2010/巾第6期电孑Z狸垂21
大型可展开空问天线结构的发展
王援朝
(中国电子科技集团公司第三十九研究所西安710061) 可展开空问天线(DeployableSpaceAntenna)
是空间飞行器有效载荷的重要组成部分，白20世
高增益天线
纪60年代初问世以来，已经在各类科学卫星，技
术试验卫星和应用]星中得到了广泛应用.近10
多年来，随着移动卫星通信，深空通信，对地观测,
射电天文空问甚长基线干涉测量，军事电子侦察等
空间应用领域的高速发展，对大口径，高增益，高
频率，宽频带可展开空问天线的需求越来越迫切.
到目前为l卜，己经建成，在建或拟建造的大型可展
开空间天线的口径均10m，其中，部分天线的口径
或长度更高达数十米甚至数百米以上.
可展开空间天线分为反射器天线和平面阵列
天线两大类，如果按反射面或阵面材料来划分，则
可分为实面天线，网状天线和充气薄膜天线三大
类.天线【_l径,T作频率，表面密度(天线重罩/
天线表面面积)和收拢体积是选择大犁可展开空问天线结构形式的几个重要参数.实面天线的最大优点是表面精度高，但结构质量大，收缩率(展开直
径/收拢直径)小，由于受到现有发射运载工具承载能力和尺寸的限制，天线口径通常不超过10m，因此，尤法用作更大口径的可展开天线.充气天线的主要优点是结构重轻，收拢体积小，制作成本低,
但空问环境适应性筹，对反射面或阵面薄膜材料的性能要求极高，到目前为止，充气天线尚处在T稃试验(空问试验)阶段.与上述两种天线相比，网状
天线结构的技术比较成熟，是唯一一种已经在空问飞行器上成功应用的可展开空问天线.据统计，到2009年，己经有22部网状抛物面反射器天线应用在美国的商业卫星和科学卫星上，例如,A TS.6卫星的9.1m天线,Thuraya卫星的12.5m天线等，其中，最大天线的口径为22m.应用在美国电子侦察卫星上的可展开网状抛物面反射器天线口径则高达100m以上，例如,2009年1月17日，美国发射了一 颗代号为NROL.26的静止轨道电子情报卫星，卫星主天线口径为107m.日本工程试验卫星ETS.Ⅷ的13m天线，欧洲航天局主持研制的12m多用途
天线等也都是网状反射器天线.
下面，简单回顾一下大型可展开空间天线结构
的发展.
2大型可展开空问天线结构的发展
2.1早期的技术概念研究
1960年代初期，出丁国家战略和未来军事发展
的需要，在美政府有关部门的倡议或组织下，美
国多家研究机构和公司先后开展了可展开空问天线结构技术研究，并将研究起点定位在大口径和超大U径上.开展的技术研究分为以下3大类: (1)A展开技术研究
包括机械展开技术研究；充气展开技术研究和
两者相结合的混合展开技术研究.
(2)在轨装配技术研究
包括航天员出舱装配技术研究，机器人装配技
术研究和两者相结合的混合装配技术研究.
(3)在轨建造技术研究对在轨建造不同类型,
尺寸和形状的结构构件，多个结构单元(曲面和圆形)和长度高达lO00m的单个结构单冗的技术进行研究.
在此期间，重点研究的大型空间天线结构技术
有：箱式桁架天线(口径100m)的同步白展开技术;
干油分配器同步展开桁架天线(口径100m)的全白展开技术;
频率高达300GHz的高频率空间天线(口径33m)的
低轨道在轨装配技术；模块式天线(口径100m)的
在轨自动组装技术和100m天线的在轨建造和装配技术等.在进行研究期问，还对金属反射网，反射面成
形绳索系统，伸缩式/可展开馈源伸展臂，桁架结构在失重状态下的组装，超长桁架结构等天线结构技术进行了研究和探讨.这一阶段的技术研究一直持续到70 电孑互程伤g2010午第6期
年代后期.
遗憾的是，由于成本太高(特别是在轨装配和
建造成本)，这一时期的研究仅仪停留在”概念设计”(conceptualdefinition)阶段，发展十分有限.据
介绍，在这一时期，各种技术概念研究和地面验证
空调温度控制共花费约1亿美冗.
下面，简要介绍一下这一时期的两项重要研究
成果.
2.1.1在轨装配验证样机
建筑证书管理20世纪70年代，美国Grumman公司进行了一
项100m抛物面天线的在轨装配验证研究.开展这
项概念研究的目的是，设计一种能在空间组装的超
大型天线结构.如果在空间组装，可先用航天飞机
冷库蒸发器
把可简单，有效包装的结构构什运输到空间轨道,
起子头进入轨道后，再用机器人把这些构件组装在一起.
该天线结构构件由94根径向承载肋和16圈环
向支撑件组成.这些构件借助于一个转盘连接到中
心体，得到扩展的中心体构成天线支撑结构，射频
反射网在该结构上面展开并张紧.用一个激光表面
传感系统主动控制天线表面形状.图1是在轨装配
验证样机的示意图.
lOOm囊径
抛物街_灭缝
车数升降台聱
图1100m空间抛物面天线的在轨装配验证样机示意图2.1.2静电成形反射器天线
静电成形反射器天线是美国麻省理工学院于
70年代后期开展的一项概念研究，其间得到了洛克
希德导弹与空问公司的资助.开展这项石jf究的目的是大幅减轻大型可展开空问天线结构的重量，并提
高天线表面精度.天线设计原理示于图2.该天线
主要由甚薄网面或薄膜膜面(薄膜厚度为
2～10pm)反射器，支撑环，中心伸展臂，辅助控
制表面和相应的调节索构成.该天线设计的一大特
点是增加了一个轮廓与反射面相同的刚性辅助控
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