充气式空间可展开天线结构概述

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1、空间电子技术10SPACEELECTRONICTECHNOLOGY2006年第3期充气式空间可展开天线结构概述马小飞宋燕平韦娟芳宋剑鸣柏宏武（西安空间无线电技术研究所，西安7l0000）摘要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

2、键技术进行了分析。主题词充气天线展开式天线卫星天线天线结构l概述当前，航天器结构发展的一个趋势是结构尺寸的大型化。随着航天器结构尺寸的增大，传统的机械结构在质量、体积和成本等方面的代价越来越大。而且，由于机械展开式大型空间机构有大量的活动关节、驱动机构，所以制造复杂、可靠性差、整体刚度差。空间充气结构是这些问题的有效解决方案。空间充气结构是国外航天结构领域的研究热点，研究工作主要集中在反射面薄膜材料的设计与制造、薄膜材料的硬化、充气柔性结构的设计与分析、充气结构的在轨试验等方面。目前，各项关键技术的研究都相对成熟，很多充气

3、结构已经得到工程化应用。空间充气结构的应用非常广泛，如充气天线反射器、充气太阳阵、充气式太阳帆、月球和火星漫游机器人充气轮、充气式月球基地建筑设施等都可以用到。充气式空间可展开天线（以下简称充气天线）是典型的空间充气结构。它采用薄膜结构，收拢时通过折叠或卷曲方式包装，在轨道上通过充气膨胀至所需的反射面型面。充气天线具有质量轻、收藏体积小的特点，而且天线口径越大，它的优势越明显。高轨电子侦察卫星、高轨移动通信卫星、深空探测卫星等提出了对口径l0m以上大型空间天线的需求。毋庸置疑，充气天线的研究能够为这些领域的需求提供一种新的

4、选择。2充气天线国外研究现状充气天线在国外有比较广泛的研究和应用，美国的L'garde公司、NASA、JPL、欧空局、俄罗斯等都开展了相关研究。美国在充气天线方面的投资最大，许多研究成果也趋于成熟；欧空局和NASA合作研制出了可实现空间自固化的充气天线；俄罗斯已经研制出了多个充气天线样机，但尚未见到公开报道。2.1L'garde公司的精密充气天线L'garde公司是在充气天线研制领域最早开展研究、研究成果最多的单位，到目前为止，已经制成［l］了口径3m、7m、9m、l4m等系列的充气天线。其中l4m充气天线在l996年曾做

5、过在轨试验。收稿日期：2005-05-ll；收修改稿日期：2005-06-2l2006年第3期马小飞等：充气式空间可展开天线结构概述$$该公司研制的充气反射器典型结构见图1，它由一个封闭的双凸面体构成，它的背部是一个金属化抛物面，前部是一个球形罩，两者在边缘处连接，从而形成孔径。球形罩可透过工作辐射频率的微波。反射器和球形罩由若干分割得非常精确的三角形分片构成，这些三角形分片是采用聚酰亚胺薄膜制成的。充气气囊具有自固化性能，因而充气完成后，即使空气泄露，仍能保持型面。定性地分析认为，如果自固化效果较好，不但不影响型面精度，

6、还能带来刚度的提高；如果自固化效果较差，局部可能会起皱，从而可能会影响型面精度。!"!#混合型充气天线［2］美国JohnsHopkins应用物理实验室和ILCDover公司已经研制出一种混合型充气式反射器（图2）。图1L*garce公司口径7m的反射器图2混合型充气天线模型该天线由一个固定的刚性抛物面反射器和一个环绕其周围的抛物环面充气反射器组成，2个分别用于刚性反射器和充气反射器的馈源及其支撑安装在刚性反射器上。环面反射器可大大增加天线面积，充气膨胀后形成的反射面可硬化。发射前，充气反射器紧密收缩在刚性反射器的下方，以适

7、应各种不同的航天器载荷舱和发射火箭的整流罩。卫星入轨后，用适中的气压展开充气反射面和支撑圆环。为了验证设计的性能，ILCDover公司制造了两个口径1.2m的刚柔混合型充气天线（图3）。测试结果证实，通过采用这种混合技术，充气反射面的精度可以大大提高，用于Ka波段的混合式反射面是可以实现的。图3口径1.2m的混合型充气天线反射器图4ARISE中的充气天线12空间电子技术2006年第3期2.3ARISE航天计划中的充气天线［3］美国的加利弗尼亚大学正在为NASA研制一个口径25m的充气天线（图4）。该天线准备用于美国的ARI

8、SE（AdvancedRadioInterferometryBetweenSpaceandEarth）航天计划。该天线为一偏置格里高利抛物面天线，工作频率为SGHZ~S6GHZ。为了满足这一超宽频带的要求，反射器型面精度指标为0.25mm。由于这一型面精度对充气天线的工程化实现难度较大，设计时采用副反射