星载辐射计动平衡概述及在轨动平衡技术研究

作为卫星在轨对地探测的有效载荷,星载辐射计在轨扫描转动时的动平衡特性直接影响卫星在轨探测精度和姿态稳定度。文章介绍星载辐射计动平衡技术研究现状和发展趋势,并基于现有地面动平衡技术的局限和型号发展需求提出在轨动平衡技术的初步设想,阐述了在轨动平衡配平技术、测量技术和实时调整反馈控制技术,可为今后类似旋转式星载辐射计的动平衡设计和动平衡控制方法提供参考依据。     

星载高精度伞状天线展开过程运动及受力分析

伞状天线是目前大型可展开天线的一种主流构型。由于天线口径大，天线在卫星发射阶段处于收拢状态；卫星发射至指定轨道后，天线展开至工作状态。展开机构是伞状天线展开与收拢的执行机构，其展开与收拢过程中关键零部件的运动精度及受力情况直接决定了天线展开到位精度和天线型面在轨热变形，对最终天线在轨型面精度起决定性作用。文章以国内某星载高精度伞状天线展开机构为研究对象，结合天线展开机构各运动部件参数，利用解析的方法获得展开机构运动方程；通过对方程进行分析，得到展开机构各关键部件在天线展开过程中的运动情况、受力情况及天线理论展开时间，为天线最终在轨展开时间的制定及展开过程中关键零部件的受力控制提供理论依据。     

微波成像仪扫描转动对卫星姿态的影响分析和控制实现

介绍了微波成像仪扫描运动方式,分析了微波成像仪扫描运动及对卫星姿态稳定性的影响,提出了微波成像仪扫描运动稳定性控制中天线静平衡、天线展开到位精度、转动体动平衡和整体动平衡状态的控制方法。给出了微波成像仪扫描平衡状态及在轨验证效果。结果表明：微波成像仪动平衡控制有效,达到了预期的姿态稳定性控制要求。     

面向天线在轨故障处置的RRR指向机构轨迹规划

为解决某星载大型可展开天线在轨故障,本文提出采用投影位移规划法,实现RRR 天线转动指向机构的位移轨迹规划。首先,基于串联机构D-H 法建立RRR 指向机构数学模型,并完成机构自由度、末端构件运动空间和力学特性分析;然后,建立机构反解,针对轨迹要求为二维连续位移轨迹的特点,提出采用投影位移轨迹规划法实现RRR 三自由度转动机构的位移轨迹规划;最后根据规划算法,结合任务各阶段目标要求,获得了以驱动力条件优化初始位置,保证各阶段运动连续的整体运动轨迹规划结果。通过地面在轨故障模拟处置试验,完成了轨迹规划方法的正确性验证,并最终成功指导在轨故障处置测试的实施。本文研究为大型展开天线在轨机械故障处置提供了重要借鉴,也为转动机构实现位移轨迹规划的研究提供了理论方法创新。     

星载天线指向精度建模与分析

随着天线定位机构运动日趋复杂以及对定位机构任务要求的不断提高,提高指向精度已成为星载天线机构能力提升的核心。综合考虑卫星姿态控制误差、展开机构误差、双轴驱动机构误差和反射面误差等因素,利用齐次变换矩阵得到天线指向运动学误差等式,从而得到天线指向精度分析的一般方法。以某星载点波束定位机构为例,对各误差源的影响进行了分析,...     

卫星大型旋转载荷动平衡控制应用研究

卫星携带的转动体的动不平衡对星体产生非期望的干扰力矩,进而影响卫星姿态,为此在卫星高品质运动控制中必须对转动体的动平衡特性进行控制。本文在建立卫星多挠性体姿态动力学模型的同时,分析了动平衡检测在转动体残余干扰力矩分析中的应用,提出了大型旋转载荷动平衡控制方法和流程,最后通过实际工程应用情况,验证了该动平衡控制方法和流程的实用性和有效性。     

战术星-4卫星天线展开

据报道：美国海军战术星-4试验通信卫星的伞状天线已在该星发射后支撑展开,并于发射后1周开始中继声音信息。战术星-4卫星于2011年9月27日由米诺陶-4火箭从阿拉斯加科迪亚克发射场发射升空,3 d后展开直径约3.66 m的天线。战术星-4卫星也被称为战术微卫星创新性海军样机（INP）     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

含间隙天线折展机构模块精度分析

针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。     

用户星星间链路天线指向控制系统试验研究

仿真验证是设计控制器的重要一环。设计的用户星天线指向控制系统的半物理仿真试验系统是由天线样机及其驱动器、xPC实时仿真平台、图像处理计算机和中继卫星模拟器组成。中继卫星模拟器是试验系统的关键,基于用户星对中继卫星的跟踪规律,设计中继卫星模拟器。试验结果说明该试验系统有助于工程设计用户星天线指向控制系统。     

GEO卫星GNSS导航在轨长期性能验证与分析

为对地球静止轨道(GEO)全球卫星导航系统(GNSS)自主导航性能进行验证,用通信技术试验卫星二号实际在轨工作数据,在我国首次对GNSS导航的长期在轨性能进行实测和试验,并对导航精度进行评估。介绍了GEO上GNSS导航原理和通信技术试验卫星二号的GNSS导航系统。设计了转移段(GNSS天线未展开)和定点后GNSS天线展开前后的导航性能试验。给出了转移段GPS/GLONASS的可用星数、GNSS的位速解算结果,以及定点后GNSS天线展开前后GNSS捕获的星数与可用星数、位置精度因子和位速精度,并说明了性能试验的有效性。结果表明:在转移段,在GNSS接收机在部分弧段可捕获到导航星4颗以上,位速解算结果正确,且位速一致性好,GNSS导航系统可用;定点后GEO上观测到的GNSS星数量满足自主导航使用要求,获得的位速精度符合仿真预期,GNSS天线展开后位置精度因子和位速精度明显优于展开前。连续48h数据获得的实测位置精度优于30m,速度精度优于0.05m/s。本次在轨试验证明了GNSS用于GEO轨道卫星是可行的,为我国高轨卫星自主导航和在轨自主管理提供了重要支撑。     

重叠可展开天线双轴指向机构的设计及应用

针对重叠可展开天线占星空间大、指向精度要求高等问题,设计了一种双轴指向机构,该机构通过以电机外壳为轴来使用,旋转变压器直接装配在电机外壳上的方法,使得机构整体结构紧凑,负载力矩及驱动力矩较大,能够可靠实现重叠天线的在轨展开和捕跟运动。并设计了硬限位功能,能在天线失效或控制失误时有效保护天线本身以及卫星上其他产品。重点阐述了该指向机构的工作原理及组成、结构设计及其相应的校核计算,校核结果表明,其关键指标断电保持力矩大于3Nm,裕度远远超过在轨指标,实验结果表明其转动精度高达0.008°,通过实际项目中的部分真实数据及飞行卫星上的成功应用充分验证了其可行性和高效性,新型双轴指向机构的设计对多重叠天线的实现有一定的贡献意义。     

大型星载天线桁架式可折展机构的模态分析

大型空间抛物柱面星载天线具有口径大、约束弱、刚度低、质量小等特点,其机构的空间稳定性直接决定天线的使用寿命和信息传输的可靠性。为准确获得大型空间星载天线在轨稳定性能参数,依据星载天线的高精度和长寿命的设计需求,提出一种新型抛物柱面星载天线结构形式,利用有限元仿真对该新型星载天线作模态分析,并分析相关参数。结果表明:采用Al7075材料的新型抛物柱面星载天线基频满足设计要求。同时,增加上下支杆和上下斜撑杆的截面尺寸可有效提高天线结构的固有频率。该研究为我国大型抛物柱面星载天线设计提供了理论支撑和技术参考。     

太阳翼二维展开阶段SADA不同控制状态仿真分析

二维二次太阳翼侧板展开将造成太阳翼驱动机构(SADA)产生反向转动。针对太阳翼侧板展开运动引起的太阳翼驱动机构反转问题,采用机电耦合分析方法建立了太阳翼驱动机构加断电两种状态下阻力矩方程,进一步基于单向递推组集建模方法建立了太阳翼侧板展开期间整星动力学微分代数方程组,分析了太阳翼驱动机构加断电状态下太阳翼二维展开运动对太阳翼和卫星安全的影响。研究表明:侧板展开期间太阳翼驱动机构位置处将会产生大角速度转动,危害太阳翼驱动机构线路安全,建议结合太阳翼驱动机构电路设计,合理选择太阳翼驱动机构加断电策略,并采取措施降低侧板展开到位时刻角速度。     

基于敏度分析的可展开桁架刚度优化设计

可展开桁架是高分三号(GF-3)卫星SAR天线的关键部件,其在轨展开状态的刚度指标将直接影响到卫星的成像品质,同时,为尽可能减小对整星的影响,要求展开状态的比刚度越大越好。文章针对桁架展开刚度优化问题,提出了基于敏度分析的方法,通过对GF-3卫星SAR天线中的铰链刚度的敏度分析,得到了展开刚度优化的最优途径。在此基础上,利用该方法对多模块桁架展开状态刚度进行了优化,实现了桁架的高比刚度。     

高轨星载GNSS天线与平台结构一体化热耦合设计方法

为解决星外天线在轨较大温差所产生的热变形过大,以及热控为减小温差所产生的整星资源消耗等一系列问题,提出了一种高轨卫星星载全球导航卫星系统(GNSS)天线热设计方法。通过将天线"镶嵌"在卫星对地板里,使天线与整星机热一体化耦合,利用整星内部的辐射热环境减小天线高低温差,降低主动控温加热器占空比,从而为整星节省能源消耗。通过热仿真分析验证,与传统的隔热设计对比,寿命末期冬至最高温降低6.7℃,加热器占空比减小35.8%,每个轨道周期能源消耗减小928 kJ。通过在轨验证,该方法可供同类高轨卫星天线热设计借鉴。     

某卫星大型天线真空低温展开试验

文章采用试验件主动控温的方法,完成了某卫星大型天线常压低温展开试验,对天线进行了展开控制和结构应变及展开阻力矩的测试,试验结果验证了天线在空间复杂温度环境中成功解锁、展开和锁定的能力,为大型空间展开机构的地面试验积累了经验。     

数字化技术在高分三号卫星总装设计中的应用

针对高分三号(GF-3)卫星大型相控阵天线精准总装技术、大型相控阵天线质量特性精确计算技术、星罩对接后星表插头操作空间的人机工程模拟技术和天线随整星一体化运输设计技术4项设计问题,通过数字化技术,分别应用数学建模、Pro/E质量特性计算、CATIA人机工程模拟和有限元分析等方法,对上述设计问题进行了分析,体现了数字化技术在卫星总装设计与实施过程中的应用,结果表明:试验数据满足且优于指标要求,实践效果良好。对于大型有效载荷卫星的总装设计技术具有一定的借鉴意义。     

剪叉式星载可展开天线的设计与分析

针对微小卫星应用发展过程中对星载天线提出的轻质量、高收纳比和大口径的需求,设计了一种新型剪叉式可展开薄膜天线。该设计应用剪叉式机构作为天线的骨架,以实现薄膜天线的二维收拢,能够有效提高天线的整体收纳比并扩大天线口径。运用计算机软件建立模拟样机并进行仿真分析,仿真结果验证了剪叉式机构展开的可行性和展开后结构的稳定性。     

模块化构架式空间可展开天线支撑机构设计

针对空间可展开天线大口径发展趋势的需求,提出一种模块化构架式可展开天线支撑机构。首先,基于机构学基本理论,对机构的结构组成、展开原理及锁紧方案等开展了总体结构方案设计;其次,从肋单元尺寸确定、运动学仿真分析、结构实体设计、缓释装置设计等4个方面开展了支撑机构结构设计与分析;最后,研制了一套模块化构架式可展开天线支撑机构原理样机,并在微重力装置上开展了展开功能试验。试验结果表明:依据设计方案研制的支撑机构,其展开过程平缓、顺畅,展开到位后能够顺利实现锁紧,验证了设计的正确性与可行性。所提出的可展开天线支撑机构及其设计与分析方法可为其它类型可展开天线的设计及研究提供参考。