CN1040963A - 超大型航天器 - Google Patents

Abstract

本发明属航天装置类。本发明首次在航天器中采用了充气膨胀支承系统，用充气膨胀支承结构使航天器的各个部分向各个方向展开和延伸，有效地解决了大型、超大型航天器存在的结构问题，可以在有限的发射重量下获得最大的面积和体积，对制造大型超大型航天器，大规模开发利用宇宙资源具有重大意义。

Description

本发明属航天装置类。

现今各种航天装置正从小型向大型超大型方向发展，其应用范围也从卫星通讯、遥感向太阳能利用，宇宙开发方向发展。由于当今航天器的结构不够完善和合理，各种结构材料性能还没有得到充分发挥，在现在有限的发射重量下，要制造大型、超大型航天器还非常困难。例如为向地球和卫星供电制造的超大功率太阳能发电装置，为向地球照明发射的大型人造月亮，为搞科学研究制造的太空射电天文望远镜天线等需要超大面积超大体积的航天器，这些都是现有技术条件下所无法解决的。

主要参考资料有《知识就是力量》87年88年/1-12期等。

本发明的目的，就是提出一种新型的航天器结构，为制造和发射大型超大型航天器奠定基础。

本发明首次把充气膨胀支承系统应用于大型超大型航天器，有效地解决了航天器发射重量（和体积）与大型超大型（超大面积超大体积等）之间的矛盾，使结构材料性能得到最有效的发挥，可以在有限的发射重量下，使航天器得到最大的面积和体积，是当前和未来发展大型超大型航天器的最佳设计方案。

本发明所述的气体膨胀支承系统包括充气膨胀支承结构，高压气瓶和气体压力自动调节装置等。充气膨胀支承结构是这一系统的主要组成部分，也是本发明的中心内容。它是由柔软的薄膜材料制作的，可以充排气的密闭气囊。抽出内部气体时，容器在外部气压作用下体积缩小，经过人工卷绕和拆叠，可以得到规则的形状和很小的体积。当给气囊充入一定压力的气体，气囊在内外压差作用下膨胀起来，带动与之相连的航天器结构材料或各个组成部分，向空间的各个方向延伸，最终形成具有一定形状和强度的支承结构，完成航天器的连接、承载成型和远距离输送等各种任务。

图1是一个最简单的充气膨胀支承系统，由充气膨胀支承结构〔1〕，高压气瓶〔2〕，气压调节装置〔3〕，气体〔4〕等组成。发射前气囊〔1〕内无气体经拆叠和卷绕，体积很小，便于装载和发射，升空定点后，气囊经高压气瓶充气，体积膨胀，在内外力作用下，形成具有一定曲率和强度的航天器的基本支承部件，可以完成航天器各部分的远距离输送、定位、柔性连接，长达几公里的通讯天线，以及由若干个充气杆件构成的复杂的航天器结构骨架。图2是用基本充气支承杆件构成的矩形航天器骨架，充入气体，骨架可保持平面矩形，在骨架蒙上反光薄膜或光电薄膜，就可以制成大型、超大型的矩形人造月亮或太阳能发电装置。

图3是采用充气膨胀支承结构的超大型园盘状人造月亮，它的反光园盘是由环状充气膨胀支承骨架〔5〕和与之连接的高强度反光薄膜〔6〕组成的。当骨架内充入一定数量的气体，骨架就会自动膨胀起来，并带动反光薄膜展开和绷紧，形成一个平整的园形反光盘。太空园盘除用于人造月亮等大型反光装置外，还可把反光薄膜换成光电薄膜，制成大功率太阳能发电装置。

图4是用充气膨胀支承系统制成的大型抛物面航天器，由充气骨架和反光薄膜等组成。充气骨架有许多平行分布的直径不同的园环〔7〕和抛物线肋骨〔8〕交叉连接而成。充入气体就可膨胀伸展为一个规则的大型抛物面反射器骨架，并带动与之连接的反光薄膜，展开和绷紧，起到反光聚焦作用。可用以制造大功率太阳能发电装置，加热装置，动力装置等，也是太空射电天文望远镜，等各种大型天线最佳方案。利用这个结构，也可制成大型太空凹反光镜，把太阳能向地球某一点上聚焦，产生高温高压，用于陆地热力发电等。

图5是一个具有充气膨胀支承系统的太空飞碟，用柔软的弹性薄膜材料制成，充入气体后，外型成为气球状，外部材料表面画上人和各种地球景物，并配以动力，发射到宇宙空间使之任意遨游，成为传插地球人类文明的工具。

以上发明所述的各种充气膨胀支承结构都是在太空充气成型的，在地球陆地上是无论如何也支承不起来的。在太空失重条件下，没有重力、风力等的影响，加上结构材料薄且柔软，气体的膨胀力就显得强劲有力，可以把巨大的结构支承起来，并具有一定的强度和刚度。又因在太空真空条件下，充气膨胀支承结构的气体气压很低就能产生足够的内外压力差，满足结构本身所需的膨胀力，因而气体体积虽大，但气体重量很小，用小型高压气瓶足以胜任。

对于航天器所用薄膜材料性能，与发射重量及获得的最大面积和体积密切相关，条件许可时应尽量选用薄而柔软的材料，如塑料薄膜、玻璃薄膜等。关于反光薄膜当前已有产品出售，不再舒述。

充气膨胀支承系统应用于航天器有以下优点：

1.能够使航天器获得最大的面积和体积，对大规模开发利用太阳能具有重大实用价值;

2.收缩时体积小，便于装载;膨胀时，在太空真空失重条件下，结构强劲有力;

3.结构简单，便于制造，造价低廉;

4.用途广泛。

关于充气膨胀支承系统的先进性与世界最高水平对比：

美国二、三年后将    充气膨胀支承系统

发射的人造月亮    典型应用-人造

月亮

总重量    450T    450T

反射器重量    -    400T

反射器材料 金属板材 反光薄膜25m²/kg

有效反光面积及形    12面反光镜，    任意形状

状    镜面直径300米

总面积：    总面积：

12×3.14×    400T×1000×

（ 300/2 ）²25m²/kg

＝850000m²＝10000000m²

对比倍率    1∶12

由此可见，充气膨胀支承系统是相当先进的，可在有限的发射重量下，获得最大的面积和体积。以上薄膜是用现有一般塑料薄膜，若改用专用超薄薄膜，性能指标还可成倍增长。

Claims (5)

1、航天器，特别是大型、超大型航天器，其特征是采用了充气膨胀支承系统。

2、航天器，特别是具有大型、超大型园盘的航天器，其特征是采用了充气膨胀支承系统。

3、航天器，特别是具有大型超大型抛物面反射器的航天器，其特征是采用了充气膨胀支承结构。

4、航天器，特别是具有大型球体的航天器，其特征是采用了充气膨胀支承系统。

5、根据权利要求1、2、3、4所述的充气膨胀支承系统，由充气膨胀支承结构〔1〕，高压气瓶〔2〕气体〔4〕和气压自动控制装置〔3〕等构成。