航天模擬計算裝置未來方向

在未來的航空航天領(lǐng)域仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用前景還很廣闊，例如宇宙飛船的升空，星球的探測，月球基地的建立，新一代航天器的發(fā)射升空等等。

人類還有更加大膽的猜想如2020年開通宇宙，公路專家在報告書中指出，宇宙公路是除了太空梯之外通往宇宙既安全又便宜的另一運輸手段。什么是宇宙公路?即以地球為出發(fā)點，把公路延伸到太空。迄今為止，這些公路的出入口僅限于美國的卡納維拉爾角和蘇聯(lián)的拜科努爾等幾個地點，而且費用高得驚人。如果人類想要更好地控制太空，就必須開發(fā)更便宜的、從任何地方都能起飛的運輸手段。

在2025年運行宇宙驛站，根據(jù)USNCC報告書的設(shè)定，在啟用太空梯與宇宙公路之后，人們還會在通往宇宙的路途中建立一些中繼點，即宇宙驛站。第一個停車驛站是地球太空港，這是像太空站那樣的建筑，人類可以乘Zeus航空航天飛機在這里降落，然后換乘宇宙聯(lián)絡(luò)船。太空港是聯(lián)絡(luò)船的停留地，也是推進劑的補給地。地球太空港真正開始活動恐怕要到2025年以后。宇宙驛站一旦應(yīng)用，那么太空港會向兩個方向伸出長長的索道，出現(xiàn)一種非常有趣的現(xiàn)象:由于潮汐力的作用，在衛(wèi)星軌道上運行的細長物體會產(chǎn)生向兩端托的力，因此，從向下(即向著地球的方向)一端放出物體，就會落向地球;從向上一端放出物體，就會上升。如果從下索道發(fā)射航空航天飛機，從上索道發(fā)射聯(lián)絡(luò)船，那么兩者不使用能量，也可以轉(zhuǎn)移到人們期望的軌道上。這其實是以索道為媒介，交換雙方的能量和運動量，完全符合物理學(xué)定律。

在2030年月球上建工廠，USNCC報告書的第二要點就是，在月球、火星、小行星乃至宇宙空間，建立人類的據(jù)點，開發(fā)它的資源。根據(jù)報告書的預(yù)測，為了在2025年重返月球，將在環(huán)繞月球的軌道上建立月球太空港，從地球太空港出發(fā)的聯(lián)絡(luò)船2~3天后即可到達月球太空港，人們在那里可以換乘月球登陸船。聯(lián)絡(luò)船以液氫和液氧為推進劑，有客運和貨運兩種，基本設(shè)計相同，如果再裝上腳，就可以成為登月船。為解決聯(lián)絡(luò)船從月球到地球的減速問題，可以利用空氣制動的方法，即像在大氣上層掠過那樣飛行，利用空氣阻力，不使用推進劑也能減速。因此，在聯(lián)絡(luò)船的底部可以裝上陶瓷制的像大器皿那樣的空氣制動器。過去的無人探測和阿波羅計劃是以月球為主的科學(xué)研究。將來的探測計劃則是從資源和居住的觀點調(diào)查月球，由發(fā)射的環(huán)繞月球極地軌道的探測器進行月極地詳細調(diào)查。建設(shè)月面據(jù)點所需要的物資和人類生活所必須的氧氣、水、食品等，可以逐漸利用從月面取得的資源。月面基地逐漸具備自給自足的條件后，人們可以在上面建設(shè)工廠，并將其發(fā)展為殖民區(qū)。預(yù)計月面實驗工廠的建設(shè)將于2026~2027年開始，月面工廠的建設(shè)將于2030年開始。根據(jù)USNCC報告書的設(shè)想，隨著大規(guī)模月面工廠的建設(shè)，在地、月系統(tǒng)的太空開發(fā)中也要用到月球資源:把在月面制造的產(chǎn)品送往太空固然好，但把月巖原封不動地送到太空去制作產(chǎn)品，也許更有用。因為月巖主要由硅酸鹽組成，處理月巖就可以取得人類呼吸和火箭推進劑必不可少的氧氣。月巖也含有鐵、鎳、鎂、鈦等金屬資源。USNCC報告書認為，重返月球之后，作為資源的開采地，人類所選擇的目標也許不是火星和金星，而是小行星。小行星大部分分布在火星和木星的軌道之間，但也有一些小行星越過火星的軌道，能運行到地球附近。在適當?shù)臅r機，登上這樣的小行星比登上月球更容易:在小行星上，也許含有在月巖里沒有找到的水、氧氣、碳、氮等有用物資。

上述雖然現(xiàn)在只是幻想但是未來在計算機技術(shù)高速發(fā)展的今天一定會實現(xiàn)的。

航空技術(shù)是從上世紀60年代前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，人類開始了對太空的探索。航空是大氣層內(nèi)的飛行活動，航天是穿越大氣層的飛行活動。 隨著人類對太空進行的探索越加深入各種航天器應(yīng)運而生，比如火箭、航天飛機、航天探測器、人造衛(wèi)星。

他是為航空航天活動的順利進行而創(chuàng)立的一系列高級復(fù)雜的施工作業(yè)程序。它涉及人力資源配置，設(shè)備儀器搭配與安裝使用等艱深的學(xué)術(shù)作業(yè)。是國家，民族，乃至整個人類發(fā)展的高度追求。 航空航天技術(shù)使人類文明進入三維時代。

計算機仿真技術(shù)的特點

1.模型參數(shù)可根據(jù)要求任意調(diào)整、修改和補充。人們可以得到各種可能的仿真效果，為進一步完善研究方案提供了可能。與傳統(tǒng)的實物實驗相比，具有運行費用低、無風(fēng)險、方便靈活等優(yōu)點。

2.系統(tǒng)模型求解快速。運用計算機仿真，能夠在較短的時間內(nèi)得出仿真運算的結(jié)果，為生產(chǎn)實踐提供最及時的指導(dǎo)。

3.仿真運算結(jié)果可靠、準確。在機器沒有故障的前提下，只要系統(tǒng)模型、仿真模型、仿真程序科學(xué)合理，那么計算機的運算結(jié)果是準確無誤的。

4.實物、實時仿真直觀、逼真。這一特點使它在一些復(fù)雜工程系統(tǒng)中例如核電、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.仿真過程包括大量的(確定的、半確定的、不確定的)知識處理、 數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理。是科學(xué)理論、實驗和專家判斷的綜合過程。

2.如果只從知識處理的角度來看，可以認為仿真是一種特殊的知識處理器。它處理描述性知識、目的性知識和處理知識的知識，進而產(chǎn)生結(jié)論性的知識。

3.'理想的仿真計算機是高效處理數(shù)值計算、數(shù)據(jù)、知識的智能化、一體化、交互式的建模/仿真硬軟件系統(tǒng)--"智能仿真計算機"。

4.但現(xiàn)代的仿真計算機還只限于數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理。

5.要根據(jù)具體的仿真任務(wù)確定相應(yīng)的仿真計算機。

1)硬件系統(tǒng):

一般采用同構(gòu)/異構(gòu)的并行多處理機系統(tǒng)(包括外圍機型)體系結(jié)構(gòu)，具有根據(jù)需要逐步擴充的能力;

運算速度足夠快;

內(nèi)/外存容量足夠大;

接口處理能力(足夠的接口數(shù)量、接口數(shù)據(jù)處理能力)。

2)軟件系統(tǒng):

系統(tǒng)實時響應(yīng)為0.01-0.1ms的實時操作系統(tǒng);

并發(fā)、實時高級編程語言(如:并發(fā)實時C、FORTRAN、Ada)、仿真語言(Matlab)

是對現(xiàn)實系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現(xiàn)實世界的某一層次的問題做出決策。仿真是一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統(tǒng)某些屬性的逼近。仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣

計算機仿真模擬

它的原理是依靠計算機的迭代運算，所以這是一門依靠計算機技術(shù)所衍生的一門有著實際意義的學(xué)科，它與我們的生活息息相關(guān)。計算機仿真模擬技術(shù)在科學(xué)技術(shù)、軍事、國民經(jīng)濟、汽車、電子行業(yè)、體育、交通運輸、金融、管理、航空航天方面都有廣泛的應(yīng)用。它的研究范圍小到原子，大到宇宙，可以說在現(xiàn)實生活中應(yīng)用極為廣泛。

傳統(tǒng)的仿真方法是一個迭代過程，即針對實際系統(tǒng)某一層次的特性(過程)，抽象出一個模型，然后假設(shè)態(tài)勢(輸入)，進行試驗，由試驗者判讀輸出結(jié)果和驗證模型，根據(jù)判斷的情況來修改模型和有關(guān)的參數(shù)。如此迭代地進行，直到認為這個模型已滿足試驗者對客觀系統(tǒng)的某一層次的仿真目的為止。

常用的仿真計算機體系結(jié)構(gòu)

集中式:一臺主機完成模型解算任務(wù)

分布式:多臺計算機協(xié)調(diào)工作完成仿真模型結(jié)算任務(wù)

仿真系統(tǒng)

為了建立一個有效的仿真系統(tǒng)，一般都要經(jīng)歷建立模型、仿真實驗、數(shù)據(jù)處理、分析驗證等步驟。隨著專門用于仿真的計算機--仿真機的出現(xiàn)，計算機仿真技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)在已經(jīng)趨于完善。隨計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 ，在仿真機中也出現(xiàn)了一批很有特色的仿真工作站、小巨機式的仿真機、巨型機式的仿真機。80年代初推出的一些仿真機，SYSTEM10和SYSTEM100就是這類仿真機的代表。為了構(gòu)成一個實用的較大規(guī)模的仿真系統(tǒng)，除仿真機外，還需配有控制和顯示設(shè)備。

一種用連續(xù)變化的電壓表示被運算變量的模擬計算裝置，主要組成部分如下:

運算部件、加法器、積分器、乘法器、函數(shù)發(fā)生系數(shù)器

排題板: 運算部件-輸入/輸出 的連接

輸入/輸出 部件

控制部件(控制以上部件)

一種用"0"和"1"斷續(xù)變化的電脈沖數(shù)碼串表示所運算變量的數(shù)字式計算裝置，主要組成部分:

運算處理器(算術(shù)/邏輯運算)

存儲器(存放數(shù)據(jù)和指令)

輸入/輸出部分

控制器(統(tǒng)一指揮整個計算機)

通過編程實現(xiàn)仿真，數(shù)字計算機分類:按照指令流(機器執(zhí)行的指令序列)與數(shù)據(jù)流(由指令流調(diào)動的數(shù)據(jù)序列)的執(zhí)行方式，可將數(shù)字機分為四類:

SISD-單指令流、單數(shù)據(jù)流機:順序地從存儲器中取指令、數(shù)據(jù)，執(zhí)行

SIMD-單指令流、多數(shù)據(jù)流機:多個處理器按照控制器發(fā)出的同一條指令對各自的數(shù)據(jù)進行操作和運算，適用于矢量或數(shù)組運算

MISD-多指令流、單數(shù)據(jù)流機:多個處理器排成一個流水線(矢量)

MIMD-多指令流、多數(shù)據(jù)流機:是實現(xiàn)作業(yè)、任務(wù)、指令、數(shù)組各個級別全面并行的理想結(jié)構(gòu)，適用于標量/矢量運算

根據(jù)性能將數(shù)字計算機分為:個人計算機、工作站、小/中/大/小巨/巨型機等級別。

是把模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)靈活結(jié)合的一種計算機，可分為兩種形式:

混合模擬機--是在模擬計算機中加入大量的數(shù)字邏輯部件、模擬開關(guān)及模擬/數(shù)字混合部件(如數(shù)控系數(shù)器、數(shù)控積分器、數(shù)控函數(shù)發(fā)生器等)的一種計算機。在高檔混合模擬機中，各部件的連接和監(jiān)控分別由數(shù)控式模擬開關(guān)自動排題板和數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

混合計算機系統(tǒng)--是由模擬機/混合模擬機、數(shù)字機及其接口設(shè)備組成的計算機系統(tǒng)，其中:模擬機/混合模擬機部分用于求解常微分方程中的高頻部分和連接實物,數(shù)字機部分用于管理、監(jiān)控全系統(tǒng)的設(shè)置、檢驗、運行、處理各種文檔和結(jié)果，并執(zhí)行一些不適于模擬機工作的任務(wù)，如:存儲、作各種代數(shù)/邏輯和高精度運算等?；旌嫌嬎銠C系統(tǒng)主要用于大型、高速、實時及超實時連續(xù)系統(tǒng)仿真。造價昂貴，因而 主要用戶是政府或大型企業(yè)。

模型對系統(tǒng)某一層次特性的抽象描述包括:

系統(tǒng)的組成;

各組成部分之間的靜態(tài)、動態(tài)、邏輯關(guān)系 ;

在某些輸入條件下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)等。

系統(tǒng)模型分類

根據(jù)系統(tǒng)模型狀態(tài)變量變化的特征 ，又可把系統(tǒng)模型分為:

連續(xù)系統(tǒng)模型--狀態(tài)變量是連續(xù)變化的 ;

離散(事件)系統(tǒng)模型--狀態(tài)變化在離散時間點(一般是不確定的)上發(fā)生變化;

混合型--上述兩種的混合。

通常計算機模擬仿真技術(shù)的步驟是:

前處理，求解，后處理。

以前處理最為重要，因為大部分條件的加入是在前處理。

電腦在當時仍屬稀有，人們對于問題的解決方案通常是寫死在表格紙上(像是曲線圖和列線圖解)，用來一并解決相似的問題，比如說暖氣機里的溫度和壓力分布。

卡方分布的列線圖解二次大戰(zhàn)之前，當時的最高科技是機械式和電動式的模擬計算機，也被認為是前途光明的計算機趨勢。模擬計算機使用連續(xù)變化的物理量，像是電勢、流體壓力、機械運動等，處理表示待解問題中相應(yīng)量的器件[7]。例如在1936年制作得相當精巧的水流積算器(Water Integrator)。跟現(xiàn)代的數(shù)位電腦比起來，模擬計算機相當不具彈性，必須手動裝配(像是重新改編程序)才能處理下一個待解問題，不過早期的數(shù)位電腦能力有限，無法解決太過復(fù)雜的問題，所以當時的模擬計算機還是占有優(yōu)勢。直到數(shù)位電腦越來越快，擁有越來越強的記憶能力(像是RAM)之后，模擬計算機就迅速受到淘汰，程序設(shè)計從此成為人類另一項專業(yè)技能。

諾頓轟炸機瞄準器部分類比電腦廣泛應(yīng)用在軍事瞄準用途，像是海軍船艦上的諾頓轟炸機瞄準器(Norden Bombsight)和火力控制系統(tǒng)(Fire-Control System)，有些器件甚至直到二戰(zhàn)結(jié)束數(shù)十年后仍未退役，其中一個例子就是由美國海軍開發(fā)的馬克一號火力控制電腦(Mark I Fire Control Computer)，從驅(qū)逐艦到戰(zhàn)列艦都看得到它的影子。

1930年，現(xiàn)代電腦之父萬尼瓦爾·布什發(fā)明微分分析器(Differential Analyzer)，模擬計算機科技至此達到頂峰，大部分的零件都已經(jīng)被制造出來，終于，賓夕法尼亞大學(xué)的摩爾電機工程研究所(Moore School of Electrical Engineering)打造出最具影響力的數(shù)位電子計算機──電子數(shù)值積分計算器(埃尼阿克)。埃尼阿克的誕生終結(jié)了大部分模擬計算機的生路，不過從1950年代到1960年代，由數(shù)位電子學(xué)控制的混合型模擬計算機依然活躍，之后模擬計算機就應(yīng)用在部分專業(yè)用途上。

航天器各個受力和支承構(gòu)件的總成。它的作用是安裝、連接各種儀器設(shè)備和動力裝置，滿足它們所需要的環(huán)境要求，承受地面操作、發(fā)射、軌道飛行和返回地面時的外力，并保持航天器的完整性。對航天器結(jié)構(gòu)的基本要求是重量小、可靠性高、成本低等，通常用結(jié)構(gòu)質(zhì)量比，即結(jié)構(gòu)重量占航天器總重的比例來衡量航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的水平，這個比值越小表示水平越高。航天器任務(wù)的多樣性決定航天器結(jié)構(gòu)形式的多樣性。航天器結(jié)構(gòu)一般分為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、空間探測器結(jié)構(gòu)、載人飛船結(jié)構(gòu)和航天飛機結(jié)構(gòu)(圖1 )。早期近地軌道衛(wèi)星大多為固定式結(jié)構(gòu)。為了增加航天器的功能和擴大航天器的尺寸，現(xiàn)代衛(wèi)星和空間探測器也采用一些可展開式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在發(fā)射時藏在運載火箭的有限容積內(nèi)，到了空間展開成較大的結(jié)構(gòu)。需要返回地面的航天器,特別是載人飛船,對結(jié)構(gòu)又有新的要求，從而形成與再入防熱、著陸、救生、生命保障等要求相適應(yīng)的許多特殊結(jié)構(gòu)形式。隨著航天飛機的誕生，又出現(xiàn)了兼有飛機、火箭和航天器特性的新型結(jié)構(gòu)。 衛(wèi)星結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但從功能上看大都由承力部件、外殼、安裝部件、天線、太陽電池陣結(jié)構(gòu)、防熱結(jié)構(gòu)、分離連接裝置組成。為了達到多用途和提高經(jīng)濟效益的目的，后又發(fā)展出公用艙結(jié)構(gòu)(見航天器設(shè)計)。

承力部件 它與運載火箭相連接，承受發(fā)射過程中的推力和彎矩。因而需要有很高的強度和剛度。承力部件有以下幾種形式:薄壁圓柱(或截錐)殼、波紋或蜂窩夾層圓柱(或截錐)殼、桿件組成的支架等。承力部件采用鋁合金、鈦合金和碳纖維復(fù)合材料等。

外殼 它處于衛(wèi)星的最外層,形成衛(wèi)星的外表面,也可兼作承力構(gòu)件。外殼的形狀多種多樣，如球形、多面柱形、錐形和各種不規(guī)則的多面體等。除維持外形外，外殼還應(yīng)滿足表面積、熱控制、衛(wèi)星內(nèi)容積、各種表面開孔、空間輻射防護等要求。外殼的結(jié)構(gòu)形式有:①半硬殼結(jié)構(gòu):由薄的外蒙皮、桁條、隔框等組裝而成。外蒙皮的常用材料是鋁合金，根據(jù)熱控制要求經(jīng)過必要的表面處理，如拋光、噴漆、鍍金等。桁條和隔框常用鋁合金型材制成，也有用鎂鑄件的。②蜂窩結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu):一般由鋁合金制成?，F(xiàn)代也采用碳纖維復(fù)合材料作為表板材料。③整體結(jié)構(gòu):由機械銑切或化學(xué)銑切等整體壁板組裝而成，它能減少半硬殼結(jié)構(gòu)所需的鉚接工作量并容易獲得良好的剛度。④柔性張力表面結(jié)構(gòu):由張緊的柔性薄膜制成。如氣球式衛(wèi)星的外表面。

安裝部件 結(jié)構(gòu)型式可以是儀器艙、盤式構(gòu)件或支架(圖2)。安裝部件的功能是保證儀器設(shè)備安裝的各種要求，如安裝精度、密封性、熱控制、防振、防磁等。為了保證足夠高的剛度，可采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、波紋夾層結(jié)構(gòu)、鑄造或機械銑削的整體壁板和由型材組裝的支架等。儀器安裝面積不足時，可采用多層或多面的安裝部件。 太陽電池陣結(jié)構(gòu) 安裝太陽電池的構(gòu)件。其結(jié)構(gòu)型式有下列幾種:①體裝結(jié)構(gòu):在航天器本體表面直接粘貼太陽電池片。這種結(jié)構(gòu)多使用本體的外殼，可以是半硬殼式結(jié)構(gòu)或蜂窩結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代已發(fā)展為套筒式伸展結(jié)構(gòu)，進入空間軌道后外筒沿導(dǎo)軌伸展，增加太陽電池陣的面積。②可展開式結(jié)構(gòu):可展開式的太陽電池翼，簡稱太陽翼。這種結(jié)構(gòu)分為剛性折疊、柔性折疊和柔性卷式三種。剛性折疊式結(jié)構(gòu)由剛性板通過鉸鏈連接而成，以鉸鏈彈簧為動力展開成翼狀。剛性板用蜂窩夾層板制成，也有采用剛性邊框和張緊柔性薄膜組合的半剛性板。柔性折疊式結(jié)構(gòu)由薄膜和折臂式(或望遠鏡鏡筒式)的展開機構(gòu)組成。薄膜用玻璃纖維布或碳纖維布增強的聚酰亞胺制成，為防止電池相互接觸，在薄膜間插入一層襯墊。柔性卷式結(jié)構(gòu)由薄膜和支桿組成，可用卷筒卷成很小體積，其支桿類似金屬卷尺，靠電機和傳動裝置展開成具有一定剛度的長直桿。

拋物面天線結(jié)構(gòu) 拋物面形狀的天線反射器分為固定式和展開式兩種:①固定式天線:反射器是一個大面積的薄壁構(gòu)件，有蜂窩夾層、肋骨網(wǎng)式和薄殼三種結(jié)構(gòu)型式，以蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用得最多。為了防止熱變形影響天線的電性能，通常用膨脹系數(shù)很小的石墨纖維或有機纖維的復(fù)合材料來制作反射器。②可展開式天線:有撐傘一樣展開的傘狀天線(圖3 )、類似花朵開放的花瓣天線、魚網(wǎng)式的張力索天線和桁架式天線。它們都由反射面部件、展開反射面的動力部件和支承反射面的部件組成。反射面部件一般由金屬或非金屬網(wǎng)等柔性材料制成。動力部件有彈性元件、可伸縮充氣管或馬達驅(qū)動的傳動機構(gòu)。 分離連接裝置 衛(wèi)星在發(fā)射時必須可靠地連接在運載火箭上;入軌后又必須可靠地與運載火箭分離。為實現(xiàn)這種功能，采用了專用的分離連接裝置。為減少分離時沖擊的影響，衛(wèi)星與火箭之間多采用包帶夾塊式分離連接裝置，用側(cè)向爆炸螺栓解鎖。

空間探測器結(jié)構(gòu) 空間探測器的型式多樣，具有與衛(wèi)星相同的部分，如承力部件、天線、太陽電池陣結(jié)構(gòu)等;也有一些特殊型式的結(jié)構(gòu),如探測臂和著陸裝置。探測臂往往由可以伸展的桿件組成，它的功能是把有特殊要求的探測儀器伸出探測器本體之外，以免受本體磁場或輻射的干擾，這種探測臂有時也用在衛(wèi)星上。需要在行星或月球表面著陸的空間探測器采用著陸支架、著陸艙等著陸裝置。硬著陸的著陸裝置須有良好的緩沖性能。在行星或月球表面上行走的探測器(如自動月球車)則須有撓性輪之類的撓性結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)凹凸不平的表面。

載人飛船結(jié)構(gòu) 載人飛船與衛(wèi)星和空間探測器的結(jié)構(gòu)型式有較大區(qū)別。早期發(fā)射的飛船大多是截錐加上圓柱段，最外面都有防熱結(jié)構(gòu)。例如"阿波羅"號飛船的結(jié)構(gòu)由救生塔、指揮艙、服務(wù)艙、登月艙等幾大部分組成。救生塔是一個桁架式的塔形結(jié)構(gòu)。它的功能是在發(fā)射過程出現(xiàn)緊急情況時，使飛船逃離危險區(qū)。登月艙是一個極其復(fù)雜的特殊結(jié)構(gòu)，供載人登月之用。指揮艙的外形呈圓錐形，是需要返回地面的部分。它的外部由燒蝕材料層和不銹鋼蜂窩夾層組成防熱外殼。內(nèi)部是鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的密封艙體，用多根鍛鋁縱梁加強。密封艙體為航天員提供可靠的工作環(huán)境。服務(wù)艙的外殼是一個鋁蜂窩夾層的圓柱殼體。艙內(nèi)有鋁合金的徑向壁板，用以安裝主發(fā)動機、燃料和氧化劑箱等設(shè)備(圖4 )。載人飛船和返回式衛(wèi)星在重返大氣層時會遇到極高的溫度，必須采用特殊的防熱結(jié)構(gòu)。 航天飛機結(jié)構(gòu) 航天飛機一般由軌道器、助推器、外貯箱三部分組成。助推器實際上是兩枚固體火箭。外貯箱與火箭貯箱類似。軌道器是返回部分，它是一個類似于飛機的薄壁結(jié)構(gòu)，但增加了特殊的表面防熱結(jié)構(gòu)。約70%的表面上覆以陶瓷防熱瓦，它與燒蝕防熱結(jié)構(gòu)不同，可以多次重復(fù)使用。軌道器分為前機身、中機身、后機身、機翼、尾翼等幾部分。前機身又分為頭錐和乘員艙兩部分。乘員艙是由鋁合金蒙皮和加強桁條焊接而成的密封艙。中機身是一個鋁合金半硬殼結(jié)構(gòu)的大型貨艙，許多部件采用了新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。例如，主框元件采用硼纖維增強鋁合金材料，大型的貨艙艙門采用以碳纖維復(fù)合材料為表板的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。貨艙內(nèi)有機械操作臂，它由三節(jié)桿件組成(圖5 )。 航天器結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)將更多地替代金屬結(jié)構(gòu)，公用艙結(jié)構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用。隨著大型航天器的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)式、柔性、空間裝配式等更新型的結(jié)構(gòu)形式正處于研究階段。