IT之家 8 月 23 日消息 隨著我國太空事業(yè)的建設(shè)以及航天強國進度的推進, 對超大型結(jié)構(gòu)組合體航天器的研制也提出了新的要求, 這類組合體航天器包括空間太陽能電站、太空電梯、載人深空飛行組合體等。
這類航天器的共同特點是具有超大型結(jié)構(gòu), 例如空間太陽能電站的尺寸達到幾公里到十公里量級, 質(zhì)量達到幾百噸、慣量達到 108Kg m2 量級。這類航天器無法一次發(fā)射入軌, 必須通過多次在軌組裝才能形成完整構(gòu)型,。
近日，國家自然科學(xué)基金委員會關(guān)于發(fā)布了“十四五”第一批重大項目指南，其中就包括“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動力學(xué)與控制”。
該項目指南中提到，尺寸達千米量級的超大型航天器是未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住的重大戰(zhàn)略性航天裝備，我們將通過結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計、多次發(fā)射和空間組裝的方式進行建造尺寸達千米量級的超大型航天器，并解決極其復(fù)雜的耦合動力學(xué)問題。
IT之家了解到，這一消息發(fā)布后，網(wǎng)友們紛紛表示好奇，甚至有人說：我們終于要開始造殲星艦了嗎？
當(dāng)然，這只是個玩笑，預(yù)計超大規(guī)模的航天器將作為軌道空間站的延申使用，類似于太空中的航天基地，將用于未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住。而且這一項目應(yīng)該是“預(yù)研”，更多的是針對理論計算，真正想要造出來可能仍需要極其漫長的時間。
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數(shù)學(xué)理科部 指南 第一項
“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動力學(xué)與控制”重大項目指南
尺寸達千米量級的超大型航天器是未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住的重大戰(zhàn)略性航天裝備。超大型航天器結(jié)構(gòu)重量和尺寸巨大，無法通過單次火箭發(fā)射和入軌展開方式構(gòu)建，需通過結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計、多次發(fā)射和空間組裝的方式進行建造；其次，超大型航天結(jié)構(gòu)組裝過程中，結(jié)構(gòu)的超大尺度效應(yīng)和構(gòu)型變化效應(yīng)與空間環(huán)境效應(yīng)作用相耦合，將帶來極其復(fù)雜的耦合動力學(xué)現(xiàn)象。這對超大型航天器的動力學(xué)設(shè)計提出了兩方面的要求：一是結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，以最大程度減少發(fā)射次數(shù)，降低建設(shè)成本；二是結(jié)構(gòu)的可控性設(shè)計，以有效抑制組裝過程中組合體軌道與姿態(tài)漂移、控制結(jié)構(gòu)變形與振動。
瞄準(zhǔn)超大型航天結(jié)構(gòu)在軌組裝建造的迫切需求，將航天動力學(xué)的三大研究對象“軌道”、“姿態(tài)”和“結(jié)構(gòu)”進一步融合，并與“控制”學(xué)科深度交叉，推動航天器耦合動力學(xué)與控制研究方向的發(fā)展，為超大型空間基礎(chǔ)設(shè)施的建造奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
一、科學(xué)目標(biāo)
瞄準(zhǔn)超大型航天結(jié)構(gòu)的減重設(shè)計和空間組裝需求，提出滿足在軌動力學(xué)要求的組裝結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計新理論；建立空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)”耦合動力學(xué)新模型，揭示空間組裝過程的耦合動力學(xué)演化新規(guī)律；提出空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)”一體化穩(wěn)定控制新理論；探索解決超大型航天結(jié)構(gòu)動力學(xué)試驗“天地一致性”問題的新方案。
二、研究內(nèi)容
（一）超大型航天結(jié)構(gòu)的輕量化和可控性設(shè)計。
提出新的超大型航天結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方案、發(fā)展?jié)M足超大型航天結(jié)構(gòu)在軌動力學(xué)特性要求的新型組裝模塊、建立組裝模塊結(jié)構(gòu)的可控性設(shè)計方法，實現(xiàn)超大型航天結(jié)構(gòu)的大幅減重和結(jié)構(gòu)-控制一體化。
（二）超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝過程的動力學(xué)演化。
發(fā)展超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝的“軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)”耦合動力學(xué)建模方法；針對組裝過程中的接觸碰撞、變形振動、非保守力等問題，提出既能保持系統(tǒng)物理特性，又高效穩(wěn)定的數(shù)值方法；揭示空間環(huán)境中超大型航天結(jié)構(gòu)組裝過程的動力學(xué)行為及演化規(guī)律。
（三）空間組裝過程軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)一體化穩(wěn)定控制。
提出多約束條件下超大型航天結(jié)構(gòu)“軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)”控制執(zhí)行機構(gòu)的配置方法；結(jié)合軌道和姿態(tài)控制要求，以及組裝過程結(jié)構(gòu)拓撲變化、變形和振動特性，發(fā)展空間組裝過程的“軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)”一體化穩(wěn)定控制方法。
（四）空間組裝過程動力學(xué)與控制的地面模擬試驗。
開展新型組裝模塊的動力學(xué)試驗、組裝過程的動力學(xué)響應(yīng)與驗證試驗以及穩(wěn)定控制試驗；以地面試驗中航天器動力學(xué)響應(yīng)與其在軌響應(yīng)一致為目標(biāo)，提出面向超大型航天結(jié)構(gòu)的高可信、高精度地面動力學(xué)模擬試驗方法。
三、申請要求
申請書的附注說明選擇“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動力學(xué)與控制”。
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