4.5.2 结构设计
根据以上构型设计，对太阳帆航天器进行详细的结构设计，并给出各个结构的设计尺寸、功能、材料以及连接关系。图4-81所示为160 m×160 m太阳帆整体结构收拢示意图。
图4-81 160 m×160 m太阳帆整体结构收拢示意图
采用充气辅助式豆荚杆支撑臂的太阳帆航天器支撑包装结构包括中心体、充气辅助式豆荚杆支撑臂、支撑臂法兰、支撑导向机构、滚转轴稳定机、帆面、帆面卷轴、帆面卷轴转动轴承、帆面-支撑臂连接机构、帆面控制软片、航天器包带、外包装盒体上板、外包装盒体底板、包带解锁展开机构等，如图4-82所示。
图4-82 太阳帆航天器支撑包装结构
中心体为整个结构的支撑结构，支撑包装结构的顶板和底板分别安装在中心体的上下两个端面，中心体的侧面通过支撑臂法兰周向对称安装四个充气辅助式豆荚杆支撑臂，支撑臂外端连接航天器的控制装置、滚转轴稳定机，并且在两个相邻的支撑臂上设有滑动小车控制机构。每个支撑臂分别从外侧端点以滚转轴稳定机为芯向内卷，直至支撑臂卷至与中心体接触为止，支撑臂通过安装在中心体内部的充气装置进行辅助充气展开；四套支撑臂导向结构分别固定在中心体的侧面，且为滚转轴稳定机RSB杆提供导向路径；帆面收纳于帆面卷轴上，并通过支撑结构固定于中心体上，帆面卷轴和支撑结构之间安装转动轴承，帆面的外端点与滚转轴稳定机RSB杆端点采用连接机构连接；最外侧通过包带将结构收紧。
1）中心体
中心体（图4-83）作为整个太阳帆航天器的中心结构，起到固定支撑臂、顶板、底板，收纳充气装置以及其他必要机构的作用。为方便四根支撑臂的法兰安装设计为正方形空心舱，四面侧板下方安装支撑臂充气端法兰，中心收纳充气管伐等装置。采用碳纤维复合材料层合板，质量较小。
图4-83 中心体示意图
2）支撑臂-中心体连接法兰盘
支撑臂法兰盘的设计是为了满足支撑臂与中心体相连接，实现支撑臂的固定，所以，支撑臂法兰盘的边沿有四个圆孔通过螺栓与中心体连接，每个支撑臂内在粘扣的正下方有2个充气内胆，通过法兰盘上8 mm直径的圆孔连通实现充气展开，即每个法兰盘上有两个直径8 mm的圆孔，具体如图4-84、图4-85所示。法兰盘由铝合金制成，确保连接刚度。
图4-84 支撑臂近端盖示意图
图4-85 支撑臂远端盖示意图
3）充气辅助式豆荚杆支撑臂
太阳帆航天器支撑臂采用充气辅助式豆荚杆支撑臂，主体采用具有自回弹能力的碳纤维Ω截面设计，具有结构重量轻的优势。为确保支撑臂在轨的顺利展开，在自回弹基础上，在支撑臂内部添加了两只充气管，作为辅助展开措施，如图4-86所示。
图4-86 支撑臂展开及收纳示意图
对单个长112 m、直径为30 cm的支撑臂，进行压扁卷曲折叠。对于折叠体积估算，当第一圈的折叠半径为0.2 m（200 mm）时，按每圈的折叠厚度为5 mm估算（螺距），则展开后折叠收拢形状为圆柱体，其高度为50 cm。
最内圈的周长为1.25 m，若以卷曲折叠的平均每圈长度1.5 m估算，则共缠绕75圈。于是可估算得，折叠收拢形状为圆柱体时的直径为
（75×0.005＋0.2）×2＝1.15（m）
4）帆面
聚酰亚胺帆面采用“L”型折叠方式（图4-87），将160 m帆面收纳在帆面卷轴上。在帆面卷轴上的收纳高度为1 m，经过计算，斜边160 m帆面需折叠57次，有114层。通过计算，抽真空后，卷曲后的帆面卷轴外径约在0.15～0.2 m之间。
图4-87 帆面“L”型折叠方式
5）帆面卷轴
帆面折叠后卷在帆面卷轴上，卷轴的上下两端固定有转动轴承，如图4-88所示。这样帆面卷轴则可以随着支撑臂的展开旋转使帆面跟随展开。而转动轴承由固定装置固定于顶板和底板处，起到固定支撑帆面卷轴的作用。这样四组帆面卷轴同样类似立柱起到支撑整个结构的作用。
图4-88 帆面卷轴布局结构示意图
6）支撑臂收拢结构支撑导向结构
由于结构不够紧凑，在支撑臂的收拢结构两侧设置了支撑臂的支撑导向结构（图4-89），采用铝合金进行设计制造，使支撑臂滚子在发射过程中得到固定，不会左右摇晃；且支撑臂充气展开时，由此导向结构在初始阶段限制展开方向，使得支撑臂安全展开至收纳单元脱离太阳帆中心结构，确保其他结构以及载荷的安全。
图4-89 支撑臂支撑导向结构示意图
7）顶板、底板和包带
顶板、底板和包带（图4-90）起到整体的收纳作用，对支撑臂起到上下压紧作用，确保结构在发射阶段的振动载荷下不会发生破坏。包带在周向压紧四组支撑臂以及帆面卷轴，确保支撑臂和帆面的收纳压紧。底板设置连接段，确保航天器的固定。
图4-90 太阳帆航天器包带、顶板及底板示意图
8）帆面展开控制软片（图4-91）
图4-91 控制软片结构示意图
帆面展开时，收拢压紧力失效，此时通过控制软片对帆面的微小阻力，来控制帆面的展开。一组两个软片，均为弹性材料，一端通过铰链固定于航天器底部，一端通过适中的弹性力夹住收拢状态的帆面。在帆面展开过程中，软片会随着张开，但弹性力会将帆面控制在一定范围内，从而控制帆面不会因松弛膨胀而导致缠绕。