基于变胞理论的大型桁架在轨建造技术

曹国强，许媛娟，叶长龙，丁 健

(沈阳航空航天大学 机电工程学院,沈阳 110136)

桁架具有跨度大、重量轻、刚性好的特点，被广泛应用于空间大型系统的基本结构中。例如，国际空间站采用桁架作骨架挂接舱段等其它设备，大型空间抛物面天线、巨型太阳帆板利用桁架作为支撑等[1-2]。近年来，随着获取更高、更优质的空间资源需求的不断提高，空间系统设备结构也需要大型化。对桁架的需求将会是百米级甚至是千米级大型或超大型的空间桁架。并且所需桁下建造百米级以上桁架，意味着折展机构中关节数量的增加以及复杂度的提高，随之带来的是精度与可靠性的降低，并且桁架在展开后的结构尺寸无法进一步升级拓展。

为了解决桁架尺寸受限于运载空间的难题，“在轨建造”的设想开始形成。广义的“在轨建造”是指人类在地外空间通过人或自主进行的各种加工、建造等行为[3]。目前在轨建造的主要实现方式为等材制造和增材制造，主要实现包括空间焊接、空间3D打印、在轨检测技术等。

在轨建造是实现空间大型设备构建的有效方法之一[4-6]。不同于折展式桁架结构，在轨建造技术通过单独发射素材包，并在太空完成整体桁架的构建，因此桁架总体质量、尺寸不受运载空间的限制。除此之外，在轨建造技术还应用于航天器维修、急需零件制造、空间资源回收再利用等方面[7]，可以有效地提高空间活动的响应速度，降低空间活动成本以及延长空间设备的使用寿命。……