項(xiàng)目名稱空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)

1、1 項(xiàng)目名稱：空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)與在軌應(yīng)用2 推薦單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)3 項(xiàng)目簡(jiǎn)介本項(xiàng)目針對(duì)大型 / 超大型空間航天器結(jié)構(gòu)和載荷的共性關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展需求， 創(chuàng)新提出了一種空間長(zhǎng)壽命可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)， 在國(guó)際上率先完成了在軌驗(yàn)證與應(yīng)用， 總體屬于航天器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本項(xiàng)目在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下建立了空間膜殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，揭示了收攏和展開(kāi)控制機(jī)理；在原總裝備部預(yù)研項(xiàng)目支持下，研制了膜殼結(jié)構(gòu)的星載大口徑天線反射面全尺寸原型樣機(jī)，突破了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變形折疊與展開(kāi)等核心關(guān)鍵技術(shù)；針對(duì)大型空間展開(kāi)支撐結(jié)構(gòu)，完成了伸展臂、太陽(yáng)帆以及桁架等膜殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樣機(jī)研制與地面驗(yàn)證；通過(guò)在軌展開(kāi)及長(zhǎng)

2、期應(yīng)用驗(yàn)證了所提出的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的高效收納、可控展開(kāi)、剛度獲取與長(zhǎng)期在軌保持，為大型空間航天器結(jié)構(gòu)和載荷發(fā)展探索并驗(yàn)證了一條全新解決途徑。本項(xiàng)目獲得授權(quán)國(guó)家發(fā)明權(quán)專利24 項(xiàng)，主要技術(shù)內(nèi)容包括：1. 發(fā)明了具有展開(kāi)、支撐和功能一體化的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，解決了大型超輕航天器展開(kāi)結(jié)構(gòu)整體欠剛度和低頻的技術(shù)瓶頸，在國(guó)際上率先圓滿成功地完成了在軌展開(kāi)和長(zhǎng)期保形驗(yàn)證，為未來(lái)空間可展開(kāi)結(jié)構(gòu)的大型化和輕量化奠定了創(chuàng)新技術(shù)基礎(chǔ)。2. 發(fā)明了一種機(jī)構(gòu) - 結(jié)構(gòu)一體化的超長(zhǎng)太空用膜殼伸展臂， 首次提出并研制了芳綸纖維與碳纖維復(fù)合自支撐離散化薄殼、變直徑的新型充氣伸展臂機(jī)構(gòu)，引入

3、雙 形碳纖維材料與創(chuàng)新內(nèi)膽設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了充氣可控展開(kāi)膜殼機(jī)構(gòu)的高效收攏。3. 發(fā)明了漸進(jìn)阻尼控制充氣展開(kāi)技術(shù)，突破了展開(kāi)機(jī)構(gòu)充氣伸展過(guò)程中的低沖擊難題，有效提升了超長(zhǎng)膜殼結(jié)構(gòu)的充氣展開(kāi)可靠性；通過(guò)大型空間充氣展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)地面展開(kāi)方法和快速可控充氣釋放機(jī)構(gòu)， 及徑向展開(kāi)與收攏試驗(yàn)方法等技術(shù)發(fā)明與應(yīng)用，保障了大型膜殼結(jié)構(gòu)在軌有序穩(wěn)定可控展開(kāi)。利用本項(xiàng)目發(fā)明的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，研制了充氣膜殼伸展臂，于 2013 年 5月在 XY-1 衛(wèi)星上成功展開(kāi)，迄今已成功完成長(zhǎng)期存儲(chǔ)、可控展開(kāi)和長(zhǎng)期保型的在軌應(yīng)用驗(yàn)證，是國(guó)際上充氣展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)首次在軌應(yīng)用。本項(xiàng)目技術(shù)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)相關(guān)單位研

4、制的新型大型展開(kāi)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和載荷，主要包括中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所的10m長(zhǎng)火星電離層頂部探測(cè)儀發(fā)射天線；航天科技集團(tuán)上海衛(wèi)星工程研究所的星載低沖擊展開(kāi)重力梯度桿；航天科技集團(tuán)五院總體部大型空間可展開(kāi)遮陽(yáng)罩支撐結(jié)構(gòu)；航天科技集團(tuán)九院 704 所第二代測(cè)雨雷達(dá)反射面樣機(jī)；航天科技集團(tuán)五院錢(qián)學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室8m× 8m薄膜太陽(yáng)帆樣機(jī)。本項(xiàng)目發(fā)明并驗(yàn)證的可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，突破了空間長(zhǎng)壽命大型展開(kāi)結(jié)構(gòu)的伸展控制、剛度獲取和長(zhǎng)壽命技術(shù)瓶頸，為我國(guó)航天可展開(kāi)結(jié)構(gòu)技術(shù)超越式發(fā)展，為我國(guó)新一代衛(wèi)星、深空探測(cè)、載人航天等大型航天器結(jié)構(gòu)和載荷的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，具有極高的社會(huì)、 經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊應(yīng)用前

5、景。4 推廣應(yīng)用情況本項(xiàng)目發(fā)明的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，已經(jīng)在 XY-1 衛(wèi)星上采用充氣膜殼伸展臂機(jī)構(gòu)平穩(wěn)有序地把 2kg 質(zhì)量塊支撐到衛(wèi)星本體 3.0m 位置，通過(guò)了在軌長(zhǎng)期存儲(chǔ)、控制展開(kāi)和長(zhǎng)期保型驗(yàn)證， 實(shí)現(xiàn)了充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)技術(shù)空間功能應(yīng)用。 同時(shí)基于該驗(yàn)證新技術(shù)，已在中國(guó)科學(xué)院電子研究所研制的 10m 火星電離層頂部探測(cè)儀發(fā)射天線進(jìn)行了展開(kāi)應(yīng)用。航天科技集團(tuán)上海衛(wèi)星工程研究所采用了充氣展開(kāi)的膜殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于低沖擊展開(kāi)重力梯度桿。航天科技集團(tuán)五院總體部基于該充氣展開(kāi)控制技術(shù)應(yīng)用于大型可展開(kāi)空間展開(kāi)遮陽(yáng)罩技術(shù)方案； 航天科技集團(tuán)九院 704 所第二代測(cè)雨雷達(dá)反射面完成了樣機(jī)研制。 五

6、院錢(qián)學(xué)森實(shí)驗(yàn)室也采用了充氣控制展開(kāi)膜殼伸展臂展開(kāi)了 8m× 8m 深空探測(cè)太陽(yáng)帆。同時(shí)基于本項(xiàng)目技術(shù)成果研制的充氣展開(kāi)重力梯度桿， 已經(jīng)成為五院 508 所系列產(chǎn)品。 本項(xiàng)目突破的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的展開(kāi)控制、 剛度獲取和長(zhǎng)壽命技術(shù)瓶頸， 這為我國(guó)新型航天器結(jié)構(gòu) -機(jī)構(gòu)的跨越式發(fā)展開(kāi)辟了一條全新的技術(shù)途徑。也為我國(guó)高軌通訊衛(wèi)星、星際飛行、空間載人艙等大型航天器結(jié)構(gòu)和載荷等工程應(yīng)用方面有重大應(yīng)用前景。5、本項(xiàng)目成果曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況獲獎(jiǎng)項(xiàng)目名稱獲獎(jiǎng)時(shí)間獎(jiǎng)項(xiàng)名稱獎(jiǎng)勵(lì)等級(jí)授獎(jiǎng)部門(mén)（單位）超大口徑充氣展開(kāi)天線反射面技2013年1月18省部級(jí)科技獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局術(shù)日6 主要

7、知識(shí)產(chǎn)權(quán)證明目錄序?qū)＠Q專利號(hào)發(fā)明人授權(quán)公告日號(hào)期1雙形碳纖維復(fù)合ZL2011101714768衛(wèi)劍征；譚惠豐;余建新 ;謝志2014.01.22材料伸展臂及其展民;林國(guó)昌 ;王友善 ;劉宇艷開(kāi)方法2非對(duì)稱薄殼彈性阻ZL2015104511960衛(wèi)劍征； 宋博 ; 譚惠豐 ; 苗常青 ;2017.03.08尼展開(kāi)的管狀鉸鏈林國(guó)昌 ; 謝志民 ; 田振輝及其制作方法3空間充氣控制展開(kāi)ZL2014100544886譚惠豐；林國(guó)昌;衛(wèi)劍征 ;王長(zhǎng)2015.08.05支撐臂卷曲折疊模國(guó);苗常青 ;劉宇艷 ;謝志民 ;趙具樹(shù)林4空間充氣結(jié)構(gòu)地面ZL2011103627410謝志民；陳思馳;衛(wèi)劍征 ;譚

8、惠2013.04.10展開(kāi)性能測(cè)試系統(tǒng)豐5一種充氣伸展臂的ZL2012102617134譚惠豐；衛(wèi)劍征;高樹(shù)義 ;于堯2014.04.16管壁粘接成型方法炳;楊霞;王偉志 ;張勝;李兵;汪逸然 ; 趙秀蘭6一種雙形碳纖維ZL2011101716852衛(wèi)劍征；譚惠豐;謝志民 ;劉宇2014.12.10復(fù)合材料充氣伸展艷;林國(guó)昌 ;王長(zhǎng)國(guó) ; 余建新臂7快速可控充氣釋放ZL2010102885393譚惠豐； 李云良 ; 周濤 ; 衛(wèi)劍征 ;2013.11.06機(jī)構(gòu)王長(zhǎng)國(guó) ; 杜振勇8一種模塊化充氣展ZL201410477073X衛(wèi)劍征； 宋博 ; 馬瑞強(qiáng)謝志民 ;2017.02.01開(kāi)式應(yīng)急救生通

9、道林國(guó)昌 ; 譚惠豐9一種空間飛行器可ZL2014103828080譚惠豐；趙樹(shù)林；羅錫林; 楊留2016.02.24控充氣展開(kāi)支撐臂義;衛(wèi)劍征 ;林國(guó)昌 ;內(nèi)膽10空間充氣展開(kāi)支撐ZL2014101300836譚惠豐；林國(guó)昌;衛(wèi)劍征 ;王長(zhǎng)2016.02.24臂內(nèi)支撐條打磨裝國(guó);苗常青 ;劉宇艷 ;謝志民 ;趙置樹(shù)林11一種可控有序充氣ZL2015100795272衛(wèi)劍征； 馬瑞強(qiáng) ; 譚惠豐 ; 宋博 ;2016.05.11展開(kāi)自支撐式太陽(yáng)林國(guó)昌 ; 田振輝 ; 劉宇飛帆結(jié)構(gòu)12一種充氣展開(kāi)拋物ZL2014103271857譚惠豐；林國(guó)昌;趙樹(shù)林 ;衛(wèi)劍2016.07.06柱面天線的反射面

10、征;楊留義 ;羅錫林展開(kāi)定形機(jī)構(gòu)13一種柔性拋物形天ZL2013105846591譚惠豐；楊留義；康敬天; 衛(wèi)劍2015.07.15線的增強(qiáng)骨架征;王長(zhǎng)國(guó) ;林國(guó)昌14一種纖維復(fù)合材料ZL2012101656767譚惠豐；衛(wèi)劍征;高樹(shù)義 ;王偉2014.05.07增強(qiáng)條的制備方法志;李兵 ; 張勝 ;劉宇艷 ;王永濱;曹旭;汪逸然15一種用于耐壓囊體ZL2014101007370衛(wèi)劍征；馬瑞強(qiáng);楊留義 ;譚惠2015.12.02徑向展開(kāi)與收攏的豐;林國(guó)昌 ;田振輝試驗(yàn)裝置16一種用于高溫?zé)岷蟌L2013105683787譚惠豐； 蘭瀾 ; 王長(zhǎng)國(guó) ; 林國(guó)昌 ;2016.03.16機(jī)工作臺(tái)的表

11、面覆衛(wèi)劍征 ; 苗常青 ; 謝志民 ; 劉宇膜吸附固定裝置艷;趙樹(shù)林17太空飛行器快速充ZL2012104175769譚惠豐；李云良;衛(wèi)劍征 ;趙樹(shù)2014.08.13氣展開(kāi)薄膜支撐管林;林國(guó)昌 ;王長(zhǎng)國(guó)18編織充氣薄膜曲面ZL2013100478729譚惠豐；王長(zhǎng)國(guó);林國(guó)昌 ;衛(wèi)劍2014.07.09限位網(wǎng)的模具及方征;謝志民 ;苗常青法19一種充氣展開(kāi)拋物ZL2014100712330譚惠豐 林國(guó)昌 ; 衛(wèi)劍征 ; 王長(zhǎng)2016.02.24柱面天線反射面國(guó);苗常青 ;劉宇艷 ;謝志民 ;趙樹(shù)林20用于星載充氣展開(kāi)ZL2015102284036譚惠豐衛(wèi)劍征;林國(guó)昌 ;王長(zhǎng)2017.01.25

12、支撐環(huán)外皮接縫的國(guó);于林;王東梅 ; 趙樹(shù)林壓平裝置21輕型儲(chǔ)能式快速展ZL2010102885406譚惠豐； 周濤 ; 李云良 ; 衛(wèi)劍征 ;2013.10.09開(kāi)機(jī)構(gòu)林國(guó)昌 ; 杜振勇22一種空間飛行器可ZL2014103825383譚惠豐；林國(guó)昌;衛(wèi)劍征 ;楊留2016.02.24控充氣展開(kāi)支撐臂義;羅錫林 ;趙樹(shù)林內(nèi)膽端面粘接模具23一種徑向肋天線的ZL2013106190113譚惠豐；林國(guó)昌;衛(wèi)劍征 ;王長(zhǎng)2015.08.19肋板尾端與桅桿的國(guó);趙樹(shù)林 ;苗常青 ;劉宇艷 ;謝連接方法志民24超長(zhǎng)太空用充氣展ZL2006100098823譚惠豐；衛(wèi)劍征；李云良；李2009.01.21

13、開(kāi)支撐桿勇；謝志民；苗常青25一種有序展開(kāi)的柔CN2016112103309衛(wèi)劍征 ; 譚惠豐 ; 陳雪巖2016.12.24性充氣支撐臂26一種充氣展開(kāi)氣動(dòng)CN2014104608092衛(wèi)劍征 ; 譚惠豐 ; 馬瑞強(qiáng) ; 張?chǎng)?014.09.11阻尼減速器結(jié)構(gòu)婷;謝志民 ;林國(guó)昌 ;宋博.27一種可變形滑翔飛CN2017101594852衛(wèi)劍征；譚惠豐；甄鐸2017.03.17行器28一種可變形滑翔飛CN2017101594287衛(wèi)劍征；譚惠豐；甄鐸2017.03.17行器29一種充氣展開(kāi)的周CN2016106597481衛(wèi)劍征 ;李盾; 陳強(qiáng);牛國(guó)強(qiáng) ;叢2016.08.12期性囊瓣式減速

14、器琳及其卷曲折疊收攏方法7、完成人情況表姓名工作單位衛(wèi)劍征哈爾濱工業(yè)大學(xué)性別完成單位男哈爾濱工業(yè)大學(xué)排名技術(shù)職稱1副教授曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況2013.12 ，獲國(guó)防技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)(排名 5)本人對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：（限 300 字）發(fā)明了漸進(jìn)阻尼控制充氣展開(kāi)技術(shù)，突破了展開(kāi)機(jī)構(gòu)充氣伸展過(guò)程中的低沖擊難題，有效提升了超長(zhǎng)膜殼結(jié)構(gòu)的充氣展開(kāi)可靠性；完成了充氣膜殼伸展的初樣和正樣設(shè)計(jì)、分析和功能與環(huán)境試驗(yàn)。提出了分段充氣控制體積模型，解決了充氣結(jié)構(gòu)展開(kāi)全過(guò)程的數(shù)值仿真難題，數(shù)值模擬了卷曲折疊膜殼結(jié)構(gòu)在真空無(wú)重力環(huán)境下的充氣展開(kāi)過(guò)程，驗(yàn)證了地面模擬樣機(jī)展開(kāi)試驗(yàn)的有效性。發(fā)明點(diǎn)2 和 3的提出人，排名第

15、一專利6 項(xiàng)，排名第二專利3 項(xiàng)，排名第三專利7 項(xiàng)，項(xiàng)目全過(guò)程負(fù)責(zé)樣機(jī)研制和在軌測(cè)試。姓名譚惠豐性別工作單位哈爾濱工業(yè)大學(xué)完成單位曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況男哈爾濱工業(yè)大學(xué)排名技術(shù)職稱2教授本人對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：（限 300 字）提出了具有展開(kāi)、支撐和功能一體化的空間長(zhǎng)壽命大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，解決了大型超輕航天器展開(kāi)結(jié)構(gòu)整體欠剛度和低頻的技術(shù)瓶頸，完善了肋板式充氣展開(kāi)天線反射面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)高精度加工和組裝系統(tǒng)，研制了膜殼反射面結(jié)構(gòu)全尺寸樣機(jī)，完成了折疊展開(kāi)測(cè)試。發(fā)明點(diǎn) 1 的提出人，排名第一專利 16 項(xiàng)。項(xiàng)目總體實(shí)施和進(jìn)度質(zhì)量協(xié)調(diào)。姓名王長(zhǎng)國(guó)性 別男工作單位哈爾濱工業(yè)

16、大學(xué)完成單位哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況無(wú)本人對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：（限 300 字）排名技術(shù)職稱3教授主要負(fù)責(zé)空間大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性機(jī)理分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。針對(duì)高精度技術(shù)要求，掌握了充氣展開(kāi)膜殼的結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)和皺曲特性，完成了充氣可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。采用空間索系張拉系統(tǒng)，確立了張力控制方法。建立了以重量、精度和折疊體積為要求的多目標(biāo)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重和提升結(jié)構(gòu)效率。發(fā)表 26 篇文章，排名第二專利 1 項(xiàng)。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分系統(tǒng)。姓名工作單位謝志民哈爾濱工業(yè)大學(xué)性別完成單位男哈爾濱工業(yè)大學(xué)排名技術(shù)職稱4教授1996年，回收終端系統(tǒng)氣囊緩沖技術(shù)研究，中國(guó)

17、航天工業(yè)總公司部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，排名第4。曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況年，總裝備部軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，排名第220072012年，總裝備部軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，排名第3本人對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：（限 300 字）完成空間大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)地面充氣展開(kāi)測(cè)試方法、完成了可在軌可在軌組裝的充氣展開(kāi)桁架結(jié)構(gòu)等，為解決航天器大型結(jié)構(gòu)的發(fā)射和在軌構(gòu)建的難題提供了有效途徑；負(fù)責(zé)完成了充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)的折疊技術(shù)、展開(kāi)控制技術(shù)等，為大型充氣展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的研制和試驗(yàn)驗(yàn)證奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。排名第一的專利 1 項(xiàng)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中負(fù)責(zé)可控展開(kāi)分系統(tǒng)。姓名林國(guó)昌性 別男工作單位哈爾濱工業(yè)大學(xué)完成單位哈爾濱工業(yè)大學(xué)曾獲科技獎(jiǎng)勵(lì)情況無(wú)本人對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：（限 300 字）排名技術(shù)職稱5講師空間大型可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的精度測(cè)量與調(diào)整是該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一。建立了一套非接觸數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)及輔助測(cè)試工裝；基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量原理，給出了一套適于充氣可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)面型精度的優(yōu)化測(cè)量方案并完成了不同口徑膜殼反射面的面型精度測(cè)量；完成了充氣天線反射面的面型精度分析；建立了一種充氣可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的精度調(diào)整方案，完成了不同尺寸可控展開(kāi)膜殼結(jié)構(gòu)的精度調(diào)整。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中負(fù)責(zé)型面精度分析與控制分系統(tǒng)。姓名余建新性 別男