中国将研发千米级超大型航天器,将通过模块化设计、多次发射、空间组装建造

2021-08-23 14:25IT之家 - 问舟

IT之家 8 月 23 日消息 随着我国太空事业的建设以及航天强国进度的推进, 对超大型结构组合体航天器的研制也提出了新的要求, 这类组合体航天器包括空间太阳能电站、太空电梯、载人深空飞行组合体等。

这类航天器的共同特点是具有超大型结构, 例如空间太阳能电站的尺寸达到几公里到十公里量级, 质量达到几百吨、惯量达到 108Kg m2 量级。这类航天器无法一次发射入轨, 必须通过多次在轨组装才能形成完整构型,。

近日,国家自然科学基金委员会关于发布了“十四五”第一批重大项目指南,其中就包括“超大型航天结构空间组装动力学与控制”。

该项目指南中提到,尺寸达千米量级的超大型航天器是未来空间资源利用、宇宙奥秘探索、长期在轨居住的重大战略性航天装备,我们将通过结构模块化设计、多次发射和空间组装的方式进行建造尺寸达千米量级的超大型航天器,并解决极其复杂的耦合动力学问题。

IT之家了解到,这一消息发布后,网友们纷纷表示好奇,甚至有人说:我们终于要开始造歼星舰了吗?

当然,这只是个玩笑,预计超大规模的航天器将作为轨道空间站的延申使用,类似于太空中的航天基地,将用于未来空间资源利用、宇宙奥秘探索、长期在轨居住。而且这一项目应该是“预研”,更多的是针对理论计算,真正想要造出来可能仍需要极其漫长的时间。

感兴趣的小伙伴可自行查阅相关公告:点此

数学理科部 指南 第一项

“超大型航天结构空间组装动力学与控制”重大项目指南

尺寸达千米量级的超大型航天器是未来空间资源利用、宇宙奥秘探索、长期在轨居住的重大战略性航天装备。超大型航天器结构重量和尺寸巨大,无法通过单次火箭发射和入轨展开方式构建,需通过结构模块化设计、多次发射和空间组装的方式进行建造;其次,超大型航天结构组装过程中,结构的超大尺度效应和构型变化效应与空间环境效应作用相耦合,将带来极其复杂的耦合动力学现象。这对超大型航天器的动力学设计提出了两方面的要求:一是结构的轻量化设计,以最大程度减少发射次数,降低建设成本;二是结构的可控性设计,以有效抑制组装过程中组合体轨道与姿态漂移、控制结构变形与振动。

瞄准超大型航天结构在轨组装建造的迫切需求,将航天动力学的三大研究对象“轨道”、“姿态”和“结构”进一步融合,并与“控制”学科深度交叉,推动航天器耦合动力学与控制研究方向的发展,为超大型空间基础设施的建造奠定理论和技术基础。

一、科学目标

瞄准超大型航天结构的减重设计和空间组装需求,提出满足在轨动力学要求的组装结构轻量化设计新理论;建立空间组装过程的“轨道-姿态-结构”耦合动力学新模型,揭示空间组装过程的耦合动力学演化新规律;提出空间组装过程的“轨道-姿态-结构”一体化稳定控制新理论;探索解决超大型航天结构动力学试验“天地一致性”问题的新方案。

二、研究内容

(一)超大型航天结构的轻量化和可控性设计。

提出新的超大型航天结构轻量化设计方案、发展满足超大型航天结构在轨动力学特性要求的新型组装模块、建立组装模块结构的可控性设计方法,实现超大型航天结构的大幅减重和结构-控制一体化。

(二)超大型航天结构空间组装过程的动力学演化。

发展超大型航天结构空间组装的“轨道-姿态-结构”耦合动力学建模方法;针对组装过程中的接触碰撞、变形振动、非保守力等问题,提出既能保持系统物理特性,又高效稳定的数值方法;揭示空间环境中超大型航天结构组装过程的动力学行为及演化规律。

(三)空间组装过程轨道-姿态-结构一体化稳定控制。

提出多约束条件下超大型航天结构“轨道-姿态-结构”控制执行机构的配置方法;结合轨道和姿态控制要求,以及组装过程结构拓扑变化、变形和振动特性,发展空间组装过程的“轨道-姿态-结构”一体化稳定控制方法。

(四)空间组装过程动力学与控制的地面模拟试验。

开展新型组装模块的动力学试验、组装过程的动力学响应与验证试验以及稳定控制试验;以地面试验中航天器动力学响应与其在轨响应一致为目标,提出面向超大型航天结构的高可信、高精度地面动力学模拟试验方法。

三、申请要求

申请书的附注说明选择“超大型航天结构空间组装动力学与控制”。

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