大直径辐射式深空探测载人航天器结构设计

　　该航天器采用大直径环形辐射式整体布局，主体直径约28800英尺，整体结构以中心核心舱为原点，沿径向均匀布设数百条辐射状支撑桁架，桁架末端连接环形外围舱段，形成对称的轮式主体结构，下方延伸出对称式楔形对接与动力舱段，整体构型完全匹配深空长周期航行的工程需求。从实际应用场景来看，这类大尺寸辐射构型航天器主要面向跨行星际长周期载人探测任务，依靠整体旋转产生的模拟重力效应解决长期失重环境下航天员的生理适应问题，辐射状桁架既作为结构传力路径，也可布设管线、储能模块与防护层，环形外围舱段可划分为居住舱、实验舱、资源存储舱等不同功能分区，中心核心舱则承担航电控制、动力调控、对接口接驳的核心功能，下方楔形舱段集成主推进系统、姿控模块与进出通道，

　　满足地外天体着陆、轨道交会对接的功能需求。设计过程中优先考虑结构力学对称性，辐射桁架采用等角度均匀排布，确保旋转过程中整体质心始终落在中心转轴上，避免旋转过程中产生偏心力矩导致姿态失稳，每一条辐射桁架的截面参数经过力学迭代优化，既要承受旋转过程中产生的离心载荷，也要兼顾空间碎片撞击的冗余防护能力，桁架与中心核心舱、外围环形舱的连接节点采用一体化加强设计，避免交变载荷下出现应力集中导致的结构疲劳。外围环形舱段采用分段式模块化设计，每个独立舱段可单独预制后在轨道组装，单段舱段的尺寸匹配现有重型运载火箭的整流罩包络边界，降低在轨组装的作业难度，舱段之间采用刚性密封连接结构，同时预留冗余的密封冗余设计，避免微流星体击穿后出现快速失压的风险。

　　中心核心舱作为整个航天器的结构基准，集成了整个航行过程的控制中枢，所有辐射桁架的载荷最终都传递到核心舱的主承力筒上，主承力筒采用高强度复合材料层压结构，兼顾轻量化与结构强度，核心舱前端预留多个对接口，可接驳货运飞船、载人飞船与着陆器，满足天地往返运输、地外着陆作业的接驳需求。下方楔形舱段采用对称双楔面构型，既可以降低变轨过程中的气动阻力（若存在大气制动需求），也可将主推进发动机对称布置在楔形结构末端，让推力方向完全穿过整体质心，提升变轨过程的姿态控制精度，楔形舱段内部布设推进剂储箱，储箱采用对称布局，随着推进剂消耗，整体质心偏移量控制在允许范围内，无需额外增加配重进行质心校正。从安装边界来看，

　　整个航天器的所有外露部件都不超出环形主体的最大直径包络，下方楔形舱段的最大宽度远小于主体直径，避免旋转过程中出现结构碰撞，所有外置的传感器、姿控喷口都布置在辐射桁架的间隙位置，既不会被舱段遮挡探测与喷射视野，也不会在旋转过程中与其他部件产生干涉。结构设计过程中还充分考虑了空间热环境的适配，辐射桁架表面采用多层隔热结构，环形舱段的朝向太阳侧与背阳侧采用不同的热控涂层，配合舱段内部的流体换热回路，将整个舱内温度稳定在航天员适宜的区间，同时辐射状的结构布局也便于太阳能电池阵的布设，可在桁架表面铺设柔性太阳能电池片，无需额外架设大面积太阳翼，降低整体结构的复杂度，也避免旋转过程中太阳翼的振动对整体姿态产生干扰。这类构型的航天器相比传统堆叠式航天器，在长周期载人深空探测任务中具备明显的结构优势，对称布局带来的旋转重力模拟功能无需额外增设复杂的重力生成机构，辐射式传力路径让整体结构的载荷分布更均匀，模块化的舱段设计也便于后续在轨维护与舱段扩展，可根据不同的任务需求调整外围舱段的功能配置，或是增加辐射桁架的数量提升整体结构规模，适配不同探测距离、不同乘员规模的深空探测任务。