空间结构展开与刚化

空间展开结构具有能构建大型结构、轻质而且成本低廉的特点。在航天器中呈折叠状的空间结构在空间充气展开后，要呈刚化，使其不因温度变化而引起变形并且不会因空间碎片或流星体的碰撞而被损坏。文中提出了展开前的折叠方法和包装效率评估方法。提出了两种刚化薄膜，在储存状态下易于折叠并能保持其所有的性能。一种采用单层薄膜浸渍长储存寿命树脂基的三轴编织纤维，另一种采用宽广温度范围长储存寿命的交互编织纤维刚性薄膜。     

充气式天基太阳能电站方案构想

为了解决现有天基太阳能电站面临的技术难度和成本问题,尽早使其实用化,文章提出了一种新型充气式球形天基太阳能电站概念。概述了新型电站的工作原理、系统构成及功能,重点分析了通过采用球形柔性薄膜太阳能电池和空间充气展开结构材料技术,新型电站无须对日定向,能高效折叠存储升空和大大降低发电模块质量。文章还对新型电站总体设计、折叠展开、在轨刚化、高精度姿态控制及大功率电量存储和传输等关键技术进行了简要论述,可为未来天基太阳能电站的技术发展提供参考。     

空间飞网系统抛射参数优化研究

空间飞网由轻质绳索编织、通过抛射展开形成一定构型网,作为在轨服务的关键技术之一,在空间在轨服务、飞行器回收、轨道清理、空间拦截等领域具有巨大的应用潜力。本文采用ABAQUS建立不同折叠方式松弛飞网有限元模型并进行动力学仿真,提出了飞网展开效果衡量标准,比较了折叠方式对飞网展开性能参数的影响,对飞网的抛射参数：牵引质量块质量、抛射角度、抛射速度进行了优化设计。仿真表明,折叠方式的优劣是飞网有效展开的关键;在给定的参数范围内,得到了飞网抛射参数的最优值。     

结构/机构一体化空间可展开复合材料]柔性伸杆的设计

为了满足空间探测的需求，文章提出一种结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆设计。该伸杆以结构自身所包含的长通孔作为柔性关节，利用柔性关节的弯曲势能，实现其180°折叠展开功能。首先，研究影响该伸杆刚度和强度的主要设计参数，并综合考虑伸杆的制造工艺要求以及实际使用状态，确定了该伸杆的最终设计状态。然后，对该柔性伸杆的展开状态进行模态分析，并对其柔性关节进行折叠展开试验。最后，测量该柔性伸杆的重复折叠展开指向精度。模态分析结果表明：带探测计负载的伸杆展开状态的一阶频率为15.80Hz，二阶频率为17.22Hz，满足设计指标要求。折叠展开试验结果表明：伸杆柔性关节的折叠展开性能良好，满足设计要求。指向精度测量结果表明：伸杆重复折叠展开10次后，偏差角的6σ值为0.00828，重复折叠展开指向精度较高，满足使用要求。结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆的结构设计方案合理可行，可适用于多种航天器及多类空间探测任务。     

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型 ,文章应用选择平均法 (SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径 )与编织体有效弹性模量之间的变化关系 ,分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响 ,为材料优化设计奠定基础     

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型，文章应用选择平均法(SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径)与编织体有效弹性模量之间的变化关系，分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响，为材料优化设计奠定基础。     

空间带电粒子辐照与预应力耦合作用对功能形面薄膜结构性能影响研究

空间大尺度薄膜航天器是航天技术发展的重要方向,采用折叠展开的大面积功能形面结构是此类航天器的基本特征,为满足热控、通信、聚光、成像与能量传输等功能,结构需要通过预应力来维持形面,保证较高的形面精度和结构基频,但预应力加载对带电粒子辐照下薄膜材料性能退化存在促进作用.文章通过对薄膜材料在不同预应力工况和空间环境耦合作用下的损伤行为以及退化规律开展试验研究,建立与预应力状态、辐照注量相关的材料性能退化规律,量化研究了预应力对空间辐射环境下功能形面薄膜结构性能影响.随着薄膜力学性能的退化,形面结构基频随之有微弱的降低,且对薄膜结构平面度造成一定影响.     

折纸结构折叠运动学分析的节点坐标法

折纸结构在可展结构的工程实践中具有重要应用价值。为对折纸结构的折叠过程进行运动学数值模拟，文章基于广义逆矩阵理论，提出基于节点坐标的折纸结构折叠过程的运动学分析方法，以实现通过节点外力控制折纸结构的折叠运动；提出一种空间折纸基本单元，采用典型Miura Ori数值模型的折叠计算验证此基本单元的可行性；通过完整折纸结构模型与含有开口的折纸模型，对动不定折纸体系的折叠过程进行分析与考察，阐明其折叠路径与结构刚体位移的联系。数值结果表明，文章提出的方法可行，分析准确。其研究能够以节点坐标为未知量，为折纸结构的研究人员及设计者从节点坐标控制角度提供一种可行的分析方法。     

典型折叠充气管的建模修正与展开仿真

本文分别研究了Z形、卷曲形、嵌套形折叠充气管的有限元建模方法。折叠充气管在进行有限元建模时,由于折叠部位内外层蒙皮的长度不一致给模型带来几何误差。不同的折叠方式建模技巧各不相同,引入的误差量也各不相同,本文着重分析了Z形折叠和卷曲形折叠建模所产生的几何误差,并提出了相应的修正方法。针对三种典型折叠方式,建立了相应的有限元模型,并应用控制体积算法实现了充气管的展开仿真。仿真结果验证了修正方法的有效性。增加尼龙粘扣是实现长卷曲折叠管的有控制展开的有效手段之一,本文采用失效连接来模拟尼龙粘扣的作用,比较了有、无尼龙粘扣的卷曲管的展开过程。仿真结果表明采用尼龙粘扣既不会明显带来充气管额外质量和刚度的增加,又可保证展开次序和展开方向的可控性,改善了展开过程的稳定性。     

均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究

聚酰亚胺薄膜广泛应用于航天器热控结构和太阳帆等充气展开结构中,由于暴露在航天器表面,受到各种空间环境效应的影响,其力学性能会发生退化。文章对不同通量、注量和温度条件下质子辐照对均苯型聚酰亚胺薄膜力学性能的影响进行了模拟试验研究。研究发现,当质子通量较低时,质子通量的增加对薄膜力学性能的影响微弱;当质子通量持续增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率呈近似线性下降;当质子注量增加到一定程度后,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率下降速率变缓;薄膜在低温辐照下比在高温辐照下更容易发生脆性断裂。     

Initial performance assessment of hybrid inflatable structures

Inflatable technology for space applications is under continual development and advances in high strength fibers and rigidizable materials have pushed the limitations of these structures. This has lead to their application in deploying large-aperture antennas, reflectors and solar sails. However, many significant advantages can be achieved by combining inflatable structures with structural stiffeners such as tape springs. These advantages include control of the deployment path of the structure while it is inflating (a past weakness of inflatable structure designs), an increased stiffness of the structure once deployed and a reduction in the required inflation volume. Such structures have been previously constructed at the Jet Propulsion Laboratory focusing on large scale booms. However, due to the high efficiency of these designs they are also appealing to small satellite systems.This article outlines ongoing research work performed at the University of Southampton into the field of small satellite hybrid inflatable structures. Inflatable booms have been constructed and combined with tape spring reinforcements to create simple hybrid structures. These structures have been subjected to bending tests and compared directly to an equivalent inflatable tube without tape spring reinforcement. This enables the stiffness benefits to be determined with respect to the added mass of the tape springs. The paper presents these results, which leads to an initial performance assessment of these structures.     

航天柔性展开结构技术及其应用研究进展

综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况，围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础，评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及未来研究重点，最后给出了航天柔性展开结构技术的未来发展趋势。     

Highly mobile space suit material optimization

This paper discusses the factors that control the flexibility of fabric space suit elements by examining a bending model of a pressurized fabric tube. Results from the model are used to evaluate the current direction in highly mobile EVA glove research and suggest that changes are necessary in the suit and glove fabric selection methodology.     

空间环境对聚氨酯涂覆织物力学性能影响试验研究

试验研究了模拟空间环境对聚氨酯涂覆织物力学性能的影响。结果表明:单面涂覆聚氨酯芳纶复合材料力学性能在高温、低温下降低;湿热、高低温交变和复合环境对其力学性能影响不明显。双面涂覆聚氨酯尼龙纤维力学性能在低温下明显增强,在高温、湿热环境下降低;高低温交变和复合环境对其力学性能影响不明显。     

Composites for large space structures

A preliminary study of advanced composites and truss-type designs for application to large space structures is discussed. The benefits of advanced composite materials for large space structures and examples of large space structure design concepts and construction techniques are presented. Criteria are developed to guide the selection of structural elements, joints, and on-orbit fabrication techniques for truss-type structures and a ranking of candidate on-orbit fabrication techniques is accomplished in accordance with the criteria developed. On the basis of study results, recommended research and development goals for design, construction, and on-orbit fabrication of large space structures are established.     

空间站空间因特网与空间通信链路设计

为改善在空间站长期值守的航天员的业务生活,提出建立空间站网吧,为航天员提供因特网服务的构想。为此分析研究空间站空间因特网服务系统及其关键技术,提出空间站空间因特网服务系统构建方案。结合这一系统构建方案,一是研究解决了支持复杂异构网络运行的空间因特网网络协议设计技术,空间站空间因特网直接采用TCP/IP协议,并通过系统设计,较好地克服了TCP/IP协议不能适应空间通信链路的难题,支持采用基于TCP/IP协议的商用货架(COTS)软、硬件产品,可明显降低空间站空间因特网服务系统建设与维护成本;二是研究解决了涉及空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的空间通信链路设计技术,空间站在同一条空间通信链路同时传输空间因特网数据和空间站测控通信数据,空间通信链路采用CCSDS的AOS协议,并通过建立虚拟的物理信道,解决了空间因特网数据和空间站测控通信数据的安全隔离问题,能满足空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的要求。     

三层铝板结构高速撞击损伤与极限特性

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在真空环境下高速撞击双层铝板和三层铝板结构,研究撞击速度、板间距、铝板厚度对结构撞击损伤的影响。然后分析三层铝板结构的撞击极限速度,并与相同面密度的双层铝板结构的试验结果进行比较。结果表明,当面密度相同时,三层铝板结构比双层铝板结构具有更强的高速撞击防护能力,增加首层铝板厚度有助于提高三层铝板结构高速撞击防护性能,当第二层铝板位于首层铝板与舱壁中间位置时,三层铝板结构的高速撞击防护性能趋于最佳。     

原子氧、紫外辐照对锦纶材料力学性能影响试验研究

航天器在低地球轨道运行期间,空间环境中的原子氧与紫外辐照均会对非金属材料的力学性能造成影响。文章以锦纶材料为研究对象,探讨锦纶材料2种缝制结构形式在原子氧与紫外辐照协同作用下的力学强度性能变化,试验结果表明:在紫外辐照作用下材料会发生明显的褪色;紫外辐照和原子氧均会降低锦纶材料的断裂强力;原子氧与紫外辐照协同作用对单层锦纶材料的力学性能破坏具有加强效果;紫外辐照对多层锦纶材料的穿透性弱;经向结构缝制试验件的力学性能表现更优。     

空间原子氧环境对常用热控涂层的影响

空间原子氧（AO）是影响低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对热控涂层和组件造成危害。文章分析了空间AO及相关综合环境对白漆、黑漆、有色有机漆、薄膜、织物、二次表面镜等各类常用热控涂层在LEO长期使用时可能引起的环境效应和危害,提出了相关使用建议,以期为今后我国以空间站为代表的LEO长寿命航天器论证及研制提供技术参考。