽有关（高级植物生长的关键初始步骤）。

3.2.8其它技术需求

由于对实验120V DC电力供应的基本要求是有限制的，大多数实验希望得到额外电压。因此，如果每个实验需要自身电力转换，将不利于实验质量和容量的使用。

3.3总体发现

深空门户为生命科学提供的独特方面是深空辐射环境，考虑到航天员最初的操作限制。没有直接讨论或关注微重力质量和局部磁场。

从生命科学角度，深空门户相对于月球的特殊位置，在深空门户时间周期里可以进入月面或采样时才有重要意义。

讨论了深空门户上人类深空生存各方面的研究结果，如何有效输入到未来星际任务的设计（例如载人火星任务）之中，以便研究深空门户未来可利用结果，与正在进行/当前设计的人类星际任务之间的时间失配。

由于资源有限，以及涉及到机构间团体，有可能需要讨论改变项目征集的范围和实现方式。例如，(1) 项目征集应该有特定问题驱动，而不是项目负责人或好奇心驱动，(2) 为了最大化并共享有限飞行机会带来的效益，应该在国际伙伴国家间进行合作。

与以前空间平台的经验相比，例如国际空间站，生命科学界的挑战将是适应边界条件：

l 设施有限，内部和外部实验的容积、质量、访问频率

l 航天员可用性有限

l 地球返回能力（不详细讨论）

l 机器人遥操作在实验灵活性方面的潜在能力

4 太阳系、月球与地球科学

4.1 确定的研究主题

在月球科学、地月系统和太阳系科学领域的大量研究主题已经确定，可以利用深空门户作为深空环境的暴露平台、月球轨道器和支持月面进入等得到发展。主要研究方向可以分为：

l 月面/次表面调查研究

l 辐射、尘埃和微流星体

l 等离子体过程

利用深空门户的主要科学优势，是有能力使月球成为一个月球与其它深空探索的稳定平台，也包括地月系统观测。

4.1.1月面/次表面调查研究

深空门户可以支持大量月面研究，即是遥感观测平台，也支持月面操作。深空门户支持通过静态着陆器、穿透器、机器人巡视器、样本返回任务进行月面原位探测。深空门户将专门支持有人辅助的样品返回任务，遥操作机器人控制的月面设备用于收集样品，然后运送到深空门户，以后随猎户座飞船返回地球。与只通过机器人获取的东西相比，希望这一方式大幅提高月球样品收集的质量和多样性。

将利用深空门户多光谱遥感测量提供的全球视角或背景信息与返回样品或月面观测相结合，许多建议里强调了这一重要性。这样的月球科学，包括月面遥感和支持月面操作，需要一个月球轨道基础设施，例如深空门户，并且不可能在近地轨道LEO完成。遥感、原位测量和样品返回的结合将解决高优先级科学问题，包括与月球地质演化、地月系统起源、月球挥发物的分布与本质、空间天气过程等相关问题。

4.1.2辐射、尘埃和微流星体

确定深空门户的轨道，提供独特的几何视角，利用多光谱观测月球与地球外逸层/大气，进行全球覆盖。通过从深空门户部署多光谱辐射计，提出在月球近地面监测地球辐射收支，这是一个具有吸引力的位置。希望通过从深空门户和月球进行地球遥感，提供地球气候诊断的新信息。

提出深空门户上的尘埃通量探测器，确定来自彗星、小行星和月球的自然宇宙尘埃的最初丰度，也确定人为空间碎片的范围和传播。在到达月球的途中与在月球附近测量尘埃通量，可以确定和分析来自月球和其它天体尘埃的贡献。利用深空门户描述尘埃、微流星体和辐射环境，对于支持环境模型校正，测试未来月球和火星探索准备的测量技术等也很重要。

4.1.3等离子过程

深空门户的等离子体和磁场、中性和离子粒子质量与能量的原位探测与分析，可以用于研究涉及月面和外逸层的各种等离子体过程。预期深空门户能够支持研究外逸层特征、地球与月球外逸层流失、太阳活动变化监测。这些组合探测支持利用多种方法进一步理解月面/外逸层和地球磁层等离子体与太阳风之间的等离子体相互作用过程。

深空门户轨道提供了一个研究太阳风和地球磁层等离子体之间相互作用的独特机会，尤其与远尾相关的过程，到目前为止那里只有有限观测结果。提出通过深空门户及其部属的立方星对粒子和电磁场进行原位测量，以研究太阳风与地球磁层相互作用的长期变化。此外，不同的X射线成像技术可以用于获得磁层辐射的大尺度图像：磁尾和磁层，也来自太阳。这些观测为地球磁层和太阳风-磁层相互作用提供一个全局视图，这些从近地轨道不可能获得。

提出了利用深空门户作为试验平台研究等离子体过程，包括：从深空门户释放示踪离子，跟踪穿过边界等离子体的输运和激发，在没有剩余大气和重力场的情况下人工释放挥发物，释放抛射体以研究碰撞过程。

4.1.4具有最高潜在科学影响的领域

以上研究的一些潜在有价值影响包括：

l 月面探索对于理解月球地质、磁场、月球空间天气有重要意义。此外，月球样品中的太阳风粒子和宇宙核子研究将支持对太阳活动历史和银河系过程的研究，例如近邻超新星爆炸和悬臂过渡。

l 人类辅助样品返回对月球科学将有最大影响，样本收集的质量和多样性在增加。

l 遥感与月面测量结合将产生有重要意义的科学回报。

l 从月球附近进行地球遥感支持新的视角，为地球气候观测提供新的平台。

l 监测月球附近的尘埃丰度和微流星体，为未来飞船设计提供重要信息。

l 对月球逃逸的等离子体/中性粒子进行原位测量，支持对其它无大气行星体和地球上的外逸层研究。与月面数据结合，可以将月球早期大气的状态与当前地月系统进行比较，有助于获得太阳系演化的细节。

l 长期监测地球磁层等离子体的太阳风等离子体影响，理解等离子体过程，适用于许多其它宇宙天体。

4.2技术需求

与已确定调查研究相关的一些关键技术需求包括：

l 具有数据与电力接口的舱外挂载设施

l 部署子卫星/立方星/穿透器的能力

l 改变轨道的能力：不同应用选择不同轨道

l 稳定平台（考虑舱外万向架挂载平台）

l 将样品从机器人月面返回车传输到猎户座飞船的能力

l 进行月面机器人遥操作的能力

l 航天员在深空门户上进行太空行走的能力对于建议的一些实验/操作很重要

l 舱外电磁清洁度对一些实验很重要（考虑长期利用）

5 天文与物理科学

5.1 确定的研究主题

5.1.1 可以在深空门户实现而不能在近地轨道开展的研究

深空门户的许多方面与天文和物理科学研究相关。深空门户将运行在地球的范艾伦带外面，为科学探测提供了一些独特机会。范艾伦带阻止低能宇宙线到达地球和近地轨道卫星，深空门户首次提供了监测宇宙辐射低能光谱的理想方法。例如，这可能揭示来自暗物质候选体的衰变产物。范艾伦带将保护深空门户防止来自地球的人为污染，并且可以提供kHz到MHz电磁频率研究宇宙的极好环境，揭示第一批恒星诞生之前的宇宙。

深空门户的位置离地球比近地轨道更远，将为科学研究提供独特机会。对天体物理源任何辐射的各种探测器可以结合地球上的相似探测器，进行三角测量，通过精密定时，达到比当前更高精度。这一想法在更精确定位伽玛暴源的背景下提出，以便引力波事件触发时，可以成功发现和观测光学对应体。月球离地球距离遥远，可以从一个新的有利位置研究地球大气层，可以进一步加深我们对地球大气物理过程的了解，将为“地球作为外星球”提供数据。这有助于利用凌日和掩星技术采集的数据，提取真正外星球的大气信息。其它想法由地月系统的几何结构产生，如果配备一个小型红外望远镜，深空门户可以作为近地天体早期预警的前哨站。（注意，这一想法在研讨中提出，并不在该文档）

其它讨论包括：

l 月球上水的特征

l 近地天体早期探测

l 空间天气

l 对大型设备的研究可以利用深空门基础设施的优势

l 辐射环境特征研究

l 电子系统可靠性

确认的高影响领域包括：

l 伽玛暴GRB确认和引力波GW事件是一个快速发展的研究领域，需要长基线；

l 从非常远距离研究地球大气属性特征对系外行星搜寻有意义（系外行星大气研究）；

l 辐射和粒子环境（暗物质）探测

l 开辟暗时代之后的（暗物质）射电窗口

l 部署大型望远镜的有益建议

l 尚未探测：月球古宇宙历史的跨学科研究

5.1.2技术问题

探索辐射环境问题与质谱仪小接受度立体角指向的可能性相关。利用深空门户仪器与地球探测器之间的长基线，可以获得精确定时，预示着在月球轨道获得精确计时。如果将反光镜装到飞船上，例如用于月球激光测距的反射镜，可以利用光学技术改进深空门户轨道跟踪。但是，例如长期地月距离跟踪数据的解译，将依赖于测地线轨道（例如由重力定义），不是晕轨道。

讨论的结果之一是，这些实验不需要航天员协助（可能的例外是，对方向敏感的辐射探测器进行指向调整）。

一些讨论是关于从深空门户发射空间飞行器的可能性，例如立方星。这些想法包括相干光学或射电望远镜的大型星座，但是，在深空门户任务框架内实现这些想法看起来是困难的。

5.2技术需求

确定的技术需求包括：

l 立方星部署，射电干涉仪吊杆（35米射电天线，长时间尺度）

l 精确定时（例如GPS）

l 舱外辐射探测器指向需求

l 立方星部署（包括回收可能），包含射电干涉仪吊杆（35米射电天线将属于典型的长期暴露）

l 通信延时

l 深空门户提供的数据存储将是很有用的

l 具有能源和数据接口的安装点

l 不需要大量航天员时间，将要求航天员主要安装硬件，但是不操作

6 技术

确认了与技术研发相关的各种想法，本节概括这些主题、技术研究机遇和已经确定的依赖关系。

6.1 确定的研究主题

确定了许多不同技术相关的研究主题，概括如下。

暴露到深空环境，观察对材料的影响，将支持新材料研发和评估，特别是空间探测应用。此外，这些暴露可以用于提升空间探测领域新技术的成熟度TRL。

机器人技术和远程监控的利用、分析和研发也被强调为重要领域。这些机器人调查和应用可以在深空门户进行，也可以在月面远程执行，为科学研究目标和需求提供有效的协同作用。

小卫星部署及其相关技术可以促进技术研究，利用深空门户通常不需要进一步的要求或交互，或者在操作意义上支持深空门户运行与维护（例如，深空门户外部观测）。

将在轨3D打印（增材制造）确定为一个领域，为研究以后的探索应用做准备，通过提供必要的不需要再补给的装备，来提供功能支持。利用地球供应的材料进行生产，但也尝试利用月面材料。

确定了许多与在轨样品分析与处理相关的技术活动，这些既可以使用工程样品也可以是行星材料样品（例如，来自月球）。

其他研究与深空门户技术和测试/应用相关的着陆与系统有关系。

6.2 技术需求

人们认为可供进行科学研究的空间是有用的，但非常小并且非常有限。深空门户研发时，一般应该考虑和设计如何扩大和加强可用资源开展研究。

对于空间限制提出的一个解决办法是，没有航天员时，将生活空间留给载荷使用。

载荷的集中式数据处理与存储系统可以减少载荷的体积、功耗和成本需求，并减少载荷操作的整体复杂度；最大化使用可利用资源。在准备这样一个系统时，需要注意的是，预测用户的需求和期望，将存在于未来几年，并需要基于此建立需求。

120V DC正常电力供应对载荷处理具有挑战，并且可能是危险的。重要的是研究专用低电压有效载荷供电线路的可能性。

外部挂载点需要支持舱外暴露载荷，这些挂载点可是被动的，或者有数据与供电接口。需要能够进出，支持暴露和放置到外面，并在暴露后取回。假若这样，气闸舱口尺寸是限制所考虑实验的一个因素。

需要舱外机器人操纵有效载荷，安装或者卸载载荷，可以考虑加拿大机械臂或类似系统来做此事。对于月面和舱外本地机器人来说，深空门户可以成为远程机器人的遥控中心。可以考虑通用用户接口GUI，从深空门户进行遥操作，使得任何机器人接口功能多样化和简单化。

应该将无人照料/自主运行作为所有载荷的基本要求，需要尽量少的人员参与。

需要进行立方星部署、运载和处理，并且确定了多个立方星/小卫星机会。在某些情况下，这需要本地通信、导航和态势感知。

与地球通信不需要连续，但必须可靠、可预测、有足够带宽/数据量。值得注意的是，未来十年公众和研究人员的期望是高带宽系统、提供高数据率和与载荷的高度互动。

7 教育

7.1 引言

该章展示了教育领域拟定的调查结果的整理概括。与将在未来实现的初步想法一起，确定了基础原则、基本需求和依赖关系。为了支持教育在深空门户上有效开展，需要考虑将一些方面作为最高优先级。

教育是旨在通过结构化的途径和方法发展专门知识、能力与技巧的一个过程，考虑学习者的能力与发展空间。正式的教育活动也必须考虑其它边界条件，例如国家教育系统与课程体系，包括学校和学术界。从这个意义上来说，教育区别于沟通，因为必须超越单独的启发和创造意识方面的沟通，并且必须设计教育的特定“语言”、过程和内容。

为了适当满足ESA和欧洲教育的目标，任何利用或者受益于深空门户平台的教育活动、相关技术和科学研究项目必须考虑以下需求：

l 大范围覆盖和大规模开展机制，对于有计划的教育活动，不只让有限的教育者和学生群体受益，还让个人受益。

l 长期介入，允许多“代”学生和教育者全时参与。

l 所提建议的适宜性，满足国家正规教育需要，从中学到大学层面（也考虑到中学活动必须在学年内进行，例如九月至六月，多年大学活动必须在一个典型大学学习周期内结束）。

l 与现有教育工作的互补性，独一无二的附加值得。

l 在支持资源方面中长期承担能力和可持续性，考虑受益教育群体通常有限或者没有可支配资源。

讨论了教育活动类型，并提出了解决方法，尤其在科学、技术、工程和数学STEM（Science, Technology, Engineering and Mathematics）领域，但未来也可能评价对于艺术、历史和社会科学的潜在开放程度。此外：

l 小学和中学阶段，将太空作为一个独特的激发灵感的环境，用于STEM学科、能力和技能的教与学；

l 大学阶段，空间科学与技术及相关专业的技术和技能是教与学的目标。

7.2 深空门户的教育优势

启发是成功教育项目的关键部分，可以激发好奇心，并成功激励后续学习过程。从这个意义上来说，深空门户作为即将建造的“人类在太空中最遥远的前哨站”，作为支持未来人类星际探测的一种方式，提供了一个非常强大鼓舞人心的环境和工具，支持STEM教育项目。探索的好奇心和需求确实深刻建立在人性基础上，尤其年轻人，代表人类历史上的一些最强推动者。

此外，为教育目的利用深空门户，使相关教育积极性与当代尖端科学技术相一致，这方面是STEM现代教育学的一个重要价值，能够为中学/大学理论学习与真正科学实践之间的差距建立桥梁。而且，为现在和未来的工作提供了一个直接且现实的介绍。

7.3 最有影响潜力的领域

深空门户教育利用的基本设想可以预见到定义并设计任务后进行的部署。基于深空门户科学与技术目标、运行和研究方面最令人兴奋的例子，可以描绘课外资源、课程、实践项目（基于科学或技术）。这些活动可以在地面研发和实现，最小化利用深空门户的支持（例如，来自航天员的视频信息，挑选的图像和数据集）。

深空门户教育利用的高级方案可以包括基本设想，但在可能范围内，甚至设计和研发过程，强调深空门户利用方面学生扮演的积极角色。学生通过参与探索式和基于项目的教育活动与现实科学实践，将最大可能达到励志和教育意义。

已确定的高等教育情景要素如下表所列。

 

7.4 教育影响的依赖关系

深空门户进行成功并有效地的教育项目，不得不实现引言中确定的需求，需要做到：

l 深空门户合作伙伴机构投入时间和资源的意愿和可用性，为了允许免费使用深空门户进行教育目的，考虑促进未来空间系统设计者、操作人员和用户的教育。

l 与相关用户领域达成适当框架协议，以达到：（1）允许学生和教育工作者访问以前商定的数据集和信息，（2）利用各种方法有助于将各专业用户领域的技能和专业知识转移到教育目标（3）让学生参与深空门户专业研究团队

整个深空门户计划里的教育计划早期集成，从最早任务定义和硬件/载荷遴选阶段开始。