中国空间可展开结构：进展与趋势丨Engineering

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2022年第10期

作者：马小飞, 李团结, 马静雅, 王治易, 史创, 郑士昆, 崔琦峰, 李潇, 刘凡, 郭宏伟, 刘立武, 王作为, 李洋

来源：Recent Advances in Space-Deployable Structures in China[J].Engineering,2022,17(10):208-220.

编者按

可展开空间结构技术是一种实现航天器结构构型的方法，尤其是用于具有展开和折叠功能的空间结构。进入轨道后，空间结构从整流罩中释放、展开并定位。随着通信、遥感和导航卫星技术的发展，空间可展开结构已经成为空间科学和技术的前沿研究课题。

近日，西安空间无线电技术研究所马小飞研究员研究团队联合国内主要研究机构在中国工程院院刊《Engineering》2022年第10期发表《中国空间可展开结构：进展与趋势》一文。文章总结了中国空间可展开结构的研究现状和发展趋势，包括：大型空间网状天线、空间太阳能阵列、深空探测用可展开结构等。从可展开机构设计、索膜找形方法、动力学分析、可靠性的环境适应性分析和验证等角度阐述了空间可展开结构的关键技术。最后，文章阐明了网状天线、太阳能阵列、可展开机构以及在轨调整、组装和建造等领域的未来技术发展和趋势。

深空探测是人类对天体或空间环境开展的探测活动，我国正处在由深空探测大国向强国转型的关键阶段。20世纪90年代以来，我国先后启动载人航天、探月工程、火星探测、大型太空望远镜、高分辨率对地观测等国家重大工程，已经研究制定月球、火星、木星及卫星、小行星、彗星和太阳系边际探测发展规划，启动月球科研工作站和火星科学工作站建设工作。在这些深空探测重大工程的需求牵引下，我国可展开空间结构技术取得了长足的进步。

空间可展开结构技术是解决大尺寸航天器结构与火箭发射包络限制之间矛盾的主要手段。航天器结构最初以较小体积的折叠状态安装在火箭上，在轨时通过地面的指令控制展开到工作状态。随着可展开结构的发展，空间可展开结构已经成为空间科学和技术的前沿研究课题，涌现出了众多的设计理论和关键技术，包括可展开结构设计、索膜找形方法、动力学分析、环境适应性分析和验证等。这些理论和关键技术近年来逐步应用于空间可展开结构设计中，进一步丰富了可展开结构的设计理论体系，也促进了未来空间结构大型化、精密化的发展。

我国空间可展开结构经过几十年的发展，取得了一系列重大的突破，未来还将引领空间结构新一代的理论框架和技术手段。例如，空间大型网状天线向着单体自展开式极大型天线、轻质高收纳比小型组网化网状天线、有源馈电网状天线和静电薄膜反射面天线快速发展，代表了未来超轻、高精度和大口径空间天线的重要发展方向；空间太阳翼随着电推进在通信领域的应用，功率需求由10 kW量级提升到30~50 kW量级，针对低轨星座卫星提出批量生产、小包络、低成本太阳翼的发展趋势；可展开机构在空间结构大型化发展的牵引下，衍生出机构与平台一体化设计和新材料应用等多项关键技术发展方向；在轨型面调整技术包括固面天线在轨型面自适应补偿技术和可展开薄膜光学技术等，对未来空间天线系统的轻量化、高精度、高频段方向发展具有重要的学术与工程意义；对于未来尺寸达到千米量级的超大型航天器，如空间太阳能电站、超大型空间载荷（SAR、天基雷达等）、超大型空间科学探测（VLBI、天基望远镜等）和未来空间城市等，采用结构模块化可展开结构设计和在轨建造相结合的方式，将逐渐成为未来公里级超大型空间结构在轨建设和维护最为有效的途径。

注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。

改编原文：

Xiaofei Ma, Tuanjie Li, Jingya Ma, Zhiyi Wang, Chuang Shi, Shikun Zheng, Qifeng Cui, Xiao Li, Fan Liu, Hongwei Guo, Liwu Liu, Zuowei Wang, Yang Li.Recent Advances in Space-Deployable Structures in China[J].Engineering,2022,17(10):208-220.

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注：论文反映的是研究成果进展，不代表《中国工程科学》杂志社的观点