传统的充气结构材料是由层状柔性膜材制成，通过充气使结构形状随内部压力展开。在升空前可将其折叠以节省发射体积；而在进入轨道后，充气展开并成形固化使其具有强度和刚度。随着三维大隔距立体织物织造装备及技术的攻克，三维立体间隔织物增强柔性复合材料成为了新型的充气结构材料，其中间隔织物增强体是由两层表面织物与内部间隔丝交织互锁形成的三维织物。与传统充气材料不同，间隔织物复合材料在充气后，中间的间隔丝能实现各种形状塑性，提高结构刚度和模量，拓展了充气材料的应用场景。

三维充气结构先进复合材料在航空领域的应用

三维充气结构复合材料的典型应用对象是浮空器囊体蒙皮。美、英等国积极发展平流层高空飞艇，目前已突破部分关键技术，并成功进行了多项飞行试验，如高空飞艇、平流层飞艇、高空哨兵（HiSentinel）系列飞艇、同温层巴士（Stratobus）和传感器结构一体化飞艇（ISIS）等。中国在浮空器技术方面也取得了显著进展，研制的JY-400雷达浮空器，采用一个搭载预警雷达、雷达侦察设备的椭圆形系留气球作为空中平台，提高了对低空飞行目标、海面舰船目标的预警能力。

图片来源：洛克希德·马丁公司。

HALE-D高空飞艇

图片来源：Sceye官网。

Sceye平流层飞艇

图片来源：泰雷兹-阿莱尼亚公司官网。

Stratobus飞艇

三维充气结构复合材料也可用于航空航天领域中的安全防护，如飞机疏散滑梯和直升机安全气垫等。民航客机的救生滑梯是人员安全撤离的有力保障，目前救生滑梯材料主要依赖进口，国产材料均未实际应用。虽然C919大客机的研发极大地带动了我国复合材料的发展，但针对大飞机材料的基础研究时间较短，在材料基础研究、工程化应用研究和工业化批量生产方面还存在不小的差距。因此，还需要努力开发满足C919客机的新材料，加速C919客机配套复合材料的国产化进程。

三维充气结构先进复合材料在航天领域的应用

随着载人航天技术的发展和各国竞相发展地月空间，开展登月、登陆火星等任务，宇航员在这些星球表面停留的时间会越来越长，航天器容积扩大是必然的发展趋势。但由于运载火箭直径有限，现在的航天器体积不能做到很大，而充气展开式舱体将能很好地解决这一难题。

从20世纪60年代，NASA联合其他公司开展了充气雷达天线、充气反射器和充气隔热罩等结构的研究；美国Goodyear公司成功研制了两个充气舱体工程模型。20世纪90年代，NASA又进行了充气天线轨道释放实验等一系列充气展开结构的试验，其中就包括充气展开式的太空舱——运输居住舱（TransitHabitation Module）。在2006年和2007年，Biglow公司利用俄罗斯的“第聂伯”火箭分别发射了“起源1号”和“起源2号”充气展开试验舱，并获得了成功。2013年，Biglow公司与NASA签署了一份协议，将研制充气展开式太空舱，并与国际空间站对接。2016年4月，SpaceX公司的“龙”飞船将Biglow公司新研制的充气展开式太空舱BEAM（Biglow expandable activity module）运往国际空间站，并在同年5月29日BEAM膨胀完毕，这是空间站上第一个充气式太空舱。之后，美国Sierra Space公司开始研发充气膜太空舱，充气外壳由Vectran纤维（聚芳酯纤维）制成，该材料强度为钢的5倍、铝的10倍。2023年12月，Sierra Space公司对充气膜太空舱进行极限爆炸压力测试，并顺利通过测试。此外，美国Spacecastle公司也尝试设计采用轻质材料制成太空舱并通过充气展开形成太空居住空间。我国在这一领域的研究起步较晚，纤维原料、关键技术和加工水平都相对落后，尤其在高端功能性充气柔性结构产品方面的工作充气舱处于验证阶段。发展我国月球及火星表面居住、空间长驻、登陆缓冲关键柔性材料，将全面提高我国深空探测器着陆及星球居住空间建设能力。

“起源”一号太空舱

图片来源：NASA。

BEAM太空舱

Sierra Space公司研发的充气膜太空舱

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