传统结构的主要功能是支撑和传递力。与之对应，多功能结构是具备两个或多个功能，集成电子、热控、能源与传统结构等功能的新型结构，它是材料、电子、控制、制造、热辐射与传导、力学等多学科高度交叉的结果。除了承受载荷和保持形状之外，多功能结构可以在提高任务完成能力的同时减少结构质量和体积，未来所有的太空任务都将因此受益。
这是一种改变游戏规则的颠覆性技术，影响航天技术的多个领域和多项任务，并且在航天领域之外也有其用武之地。评估认为，该技术的技术成熟度为2~5级；该技术的研发风险是中等至高等。
结构轻质概念可以显著增强未来的探索任务与科学任务能力，使新任务成为可能。实现运载火箭结构减重、提高有效载荷所占质量比重所带来的性能增强可使未来所有的航天任务从中受益。轻质低温贮箱可以提高运载火箭的性能，并使在轨燃料贮存成为可能。轻质的充气展开星体表面栖息系统可能实现未来的探索任务。一些新的科学任务还会用到可展开太阳帆、精密航天结构和充气式可展开防热板的轻质概念。一些应用轻质概念技术的空间项目已经得到演示验证，如铝锂合金低温贮箱结构、固体火箭发动机壳体。图2为复合材料液氢贮箱的纤维铺设。
评估认为，结构轻质概念的技术成熟度为2~6级；该技术的研发风险是中等至高等。
未来航天领域的轻质结构研发需要先进复合材料、金属和陶瓷材料及经济有效的加工和制造方法。要从轻质结构中获取更大益处，就必须深入推动相关技术的发展。与金属结构相比，非热压固化的大型复合材料结构在运载火箭上的应用可能会减少30％以上的结构质量。先进的材料体系可以实现多功能结构设计，以降低辐射水平，改善微流星体和轨道碎片防护效果，并增强热管理能力。将纳米技术工程材料纳入轻质结构中，在减重和性能提升方面具有改变游戏规则的潜力。轻质结构的材料技术与NASA的所有计划和未来任务都相关。该技术与（结构）轻质概念技术是强耦合的。该技术将显著减小几乎所有运载火箭和有效载荷的质量，提高产品的性能并降低成本。
评估认为，轻质材料的技术成熟度一般为2、3级；该技术的研发风险是中等至高等。
当前的结构验证方法依赖于基于统计的材料性能数据与基于经验的载荷系数和安全系数的保守组合校核，然后是设计研发和鉴定试验。试验和任务结果表明采用这种方法设计的结构一般为过度设计，因此其质量比较大。这里提出一种基于物理的高级模型的“虚拟数字验证”方法，能够以较低的费效比来设计和验证航天结构。使用确定性和概率方法来预测结构响应、故障模式和可靠性是这种方法的关键点。这种方法及相关模型应该使用所有必要规模和复杂程度的试验数据进行检验，以确认其有效性。通过减少当前设计方法中的过度保守性，并删减当前设计过程中需要的大型结构试验，基于经确认有效的高保真分析模型的设计与验证方法将实现结构减重，并降低成本。
该技术为更轻和更经济的航天结构提供了另一种实现途径，同时确保其具有足够的可靠性。由于NASA的多个任务将从改善的结构设计与分析能力中获益，该技术与NASA需求的一致性在该领域中是最高的，适用于所有NASA航天飞行器。
评估认为，结构设计与验证方法的技术成熟度一般为3级；该技术的研发风险是高风险。
非破坏性评估（NDE）已从其早期用于质量控制、产品验收和定期检验发展成为用于持续健康监测和自主检测。长时间航天任务需要新的非破坏性评估与传感器技术，包括评估运载火箭和航天系统健康状况的原位嵌入式传感器阵列技术，预测运载火箭及箭上系统运行能力的综合分析技术，以及自主的非破坏性评估与传感器操作技术。提前检测、定位潜在故障将提高任务的安全性和可靠性。
非破坏性评估与传感器技术是一项横向交叉技术，影响航天技术的多个领域和多项任务，特别是随着任务持续时间不断增加，其影响将会更广。对于涉及复杂火箭的长时间任务来说，以最少的人为干预来评估和维持火箭完整性是最基本的要求。
评估认为，非破坏性评估与传感器的技术成熟度一般为2、3级；该技术的研发风险是中等至高等。
客服