概念定义

驱动源和结构体系(按展开驱动源可分类 按结构体系分类)

空间可展机构

国外对于空间可展结构研究与应用

概念定义

空间可展结构定义与工作原理空间可展结构是20世纪60年代后期，随着航天科技的发展而诞生的一种新型宇航结构构造物，采用高比强度、高比刚度、高几何稳定性、超低热胀系数的宇航材料，包含低副可动机构接点、驱动元件和主动或被动控制器等。它在发射过程中处于折叠收纳(收拢)状态，固定安置在运载工具有效载荷舱内，容积最小。待发射人轨后，由地面指挥中心控制结构按设计要求逐渐展开，成为一个大型复杂的宇航结构物，然后锁定并保持为运营工作状态。当航天器要自动返回或被回收时，则结构可先行折叠收拢，然后自动返回或被载人飞船回收。当今许多航天器属于此类，如通信、气象、探测等卫星。其中包括俄罗斯1998年12月发射的被称为“人造小月亮”的巨型反射器、1999年7月宇航员在和平号空间站上展开的“反射器”。“展开结构”与“折叠结构”2个概念不完全一致：一个结构可展开并不一定意味着可折叠；反之亦然。但本文所说的“展开结构”与“折叠结构”，具有对等的含义，两者可以互换，同时也泛指“展开折叠结构”。因此，展开结构一词实际可能指展开结构、折叠结构，或可展开折叠结构。单一单次任务型航天器仅需展开，勿需收拢返回或多次伸展，可称单纯展开结构。可多次折叠展开体系，具有更广泛的应用前景。

空间可展结构一般含有主动控制元件或被动控制元件，能对周围环境自动作出响应，由控制器对结构进行自我调整，从而保持结构稳定性态，因此又称自适应结构。虽然空间可展结构通常是自适应结构，且空间可展结构必须具备完善的自动控制系统才能满足高精度的要求，但两者研究重点不同。展开折叠结构研究强调结构体系、展开运动特性、结构分析等。表示展开、折叠的英泽词主要有Deploy，Extend，Unfold；Retract，Stow。自适应结构研究强调自动控制领域的研究与应用，包括主动控制和被动控制，主要是控制理论的研究与主动控制元件(Activator)的设计开发。自适应结构可根据周围环境的激励，自动调整结构的状态参数，使结构维持设计者所要求的状态。自适应的英泽词主要有Adaptive，Smart，Intelligent。

驱动源和结构体系

按展开驱动源可分类

(1)微电机驱动。在结构上分散或集中布置微电机，直接驱动主动件或通过传动使机构展开或折叠。根据电机布置和机构特性，可使机构实现同步或异步动作。该方式应用广泛，如HCDA、RRA、Muses—V、SFU等。

(2)弹簧(扭簧、拉簧)元件驱动。在机构节点或杆件中点处按特定要求设詈弹簧元件，折叠时弹簧受预应力存贮弹性变性能；当机构解锁后，弹簧释放弹性能，驱动机构协调同步展开。空间大型展开桁架结构多采用这种方法，如俄罗斯航空航天局的TKCA系列、美国NASA研制的Creorruss和Pactruss。

(3)自伸展驱动。结构的一部分构件、某些特定构件的中点、整个结构元件，由记忆合金、自适应智能元件等构成，使其在特定环境下可按设计要求自动展开。如美国NASAJPL和MIT开发的整体展开应用技术。

(4)其他驱动。除以上展开驱动方式外，还有NASA、ESA研制的充气式展开结构(1RSS)，利用材料弹性回复变形展开的缠绕肋(Wrapped-Rib)、盘绕式伸展臂(CoilableMast)，以及由主动器控制的操作臂(机械手)。

按结构体系分类

(1)单元构架式可展开天线。天线背架为可展开桁架结构，而且由一致的桁架单元(Tru~sModular)构成。这种结构单元形式多样，可满足各种复杂几何设计、刚度、精度、重复性、收纳率的要求，主要有四面体单元、六面体单元、三棱柱单元、六棱柱单元等。

(2)肋类支承可展开天线。天线由各种高刚性支承臂(肋)作为主要支承结构，与背撑索网、面索网、调节(连接)索网与反射索网形成张力结构体系。质轻、收纳率及展开可靠性较高，但刚度、可重复性精度、反射面利用率与馈电性能稍差。支承肋主要有径向肋、缠绕肋、各种高刚性伸展臂(盘绕式、铰接式伸展臂)等。

(3)其他町展开结构形式。除上述可展开天线外，还有诸如充气式天线(1RSS)[2引、环柱式天线(HCDA)、整体展开天线[17)、平面阵天线、变几何臂(VGT)、空间平台等。

空间可展机构

空间可展机构是一般空间可展结构体系的基本体系，是实现结构机构形态变化、展开折叠的基本结构机构元素。空间叮展机构通常分为以下4种：

(1)铰接可展机构(HingedDeployableMechanisms)。铰接可展机构的展开过程由铰链活动实现，包括简单的旋转和平移。其特点在于展开过程中机构扫过的空间要大于机构最终占据的空间。铰接可展机构是最早发展的空间可展机构之一，目前已作为成熟技术广泛应用于各类航天器中。国内以往研制的太阳帆(电池阵)的展开机构多属于铰接可展机构。

(2)杆状可展机构(LinearDeployableMechanisms)。杆状可展机构是目前应用最广的一类展开机构，其机构形式多种多样，在展开后通常形成细长管或单向构架，主要作用是实现空间定位，以及提供结构支撑。可用于杆状天线、磁强计、重力梯度杆、半刚性或柔性折叠式太阳电池阵、太阳帆等大型空间可展结构。

(3)面状可展机构(SurfaceDeployableMechanisms)。面状可展机构包括平面展开机构和曲面展开机构，主要用于空间反射器及大面积天线，是目前国际上研究热点之一。如大型展开式反射器LDR(LargeDeployableReflector)[2刨、跟踪与数据中继卫星系统TDRSS(TrackingandDataRelaySatelliteSystem)[27』的大面积天线及雷达星上的合成孔径雷达天线[：别等。

(4)体可展机构(VolumeDeployableMechanisms)。体可展机构展开后形成三维几何体。目前这种展开机构的实际应用还较少，但一些相关概念已通过了可行性论证，并进行了地面演示试验，还有的进行了在轨试验。其中包括1996年在Spartan可重复使用卫星上进行的14m宽碟形天线的展开试验。

国外对于空间可展结构研究与应用

大型空间可展天线(DeployableSpaceAntenna)和太阳帆(SolarArray、SolarConcentrator)是空间可展结构研究最活跃、最深入的领域之一。20世纪70年代后期，NASA根据大型航天器发展规划，提出了适宜近期、远期任务的多种可展开结构体系概念。苏联、俄罗斯对空间可展结构发展也做出了卓越贡献，集中体现在令人类自豪的和平号空间站，以及国际空间站的建设技术上。ESA在ColumbusProgram中亦对可展结构技术进行了研究和发展规划。日本ISAS(1nstituteofSpaceandAstronaumicalScience)和NASDA(NationalAerospaceandSpaceDevelopmentAdministration)是世界宇航界的后起之秀，在可展开折叠结构技术研究应用上取得了巨大进步，K．Miura，M．Natori等