中国空间可展开结构：进展与趋势丨Engineering

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。自 20 世纪 90 年代以来，在载人航天、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。目前，我国可展开空间结构已成功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、深空探测火星及月球探测车等多个航天工程。其中，我国在空间大型网状天线的研究起步较晚，经过多年的努力成功研制了多款空间大型网状天线，并应用于北斗导航、月球探测、中继通信等领域。典型的应用包括北斗（ BD ） -3 卫星的构架式可展开天线、嫦娥（ CE ） -4 卫星的伞状可展开天线和环境（ HJ ） -1C 卫星的合成孔径雷达（ SAR ）天线；从 20 世纪 80 年代开始，我国开始研发可展开式太阳翼。截止现在，在轨成功飞行的太阳翼数量已经超过 500 ，产品形式以一维刚性太阳翼为主；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。国家制定了月球、火星、木星及卫星、小行星、彗星和太阳系边际探测发展规划，并已启动月球科研工作站和火星科学工作站建设工作，其中嫦娥三号 / 四号月球巡视器、天文一号火星探测器等空间可展开结构与机构发挥了重大作用，为未来的载人探月等探测任务打下了坚实的理论与工程基础。

随着可展开机构的发展，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，包括可展开机构设计、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，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。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。

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。