大型可展开网面天线中的科学问题

【作者】 肖勇； 杨军刚； 范叶森； 方永刚； 任革学；

【机构】 西安空间无线电技术研究所； 清华大学；

【摘要】 为了捕捉微小功率信号、实现高增益和提供高覆盖率,新一代大型通信卫星、中继卫星、对地观测卫星等均提出大口径网面天线的需求。同时,受限于卫星发射火箭的运载包络限制,要求星载天线具有可展开特性。其中,卫星发射过程中,天线以收拢状态较小的包络尺寸安装于火箭整流罩内,并且具有足够的刚度和强度,以承受火箭发射过程中的各种载荷;卫星入轨后,天线在驱动器的作用下可靠展开到位并锁定,形成一个稳定的空间结构,实现对特定波段电磁波的接收与发射。根据大型网面可展开天线在轨工作过程和特点,大型网面天线的核心性能要求为在轨可靠展开、在轨可靠控制和在轨型面精度满足电设计要求,这三方面性能是否满足要求同时也决定着卫星任务的成败,可概括为"展得开、控得住、收得到"。从学科范畴上看,大型网面天线研制涉及三个方面典型力学学科问题,其中大型网面天线是一个典型的复杂柔性多体系统,因此其展开过程是一个复杂的柔性多体动力学过程,如何获取展开过程天线动力学特性、识别影响影响展开过程关键因素、实现展开过程受载优化、预示在轨展开过程需借助柔性多体动力学方法;大型索网天线属于典型大挠度结构,具有典型的超低模态特性,如何准确获得在轨模态信息以便在轨展开过程整星姿态控制是典型的超低模态结构动力学问题;大型网面天线反射面是由大量索网组成的柔性预应力张拉索网系统,因此其型面设计是一个典型超静定非线性张拉索网系统预张力优化设计问题。本文以大口径环形可展开天线为例,对大型可展开网面天线展开、控制和型面三个方面的科学问题进行了分析与总结,并结合西安分院研制情况给出了相应的解决方法。更多还原