基于观测几何方法的星间链路天线转动总寿命需求分析

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1、v01．26No．1航天器工程第26卷第1期36SPACECRAFTENGINEERING2017年2月一基于观测几何方法的星间链路天线转动总寿命需求分析庄建楼何善宝宋铮周静(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要星间链路机械可移波束天线的转动总寿命需求是进行天线设计的重要依据。文章提出了一种基于观测几何的仿真方法，实现了航天器运动、航天器姿态控制、天线双轴转动相结合的仿真，同时避免了复杂的动力学仿真，并以某Walker一8星座星间链路机械可移波束天线为例进行了分析，得出了较为准确的天线双轴转动总寿命需求，可用于长寿命高可靠性设计、制定具体的寿命试验方案等。该

2、方法也适用于其他类型星座或其他依靠机械双轴实现指向跟踪的星间链路终端设备。关键词观测几何；星间链路；机械可移波束天线；总寿命；双轴；天线指向机构；万向节驱动组件中图分类号：V443文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．01．006AnalysisofTurningTotalLifeRequirementforCross。linkSteerableAntennaBasedonObservationGeometryMethodZHUANGJianlouHEShanhaoSONGZhengZHOUJing(BeijingInstit

3、uteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Theturningtotalliferequirementisveryimportantfordesigningacross—linksteerableantenna．Byintroducingasimulationmethodbasedonobservationgeometrytheory，theevolutionoftheconstellation，theattitudecontrollingOfsatellitesandtherevolut

4、ionofsteerableantennascouldbesimulatedwithoutthecomplicateddynamicalsimulation．Asanexample，themethodisappliedtoaWalker一6constellationanditscross—linksteerableantennas，andthenthenumericalanalysisyieldstheturningtotalliferequirementforantenna’StOW—axis．Themethodmightbeappliedindesigningfor

5、longlifeandhighreliability，andforprogrammingalifetest．ThemethodiSuniversalforothertypesofconstellationsorothercross—linkterminaldeviceswhichdependonsteerabletWO—axisfortargettracking．Keywords：observationgeometry；cross—link；steerableantenna；totallife；two—axis；APM；GDA1引言当前，航天器星间链路机械可移波束天线(

6、以下简称天线)已广泛用于在各类航天器之间建立持久的通信或测量链路，这类天线具有双轴的天线指向机构(AntennaPositioningMechanism，APM)或万向节驱动组件(GimbalDriveAssembly，GDA)，简收稿日期：2016—09-09；修回日期：2016—1l一18基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：庄建楼，男，高级工程师，研究方向为航天器飞行器总体设计。Email：galaxyz@hotmail。tom。第1期庄建楼等：基于观测几何方法的星间链路天线转动总寿命需求分析37称双轴，双轴由正交的主动轴和从动轴(简称A轴和B轴)组成，每个轴包

7、含空间驱动组件、微波旋转关节或高频电缆、低频电缆等活动部件。双轴在建立链路期间处于连续转动模式，双轴的长寿命高可靠性是确保航天器任务的关键因素，而其转动总寿命需求又是重要的设计约束条件，可用于双轴的具体设计、控制寿命试验的周期和成本。所谓总寿命，是指在规定条件下，产品从开始使用到报废的寿命单位数口j。对于星问链路机械可移波束天线的双轴，表征其转动总寿命的一个重要的规定条件是转动速度，寿命单位数一般是累计转动行程(单位为转，1转指累计转动360。)和累计转动次数[2。3]。人们普遍认识到了双轴长寿命高可靠性的重要性，但是对于转动总寿命需求的