摘要：目的面向空间微藻培养需求,探究基于中空纤维膜技术进行微藻培养的气体交换性能和影响规律。方法开展不同供气流量、膜面积和液体流速等参数对中空纤维膜组件CO_(2)固定效率和固定速率的影响的研究,并通过拟合公式比较不同参数条件的气体交换性能。结果供气流量和膜面积对组件气体交换性能有显著影响,随着供气流量的增加,CO_(2)固定速率呈现先上升后平稳的趋势,CO_(2)固定效率呈现持续下降的趋势;随着膜面积增加,CO_(2)固定速率和固定效率都显著上升;液体流速对组件气体交换性能无显著影响。CO_(2)固定速率在0.3 m^(2)膜面积、2.0 L/min供气流量时最高,为168.24 mg/(L·h)。结论采用中空纤维膜技术能解决藻液与大气间进行气体交换所面临的两相流管理难题,实现较好的气体交换效果,可以为空间微藻光生物反应器气体交换组件的设计提供参考。

摘要：为满足空间植物培养的需求,基于空间微重力环境和平台资源约束,开展了根部水分和养分控制、栽培室大气环境控制、光环境控制等方面的空间植物栽培装置方案研究。研制了具有水分/养分供应、大气环境控制、光源、测量与控制、栽培室和根盘等6个功能模块的空间植物栽培装置。开展了装置的集成与调试,对装置各功能模块设计合理性进行验证。最后利用组合体试验平台,进行装置各功能模块集成性能验证、植物功能评价验证(生物学特性、物质和能量交换、营养品质和生物安全性等)及植物栽培流程验证(流程合理性、资源需求及保障、与环境之间的相互影响)。验证结果表明:水分供应、养分供应、大气环境控制、植物光照控制和参数测量控制等性能良好,能够满足植物培养对各类生长环境条件的需求;生菜生长旺盛,生产效率101.31 g(鲜质量)·(kWh)^(-1)·d^(-1)·m^(-2),光能利用率0.31 g(干质量)·mol^(-1)光子,富含各种营养,食用安全。装置方案和植物栽培流程合理可行,性能良好,具有较高的植物生产能力。研究结果为后续开展空间植物栽培装置研制奠定了技术基础。

摘要：针对受控生态生保系统(CELSS)中生活废水(含卫生废水和尿液废水)的水质特点,采用厌氧、好氧两级MBfR工艺,完成CELSS特征性生活废水的微生物转化处理,以达到循环回用作植物营养液的水质要求。本文研究了水力停留时间(HRT)、尿液强度对该工艺有机物去除及氮素转换效率的影响。试验结果表明,当HRT≥1 d时,HRT对该系统TOC的去除效率无明显影响,其去除效率大于90%,出水TOC的浓度低于15 mg/L;HRT=1 d时,好氧反应器全程硝化能力达到最高,其容积负荷为0.418 kg N/(m^3·d);而HRT≥2 d时,能获得相对更为稳定的氮素转换效率。工艺系统最高能处理1/5尿液强度的生活废水,该条件下,系统TOC的去除率达94.3%,出水TOC浓度低于20 mg/L;系统氮素的全程硝化效率为90.6%,且反应器容积负荷较高为0.409 kg N/(m^3·d)。本文构建的两级MBfR工艺能较好地实现CELSS中特征性生活废水的有机物去除和氮素的有效转换,研究结果可为CELSS中生活废水微生物处理系统的设计和运行提供参考。

摘要：在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。

摘要：针对视觉脑机接口应用过程中,刺激目标数量多且面积小时视觉响应不强,被试者疲劳时难以将注意力集中在同等大小刺激目标上的问题,设计了一种基于眼动追踪和视觉目标动态可调的脑机接口系统。该系统利用TCP/IP传输协议实现眼动信号和脑电信号的同步采集,并将眼动信号以视觉反馈的形式实时呈现在刺激显示界面,即有提示被试者视线落点位置以便集中注意力到目标刺激上的作用,起到控制目标刺激大小的作用。该系统结合了眼动追踪快速高效和稳态视觉诱发电位脑机接口(SSVEP-BCI)频谱稳定、信噪比高等优势,眼动反馈信号快速调控刺激目标增大并吸引被试者注意,以激发更高的脑电响应和提升识别正确率。将无眼动反馈刺激目标动态可变、无眼动反馈刺激目标不变作为对照组进行实验,结果表明:有眼动反馈目标动态可变的脑机接口系统能比无眼动反馈目标动态可变、无眼动反馈目标不变系统在更短的时间窗内达到80%以上的识别正确率,且具有更高的脑电响应幅值;在3 s时间窗内,有眼动反馈目标动态可变的脑机接口系统的平均识别正确率为92.97%,脑电响应幅值为1.824μV,高于平均识别正确率为88.39%及脑电响应幅值为1.379μV的无眼动反馈目标动态可变系统,且高于平均识别正确率为79.48%及脑电响应幅值为0.987μV的无眼动反馈目标不变系统,这表明有眼动反馈且刺激目标动态可调的脑机接口系统具有更好的识别效果且能诱发更高的脑电响应,工作性能更好。

摘要：显示与反馈方式是人机交互的重要设计要素。在视线交互这种自然人机交互技术中,视线光标的呈现方式一直是研究的焦点。本研究选取基于凝视点击范式的文本输入任务,设计了2(有无视点锁定功能)×2(有无实时注视点)被试内实验,探讨光标显示模式对视线交互绩效与用户体验的影响。结果:视点锁定功能可以提升交互绩效和用户体验,有无实时注视点对交互绩效无显著影响;输入速度的提升主要在于视点锁定功能能够让被试的视线更快地转移到下一个目标上。研究结果可为视线光标的设计与应用提供借鉴。

摘要：针对舱外航天服头盔用滤光面窗,分别从需求分析、技术指标体系建立、设计与仿真计算、工艺试验、环境适应性考核验证等方面,开展了滤光面窗技术研究,研制了ITO膜/Au膜/PC面窗结构的滤光面窗。结果表明:该滤光面窗能有效衰减紫外线,过滤可见光,遮断红外线,对近地轨道空间环境具有良好适应性。

摘要：目的提出一种视角来梳理设计问题的复杂性的理论来源和设计思维的内涵与外延,以此为基础来诠释复杂设计问题与设计思维之间的关系。方法运用文献研究、案例研究、类比分析作为主要的研究方法。首先通过文献研究从历史语境梳理了复杂设计问题和设计思维的理论发展脉络;然后通过案例研究来解释了面对超出任何单一学科认知和资源限制的复杂问题时,设计思维的整合特性和创新特性可以提供更多可能性的解决方案,而这种系统性的解决方案不是某些局部的技术突破所能取代的;最后,通过类比分析,在现实语境中辨析作为人类创造性思维的主要构成形式的科学思维、艺术思维、工程思维和设计思维之间的差异性和关联性,以多维的视角阐述设计思维的跨学科整合和创新特性。结论综合多视角的观点证明:设计问题的复杂性体现在多学科交叉性和人的行为和感性因素的不确定性两个方面;面对设计问题的复杂性,设计创新实践是一个运用设计思维解决复杂问题的系统过程;设计思维的整合特性为消除学科之间的鸿沟、促进跨学科融合以及定义人的因素的不确定性提供了一种新的路径和方法。

摘要：针对空间站CO_(2)去除系统周期性真空解吸会损失大量气体的问题,对系统的节气技术进行研究。从分子筛材料的吸附及解吸特性出发,研究影响系统气体损失量的关键因素。结合系统运行流程和运行周期,综合考虑节气泵工作特性、寿命要求和系统的CO_(2)去除性能,提出了满足指标要求的系统节气方案。采用对损失气体进行实测采样的方法对系统的气体损失量进行了试验验证。试验数据及空间站在轨运行数据表明:设计的节气方案可以控制系统的气体损失量小于45 g/d,提出方案满足设计指标要求。

摘要：受控生态生保系统中生活废水污染强度大,生物转化后回用于植物培养是废水资源化的有效途径,但面临氮素稳定转化难、碱度消耗较大的问题。以BF-MBR工艺(生物膜耦合膜生物工艺,biofilm-membrane bioreactor)为研究对象,研究了不同pH条件下的好氧硝化性能及硝化动力学,并考察了硝化过程的碱度消耗情况。结果表明,在pH=6.0~7.2内,好氧生物反应器均能获得良好的氨氧化效果,而在pH=6.0~6.5的条件下更有利于全程硝化的维持;氨氧化速率随pH的增加而增大,而亚硝氧化速率在pH 6.6时达到最高;酸性条件下的碱度消耗量远低于碱性条件,而氢氧化钾作为碱液时的消耗量比碳酸氢钾低3.28 g·g^(-1)。从物料损耗和工艺处理效果综合考虑,硝化系统中最佳的pH可调控在6.4~6.5,此时全程硝化率可达97.8%。以上研究结果可为受控生态生保系统中生活废水处理系统的设计和运行提供参考。