航天器结构与机构大作业

宇宙飞船的结构与功能宇宙飞船，听起来就酷炫，小时候我特别迷恋，总想象自己开着它在银河系里飙车。

记得有一次，我爸带我去科技馆，那儿有个宇宙飞船的模型，做得特别逼真，我当时就傻眼了。

不是那种简易的模型，而是内部结构都清晰可见的那种，简直把我的好奇心炸开了锅。

现在想想，那模型真是帮我上了一堂生动的宇宙飞船结构课。

首先，最显眼的就是船体了。

那模型的船体是用各种金属材料制成的，像个巨大的蛋壳，光滑又坚固。

我琢磨着，这玩意儿肯定得抗得住宇宙射线、陨石撞击什么的，不然飞到一半散架了，那可就乐子大了。

而且船体可不是简单的壳子，它还分好几层，就像洋葱一样，外层保护内层，一层层防护措施，保证宇航员的安全。

我当时还用手去摸了一下模型的船体，冰冰凉凉的，感觉很结实，绝对不是塑料能比的。

后来我查资料才了解，这船体设计，得考虑空气密封性、温度控制等等一系列问题，简直比盖房子复杂多了。

然后是内部结构，那科技馆的模型里面，各种管线、设备看得人眼花缭乱。

我记得最清晰的是生命支持系统那一块，模型里模拟着氧气循环、废物处理等等，跟我想象中的科幻电影场景差不多。

不过更让我惊讶的是，这些设备的体积比我想象的小得多，非常精巧，但功能却异常强大。

我记得我当时还指着一个模型上的小装置问我爸：“爸，这是什么？”我爸当时也一脸懵，因为他也不懂，后来经过翻阅说明才明白，那是一个微型水循环系统，可以回收宇航员的废水，再净化成饮用水，简直是神来之笔。

想当年，我可是特别不爱喝水，但想想在宇宙飞船上，连喝水都得靠回收，瞬间觉得喝水是多么幸福的事儿！这让我对宇宙飞船的精巧设计，充满了敬佩之情。

再来说说推进系统。

这部分在模型上展现得不太明显，但说明牌上有详细介绍。

模型上画着巨大的火箭发动机，以及各种燃料储备仓。

那玩意儿的推力得有多大，才能把这么重的飞船送上太空啊！想想宇宙飞船要克服地球的引力，飞出大气层，那需要的能量简直无法想象。

想想那强大的推动力，真是让人热血沸腾。

航天器综合测试作业1.卫星系统组成：结构与机构、电源与配电、测控（通信）、数管（综合电子）、姿态与轨道控制、热控、总体电路、有效载荷2.测试分类：（1）按研究阶段分类方案原理性验证、模样测试、正样测试、飞行试验。

根据实际情况还可能增加应用阶段的飞行试验、飞行前检验（2）按系统规模分类元器件级测试、设备级测试、分系统级测试、整星测试3.测试系统组成：计算机、测量、激励、匹配转换器、被测设备4.测试系统发展趋势：（1）50年代非电量转换为电量测量（2）60年代电子测量替代机械开关测量（3）70年代计算机辅助测量（4）80年代微处理器自动测量（5）90年代分布式测量（6）00年代网络测量（7）10年代智能测量、嵌入式测量最终测试目标将是全自主、嵌入式、智能测试、免测试（省去人工干预）5.根据测试项目设计测试方法（1）蓄电池充放电功能测试方法：首先对充电控制器设定一条充电控制曲线（V-T曲线），然后使SAS通过星上充电控制器对电池充电，并监测充电电流及充电控制器的充电状态，当充电控制器结束对蓄电池的充电后，按照上述方法计算并判断电池的充电量是否已达到电池的额定容量。

（2）蓄电池放电功能测试方法采用模拟负载或卫星其他分系统作为负载，使用蓄电池供电，将蓄电池充满，观测放电过程，同时避免过放电。

6.蓄电池过充过放的危害（1）蓄电池过充电的危害蓄电池充电电流大于蓄电池可接受电流时会过充电，产生电解水的副反应，发生热量，使电池温度不正常升高，若不加以控制，会造成大量失水、电容量下降、变形等故障。

（2）蓄电池过放电的危害蓄电池放电到标准终止电压的时候内阻会变大，电池电解液浓度会变得非常稀薄，进而严重损害蓄电池的电气性能及循环使用寿命。

7.电源系统测试应注意的问题（1）太阳电池阵模拟器：模拟太阳阵输出电功率，作为电源使用由计算机程控，模拟卫星进出阴影状态，设置试验状态（2）星表插头：连接太阳阵模拟器到卫星，供电通道，检测火工品状态，火工品保险控制，蓄电池充电、状态监测（3）脱落插头：卫星供电线，设备开关控制线，火工品状态监视线（4）控制台：显示母线电压，负载电流，开关状态，手动控制（5）火工品电路：直接由蓄电池组供电，保证火工品大电流放电的需要；压紧行程开关保护，在星箭分离前处于断开状态，避免干扰及误指令；火工品加电/断电开关，磁保持继电器控制，火工品工作前接通，火工品动作执行后断开；火工品启动开关，非磁保持继电器控制，指令指令期间处于接通状态；回路保护插头，保护装置，卫星对运载对接后接通；静电泄漏保护电阻，为火工品提供静电泄漏通路，避免静电干扰引起误爆。

航天概论大作业航天技术概论大作业第二章1.大气层分几层？各层有什么特点？答：大气层共有对流层，平流层，中间层，热层和散逸层5个层次。

（1）对流层主要特点：气温随高度升高而降低；风向、风速经常变化；空气上下对流剧烈；有云、雨、雾、雪等天气现象。

（2）平流层主要特点：空气沿铅垂方向的运动较弱，因而气流比较平稳，能见度较好。

（3）中间层主要特点：气温随高度升高而下降，且空气有相当强烈的铅垂方向的运动。

（4）热层主要特点：空气密度极小，温度随高度增高儿上升。

（5）散逸层主要特点：空气极其稀薄，大气分子不断向星际空间逃逸。

2.什么是国际标准大气？答：国际标准大气是由国际性组织（如国际民用航空组织、国际标准化组织）颁布的一种“模式大气”，它依据实测资料，用简化方程近似地表示大气温度、密度和压强等参数的平均铅垂分布，并排列成表，形成国际标准大气表。

3.大气的状态参数有哪些？答：大气的状态参数是指它的压强P 、温度T 、密度ρ这三个参数。

对一定数量的气体，这三个参数就可以决定它的状态。

它们之间的关系，可用气体状态方程表示，如下RT ρ=P4.什么是大气的粘性？答：大气的粘性是空气在流动过程中表现出的一种性质，主要是由于气体分子作不规则运动的结果。

5.何谓声速与马赫？答：声速是指声波在物体中传播的速度。

空气被压缩的程度与声速成反比，与飞机飞行速度成正比，要衡量空气被压缩程度的大小，就用马赫Ma 来表示，av M a =。

6.什么是飞行相对原理？答：在实验研究和理论分析中，往往采用让飞机静止不动，而空气以相同的速度沿相反的方向流过飞机表面，此时在飞机上产生的空气动力效果与飞机以同样的速度在空气中飞行所产生的空气动力效果完全一样，这就是飞行“相对运动原理”。

8.低速气流和超声速气流的流动特点有何不同？答：低速气流在流动的过程中，其密度变化不大，可认为是不可压缩的，即密度ρ是常数；超声速气流在流动中，空气密度急剧变化引起空气动力发生很大变化，随着流速增大，管道截面面积必然增大。

㊀第３１卷㊀第６期２０２２年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀㊀㊀㊀１１７我国载人航天器结构与机构系统设计与优化陈同祥㊀施丽铭㊀张琳㊀刘峰㊀臧晓云㊀常洁㊀马凯㊀梁东平㊀孙维石文静㊀夏祥东㊀王波㊀王宁㊀罗毅欣㊀周志勇(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀１０００９４)收稿日期:２０２２Ｇ１１Ｇ２０;修回日期:２０２２Ｇ１２Ｇ１０基金项目:中国载人航天工程作者简介:陈同祥,女,研究员,从事载人航天器研制工作,历任神舟飞船㊁天宫一号结构与机构分系统主任设计师㊁ ９２１项目 技术负责人㊁结构与机构专业总师.E m a i l :k ００６０７８＠１６３．c o m .摘㊀要㊀介绍了我国载人航天３０年发展历程中,载人航天器结构与机构系统设计与发展历程.在载人航天工程第一步,设计了神舟飞船结构与机构系统并随着工程的进展不断优化提升;在载人航天工程第二步,研发了天宫目标飞行器和空间实验室㊁天舟货运飞船结构与机构平台,为空间站研制奠定了技术基础;在载人航天工程第三步,研制了空间站天和核心舱㊁问天实验舱I ㊁梦天实验舱I I 结构与机构系统.通过五大结构与机构系统的研制,突破了载人大型密封舱结构设计与长寿命技术㊁再入防热技术㊁舱段连接分离技术㊁密封舱门与健康检测等技术,为保证航天员安全和型号成功做出了重要贡献,结构与机构技术取得了一个又一个飞跃发展.关键词㊀中国载人航天工程;结构与机构系统;神舟飞船;天宫目标飞行器;天舟货运飞船;空间站中图分类号:V ４１４㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ０１５S t r u c t u r e a n dM e c h a n i s mS y s t e m D e s i g na n dO pt i m i z a t i o no f C h i n aM a n n e dS pa c e c r a f t C H E N T o n g x i a n g ㊀S H IL i m i n g ㊀Z H A N GL i n ㊀L I U F e n g ㊀Z A N G X i a o y u n C H A N GJ i e ㊀MA K a i ㊀L I A N G D o n g p i n g ㊀S U N W e i ㊀S H IW e n j i n gX I A X i a n g d o n g ㊀WA N GB o ㊀WA N G N i n g ㊀L U O Y i x i n ㊀Z HO UZ h i y o n g(B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e s i g n a n dd e v e l o p m e n t o f t h e s t r u c t u r e a n dm e c h a n i s ms ys Ｇt e mo fm a n n e d s p a c e c r a f t i n t h e t h i r t yy e a r s o f t h e d e v e l o p m e n t o fm a n n e d s p a c e f l i gh t i nC h i n a ．I n t h e f i r s t p h a s e o f t h em a n n e d s p a c e c r a f t p r o g r a m ,t h e s t r u c t u r e a n dm e c h a n i s ms y s t e mo f t h e S h e n z h o u s p a c e c r a f t a r e d e s i g n e da n dc o n t i n u o u s l y o p t i m i z e da n d i m p r o v e dw i t ht h e p r o g r e s so f t h e p r o g r a m．I n t h e s e c o n d p h a s e o f t h em a n n e d s p a c e c r a f t p r o g r a m ,t h eT i a n g o n g t a r g e t s p a c e Ｇc r a f t a n d s p a c e l a b o r a t o r y ,a n d t h eT i a n z h o u c a r g o s p a c e c r a f t s t r u c t u r e a n d i n s t i t u t i o n a l p l a t f o r m a r ed e v e l o p e d ,l a y i n g a t e c h n i c a l f o u n d a t i o n f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s p a c e s t a t i o n ．I n t h e t h i r d p h a s e o f t h e m a n n e ds p a c e c r a f t p r o g r a m ,t h es t r u c t u r ea n d m e c h a n i s m s ys t e m so f t h eT i a n h e c o r em o d u l e ,t h eW e n t i a n e x p e r i m e n t a lm o d u l e I a n d t h eM e n g t i a n e x p e r i m e n t a lm o d u l e I I o f t h e s p a c e s t a t i o na r ed e v e l o p e d ．T h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to f f i v e m a j o rs t r u c t u r e sa n d m e c h a n i s m s y s t e m s ,t h eb r e a k t h r o u g h s h a v eb e e n m a d e i nt h es t r u c t u r a l d e s i g na n d l o n g Ｇl i f e t e c h n o l o g y o f m a n n e d l a r g e s e a l e d c a b i n ,r e Ｇe n t r y h e a t p r o t e c t i o n t e c h n o l o g y ,s e g m e n t c o n n e c t i o na n ds e pa r a Ｇt i o n t e c h n o l o g y,s e a l e d c a b i n d o o r a n d h e a l t h d e t e c t i o n t e c h n o l o g y,a n dm a d e i m p o r t a n t c o n t r i b uＧt i o n s t o e n s u r e t h e s a f e t y o f a s t r o n a u t s a n d t h e s u c c e s s o fm o d e l s．T h e s t r u c t u r e a n dm e c h a n i s m t e c h n o l o g y h a sm a d e l e a p s a n db o u n d s．K e y w o r d s:C h i n a M a n n e dS p a c eP r o g r a m;s t r u c t u r ea n d m e c h a n i s m s y s t e m;S h e n z h o us p a c eＧc r a f t;T i a n g o n g t a r g e t s p a c e c r a f t;T i a n z h o u c a r g o s p a c e c r a f t;s p a c e s t a t i o n㊀㊀结构与机构系统是载人航天器关键分系统之一,实现总体构型,为航天员提供生命安全保障,为其它各系统提供支撑.在 第一步 神舟飞船研制中,研发了蒙皮加筋焊接的返回舱结构㊁轨道舱结构和舱门,突破了以H８８/H９６为主材的低密度防热结构技术和耐１０００ħ以上高温的舷窗密封结构技术,开发了以火工锁I㊁火工锁I I㊁抛底锁㊁非电传爆装置为代表的舱段连接分离技术;研发了航天员座椅和座椅缓冲系统.在 第二步 交会对接与在轨补加技术验证阶段,突破了以天宫一号目标飞行器为代表的整体壁板密封舱结构设计与制造技术㊁长寿命低漏率密封技术和以天舟一号为代表的轻量化标准货架结构技术,研制了带舷窗的对接舱门,这些技术全面应用于后续空间站结构与机构系统研制中.在 第三步 空间站建造阶段,研制了承载２３t㊁寿命要求１５年以上的天和核心舱㊁问天实验舱I㊁梦天实验舱I I三大结构与机构系统,进一步识别了密封舱长寿命的影响因素,掌握了密封舱长寿命机理㊁设计及验证技术,开发了填充式空间碎片防护结构和密封舱在轨健康监测系统,根据任务需要研发了１m 通径的出舱舱门和１ ３mˑ１ ３m通径的手动方舱门和电动方舱门,研发了小型停泊机构和可展开货物气闸舱结构,以保证空间站长期在轨开展科学试验和运营维护.从８ ５t载人飞船到１３ ５t货运飞船,再到２３t空间站的３个飞行器,结构分析与优化技术㊁大型舱段力学特性验证技术得到突破性发展.从神舟飞船阶段的二维C A D模型到空间站阶段全面三维C A D/C A E/C AM协同设计制造,设计手段在不断提升.载人航天３０年结构与机构分系统为型号做出了重要贡献,结构与机构技术取得了一个又一个飞跃发展[１].１㊀神舟飞船结构与机构系统１ １㊀系统设计与飞行验证１９９２年底,启动神舟飞船的论证与研制.系统总体通过多轮论证,神舟飞船采用轨道舱在前㊁返回舱居中㊁推进舱在后总高８m的三舱构型,飞船总质量８吨级.神舟一号结构与机构组成如图１所示,为了完成总体任务与功能要求,飞船主体结构由推进舱结构㊁返回舱结构㊁轨道舱结构和附加段结构组成.返回舱与轨道舱结构为密封舱结构,提供航天员生活与工作的密封环境,承受各种力学载荷,返回舱外层为防热结构,承受再入时的气动热与气动力载荷,附加段与推进舱结构为非密封承力结构.配置轨道舱与返回舱之间㊁返回舱与推进舱之间舱段连接㊁解锁机构实现舱段连接与在轨分离,设置返回舱舱门㊁轨道舱侧舱门实现航天员进出神舟飞船.为航天员配置了适合生理承载特点的座椅和座椅缓冲器.图１㊀神舟一号结构与机构系统组成F i g １㊀S t r u c t u r e a n dm e c h a n i s ms y s t e mc o m p o s i t i o no f S h e n z h o uＧ１神舟飞船结构与机构系统是系统最复杂㊁功能要求多㊁可靠性和安全性要求最高的分系统之一,舱体密封㊁再入防热㊁舱段连接分离的可靠性直接关系到航天员的安全.通过初样设计和研制,１９９９年１１月,神舟一号飞船发射并成功返回,验证了结构力学特性㊁突破了返回舱再入防热技术和舱段连接分离技术.在此后的三艘无人飞船研制中,进一步完善与载人安全相关的设计并配置不同的附加段结构,神舟三号改进了抛底锁设计,从神舟四号起配套通气阀和舱门快速检漏仪.２００３年神舟五号实现我国首次载人飞行取得圆满成功.神舟六号,航天员在轨打开返回舱舱门,进入轨道舱,实现了舱门在轨 打得开㊁关得上㊁检漏通得过 的验证.从神舟七号开始,轨道舱侧舱门改为通径８５０mm的出舱舱门,实现了中国航天员首次出舱.神舟八号载人二期工８１１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀程开始,增加轨道舱前舱门,结构进行了进一步减重优化设计,神舟飞船结构与机构系统作为空间站建造和运营阶段载人运输飞船的状态基本定型.１ ２㊀神舟飞船结构与机构系统取得的技术成就１ ２ １㊀突破返回舱再入防热技术再入防热技术是神舟飞船首要突破的关键技术之一.通过攻关研究,采用了低密度烧蚀材料为主的防热结构设计方案,将返回舱侧壁防热结构设计成等厚度㊁变密度的形式,即背风面的H８８材料密度比迎风面的H９６还要低,这样,既保证了返回舱的气动外形又满足了不同部位不同热流密度的需要,还实现了进一步减重.在热流密度最大的防热大底处,则全部采用迎风面材料密度,在法兰与端框边缘采用中等密度的M D２材料.研制阶段,通过多次试验和工艺攻关,解决了返回舱侧壁壳体结构轮廓度㊁材料匹配㊁胶接强度等一系列难题.返回舱上配置的两个舷窗采用双密封圈㊁双层钢化玻璃加一层耐１０００ħ以上高温的石英玻璃设计,研制了多种防污染涂层,通过地面和飞行试验优选其中一种,确保着陆冷却过程中将烧蚀污染物脱落,保证航天员返回地面后的观察需要.在不能进行整舱烧蚀试验的条件下,通过对伞舱盖㊁俯仰发动进舱盖㊁防热大底钛管㊁舷窗等热流密度大㊁形状特殊的局部结构进行烧蚀试验,获得试验数据并修正分析模型,摸索出一套适合我国国情的防热结构研制方法.１９９９年１１月神舟一号飞行试验的成功,全面验证了以低密度材料为主的返回舱防热结构设计.通过神舟二号到神舟七号的飞行试验,对烧蚀结果和防热结构内部测温数据分析再加上局部试验,从神舟八号开始,进一步优化了原有迎风面和背风面的分界线,H８８低密度材料胶接区域两侧分别增加了３０ʎ.图２为再入烧蚀后的返回舱.图２㊀再入烧蚀后的返回舱外观F i g ２㊀A p p e a r a n c e o f r e e n t r y m o d u l e a f t e r a b l a t i o n经过神舟一号到神舟十四号的飞行,返回舱低密度防热结构㊁舷窗结构等经历了在轨一周㊁一个月㊁三个月和六个月的飞行考核,防热结构性能㊁与金属壳体结构之间的材料匹配性㊁工艺匹配性和工艺过程控制日益成熟,为确保航天员安全起到了至关重要的作用[２Ｇ３].１ ２ ２㊀研制成功适应载人航天要求的结构密封系统轨道舱与返回舱结构的密封性是５个影响宇航员生命安全的首要因素.两舱结构采用了蒙皮加筋焊接结构.轨道舱㊁返回舱舱体的密封面长达７０多米,共２００多处密封接口,比联盟号飞船密封接口多;返回舱上２０多个大开孔,其数量也超过联盟号.对于返回前需要分离的密封面,如轨道舱与返回舱之间㊁伞舱盖与伞舱体之间,从保证密封性能和连接刚度来说,连接的火工机构数量应多一些,而为了保证分离可靠,连接的火工机构则数量应少一些.返回舱上的舷窗㊁光学窗口,则要解决热密封耦合问题.在研制中,对密封压缩率参数的选取㊁密封压紧力的合理分配等方面进行了深入的探索.在密封材料的选择方面进行了大量的试验.通过筛选,选定了适应环境温度为－６０~＋２００ħ,其真空挥发物㊁可凝物指标和无毒性要求达到国际标准㊁满足载人航天安全性要求的密封材料体系.对密封件的加工积累了经验,研制成功直径小至８mm㊁大到２ ３m 共４０多种规格的密封件.返回舱上最大的密封圈直径近２ ３m,是当时国内航天器结构中直径最大的密封圈.神舟飞船结构密封设计中大部分密封接口采用 O 形圈,而在直径较大的部位选用矩形圈.对舱门这种经常开关的密封环节,则采用双道 蕾形 密封圈,保证密封的可靠性.对舱体上２００多处结构密封面,大部分采取了整舱组合加工的方法,以确保密封面的精度;对全船８０多米长的结构焊缝,则采用严格的 双百 检验措施以保证质量.通过各种地面试验多次检测和多次飞行试验验证,神舟飞船结构舱体密封指标优于设计指标５倍以上.１ ２ ３㊀研制成功满足人机工效学要求的密封舱门神舟一号起配置通径６５０mm返回舱舱门和通径７５０mm的轨道舱侧舱门,在神舟七号阶段,轨道舱侧舱门改为８５０mm通径的出舱舱门并沿用至 三期工程 .这３种舱门采用中心开关施力㊁周边压紧的机构形式.舱门是航天员直接操作的机构,其设计需考虑人机功效特点,能从舱内外方便地开９１１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈同祥等:我国载人航天器结构与机构系统设计与优化关,并要求开关力小㊁开关时间短,还需承受地面反复开启㊁关闭的操作,舱门又是舱体的重要动密封部位,航天员一旦进入飞船,舱门是最后一道密封环节,其密封的好坏直接关系到航天员的安全.舱门采用传动机构用来实现内外开关及与舱体间的密封,采用了较高的齿轮传动比使开关操作力减小.为确保舱门密封可靠,舱门主轴与主轴安装座之间设三道密封圈,研制中解决了门轴转动密封压缩率与开关力之间的矛盾.门体与舱体之间设双道 蕾形 密封圈,确保密封可靠.设有防误操作的提手和锁定机构,确保航天员操作的安全性.从神舟四号开始,设计了舱门快速检漏仪,使地面工作人员和航天员在舱门关闭后,能在１０m i n之内确认舱门关闭后的密封性,在返回舱舱门上设置了压力平衡阀,通过航天员手动控制可以实现两舱之间的压力平衡,方便舱门打开.１ ２ ４㊀高可靠舱段连接分离技术１)返回舱与轨道舱之间的连接与分离返回舱与轨道舱之间的连接机构需承受发射时特别是逃逸时的巨大载荷,保证连接强度与整船刚度㊁保证两舱之间的密封和解锁可靠性㊁同步性.通过权衡分析各种约束条件,选择设置１２把火工锁Ⅰ实现连接强度刚度和密封压紧力,设置４个火工分离推杆提供合适的分离速度.为了提高分离可靠性,火工锁I采用了钝感型双点火器及双执行机构设计,分离推杆也采用双点火器设计,在对接面上设置的电路㊁气路和液路断接器按对称原则布置,实现分离阻力的均匀性,研制了２路非电传爆装置实现１２个火工机构锁Ⅰ的同时起爆和４个火工分离推杆的延时引爆,大大提高了舱段解锁㊁分离的可靠性,降低了对火工品电源瞬时电流的要求.２)返回舱与推进舱连接与分离返回舱与推进舱之间设置５个火工锁I I实现连接与解锁.火工锁I I的布置与返回舱侧壁５根桁条位置对应,实现传力路径的连续性,火工锁Ⅱ一端与防热大底上预埋的５个钛管相连,另一端与推进舱上端框相连,弹簧分离推杆固定在推进舱上端框.从防热设计考虑,舱段分离后,钛管及火工锁I I 留在钛管内的部分属于突起物,必须在返回舱再入初期快速烧掉避免灾难性后果,而钛管的壁厚㊁火工锁I I的壁厚是保证连接强度㊁整船刚度的关键尺寸.为此,火工锁I I采用沟槽式双爆炸螺栓结构提高解锁可靠性,主承力件采用了高强高韧T M２１０A 合金钢,保证单锁的承载能力在１２０k N左右.采用５个组合式弹簧分离推杆实现分离,其中I象限处弹簧力小于另外４处以适用返回舱质心偏移确保分离时的平稳性.同样为了避免在热流密度最大的防热大底上开孔,返回舱与推进舱之间的电㊁气㊁液路连接与分离采用了在返回舱背风面I象限下方设置分离密封板组件.在设计时除解决连接㊁分离可靠性之外,还解决了再入防热㊁密封以及摆杆机构反弹的问题.３)防热大底的连接分离设计５个集连接㊁解锁㊁分离于一体的抛底火工锁,保证返回舱与推进舱之间传力路线的连续性.抛底火工锁采用双点火器单执行机构设计,点火器位于返回舱内部,神舟一号飞行试验验证了分离机构设计正确性,神舟三号暴露舱内一氧化碳超标后,抛底锁改用了密封性更好的F S J２Ｇ１３E点火器,并增加了有害气体排放槽.４)舱段连接分离可靠性验证在初样研制阶段,首先对各火工机构的装药量进行了大量的试验,然后进行单机的各种性能试验,设计了模拟舱段进行接口匹配和分离同步性等验证,再用结构I I开展真实舱体地面分离试验.在神舟五号载人飞行前,通过单边点火等加严方式完成了所有火工锁的可靠性试验,确保分离可靠性满足０ ９９９９以上.到目前为止,神舟飞船已经完成１４次飞行验证,火工锁类关键产品的关键特性识别㊁全链条过程管控日趋规范,舱段连接分离的可靠性在不断提高.１ ２ ５㊀突破座椅㊁座椅缓冲器着陆缓冲技术神舟飞船的着陆缓冲功能由结构与机构系统的密封大底㊁座椅缓冲器㊁座椅与束缚装置以及航天员系统的赋形垫实现.着陆前座椅缓冲器提升到一定高度,着陆时冲击能量通过密封大底的塑性变形降低到一定程度,传递到座椅缓冲器,座椅缓冲器向下运动,内部的缓冲元件工作,吸收纵向能量,赋形垫实现横向缓冲,保证航天员在硬着陆时的安全,如图３所示.座椅结构采用人体屈膝半躺式赋形设计,通过头靠部件支撑航天员头部,通过椅背㊁椅盆支撑航天员背部和臀部,腿部弯曲蹬在脚踏板上,配置一套能固定肩部㊁腰部和腿部的束缚安全带帮助航天员承受过载.座椅头靠㊁椅背㊁椅盆采用特制７４７５材料高温超塑成型,由于人机功效要求,三个部件形状复杂,在１９９６年首次采用三维设计㊁无纸化下厂.座椅缓冲器的缓冲能力是设计的难点和要点,对两种缓冲吸能原理的产品进行了深入的研究,一种是利０２１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀用金属切削吸收冲击能量,简称 拉刀式 ;另一种是利用金属材料的塑性变形和摩擦来吸收能量,简称胀环式 .通过大量的对比试验与分析,发现 胀环式 座椅缓冲器缓冲性能稳定,对加工㊁装配精度要求不高,并且对横向冲击不敏感,缓冲能力具有很好的可设计性.通过分系统人椅系统试验和总体组织的多架次返回舱硬着陆试验,充分验证了作为安全性备份手段的着陆缓冲系统性能,从神舟五号开始使用 胀环式 座椅缓冲器.从神舟七号开始,改用气体提升代替原来的火工品提升座椅缓冲器,进一步提高了系统的安全性.图３㊀座椅与座椅缓冲器示意图F i g３㊀S k e t c ho f s e a t a n d s e a t b u f f e r ２㊀天宫一号结构与机构系统２ １㊀系统设计与飞行验证２００２年７月,启动载人航天第二步工程论证,研制天宫一号目标飞行器和改进型神舟飞船,突破交会对接等载人航天关键技术,另一个重要目标是为未来空间站奠定技术基础.２００４年底,总体经过多方论证,确定了目标飞行器采用实验舱和资源舱组成的两舱构型,如图４所示,总高９ ６m ,发射质量８ ５t ,在轨寿命大于３年,密封舱漏率要求从飞船的１k g /d 降低为０ １k g /d ~０ ２k g/d .天宫一号结构与机构系统配置密封实验舱结构㊁对接舱门及舱门检漏仪㊁非密封的资源舱结构,两舱之间采用螺接方案.资源舱结构继承了神舟八号铆接结构方案,采用５A ９０蒙皮桁条与２A １４端框㊁中间框铆接而成.实验舱为我国首个长寿命载人密封舱,是继续采用神舟飞船成熟的蒙皮加筋点焊结构还是采用国际先进的整体壁板结构存在较大争议疑问.前一种设计㊁工艺方法成熟,并经过多次飞行试验考核,但此种结构形式由于加强筋的刚度远大于蒙皮的刚度,在焊点处不可避免产生装配应力集中,对于长期在轨运行的载人密封舱,焊点处的应力腐蚀和结构的疲劳问题不容忽视.另外点焊加筋结构零件多㊁焊点多,又无法实施自动焊导致生产制造周期长.整体壁板式结构采用厚板材一体化加工形成,网格加筋设置在舱壁外面,舱体由若干段环焊而成,每一段仅由几个板块对焊.此种结构形式由于最大限度地减少了焊缝同时没有点焊的隐患,密封可靠性大大提高,而我国未来空间站的寿命要求更长,点焊结构更不可取,但是,国内航天器还没有采用整体壁板结构的先例.长寿命㊁低漏率密封技术是天宫一号５项关键技术之一,由于飞行时间增加到３年,系统泄漏量要求越小越好,总体要求小于０ ２０k g /d .此指标比神舟飞船的密封指标要高得多,这也是为未来空间站打基础的技术之一.经过模样攻关和初样研制,突破了以上两项关键技术,天宫一号目标飞行器２０１１年９月发射,完成了与神舟八号㊁九号㊁十号载人飞船的交会对接与组合飞行,在轨稳定运行４年多,实验舱壁板结构技术和长寿命㊁低漏率密封关键技术得到充分的验证.图４㊀天宫一号结构组成F i g ４㊀S t r u c t u r e c o m p o s i t i o no fT i a n g o n gＧ１２ ２㊀天宫一号结构与机构系统取得的技术成就２ ２ １㊀突破载人密封舱整体壁板结构设计与制造技术通过研究和分析,识别了全寿命周期的各种约束条件,提出了我国整体壁板载人密封舱结构９条设计准则,除了各种载荷下的强度㊁刚度㊁稳定性㊁精度保持等常规要求以外,新的准则第一是立足于国产原材料的供应能力与性能水平,保证大型壁板和大型框原材料１００％国产化;第二是结构具有抵抗微流星与空间碎片(M /O D )撞击能力,确保密封舱不发生瞬态裂纹扩展.从国产原材料成熟度和大尺寸锻环生产能力来说,５A ０６和２２１９均可选,而１２１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈同祥等:我国载人航天器结构与机构系统设计与优化５A ０６的断裂韧性明显优于２２１９,具有良好的抗裂纹扩张能力;从工艺性比较,５A ０６铝合金成型性能和焊接性能优良,一级焊缝系数优于０ ９,而２２１９只有０ ６~０ ７;从长期在轨的抗应力腐蚀性能来说,５A ０６的防腐蚀性能良好,而２２１９在自然状态下不具备防锈能力,需要在焊接㊁机加后进行表面处理提高抗腐蚀性能.综上所述,确定实验舱整体壁板结构的主体材料优选国产５A ０６铝合金.通过对图５所示４种加强筋形式进行内压强度㊁成型塑性应变㊁残余应力等对比分析,确定在同等质量下正置正交壁板形式更优.通过内压强度㊁发射载荷下的静强度㊁局部稳定性分析,首次开展临界裂纹长度分析与试验,结合M /O D 撞击下的不被击穿的概率要求㊁工艺可实现性研究,设计确定了实验舱壳体正置正交壁板蒙皮厚度δ㊁壁板总厚度H ㊁网格宽度尺寸b ˑb ㊁网格筋宽度c 以及各种过渡圆角设计参数(R a 为网络筋圆角)[４],整舱设置三个中间框和两个连接框,安装内部结构与设备,如图６所示,对质量占比大的连接框和中间框,首次建立了截面优化轴对称分析模型,采用弹塑性分析理论对各框的每一个尺寸进行了优化.为了提高抵抗M /O D 撞击能力,首次在实验舱外壁设计了单板防护结构,开展仿真分析与打靶试验,确保密封舱的安全性.图５㊀四种壁板加强筋形式F i g ５㊀F o u r t y pe s o fw a l l p a n e l s t if f e n e rs 图６㊀天宫一号实验舱壁板结构F i g ６㊀W a l l p a n e l s t r u c t u r e o fT i a n g o n gＧ１l a bm o d u l e ㊀㊀研制过程中,突破了壁板高速铣加工技术和无应力装夹技术,大大提高了壁板零件的制造精度和效率,解决了网格壁板滚弯成型过程中变形与残余应力消除等难题,研发了变极性等离子弧焊接(V P P A W )技术工艺方案,确保了所有对接焊缝零缺陷,为密封舱结构的长寿命奠定了基础.２ ２ ２㊀突破长寿命㊁低漏率密封关键技术经过两年时间的攻关,首次建立了基于变形㊁边界㊁本构关系非线性的各种密封件有限元模型,获取了不同设计状态下密封接触应力特性;对神舟飞船２２１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀研发的满足载人安全性㊁空间环境要求的S４２㊁５８８１等密封材料开展老化试验,并通过典型密封结构各种状态下的漏率测试,获得了密封失效判据,制定了长寿命下的低漏率密封结构设计规范.初样阶段２个实验舱的实测漏率远远低于攻关前要求的指标,达到０ ０３k g/d,由此,正样阶段为舱体补气配置的气瓶数量由初样的８个(每个２０k g)减少为３个.经过天宫一号和之后的天宫二号飞行试验,用于舱体补气所用气体非常少,为空间站设计提供了技术基础.２ ２ ３㊀实现实验舱内部结构轻量化天宫一号实验舱后锥段安装重达５００k g的 三合一 光学相机,实验舱内部安装２０００k g左右设备,通过壁板壳体上设置的５个框搭建内部安装结构,２００７年初样阶段,采用了铝合金承力框架梁系结构以便满足热控通风要求,该种结构形式连接环节多,结构超重７００k g,为此,结构与机构系统开展了一轮大规模的优化减重设计,内部梁系结构改为铝蜂窝结构板形式,同时热控通风方案也进行了改进;后锥段相机大梁由铝合金机加梁改成了M５５碳纤维复合材料梁系,内部结构减重７０％,相机大梁结构减轻了６４％,总体还取消了实验舱壁板上８００mmˑ６５０mm的操作口盖来降低总质量.此次减重优化的教训深刻,但由此获得的技术途径全面应用于天舟货运飞船和我国空间站密封舱内部结构设计.３㊀天舟货运飞船结构与机构系统设计２０１０年,启动空间实验室阶段的论证工作,通过发射货运飞船与空间实验室对接,突破在轨补加等关键技术.总体经过多轮论证,确认天宫二号空间实验室利用天宫一号备份器进行了适应性改造;而天舟货运飞船采用天宫一号构型,大大缩短了研制周期㊁降低了研制经费.天舟货运飞船结构与机构系统配置密封货物舱结构㊁对接舱门以及非密封推进舱结构.货物舱壳体结构与密封设计继承天宫一号实验舱,为了发射时安装特殊货物,恢复了实验舱初样设计的８００mmˑ６５０mm的操作口.资源舱结构继续采用铝合金铆接形式.天舟货运飞船需要解决以下难题:第一,整船质量由天宫一号的８ ５t增大到１３ ５t,结构承载能力需大幅提高;第二,每艘货船运送物资重点不同,有的船运推进剂为主㊁配置８个贮箱;有的船运送航天员补给为主,在货物舱装５ ５t货物,有时包括３套航天服,这使得整船质心高度变化大,对整船刚度的影响较大;第三,软货包占整船质量的４０％,其安装固定方式和动力学特性是个全新的课题;第四,推进主模块重达４t以上,其安装与传力对推进舱结构是个难点.通过数十种方案对比分析,将后锥段与推进舱桁条从３２根增加到４８根,并在后锥段外壁设置８组桁条解决整船强度和稳定性问题和试验载荷灵活安装问题;推进舱结构设置上下２个２A１４整体锻造的T形框与推进主模块的上下法兰连接,下T 框直接与运载火箭相连,实现保证传力路径最短和结构质量最低.货物舱内部结构在天宫一号铝蜂窝板结构基础上进行多轮优化设计,进行了货架与软货包几十种状态的振动试验,获得了结构安装软货包的动态特性,为确定货架结构设计和货包的安装方式提供了依据,形成了可以灵活安装２０k g/４０k g/８０k g标准货包的 货架结构 ,在角格区设计了楔形㊁T形货包安装结构.初样阶段对不同运货状态的动力学特性开展深入分析与各种状态的振动试验,获取了整船基频的变化范围.天舟一号于２０１７年４月发射,圆满完成与２０１６年１０月发射的天宫二号的对接与在轨补加任务.在之后空间站组建阶段发射的天舟二号至天舟五号,涵盖了不同的运货装载状态,整船刚度与运载匹配,结构与机构承载能力和适应性强的特点得到很好的考核.根据空间站运营需要,从天舟六号开始,将后锥段铆接结构改为密封壁板结构,可以提供更大的运货空间.４㊀天宫空间站结构与机构系统４ １㊀系统设计与飞行验证２０１０年,在二期工程实施的同时启动了载人三期空间站论证,我国天宫空间站由天和核心舱(简称核心舱)㊁问天实验舱I(简称问天舱)㊁梦天实验舱I (简称梦天舱)依次发射㊁在轨对接组装而成,每个飞行器质量在２３t,在轨寿命１５年以上.首先发射的核心舱是整个空间站的生活控制中心,采用了图７所示结构构型.结构本体总长１５ ５m,舱体最大尺寸４ １m.在节点舱前向及I象限设置２个对接口,用于对接来访飞行器,I I及I V象限设置２个停泊口用于问天舱和梦天舱在轨停靠组装, I I I象限设置出舱口,舱壁安装交会对接设备,舱内安放出舱航天服等.小柱段㊁大柱段及后端通道形３２１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈同祥等:我国载人航天器结构与机构系统设计与优化。

答案说明：由于这次作业大家都完成的很好，这里就直接引用其中一些同学的答案作为参考答案。

1.航天飞行器结构材料的选取有哪些主要考虑因素和要求？（答案来自薛锋丰同学）
2.试述空间环境对航天器结构材料的影响。

（答案来自赵语琦同学）
3.试述航天器结构的蜂窝夹层板组成及其力学特性。

在此力学
特性下，
????
??,,,======yz xz xy c z c y c x G G G E E E （答案来自韩超泓同学）
结构上由面板，芯子，胶黏剂组成。

夹板：采用铝合金等金属材料或者碳钎维、凯芙拉、玻璃布等复合材料；
蜂窝芯：采用铝蜂窝或是芳纶纸蜂窝；
胶黏剂：
面板与蜂窝用： J47D 底胶，J47C 胶膜；
蜂窝芯子用： J47D 发泡胶；
蜂窝芯子与埋件：灌注胶。

力学特性：
（1）面板承受弯矩，应力沿厚度分布；
（2）蜂窝芯承受横向剪切力，剪切变形不可忽略；
（3）芯子具有支持面板，避免失稳作用。

G r G G r G G E r E E E yz xz xy c z c y c x δδδ313103200,,,====
== 4. 为什么航天器蜂窝板设计时必须注意芯格打孔或开槽通气？如何打孔？（答案来自崔书豪同学）
由于空间环境的要求， 真空环境， 为使得蜂窝夹层板与外界的压强平衡， 需要对芯格打孔或开槽通气。

对于高度 h >20mm 蜂窝芯， 每蜂窝包打两个 0.3mm 小孔。

5. 什么情况下蜂窝板中要采用埋件？（答案来自宁蕙同学）
答： 为了避免直接集中力传递， 在蜂窝夹层结构的连接和集中力传递时要采用埋件。

2017年《航天器总体设计》课程作业1.嫦娥三号探测器航天工程系统的组成及各自的任务嫦娥三号探测器由月球软着陆探测器（简称着陆器）和月面巡视探测器（简称巡视器）组成。

（1）探测器系统：主要任务是研制嫦娥三号月球探测器。

嫦娥三号探测器由着陆器和巡视器组成。

着陆月面后，在测控系统和地面应用系统的支持下，探测器携带的有效载荷开展科学探测。

（2）运载火箭系统：主要任务是研制长征三号乙改进型运载火箭，在西昌卫星发射中心，将嫦娥三号探测器直接发射至近地点高度200公里、远地点高度约38万公里的地月转移轨道。

（3）发射场系统：主要任务是由西昌卫星发射中心承担嫦娥三号发射任务。

发射场系统通过适应性改造，具备长征三号乙改进型火箭的测试发射能力。

（4）测控系统：主要任务是对运载火箭、探测器在各个飞行阶段以及探测器在月面工作阶段的测控、轨道测量、月面目标定位以及落月后着陆器和巡视器的控制。

（5）地面应用系统：主要任务是根据科学探测任务，提出有效载荷配置需求；制定科学探测计划和有效载荷的运行计划，监视着陆器和巡视器有效载荷的运行状态，编制有效载荷控制指令和注入数据，完成有效载荷运行管理。

2.我国载人航天工程系统的组成及各自的任务（1）航天员系统：主要任务是选拔、训练航天员，并在载人飞行任务实施过程中，对航天员实施医学监督和医学保障。

研制航天服、船载医监医保设备、个人救生等船载设备。

（2）空间应用系统：主要任务是研制用于空间对地观测和空间科学实验的有效载荷，开展相关研究及应用实验。

（3）载人飞船系统：主要任务是研制“神舟”载人飞船。

“神舟”载人飞船采用轨道舱、返回舱和推进舱组成的三舱方案，额定乘员3人，可自主飞行7天，具有出舱活动和交会对接功能，可与空间实验室和空间站进行对接并停靠飞行半年。

（4）运载火箭系统：主要任务是研制满足载人航天要求的大推力长征二号F型运载火箭，对长征系列运载火箭进行多方面改进设计，控制系统采用冗余技术，增加故障检测、逃逸救生等功能，增加运载火箭的可靠性、安全性。

《我国载人航天器结构与机构系统设计与优化》篇一一、引言随着我国载人航天事业不断发展，载人航天器作为实现太空探索和科学实验的重要平台，其结构与机构系统的设计与优化显得尤为重要。

本文将就我国载人航天器的结构与机构系统设计进行探讨，分析其设计原则、技术难点及优化策略，以期为我国的载人航天事业提供有益的参考。

二、载人航天器结构系统设计1. 结构设计原则载人航天器的结构设计应遵循可靠性、安全性、轻量化、可维护性等原则。

首先，可靠性是航天器结构设计的首要目标，要确保在各种极端条件下能够保持结构的完整性和稳定性。

其次，安全性是保障航天员生命安全的关键，要求结构能够承受各种外力作用，如冲击、振动等。

此外，轻量化设计有助于降低发射成本和提高有效载荷，可维护性则便于后期对航天器进行维修和升级。

2. 结构类型与设计要点我国载人航天器的结构类型主要包括舱段式结构和一体化壳体式结构。

舱段式结构具有模块化程度高、可扩展性强等优点，适用于大型载人航天器。

一体化壳体式结构则具有重量轻、强度高等特点，适用于小型或中型载人航天器。

在设计过程中，需根据任务需求、发射条件、技术水平等因素进行综合考量，选择合适的结构类型。

三、机构系统设计1. 机构系统概述机构系统是载人航天器的关键组成部分，主要包括姿态控制系统、生命保障系统、热控系统等。

这些系统相互协作，共同保障航天员在太空中的生活和工作环境。

2. 机构系统设计要点（1）姿态控制：通过姿态控制系统实现航天器的姿态稳定和调整，确保航天员在太空中的舒适度和工作需求。

（2）生命保障：生命保障系统为航天员提供氧气、水等生活必需品，并处理排泄物等废弃物，保障航天员的生命安全。

（3）热控系统：通过热控系统调节航天器内部的温度和湿度，保证航天员在适宜的环境中工作和生活。

四、结构与机构系统的优化策略1. 材料优化：采用新型轻质高强材料，降低结构重量，提高结构强度和刚度。

同时，采用耐高温、耐腐蚀等特殊材料，提高航天器的耐久性和可靠性。

结构设计设计大作业火箭级间段设计一．设计任务分析与方案：级间段是连接多级火箭（导弹）上下子级之间的过渡部段，也称为过渡段，对于热分离方式的级间段，一般采用合金钢管焊接成形的杆系结构，便于上面级发动机燃气流顺畅排出，并承受上面子级的惯性载荷和气动力。

本课程设计即要求某火箭杆式级间段（杆系与接头）进行结构设计，已知该级间段直径3.35m，高度1.4m，材料30CrMnSiA。

强度要求：安全系数大于1.5稳定性要求：一阶线性稳定性系数应＞2刚度要求：等效成LY12（弹性模量70GPa）铝蒙皮后，蒙皮厚度大于3mm排气面积：大于总面积60%二．设计方法介绍：利用重量最轻原理确定杆件数目；为提高稳定性一般选用圆管，由强度，刚度，稳定性确定确定圆管的内外直径；杆件接头采用叉形接头，并对舌片进行了设计。

三．设计计算过程：（一）杆件设计：如图一所示为一杆式级间段；假设杆件数目为n 2，已知轴力N F 960016=，弯矩m N M *3141028=，剪力N Q 140701=，先设计杆件的数目与尺寸。

1.杆件受力分析，分三步进行 （1）分析外力在筒壳周向的分布情况 （2）分析外力在杆件节点处的分布情况 （3）分析每一杆件的受力。

由力学知识可知：轴力引起的应力：A FF =σ，弯矩引起的应力：zM I My=σ， 剪切应力：zz y tI QS 2*=τ，圆环面积：t R A 02π=，绕Z 轴的转动惯量：()6444d D I z -=π， 圆环对Z 轴的静矩：()θθθθsin 2cos 2200001t R d tR R ydA S A z =≈=⎰⎰*，图一 杆式级间段分析模型（1）半径为0R 的筒壳沿周向分布的轴向力q 和剪流s 为：()θπππσσcos 222000R MR F t I My t R F t q z M F +=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=θπτsin 0R Qt s y == （2）各节点处的轴向力和切向力为：由于有n 个杆件节点，那么相邻节点间角距为n π2，弧长间距为n R l 002π=。

我国载人航天器结构与机构系统设计与优化我国载人航天器结构与机构系统设计与优化随着中国航天事业的蓬勃发展，我国的载人航天器结构与机构系统设计与优化也逐渐成为关注的焦点。

中国的载人航天器设计与优化在过去的几十年中经历了长足的发展，为我国航天事业的发展打下了坚实的基础。

首先，我国载人航天器的结构设计方面取得了显著的成果。

我国的载人航天器采用了多层次、多结构模块化设计，能够灵活地进行各个功能模块的组合与替换。

例如，神舟载人飞船将导航、姿态控制、着陆、太阳能发电等多个功能模块集成在一起，形成了一个高度复合的结构系统。

这种模块化结构设计不仅能够实现载人航天器的多样化任务，还能够方便维护与升级，提高了航天器的可靠性和灵活性。

其次，在机构系统设计方面，我国也取得了卓越的进展。

机构系统是载人航天器的重要组成部分，主要负责控制航天器的姿态、位置和运动等功能。

我国的载人航天器机构系统设计注重稳定性和可靠性，通过引入先进的传感器和执行器，并配合精确的控制算法，实现精确的姿态控制和位置调整。

此外，我国的机构系统设计还注重轻量化和紧凑化，减小载人航天器的质量和外形尺寸，提高了发射能力，降低了发射成本。

最后，我国在载人航天器结构与机构系统的优化方面也取得了重要的突破。

优化设计旨在提高载人航天器的性能和可靠性，并在有限的资源和工艺条件下实现最佳的结构和机构设计。

我国的载人航天器优化设计将多种优化方法相结合，例如拓扑优化、参数优化等，通过遗传算法、模拟退火等计算手段，对航天器的结构和机构进行了不断的改良与优化。

优化设计不仅提高了载人航天器的质量和效率，也减少了结构和机构系统的失效风险，提高了载人航天器的可靠性和安全性。

综上所述，我国的载人航天器结构与机构系统设计与优化经历了长期的积累与发展，取得了显著的成果。

在未来，我国的载人航天器结构与机构系统设计与优化将继续保持创新的势头，提高载人航天器的性能和可靠性，为我国航天事业的发展做出更大的贡献综合来看，我国的载人航天器结构与机构系统设计与优化在稳定性、可靠性、轻量化和紧凑化等方面取得了显著的进展。

《航天器结构与机构》题库及参考答案1.1什么是航天器结构？主要功能有哪些?指为航天器提供总体构型，为各分系统仪器设备提供支撑，承受和传递载荷，并保持一定刚度和尺寸稳定性的部件或附件的总称。

功能：承受载荷，安装设备，提供构型1.2什么是航天器机构？主要功能有哪些？指使航天器及其部件或附件完成规定动作或运动的机械部件。

功能：连接（压紧），释放，展开，分离，指向，承载1.3目前我国卫星的主结构采用的形式有哪些?中心承力筒结构，杆系结构，箱型板式结构，壳体结构1.4我国返回式航天器的主结构形式是什么?壳体结构：密封舱等舱体结构1.5航天器鉴定试验和验收试验有何不同？鉴定试验是初样阶段，是设计验证的最有效手段，是对设计思想和设计方法的验证验收试验是正样阶段，是对飞行产品的试验1.6什么是航天器的附件结构？特指在空间伸展在航天器本体之外的部件，如太阳翼和可展开天线。

1.7航天器机构与航天器结构的最主要区别是什么？机构指实现动作和运动的部件，结构指提供稳定构型的部件1.8航天器上的一次性机构有哪些？压紧与释放机构，展开机构，连接与分离机构1.9航天器的研制共分为哪几个阶段？可行性论证阶段，方案阶段，初样阶段，正样阶段1.10航天器的初样研制阶段工作重点是什么？通过初样产品的设计、制造和试验，对航天器结构与机构的设计进行全面鉴定，包括：设计对设计要求的符合程度；设计所采用的分析方法和分析结果的正确性；设计所采用的材料工艺的合理性和可行性；设计所需地面试验的合理性和可行性；设计的可靠性和质量保证措施，等等。

2.1 一般说，航天器承受的载荷最严重的时刻是在哪个过程？起飞（最大噪声）和跨音速时（最大气动载荷）2.2 在下面四个环境中，对航天器机构的影响最大的环境是哪个？（1）地面环境；（2）发射环境；（3）空间环境；（4）再入环境。

（2）发射环境2.3 分别简述发射环境和在轨环境对航天器结构与机构的影响。

（1）发射环境：起飞冲击与噪声：排气压力产生瞬态空气压力脉动，噪声诱发火箭和航天器振动。