极低轨道稀薄空气动力学、轨道动力学和结构动力学等多源耦合效应及作用演化机理，是创新极低轨道长时间机动飞行模式，大幅提升极低轨道空间有效利用的重大科学问题，对于新型航天装备研制和先进航天技术发展具有重要促进作用。
面向载人深空探索和人类长期地外生存面临的失重生理效应与突发疾病事故，亟待发展太空药学，回答微重力下有关药物干预机理和效果的一系列基础性问题，对未来构筑长期地外生存医疗保障能力、拓展人类探索太空脚步具有重要意义。
裂变能是已实现的能量密度最高且唯一可长期自持的能源形式，是人类实现月球、火星等天体表面电站的必然选择。实现重量小于1.5 吨、功率高于10 千瓦、寿命超过10 年的超小型核反应堆，是深空领域必须预先解决的重大工程技术难题。
轨道工厂构建及运行技术是通过空间智能制造平台将上行材料、在轨回收材料及地外矿物资源转化为空间或地面所需高价值产品的关键技术。这一技术突破将实现空间规模化按需定制，为航天器在轨建造、地外资源开发利用，以及太空新经济业态发展提供基础，有力支撑空间活动和人类社会的可持续发展。
复杂的空间因素影响大脑的神经可塑性和功能，长期在轨实时监测及调控大脑神经网络活动是世界宇航领域空间脑科学面临的技术难题。在空间站建立脑科学平台，实现在轨模式动物的神经网络监测与调控研究，将为人类认识太空中脑功能原理及保护、增强航天员大脑功能提供科学基础。
重复使用动力系统是实现运载器高可靠、高频次进出空间的关键系统。在重复使用运载器飞行返回后，如何快速评估动力系统的健康状态和寿命，并给出满足再次飞行任务要求的结论，是实现可靠飞行至关重要的难题。该技术研究将推动我国重复使用运载器动力系统技术发展，进一步支撑未来航班化进出空间目标的实现。
研究并发展耐2500 摄氏度以上的新型超高温热承载材料体系是支撑未来先进航天器向更强、更快、多功能一体化发展的必由之路。为解决火箭发动机关键部件耐高温、气动热力学高精度预测和热防护材料抗氧化等关键问题提供理论基础，对提升未来航天装备极端条件下的适应性、可靠性和经济性具有重要意义。
计算光学高维遥感将计算光学引入遥感技术，构建光波与客观世界的高维映射关系，打破以几何光学为基础的低维线性关系，建立高维物理量与遥感量的非线性映射模型，从高维物理量中解译遥感信息，将传统遥感精度提升一个量级以上。
▲ 发布会现场 宿东 摄
基于核动力的载人火星快速往返技术，采用核热、核电推进航天器可实现快速高效的地火往返。通过开发先进空间核推进系统，大幅减少发射重量、降低在轨组装要求，并缩短行程时间，减少长期任务的零重力、空间辐射等风险，对于实现安全快速运送航天员往返火星和航天工程研制均具有重要促进和支撑作用。
以空间站为代表的复杂航天器长期在轨运行产生了大量的飞行遥测数据，充分利用人工智能领域先进的深度学习技术，对飞行遥测数据进行挖掘分析，寻找数据的内在规律，发现隐含的深层次关联信息，并为飞行任务决策提供依据，对保障航天器长期在轨安全稳定运行，发挥航天器更大的科学价值、经济价值和社会价值具有重大意义。
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