面向空间太阳能电站（SSPS）的大型空间结构设计制造基础问题

The spatial large-scale structure plays a vital role in such important projects as “space station”, “in-orbit service and maintenance” and has the extremely important application value in the spatial field. This project aims at SSPS spatial large-scale structure, solves multi-system synthesis, integration, optimization problems in the design field, settles large space-scale, large time-scale in-orbit assembly problems in the manufacturing field. We take SSPS units, models, sub-arrays, systems as carriers to deep research SSPS multi-system, multi-field, multi-factor nonlinear coupled problems, establishing the SSPS multi-system optical-mechanical-electrical-thermal-control coupled model, proposing the analysis and efficient solution for the established coupled model, presenting the SSPS multi-system synthesis and integration strategy. The major research contents include the sub-array assembly method, the quality assessment method for the assembly sequence, adaptive connection assembly and vibration reduction technology based on functional material, sub-array optimal assembly sequence design and adaptive assembly method, in particular, include large-scale, lightweight, high-storage-ratio deployable sub-array structure design method, multiple structure mode synthesis design method, extension technology from units to models and to sub-arrays, deployment and folding technology of unit-model-sub-array, control technology during sub-array deployment. Such research could provide theoretical basis and technology support for the spatial large-scale structure engineering applications such as Space station, large on-orbit servicing maintenance platform, and SSPS.

以空间太阳能电站(SSPS)超大型空间结构系统为载体，从系统与交叉学科的高度，深入研究复杂多物理系统、多因素、多尺度的非线性设计与制造基础问题。通过研究SSPS聚光镜、发射天线、光电转换与传输等三个主要分系统之间的综合、协同与系统优化问题，建立面向SSPS的光-机-电-热-控耦合与协同的理论模型，探明结构因素、制造与装配精度与系统综合性能的相互作用机理；通过研究装配子阵的组装方法、装配序列的评估方法，基于功能材料的自适应对接组装及减振技术，提出SSPS在轨组装序列设计与自适应组装方法；通过研究大尺度、轻量化、高收纳比展开子阵结构设计方法、多构态综合设计方法，突破单元-模块-子阵的展开与收拢技术及子阵展开过程控制技术。进而形成面向SSPS等超大型空间结构的设计与制造的理论体系。为空间超大型结构在大型空间站、大型在轨维修维护平台、空间太阳能电站的工程应用奠定坚实的科学基础。

以空间太阳能电站(SSPS)超大型空间结构为研究对象，开展了SSPS多系统协同与综合、在轨组装与减隔振以及大型可展子阵创新设计三方面研究工作。为空间太阳能电站工程应用提供了重要支撑。.系统地建立了SSPS聚光镜、馈源阵及发射天线多物理系统、多场的耦合理论模型，揭示了结构设计参数、热特性参数等多因素对天线电性能、系统效率和功质比的影响规律。导出了SSPS 聚光镜、馈源阵、发射天线三大分系统有效协同工作的数学模型，提出了协同策略与方法，研究了协同工作模式，分析了聚光镜对日跟踪定向、发射天线对地指向以及电池阵与天线阵之间的协同运动、相互作用、能量输送等规律；建立了OMEGA-SSPS聚光器光学-结构集成优化模型，得到了聚光器最优结构设计方案；基于聚光器、光伏电池系统等多柔体系统模型，研究揭示了在轨道协同运动中的振动变形、单元结构参数等对聚光器太阳光收集性能的影响等。.提出了基于移动机械臂及核心圈的超大型、柔性结构系统的空间组装方案，建立了机械臂、核心圈和聚光镜动力学耦合模型，分析了组装过程的动力学特性，在此基础上对组装序列进行了优化设计；提出并研究了基于力学超材料的宽带、低频减振方法，并进行了相关原理实验验证，基于SMPC材料设计并研制了轻量化、高连接强度的对接锁紧装置，拓展性地研究了基于永磁体材料的非线性隔振技术，有望实现大幅值激励下的低频振动隔离。.通过第四类等边凸多面体构造法的研究，建立了球形聚光镜子阵划分与设计方法；基于图论、机构学理论，结合现有经典折展机构提出了桁架式以及弹性伸杆式可展子阵创新方案；同时建立了子阵结构多态等效动力学模型，进行了结构动力特性分析与优化设计；基于多柔体动力学理论建立了可展子阵展开过程非线性因素对展开过程影响的动力学模型，研制了可展子阵原理样机，进行了展开性能试验验证，为大尺度、高收纳比、轻量化的聚光镜可展子阵集成设计的工程应用奠定了坚实的技术基础。.建成了全链路（光能SE、直流DC1、微波转换与无线传输、接收与整流DC2 )的地面演示验证系统，百米距离时DC1到DC2的效率可达20%。