星载环形天线结构及其应用综述

环形可展开天线是星载大口径、超大口径可展开天线的理想结构形式,受到越来越多的重视和应用。目前,已经有Astromesh系列环形天线、Harris环形天线、EGS环形天线、双层桁架环形天线以及锥形桁架环形天线等多种展开形式的环形天线。不同展开形式研究主要集中在高收纳和高刚度问题,以实现环形天线的大口径和高型面精度。环形天线已经发射在轨有11个,其中10个成功展开并投入使用。随着航天技术发展对星载大口径天线需求的日益增长,环形天线具有广阔的应用前景。     

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。     

双层环形可展开天线机构构型优选及结构设计

提出可构成双层环形桁架式可展开天线机构的可展开单元需满足的条件,设计出一种轻量化、高刚度曲柄滑块式可展开单元。建立单元特性综合评价指标,对7种可展开单元进行单元特性评价及优选。对优选出的可展单元的结构尺寸进行优化设计,获得了优化设计参数。设计了20m的大口径双层环形桁架式可展开天线机构,研制含弹性铰链的单层环形桁架式可展开天线机构与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和重复展开精度进行测试,验证了提出的可展开机构单元及大口径天线机构设计的正确性和可行性。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8～16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

航天器可展SAR天线结构综述

论述了航天器径向肋式、缠绕肋式、构架式和环形桁架式四种抛物面可展SAR天线结构的研究现状,分析了四种抛物面可展SAR天线结构的特点,分别对航天器翼式、桁架式和薄膜式三种平面可展SAR天线结构进行了综述,指出了航天器可展SAR天线结构轻质、大收纳比和高精度的发展趋势,提出了航天器可展SAR天线实现展开高精度需攻克的关键技术,旨在为航天器可展SAR天线结构的创新发展提供参考。     

充气式空间可展开天线结构概述

充气式空间可展开结构是国外空间结构领域研究的热点之一。当前,充气天线是充气式空间可展开结构研究的重点和主要应用方向。文章首先概述了充气天线的结构特点以及应用前景,然后介绍了充气天线的国外研究情况,最后对充气天线涉及的充气薄膜材料技术、充气薄膜材料硬化技术、充气和展开技术、型面精度的摄影测量方法、充气天线制造技术以及结构设计与分析技术等关键技术进行了分析。     

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。     

应用于立方星的剪叉式可展开太阳电池阵机构

立方星在轨任务期间的能源供给主要依靠蓄电池或体装太阳能电池阵。随着微小航天器技术的发展,立方星功能密度越来越大,星上载荷对功率的需求越来越高,传统的电池板供能方式已很难满足未来空间任务需求。另外,立方星因其特有的尺寸规范和标准,对电池阵的收纳尺寸和展开机构也有特殊应用需求。基于上述背景和立方星的结构特点,设计了一种展开原理简单、扩展性好、折展比大的一维剪叉式空间可展开机构,进行了原理样机的加工制造和地面展开试验,验证了机构设计的功能可行性以及设计参数的合理性。机构展开后阵列发电功率是传统供能方式的3~5倍,且特殊的几何外形可提供被动重力梯度稳定优势,在提升未来立方星载荷能力方面有重要应用价值。     

星载柔性复合材料壳面可展开天线研究进展

柔性复合材料壳面可在一定曲率半径范围内弹性弯曲收纳,展开后具有一定的自支撑能力,可为星载可展开天线研制提供新型解决途径.随着高应变薄壁碳纤维复合材料结构的发展,关于柔性壳面可展开天线的应用研究日益增多.综述了几类典型柔性壳面可展开天线反射面实现形式,分析了影响柔性壳面可展开天线发展的关键技术,为该类型天线反射面的研制提...     

基于Kriging代理模型的环形网状天线展开过程规划

针对环形网状天线小冲击、低能耗展开的应用需求，提出了一种基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划方法。建立了综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性的环形网状天线展开动力学模型，并针对动力学分析模型的计算耗时问题，基于Kriging模型构建了环形网状天线展开过程动力学分析的代理模型。基于此，提出了环形网状天线展开过程规划的非自适应和自适应两种优化策略，通过合理设计驱动绳索的索长收纳函数实现天线展开角加速度峰值和驱动功率峰值最小化。优化结果表明，与运动学规划方法相比，基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划能够显著降低展开角加速度峰值和驱动功率峰值；与非自适应策略相比，自适应优化策略能够在保证代理模型精度的条件下大幅度提高优化效率。该研究结果可为环形网状天线实现小冲击、低能耗展开提供一定的实际指导作用。     

星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真

以星载大型可展开天线为对象,研究了索网绷紧前天线反射器桁架在轨展开动力学过程。对大型天线展开机构特点和展开原理进行分析,建立了反射器桁架驱动和传动机构动力学模型。为避免初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异,以及小展开角情况下动力学方程左端系数矩阵数值性态差问题,提出了基于几何的替代约束求解方案。对星载大型天线在轨展开动力学过程进行了数值仿真,仿真结果表明,提出的方法能够有效解决初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异问题。     

采用绳索张力桁架结构的可展开大口径星载天线

日本成功发射的“遥远号”射电天文卫星(MUSES-B)上搭载的抛物面天线最大口径为10m,它采用了一种绳索张力桁架可展开结构,具有较大的展开/收缩体积比,且表面精度高,很好地满足了任务要求。本文对该天线的独特结构、展开方法和应用材料作了介绍,概述了防止绳索阻塞的方法和重力修正法以及主反射面的精度和电气特性。     

面向卡塞格伦伞状天线的主副面同步展开机构设计及分析

针对长焦距双反射面伞状可展开天线的收展问题,根据卡塞格伦式伞状天线结构特点,提出一种曲柄滑块机构与绳索机构相结合的展开机构;建立了展开过程运动分析模型,可对关键运动部件进行展开过程的运动学分析与仿真。为减小冲击,对展开过程进行了速度规划,对比不同速度规划下天线展开时的运动参数曲线及接触力并综合考虑主面与副面的展开平稳性,确定在五次多项式速度规划下为最平稳展开过程。本文对星载天线的深入研究具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

六棱柱单元可展抛物面天线结构设计

本文提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元，该单元可动机构数较少，展开可靠度高，结构刚度好，具有广泛的应用前景。利用伸缩杆六棱柱单元，文中设计了一大型构架式切割抛物面天线，并简要介绍了天线可展点的细部设计。该天线的形面精度较高，质量轻，造价低。     

国外空间大型网状天线在轨展开故障与对策

空间大型网状天线在轨可靠展开是确保航天任务取得成功的关键。对国外自1974—2011年间发射的部分科学、商业和军用航天器携带的大型网状天线在轨展开故障情况进行了统计,介绍了各天线展开故障的机理,并对天线展开故障应急处理方法和设计改进措施进行了总结。根据空间大型天线展开的特点,提出了加强天线抗冲击能力、充分开展天线机构实验验证和展开故障应急处理预案研究等建议。     

天线展开机构的可靠性增长技术研究

卫星天线的展开是靠展开机构来实现的,这就需要天线展开机构具有很高的可靠性。文章对常用的电动展开机构和弹簧展开机构进行可靠性增长研究,给出了天线展开机构可靠性增长的技术途径、试验设计、可靠性增长评估方法,最后采用AMSAA模型对弹簧展开机构的可靠性增长进行了评估。     

反射面背射螺旋天线设计

介绍了一种反射面背射螺旋天线,其反射面口径仅有几个波长,通过采用新型背射螺旋天线作馈源,成功解决了小口径反射面天线效率低的难题,实现了高达75％的口面效率。该天线体积小、重量轻,已成功应用于嫦娥一号卫星机械转动定向天线。文章对该天线的设计、仿真计算和实测结果进行了综述。     

弹簧驱动的剪式铰可展开天线设计与分析

空间可展开天线是现代卫星通信、地球观测、深空探测等航天和国防领域的关键设备之一,现正朝着高频段、高增益、高精度与大口径的方向发展。剪式铰可展开天线在周边桁架天线的基础上,结合张拉整体结构的特性设计而成,使用弹簧驱动的剪式铰结构形成自驱动展开结构。对其结构设计原理、不同口径下形面精度以及展开过程运动性能的研究和分析表明,该天线收拢体积小、形面精度高、质量轻,可用于制作大口径、高精度的空间可展开天线。