El ensamblaje de cada fuerza y miembro de apoyo de la nave espacial. Su función es instalar y conectar varios instrumentos y dispositivos de potencia, cumplir con los requisitos ambientales que necesitan, soportar las fuerzas externas de operación terrestre, lanzamiento, vuelo orbital y regreso a tierra, y mantener la integridad de la nave espacial. Los requisitos básicos para la estructura de una nave espacial son peso pequeño, alta confiabilidad, bajo costo, etc.

La relación de calidad estructural, es decir, la relación entre el peso estructural y el peso total de la nave espacial, se utiliza para medir el nivel de diseño y fabricación de la estructura de la nave espacial Cuanto menor es la relación Indica mayor es el nivel. La diversidad de las misiones de las naves espaciales determina la diversidad de la estructura de las naves espaciales.

Las estructuras de las naves espaciales se dividen generalmente en estructuras de satélites, estructuras de sondas espaciales, estructuras de naves espaciales tripuladas y estructuras de transbordadores espaciales (Figura 1). La mayoría de los primeros satélites de órbita terrestre baja eran de estructura fija.

Para aumentar la función de la nave espacial y expandir el tamaño de la nave espacial, los satélites modernos y las sondas espaciales también adoptan algunas estructuras expandibles. Esta estructura está oculta en el volumen limitado del vehículo de lanzamiento cuando se lanza y se expande en una estructura más grande en el espacio.

Las naves espaciales que necesitan regresar al suelo, especialmente naves espaciales tripuladas, tienen nuevos requisitos en la estructura y, por lo tanto, forman muchas formas estructurales especiales que cumplen con los requisitos de protección contra el calor de reentrada, aterrizaje, salvamento y soporte vital. Con el nacimiento del transbordador espacial, apareció una nueva estructura con las características de aviones, cohetes y naves espaciales.

Estructura del satélite

Aunque existen varias estructuras de satélite, en su mayoría se componen de piezas de soporte de carga, carcasas, piezas de montaje, antenas, estructuras de paneles solares, estructuras a prueba de calor y dispositivos de conexión independientes desde un punto de vista funcional. Con el fin de lograr usos múltiples y mejorar la eficiencia económica, la estructura de la cabina pública se desarrolló más tarde (consulte el diseño de la nave espacial).

Componente de carga

Está conectado con el vehículo de lanzamiento y soporta el empuje y el momento de flexión durante el lanzamiento. Por lo tanto, se requieren alta resistencia y rigidez. Las partes portantes tienen las siguientes formas: carcasa cilíndrica (o troncocónica) de paredes delgadas, carcasa cilíndrica (o troncocónica) corrugada o en forma de panal, soporte compuesto por varillas, etc. Las piezas que soportan la carga están fabricadas con materiales compuestos de aleación de aluminio, aleación de titanio y fibra de carbono.

Se encuentra en la capa más externa del satélite, formando la superficie exterior del satélite, y también se puede utilizar como elemento de soporte.

La forma de la cáscara es diversa, como cilindro esférico, multifacético, cono y varios poliedros irregulares. Además de mantener la forma, el recinto también debe cumplir con los requisitos de área de superficie, control térmico, volumen interno del satélite, varias aberturas de superficie y protección contra la radiación espacial.

Las formas estructurales del armazón son: Estructura del armazón semidura: ensamblada por revestimientos exteriores delgados, largueros, mamparos, etc. El material comúnmente utilizado de la piel exterior es la aleación de aluminio, que se ha sometido a los tratamientos superficiales necesarios, como pulido, pintura, chapado en oro, etc. de acuerdo con los requisitos de control térmico.

Las vigas y mamparos suelen estar hechos de perfiles de aleación de aluminio y también se utilizan piezas de fundición de magnesio. Estructura de nido de abeja y estructura sándwich: generalmente de aleación de aluminio. Hyundai también utiliza material compuesto de fibra de carbono como material de superficie.

Estructura integral: se ensambla mediante fresado mecánico o fresado químico y otros paneles de pared integrales, lo que puede reducir la cantidad de trabajo de remachado requerido para la estructura de carcasa semidura y obtener fácilmente una buena rigidez. Estructura de superficie de tensión flexible: hecha de película flexible tensada. Como la superficie exterior de un globo satélite.

El tipo de estructura de la pieza de instalación puede ser un compartimiento de instrumentos, un miembro de disco o un soporte (Figura 2). La función de los componentes de la instalación es asegurar los diversos requisitos de la instalación de los equipos, tales como precisión de instalación, estanqueidad, control térmico, antivibración, antimagnético, etc.

Para garantizar una rigidez suficientemente alta, se pueden utilizar estructuras en sándwich de panal, estructuras en sándwich onduladas, paneles de pared integrales hechos de fundición o fresado mecánico y soportes ensamblados a partir de perfiles. Cuando el área de instalación del instrumento es insuficiente, se pueden utilizar piezas de instalación de varias capas o de varios lados.

Estructura dela matriz solar el componente para instalar las células solares. Los tipos de estructura son los siguientes: Estructura montada en el cuerpo: pegue directamente las células solares en la superficie del cuerpo de la nave espacial.

Esta estructura utiliza principalmente el caparazón del cuerpo principal, que puede ser una estructura de caparazón semiduro, una estructura de panal o una estructura de sándwich. En los tiempos modernos, se ha desarrollado en una estructura elástica tipo manga.

Después de ingresar al espacio pista, el cilindro exterior se extiende a lo largo del riel guía para aumentar el área de la matriz de células solares. Estructura expandible: ala de célula solar expandible, conocida como ala solar. Esta estructura se divide en tres tipos: plegado rígido, plegado flexible y tipo rollo flexible.

La estructura rígida plegable se forma conectando placas rígidas a través de bisagras y se expande en forma de ala con el resorte de la bisagra como potencia. Los paneles rígidos están hechos de paneles sándwich de nido de abeja, y también hay paneles semirrígidos que utilizan una combinación de marcos rígidos y películas flexibles tensas.

La estructura plegable flexible está compuesta por una película y un mecanismo de despliegue tipo brazo plegable (o tipo barril telescópico). La película está hecha de poliimida reforzada con tela de fibra de vidrio o tela de fibra de carbono. Para evitar que las baterías entren en contacto entre sí, se inserta un liner entre las películas.

La estructura de rollo flexible está compuesta por una película y una varilla de soporte, que se puede enrollar en un pequeño volumen con un carrete. La varilla de soporte es similar a una cinta métrica de metal y se expande en una varilla recta larga con cierta rigidez mediante un motor y un dispositivo de transmisión.

Estructura de antena parabólica.Los reflectores de antena parabólica se dividen en dos tipos: fijos y expandidos: Antena fija: el reflector es un componente de paredes delgadas de área grande con tres tipos estructurales: sándwich de nido de abeja, malla de nervadura y carcasa delgada.

La estructura de sándwich de nido de abeja es más usado. Para evitar que la deformación térmica afecte el rendimiento eléctrico de la antena, el reflector suele estar hecho de un material compuesto de fibra de grafito o fibra orgánica con un pequeño coeficiente de expansión.

Antena expandible: hay antenas en forma de paraguas que se expanden como un paraguas (Figura 3), antenas de pétalos que se asemejan a flores, antenas de cable de tensión tipo red y antenas tipo truss. Todos están compuestos por un componente de superficie reflectante, un componente de potencia que expande la superficie reflectante y un componente que sostiene la superficie reflectante.

Las partes de la superficie reflectante generalmente están hechas de materiales flexibles como malla metálica o no metálica. El componente de potencia tiene un elemento elástico, un tubo de inflado telescópico o un mecanismo de transmisión accionado por motor.

Dispositivo de conexión de separación el satélite debe estar conectado de manera confiable al vehículo de lanzamiento cuando se lanza; debe estar separado de manera confiable del vehículo de lanzamiento después de que esté en órbita. Para lograr esta función, se utiliza un dispositivo de conexión independiente dedicado.

Para reducir el impacto del impacto durante la separación, a menudo se usa un dispositivo de conexión de separación de tipo abrazadera de banda entre el satélite y el cohete, y el perno de explosión lateral se usa para desbloquearlo.

Estructura de la sonda espacial Hay varios tipos de sondas espaciales, que tienen las mismas partes que los satélites, como componentes de carga, antenas, estructuras de paneles solares, etc .; también hay algunos tipos especiales de estructuras, como brazos de detección y aterrizaje. dispositivos. El brazo de detección a menudo se compone de varillas extensibles.

Su función es extender el instrumento de detección con requisitos especiales fuera del cuerpo del detector para evitar la interferencia del campo magnético o la radiación del cuerpo. Este tipo de brazo de detección se utiliza a veces en satélites. Las sondas espaciales que necesitan aterrizar en la superficie del planeta o la luna utilizan dispositivos de aterrizaje como soportes de aterrizaje y módulos de aterrizaje.

El tren de aterrizaje para aterrizajes bruscos debe tener un buen rendimiento de amortiguación. Una sonda que camina sobre la superficie del planeta o la luna (como un rover lunar automático) debe tener una estructura flexible como una rueda flexible para adaptarse a la superficie irregular.

La estructura de las naves espaciales tripuladas, la estructura de las naves espaciales tripuladas es bastante diferente de la de los satélites y las sondas espaciales. La mayoría de las naves espaciales lanzadas en los primeros días eran conos truncados y secciones cilíndricas, con estructuras resistentes al calor en la superficie más externa.

Por ejemplo, la estructura de la nave espacial “Apollo” consta de varias partes, como una torre de rescate, una cabina de mando, una cabina de servicio y un módulo lunar. La torre de salvavidas es una estructura de torre de celosía. Su función es hacer que la nave espacial escape de la zona de peligro cuando ocurre una emergencia durante el proceso de lanzamiento.

El módulo lunar es una estructura extremadamente compleja y especial para misiones tripuladas a la luna. La forma de la cabina de mando es cónica y es la parte que hay que devolver al suelo. Su exterior está compuesto por una capa de material de ablación y una capa sándwich de nido de abeja de acero inoxidable para formar una carcasa resistente al calor.

El interior es una cabina sellada con estructura sándwich de nido de abeja de aluminio, reforzada con múltiples vigas longitudinales de aluminio forjado. La cápsula sellada proporciona un entorno de trabajo confiable para los astronautas. La carcasa exterior de la cabina de servicio es una carcasa cilíndrica con sándwich de nido de abeja de aluminio.

Hay paneles de pared radiales de aleación de aluminio en la cabina para instalar el motor principal, los tanques de combustible y oxidante y otros equipos (Figura 4). Las naves espaciales tripuladas y los satélites retornables encontrarán temperaturas extremadamente altas cuando vuelvan a entrar en la atmósfera, y se deben utilizar estructuras especiales resistentes al calor.

Estructura del transbordador espacial

El transbordador espacial generalmente se compone de tres partes: un orbitador, un propulsor y un tanque exterior. El propulsor son en realidad dos cohetes sólidos. El tanque exterior es similar al tanque de cohetes.

El orbitador es la parte de retorno, es una estructura de paredes delgadas similar a un avión, pero con una superficie especial a prueba de calor agregada. Aproximadamente el 70% de la superficie está cubierta con baldosas cerámicas resistentes al calor, que son diferentes de la estructura resistente al calor por ablación y pueden reutilizarse muchas veces.

El orbitador se divide en un fuselaje delantero, un fuselaje medio, un fuselaje trasero, un ala y un ala de cola. El fuselaje delantero está dividido en dos partes, el cono de nariz y el compartimento de la tripulación.

La cabina de pasajeros es una cabina sellada soldada por revestimientos de aleación de aluminio y largueros reforzados. El fuselaje central es una gran bodega de carga con una estructura de carcasa semidura de aleación de aluminio, y muchas partes están hechas de nuevos materiales compuestos.

Por ejemplo, el elemento principal del marco está hecho de aleación de aluminio reforzado con fibra de boro, y la puerta de carga grande adopta una estructura tipo sándwich de panal con material compuesto de fibra de carbono como placa de superficie. Hay un brazo de operación mecánico en la bodega de carga, que está compuesto por varillas de tres secciones (Figura 5).

La tendencia de desarrollo de la estructura de las naves espaciales es que las estructuras de material compuesto reemplazarán más a las estructuras metálicas y las estructuras de las cabinas públicas se utilizarán más ampliamente. Con el desarrollo de las grandes naves espaciales, las formas estructurales más nuevas, como la red, la flexibilidad y el ensamblaje espacial, se encuentran en la etapa de investigación.