6月16日，欧洲空间局（ESA）发布《技术2040：ESA愿景》报告，旨在支持和强化ESA《2040战略》，为未来任务需求规划研发路线图，明确ESA实现战略自主、降低成本、可持续和安全地进入太空的重点技术^[1]。ESA将通过探索和驻留太空，推动技术创新，识别有价值的资源，促进全球合作，解决资源稀缺、环境可持续性等地球上的紧迫挑战，突破知识和能力的界限。

一、主要领域

1、行星和天体探测

（1）太空建筑：开创性的大型空间结构。关键技术包括：可扩展空间结构制造；现场制造工艺和专用原料；先进装配机器人技术；功能验证支持技术；轨道装配操作和超大型结构控制技术；长期可持续性和循环空间经济的使能技术。

（2）开拓新领域：原位表面探索技术和能力。关键技术包括：资源处理技术；挖掘、原料采集和选矿；适应环境的地面机动性和自主性；低温环境仪表；深空通信能力；增强的环境测试、监测和预测方法；人工智能赋能系统具有更高的自主性。

（3）太空绿洲：地球以外的自主栖息地。关键技术包括：自主资源生产和管理，如先进的生命支持系统、合成生物学、原位资源利用、能源储存和电力生产系统；机组人员完整性，如智能材料、现场和实时污染控制和预防、物理增强宇航服、亲自然设计和架构、虚拟现实/人工智能机组人员协助、协作机器人和引导诊断；栖息地系统的生命周期，如现场制造、生命周期评估、复杂系统的基于模型的系统工程、设计循环性、自主系统和机器人。

2、用于空间活动的地面技术革新

（1）超紧凑高性能卫星。关键技术包括：标准化的机械架构、单元尺寸和子系统电气接口；使用微电子、混合信号、光学和射频技术对有效载荷功能进行先进集成；采用软件定义无线电的先进有效载荷；非常紧凑的可折叠太阳能电池阵列和天线；嵌入结构中的热系统。

（2）展望未来：遥感能力的突破。关键技术包括：分布式仪器和合成孔径成像；量子传感；智能传感器和感知有效载荷；模块化光学和微型；射频传感器；有效载荷数据处理的人工智能技术；超稳定光学架构。

（3）变革空间任务的高度自主系统。关键技术包括：基于人工智能的机载规划/重新规划/重新配置以及故障检测、隔离和恢复；稳健和自适应的姿态和轨道控制系统的制导、导航与控制（GNC），在线系统识别，分布式控制，实时优化制导，高精度进入、下降和着陆；机器人：高速/远程漫游、空中和地面机动、任务学习、机器人和GNC协作控制，用于近距离操作；深空和光学导航，包括相对导航、基于视觉的导航和基于事件的导航、姿态传感器、摄像头、激光雷达。

（4）用于深空生存的节能休眠系统。关键技术包括：低功耗/空闲状态微电子学，低压电力输送；功能性休眠航空电子设备：动态硬件和软件概念；人工智能/机器学习支持的增强航天器自主性和故障检测、隔离和恢复；低功耗平台的热子系统。

（5）X探索者：人类进化。关键技术包括：先进的生命支持系统，如用于氧气、富含营养的食物等消耗品的生产、3D打印食物、细菌和细胞培养的食物、合成生物学、冬眠/冬眠技术的尖端生物反应器；用于增强人类表现和健康监测的先进医疗系统，如先进药品、个性化医疗、人工智能驱动和机器人培训设备、决策工具和智能助理；先进的设计、训练和操作技术，如增强外骨骼、机器人协同助手、先进的宇航服、模拟器；先进的心理健康和娱乐技术，如扩展现实与人工智能相结合。

3、近地和深空旅行与通信

（1）太阳系互联网、导航和通信系统。关键技术包括：用于空间和地面的高通量射频和光通信系统；精确的深空定位、导航和授时系统；用于高增益波束形成的大规模分布式编队飞行卫星系统；抗干扰网络；可扩展和有弹性的通信和导航系统架构。

（2）超低轨道（VLEO）技术。关键技术包括：具有低大气阻力和可消亡材料的卫星平台；大规模生产的架构和技术；紧凑型电力推进系统，寿命长，纵横比小；用于更低的VLEO的空气助燃电力推进系统的开发；耐原子氧的材料和涂层；电信、合成孔径雷达和地球观测的有效载荷。

（3）超高速探索：从地球到深空往返。关键技术包括：恶劣环境下控制权限受限的先进机械热推进高速飞行系统；先进的行星际航天器架构；智能几何形状、坚固的材料和构造以及可变形的几何形状；具有增强飞行安全功能的高速车辆的自主GNC。

4、可持续空间活动

（1）循环和可持续的太空经济。关键技术包括：了解并减轻环境对大气和海洋的影响；卫星和发射器生产的可持续材料和工艺；支持可重复使用发射器的技术；稳健的卫星设计，可防止在轨故障、碰撞和解体；追踪厘米级碎片并实施有效的防撞策略；为卫星（平台和有效载荷）和末级实施完全可拆卸的设计。

（2）保持黑暗与宁静的天空所需技术。关键技术包括：光学和射频中具有低特征的材料、涂层和表面处理，包括纳米结构、电致变色或介电材料、功能薄膜的先进制造；拖曳帆和大型天线等大多数关键子系统低特征设计优化；灵活的卫星运行模式；改进的卫星协调和跟踪系统。

二、支撑技术

为了实现这些雄心勃勃的目标，一系列支撑技术将发挥至关重要的作用。例如，离子推进器等创新的推进系统，将提供高效的旅行方式；先进的制造技术，包括3D打印和在轨组装，将降低在太空中建造大型结构的成本和复杂性；量子技术将增强通信系统和数据处理能力，而人工智能驱动的创新将实现更智能、更高效的太空操作；深空能源，包括核能和太阳能技术，将为长期任务提供所需的能源；强大的安全和有弹性的太空系统将保护资产免受威胁，而降低成本的技术将使太空探索更容易获得和可持续；智能地面操作将确保任务从发射到完成都得到优化。

1、创新推进。关键技术包括：绿色和低成本的推进技术，如过氧化氢的长期储存能力、束能推进等；小行星带原位资源利用的水推进以及低地球轨道卫星上的肼替代；大气呼吸推进系统，可在极低轨道上运行；超高功率电力推进，实现大型货运任务；在太空低温推进，以实现长期太空任务核推进，以实现大型有效载荷载人或货物深空任务。

2、量子技术。关键技术包括：量子源和接收器；原子钟和光学钟；用于时间和频率传输以及原子操纵的激光、光学和电子学；冷原子干涉仪；基于里德伯原子和氮空位中心的量子传感器。

3、面向未来的先进制造和材料。关键技术包括：黑暗宁静天空涂料的开发；超紧凑高性能卫星先进制造的系统级影响；开发用于创新推进的先进材料和工艺；智能化学；可持续的生物基材料和工艺；开发防止空间碎片、原子氧和其他环境影响的材料和结构；可拆卸在轨回收卫星的研制；开发用于原位资源利用的在轨和行星打印工艺。

4、空间数字革命。关键技术包括：基于模型的系统工程；数字连续性、大数据、人工智能和语义本体论；扩展现实，包括增强现实、虚拟现实、混合现实；空间系统和环境的数字孪生；多学科设计、分析和优化工具和方法。

5、人工智能驱动的空间技术创新。关键技术包括：任务定义、需求生产和整合、成本估算；系统和子系统的设计、分析、制造、编码、测试、验证和确认；为操作员和宇航员提供预测分析、实时决策支持和自主解决问题的能力；星座、漫游车、探测器的自主性。

6、空间系统安全。关键技术包括：通用射频链路抗干扰和欺骗保护；抗量子/后量子密码学；可扩展和灵活的安全保护解决方案；空间资产的深度防御和网络弹性；增强态势感知和事件处理能力。

7、弹性空间系统。关键技术包括：人工智能和基于模型的系统工程产品保证的未来，新的质量工具和方法；欧洲对航天产品、材料和电子电气设备部件的主权；空间环境监测、数据分析和相关设计改进；针对新需求和法规的标准演变，升级为新的流程、技术和方法；未来的测试能力，包括用于组件测试的高能辐照设施；系统收集现场测量数据，实现数字孪生和环境多尺度模拟和建模；设计和评估冗余的新方法，特别是在星座中。

8、深空能源。关键技术包括：配备低强度低温电池和聚光器的大型太阳能电池阵列；用于创新的推进和热控制的核能；电池，一次电池和低温二次电池；基于固体氧化物燃料电池的一次燃料电池；先进的电力调节和配电装置。

9、降低成本的技术。关键技术包括：沉浸式可视化；将基于模型的系统工程作为数字连续性推动者；人工智能驱动的数字设计助理；软件的构建模块；改变游戏规则的光学系统生产；与不同卫星协同工作的有效载荷；基于光纤的成像；智能化学；有效载荷与飞行编队/集群协同工作；大规模编队飞行的高精度计量。

10、地面段智能运营。关键技术包括：自主和智能的空间资产运营数据系统；安全的云原生分布式地面段——任务系统一键操作；下一代人机交互技术；深空站阵列；光学深空站；用于低成本空间碎片控制和清除的激光站；高度复杂的轨道动力学系统。

11、支持可持续和负责任的空间探索的行星保护技术。关键技术包括：宏基因组学、分子生物学技术；人工智能驱动的表型/污染预测；样本的管理；贝叶斯统计（应用于安全和污染）；用于评估污染风险的概率模型；标准化的生物和有机物数据库。

（韩淋）