中国空间可展开结构——进展与趋势 | Engineering

可展开结构作为机构和结构的综合，是工程研究的前沿领域，同时也是航天航空领域工程问题的最佳解决方案之一。可展开结构是由杆、索和膜所组成的基本单元的延伸，具有配置简单和刚度优良的过约束系统。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。我国可展开空间结构已成功应用或正在应用于卫星系统太阳能电池、大口径星载天线、空间站伸展臂、卫星通讯系统太阳翼、刚性与柔性太阳翼、火星及月球探测车等多个航天工程。大型化、轻量化、高精度空间可展开结构已成为我国航天科技领域研究的热点问题。

西安空间无线电技术研究所郑士昆研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年10月刊发表了题目为《中国空间可展开结构——进展与趋势》的综述性文章，总结了中国空间可展开结构的研究现状和发展趋势，包括：空间大型网状天线、空间太阳翼、深空探测用可展开结构等。此外，文章从可展开机构设计、索膜结构找形方法、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、太阳翼、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。

文章介绍了北斗三号卫星，它是我国自主建设的具有全球覆盖能力的卫星定位导航系统。北斗三号地球同步轨道（GEO）卫星配置了两副构架式可展开天线（以下简称构架天线）。构架天线主要由构架天线反射器、多级展开装置、反射器安装支座、扫描机构、馈源组件组成。构架天线反射器采用四面体构架单元的结构形式，每个单元由三根腹杆、三根折叠杆、花盘及扭簧驱动部件组成，依靠自身弹簧部件驱动展开，天线反射器展开口径达5 m，收拢与展开尺寸之比可达1∶10左右。北斗三号构架天线结构复杂、在轨展开步骤多、展开冲击大，亟需突破天线反射器展开、高精度扫描控制等关键技术。这些关键技术首次实现了偏馈构架式可展开天线的在轨应用，为北斗卫星步入国际一流导航系统和中国北斗自主创新之路提供有力支撑。

总之，随着航天科技的发展，空间可展开结构发挥着更加重要的作用。我国在开展可展开结构关键技术的研究中取得了很大的进展和成果，但相关的理论和试验研究还不够系统、不够成熟。文章综述了当前我国可展开结构研究的最新进展，指出了为适应未来空间技术的发展，可展开结构还需要研究的问题，并提出了用于解决问题的思路，为下一阶段对可展开结构进行深入系统的研究提供了借鉴。

以上内容来自：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): 207-219.

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2022.04.013

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ISSN 2095-8099

CN 10-1244/N

IF 12.8 Q1

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