项目名称空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术

1、1 项目名称：空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术与在轨应用2 推荐单位：哈尔滨工业大学3 项目简介本项目针对大型 / 超大型空间航天器结构和载荷的共性关键技术发展需求， 创新提出了一种空间长寿命可控展开膜壳结构技术， 在国际上率先完成了在轨验证与应用， 总体属于航天器结构与设计领域。本项目在国家自然科学基金资助下建立了空间膜壳结构设计方法，揭示了收拢和展开控制机理；在原总装备部预研项目支持下，研制了膜壳结构的星载大口径天线反射面全尺寸原型样机，突破了结构设计、变形折叠与展开等核心关键技术；针对大型空间展开支撑结构，完成了伸展臂、太阳帆以及桁架等膜壳结构设计、样机研制与地面验证；通过在轨展开及长

2、期应用验证了所提出的空间长寿命大型可控展开膜壳结构的高效收纳、可控展开、刚度获取与长期在轨保持，为大型空间航天器结构和载荷发展探索并验证了一条全新解决途径。本项目获得授权国家发明权专利24 项，主要技术内容包括：1. 发明了具有展开、支撑和功能一体化的空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术，解决了大型超轻航天器展开结构整体欠刚度和低频的技术瓶颈，在国际上率先圆满成功地完成了在轨展开和长期保形验证，为未来空间可展开结构的大型化和轻量化奠定了创新技术基础。2. 发明了一种机构 - 结构一体化的超长太空用膜壳伸展臂， 首次提出并研制了芳纶纤维与碳纤维复合自支撑离散化薄壳、变直径的新型充气伸展臂机构，引入

3、双 形碳纤维材料与创新内胆设计，实现了充气可控展开膜壳机构的高效收拢。3. 发明了渐进阻尼控制充气展开技术，突破了展开机构充气伸展过程中的低冲击难题，有效提升了超长膜壳结构的充气展开可靠性；通过大型空间充气展开膜壳结构地面展开方法和快速可控充气释放机构， 及径向展开与收拢试验方法等技术发明与应用，保障了大型膜壳结构在轨有序稳定可控展开。利用本项目发明的空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术，研制了充气膜壳伸展臂，于 2013 年 5月在 XY-1 卫星上成功展开，迄今已成功完成长期存储、可控展开和长期保型的在轨应用验证，是国际上充气展开膜壳结构技术首次在轨应用。本项目技术已成功应用于国内相关单位研

4、制的新型大型展开卫星结构和载荷，主要包括中国科学院电子学研究所的10m长火星电离层顶部探测仪发射天线；航天科技集团上海卫星工程研究所的星载低冲击展开重力梯度杆；航天科技集团五院总体部大型空间可展开遮阳罩支撑结构；航天科技集团九院 704 所第二代测雨雷达反射面样机；航天科技集团五院钱学森空间技术实验室8m× 8m薄膜太阳帆样机。本项目发明并验证的可控展开膜壳结构技术，突破了空间长寿命大型展开结构的伸展控制、刚度获取和长寿命技术瓶颈，为我国航天可展开结构技术超越式发展，为我国新一代卫星、深空探测、载人航天等大型航天器结构和载荷的工程应用奠定了基础，具有极高的社会、 经济价值和广阔应用前

5、景。4 推广应用情况本项目发明的空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术，已经在 XY-1 卫星上采用充气膜壳伸展臂机构平稳有序地把 2kg 质量块支撑到卫星本体 3.0m 位置，通过了在轨长期存储、控制展开和长期保型验证， 实现了充气展开结构技术空间功能应用。 同时基于该验证新技术，已在中国科学院电子研究所研制的 10m 火星电离层顶部探测仪发射天线进行了展开应用。航天科技集团上海卫星工程研究所采用了充气展开的膜壳结构应用于低冲击展开重力梯度杆。航天科技集团五院总体部基于该充气展开控制技术应用于大型可展开空间展开遮阳罩技术方案； 航天科技集团九院 704 所第二代测雨雷达反射面完成了样机研制。 五

6、院钱学森实验室也采用了充气控制展开膜壳伸展臂展开了 8m× 8m 深空探测太阳帆。同时基于本项目技术成果研制的充气展开重力梯度杆， 已经成为五院 508 所系列产品。 本项目突破的空间长寿命大型可控展开膜壳结构的展开控制、 刚度获取和长寿命技术瓶颈， 这为我国新型航天器结构 -机构的跨越式发展开辟了一条全新的技术途径。也为我国高轨通讯卫星、星际飞行、空间载人舱等大型航天器结构和载荷等工程应用方面有重大应用前景。5、本项目成果曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级授奖部门（单位）超大口径充气展开天线反射面技2013年1月18省部级科技奖二等奖国家国防科技工业局术日6 主要

7、知识产权证明目录序专利名称专利号发明人授权公告日号期1双形碳纤维复合ZL2011101714768卫剑征；谭惠丰;余建新 ;谢志2014.01.22材料伸展臂及其展民;林国昌 ;王友善 ;刘宇艳开方法2非对称薄壳弹性阻ZL2015104511960卫剑征； 宋博 ; 谭惠丰 ; 苗常青 ;2017.03.08尼展开的管状铰链林国昌 ; 谢志民 ; 田振辉及其制作方法3空间充气控制展开ZL2014100544886谭惠丰；林国昌;卫剑征 ;王长2015.08.05支撑臂卷曲折叠模国;苗常青 ;刘宇艳 ;谢志民 ;赵具树林4空间充气结构地面ZL2011103627410谢志民；陈思驰;卫剑征 ;谭

8、惠2013.04.10展开性能测试系统丰5一种充气伸展臂的ZL2012102617134谭惠丰；卫剑征;高树义 ;于尧2014.04.16管壁粘接成型方法炳;杨霞;王伟志 ;张胜;李兵;汪逸然 ; 赵秀兰6一种双形碳纤维ZL2011101716852卫剑征；谭惠丰;谢志民 ;刘宇2014.12.10复合材料充气伸展艳;林国昌 ;王长国 ; 余建新臂7快速可控充气释放ZL2010102885393谭惠丰； 李云良 ; 周涛 ; 卫剑征 ;2013.11.06机构王长国 ; 杜振勇8一种模块化充气展ZL201410477073X卫剑征； 宋博 ; 马瑞强谢志民 ;2017.02.01开式应急救生通

9、道林国昌 ; 谭惠丰9一种空间飞行器可ZL2014103828080谭惠丰；赵树林；罗锡林; 杨留2016.02.24控充气展开支撑臂义;卫剑征 ;林国昌 ;内胆10空间充气展开支撑ZL2014101300836谭惠丰；林国昌;卫剑征 ;王长2016.02.24臂内支撑条打磨装国;苗常青 ;刘宇艳 ;谢志民 ;赵置树林11一种可控有序充气ZL2015100795272卫剑征； 马瑞强 ; 谭惠丰 ; 宋博 ;2016.05.11展开自支撑式太阳林国昌 ; 田振辉 ; 刘宇飞帆结构12一种充气展开抛物ZL2014103271857谭惠丰；林国昌;赵树林 ;卫剑2016.07.06柱面天线的反射面

10、征;杨留义 ;罗锡林展开定形机构13一种柔性抛物形天ZL2013105846591谭惠丰；杨留义；康敬天; 卫剑2015.07.15线的增强骨架征;王长国 ;林国昌14一种纤维复合材料ZL2012101656767谭惠丰；卫剑征;高树义 ;王伟2014.05.07增强条的制备方法志;李兵 ; 张胜 ;刘宇艳 ;王永滨;曹旭;汪逸然15一种用于耐压囊体ZL2014101007370卫剑征；马瑞强;杨留义 ;谭惠2015.12.02径向展开与收拢的丰;林国昌 ;田振辉试验装置16一种用于高温热合ZL2013105683787谭惠丰； 兰澜 ; 王长国 ; 林国昌 ;2016.03.16机工作台的表

11、面覆卫剑征 ; 苗常青 ; 谢志民 ; 刘宇膜吸附固定装置艳;赵树林17太空飞行器快速充ZL2012104175769谭惠丰；李云良;卫剑征 ;赵树2014.08.13气展开薄膜支撑管林;林国昌 ;王长国18编织充气薄膜曲面ZL2013100478729谭惠丰；王长国;林国昌 ;卫剑2014.07.09限位网的模具及方征;谢志民 ;苗常青法19一种充气展开抛物ZL2014100712330谭惠丰 林国昌 ; 卫剑征 ; 王长2016.02.24柱面天线反射面国;苗常青 ;刘宇艳 ;谢志民 ;赵树林20用于星载充气展开ZL2015102284036谭惠丰卫剑征;林国昌 ;王长2017.01.25

12、支撑环外皮接缝的国;于林;王东梅 ; 赵树林压平装置21轻型储能式快速展ZL2010102885406谭惠丰； 周涛 ; 李云良 ; 卫剑征 ;2013.10.09开机构林国昌 ; 杜振勇22一种空间飞行器可ZL2014103825383谭惠丰；林国昌;卫剑征 ;杨留2016.02.24控充气展开支撑臂义;罗锡林 ;赵树林内胆端面粘接模具23一种径向肋天线的ZL2013106190113谭惠丰；林国昌;卫剑征 ;王长2015.08.19肋板尾端与桅杆的国;赵树林 ;苗常青 ;刘宇艳 ;谢连接方法志民24超长太空用充气展ZL2006100098823谭惠丰；卫剑征；李云良；李2009.01.21

13、开支撑杆勇；谢志民；苗常青25一种有序展开的柔CN2016112103309卫剑征 ; 谭惠丰 ; 陈雪岩2016.12.24性充气支撑臂26一种充气展开气动CN2014104608092卫剑征 ; 谭惠丰 ; 马瑞强 ; 张雯2014.09.11阻尼减速器结构婷;谢志民 ;林国昌 ;宋博.27一种可变形滑翔飞CN2017101594852卫剑征；谭惠丰；甄铎2017.03.17行器28一种可变形滑翔飞CN2017101594287卫剑征；谭惠丰；甄铎2017.03.17行器29一种充气展开的周CN2016106597481卫剑征 ;李盾; 陈强;牛国强 ;丛2016.08.12期性囊瓣式减速

14、器琳及其卷曲折叠收拢方法7、完成人情况表姓名工作单位卫剑征哈尔滨工业大学性别完成单位男哈尔滨工业大学排名技术职称1副教授曾获科技奖励情况2013.12 ，获国防技术发明二等奖(排名 5)本人对本项目技术创造性贡献：（限 300 字）发明了渐进阻尼控制充气展开技术，突破了展开机构充气伸展过程中的低冲击难题，有效提升了超长膜壳结构的充气展开可靠性；完成了充气膜壳伸展的初样和正样设计、分析和功能与环境试验。提出了分段充气控制体积模型，解决了充气结构展开全过程的数值仿真难题，数值模拟了卷曲折叠膜壳结构在真空无重力环境下的充气展开过程，验证了地面模拟样机展开试验的有效性。发明点2 和 3的提出人，排名第

15、一专利6 项，排名第二专利3 项，排名第三专利7 项，项目全过程负责样机研制和在轨测试。姓名谭惠丰性别工作单位哈尔滨工业大学完成单位曾获科技奖励情况男哈尔滨工业大学排名技术职称2教授本人对本项目技术创造性贡献：（限 300 字）提出了具有展开、支撑和功能一体化的空间长寿命大型可控展开膜壳结构技术，解决了大型超轻航天器展开结构整体欠刚度和低频的技术瓶颈，完善了肋板式充气展开天线反射面结构设计，建立了可控展开膜壳结构高精度加工和组装系统，研制了膜壳反射面结构全尺寸样机，完成了折叠展开测试。发明点 1 的提出人，排名第一专利 16 项。项目总体实施和进度质量协调。姓名王长国性 别男工作单位哈尔滨工业

16、大学完成单位哈尔滨工业大学曾获科技奖励情况无本人对本项目技术创造性贡献：（限 300 字）排名技术职称3教授主要负责空间大型可控展开膜壳结构稳定性机理分析与优化设计工作。针对高精度技术要求，掌握了充气展开膜壳的结构局部失稳和皱曲特性，完成了充气可控展开膜壳结构设计方法。采用空间索系张拉系统，确立了张力控制方法。建立了以重量、精度和折叠体积为要求的多目标综合优化设计方法，实现结构减重和提升结构效率。发表 26 篇文章，排名第二专利 1 项。项目实施过程中负责结构设计分系统。姓名工作单位谢志民哈尔滨工业大学性别完成单位男哈尔滨工业大学排名技术职称4教授1996年，回收终端系统气囊缓冲技术研究，中国

17、航天工业总公司部级科技进步二等奖，排名第4。曾获科技奖励情况年，总装备部军队科技进步二等奖，排名第220072012年，总装备部军队科技进步二等奖，排名第3本人对本项目技术创造性贡献：（限 300 字）完成空间大型可控展开膜壳结构地面充气展开测试方法、完成了可在轨可在轨组装的充气展开桁架结构等，为解决航天器大型结构的发射和在轨构建的难题提供了有效途径；负责完成了充气展开结构的折叠技术、展开控制技术等，为大型充气展开膜壳结构的研制和试验验证奠定了技术基础。排名第一的专利 1 项，项目实施过程中负责可控展开分系统。姓名林国昌性 别男工作单位哈尔滨工业大学完成单位哈尔滨工业大学曾获科技奖励情况无本人对本项目技术创造性贡献：（限 300 字）排名技术职称5讲师空间大型可控展开膜壳结构的精度测量与调整是该项目的关键技术之一。建立了一套非接触数字摄影测量系统及辅助测试工装；基于数字摄影测量原理，给出了一套适于充气可控展开膜壳结构面型精度的优化测量方案并完成了不同口径膜壳反射面的面型精度测量；完成了充气天线反射面的面型精度分析；建立了一种充气可控展开膜壳结构的精度调整方案，完成了不同尺寸可控展开膜壳结构的精度调整。项目实施过程中负责型面精度分析与控制分系统。姓名余建新性 别男