0 引言

空间技术的不断进步推动了空间天线的跨越发展。为了获取地面微小发射功率的信号，提高信息传输的容量，实现遥感的高分辨率，各类航天器提出了对天线结构(主要为天线反射器结构)尺寸大型化的需求。在此需求的推动下，国外各航天大国(美国、俄罗斯、欧空局、日本等)在大型空间可展开天线结构领域的投入都非常大，使得空间可展开天线结构一直是空间结构研究的重点和热点。

大型空间可展开天线是20世纪60年代随航天科技发展需求而诞生的一种新型空间展开结构系统，它以高强度比、高刚度比、高几何稳定性、超低热胀系数等特点的宇航材料为主体，并包含低副可动机构、驱动元件和主动或被动控制器等。此类天线在地面发射时为收拢状态，固定于卫星上；当卫星发射并进入轨道以后，由地面控制中心发送指令，按照其在空间轨道上的设计要求，逐步完成展开动作，最终通过锁定并保持为工作状态。

一般来讲，“大型”是指反射器口径大于等于4 m，需要设计复杂展开成形的柔性工作面(非固面)的结构类型。通常将20 m以上的大型空间可展开天线称为超大型可展开天线，50 m以上称之为极大型可展开天线。

当然，可按照不同的特征进行多种分类。例如，JPL根据不同类型天线可工作的频段及适用口径进行了分类，如图1所示[1]。

  

图1 JPL对大型可展开天线的分类

 

Fig.1 Implementation of large antennas divided by JPL

近年来，大型可展开天线需求数量越来越多，需求领域越来越广泛。大型空间可展开天线反射器作为天线的主结构，根据其实现形式，将大型空间天线的实现分为3类。

环形桁架天线具有较高的展开可靠性，并且单一模块可实现20 m以上口径。受限于结构刚度等问题，此类天线型面难以实现较高精度。

采用伞状天线、构架天线及环形天线等方式，在地面建造单一模块天线，通过运载一次发射并在轨展开。其优点是系统简单，缺点是天线口径受运载和平台限制，对卫星和运载要求高。当天线口径很大时，展开和型面设计难度极大，在轨风险较大。

(2)基于空间站平台组装大型天线

采用空间站平台的有人参与和机械臂等综合能力，将可展开模块天线单元在轨进行组装。其优点是采用模块化降低了系统难度，缺点是空间站能够提供的尺寸也有一定限制，难以进一步扩展。由于极大型天线一般工作在高轨，还需从低轨向高轨转移，需要其他的综合保障能力。

(3)无人参与在轨建造极大型天线

其有两种途径，一是通过运载火箭发射可展开天线模块，多个模块依靠航天器平台进行组合拼装；二是上行天线原材料及零部件，依靠航天器平台，采用在轨增材制造技术、自组装技术、机械臂操作技术等进行大型天线的在轨建造。其优点是理论上可实现任意尺寸的大型可展开天线，但缺点是系统复杂，很多技术尚在探索之中。

1 国内外大型空间可展开天线发展情况

1.1 国外大型空间可展开天线发展现状

1.1.1 地面建设单一模块展开天线

ILC DOVER公司在混合式充气天线中使用了记忆复合材料，并且研制了0.5 m口径的记忆复合材料反射器。天线反射器参考折纸技术，进行三维收拢。通过给反射器施加电流(加热)，反射器进行自主展开，达到平衡态，实现所需要型面[22]，如图18所示。

(1)固面可展开天线

固面可展开天线分为型面整体展开式天线及分块式展开天线。型面整体展开天线由于其反射面尺寸完全受限于运载包络，不在大型展开天线讨论范围内，固面可展开天线主要指分块式展开天线。

分块式展开天线，其反射面由刚性金属板或碳纤维增强塑料(CTFR)制成，反射面单元与单元之间通过铰链连接。天线在发射时各单元进行折叠收拢，入轨解锁后，天线在铰链驱动装置的驱动下展开成为工作状态。

1)典型分块式固面可展开天线

径向肋天线结构和“雨伞”的结构比较类似，主要由展开肋和金属反射网组成，天线展开肋具有一定弧度，具备较高刚度。展开肋通过铰链连接在天线中心的圆柱结构上，金属反射网通过张拉结构铺设在展开肋上。收拢时通过天线中心底部的展开机构驱动各条肋绕各自铰链向天线面内收拢成柱状，展开后类似一把撑开的雨伞。径向肋天线最早由美国TRW公司研制[7]，如图7所示。后来多个国家多家单位对该类型天线进行了研制，并应用到发射型号上。

  

图2 ETS-Ⅵ卫星使用的分块式展开天线

 

Fig.2 Blocked deployment antenna of ETS-VI satellite

2)花瓣式固面可展开天线

当代大学生肩负着中华民族伟大复兴的历史使命，是实现伟大中国梦的继承者和创造者。高校学生社团是校园文化的重要组成部分，是大学生增长社会活动知识与培养实践能力的园地，因此，积极参加社团活动对大学生德智价值观的形成具有非凡的积极作用。

花瓣式天线结构形式最先是由TRW公司提出的[2]。该天线的中心是一个装有六个合页的圆毂，六块可展开主瓣通过合页连接在毂上，副瓣连接在相邻主瓣上，展开时，主瓣在弹簧驱动下带动副瓣展开。已经完成了型面精度为0.13 mm RMS的10 m口径的样机研制。为了进一步改善天线收纳比较低问题，TRW公司后来进行过改进花瓣式天线的研究[3]，完成了15 m口径改进花瓣式天线的研制，其收拢后呈直径为4.4 m、高6.6 m的圆柱状，如图3所示。

  

图3 改进型花瓣式天线收拢与展开状态

 

Fig.3 Improved petal antenna

3)单向折叠固面可展开天线

Dornier公司提出了一种单向折叠固面可展开天线[4]，即DAISY(Deployable Antenna Integral System)天线，并完成了8 m工程样机研制，如图4所示。天线的型面精度为8 μm，其收拢后直径为2.9 m、高4.1 m，为了达到8 μm的高型面精度，每块花瓣背面都设计了桁架支撑结构。同时，Dornier公司同时提出了MEA天线，其结构形式与DAISY天线类似，不再赘述。

  

图4 改进型花瓣式天线收拢与展开状态

 

Fig.4 Improved petal antenna

很多同学都认为英语作文写完就万事大吉了。其实，完整的写作是由写前构思、具体写作和写后修改三个过程组成的，三者缺一不可。平时写作完成后，如无老师批阅，最好和同学互评互改，发现自己的不足之处，学习他人的优点。我们可以从以下几方面进行自查或与同学进行互评互改：

2011年发射的RadioAstron卫星，其上安装了高精度射电望远镜，反射器尺寸为10 m[5]，如图5所示。该射电望远镜天线采用了固面可展开形式，型面精度0.5 mm RMS，重量约为1500 kg。

4)俄罗斯RadioAstron天线

  

图5 俄罗斯RadioAstron天线

 

Fig.5 Russian radioAstron antenna

固面可展开天线具有展开刚度大、型面精度相对较高等优点，但其收拢体积大，难以实现大口径，并且空间环境造成金属铰链热变形，容易引起精度下降。

实施安全监督检查，是现阶段企业安全管理的主要手段，通过组织有效的监督检查工作，可以第一时间发现问题和隐患并组织整改，以降低事故事件出现的概率，同时，通过分析发现企业存在的普遍性问题进行集中整改，可以提高企业的整体安全性。

(2)伞状可展开天线

支撑肋可展开天线(伞状天线)是指柔性反射面由肋支撑，收拢时支撑肋收拢，在轨后支撑肋展开带动柔性反射面展开到工作状态的可展开式天线。天线支撑肋的不同种类是伞状天线主要的区别。

1)缠绕肋天线

缠绕肋型可展开天线中间有一个体积较大的毂，从中心圆毂悬臂伸出多条辐射肋，辐射肋的前面是索网反射面或薄膜反射面。收拢时肋缠绕在中心圆毂上，用绳索捆绑。卫星入轨后，切断绳索解除约束，辐射肋依靠自身的弹性作用，由缠绕在中心圆毂上的弯曲状态逐渐伸直，天线随即展开。辐射肋为空心薄壁结构，具有弹性，可以压平，解除约束后通过弹性伸直[6]。

美国于1974 年发射的ATS-6卫星上的大口径抛物面天线采用的就是缠绕肋可展开天线，如图6所示。该天线口径为9.1 m，质量为48 kg，肋条采用圆弧状铝材共48根。

缠绕肋天线结构简单，且具备极高的收纳比，可以研制出超过30 m的单一模块天线。但其刚度、抗振性、反射面精度都比较差。若要提高精度就要增加肋条数，但质量又会增大。

2)径向刚性肋天线

日本的ETS-Ⅵ卫星[1]上采用了该类天线，由日本NTT公司研制，天线反射器被分割成3部分，3部分之间通过弹簧铰链联接，收拢时两边的部分折起来，入轨后展开至工作位置，如图2所示。

  

图6 缠绕肋天线在ATS-6卫星上的应用

 

Fig.6 Wrap antennas of ATS-6 satellites

  

图7 Harris研制的径向肋天线

 

Fig.7 Radial rib antenna developed by harris

组装式天线的组装形式及模块单元的结构形式可以是多种多样的。模块单元的形式可以是三角形、四边形、六边形等，也可以是它们相互之间的组合，如图21所示。模块的组装原理如图22所示。

俄罗斯也有成熟的径向肋式可展开天线产品,并应用在多个卫星上[10]。例如，在俄罗斯数据中继卫星Loutch系列上采用了两副伞状天线。

径向肋天线具有较高刚度及型面精度，但受运载包络限制，在10 m以上空间天线上很难推广。

3)可收拢肋天线

当天线支撑肋不是一个完整结构，需要在轨折叠展开或者伸展，此类伞状天线可称为"可收拢肋天线"。其中，天线肋可以由几段铰接而成，也可以是可伸缩结构，收拢时除了各条肋相互收拢在一起外，每条肋自身也可收拢，这样就大大减小了天线的收拢体积。

比较典型的伸展肋天线是日本ISAS(Institute of Space and Astronautical Science)公司为HALCA卫星项目研制了8 m口径伸展肋天线[11]，如图8所示。

HALCA卫星伸展肋天线结构包括6根可伸缩的肋、反射网、Kevlar前支撑网络、Kevlar后支撑网络以及肋末端的固定杆组成主反射面[12]。Kevlar前、后支撑网固定在肋上，调整前支撑网得到一些需要位置的节点，用以固定反射网。主反射面为六边形结构，主反射面、馈源、副反射面及副反射面支撑结构构成天线系统。

2016年，泰心医院与多伦多病童医院建立全面合作关系，在后者指导和帮助下，医院成立了由医生、护士、心理咨询师、技师、志愿者管理和护理员等组成的社会心理教育组（Social Psychology and Education, SPE），为患儿及家属提供社会、心理和教育支持。“宝贝不哭”的理想就此开启。

另一种可收拢肋天线是折叠肋形式，如美国Harris公司为ACeS(Garuda-1)卫星研制的折叠肋天线，如图9所示。该天线的肋是由几段铰接而成，收拢时除了各条肋相互收拢在一起外，每条肋自身也可以折叠收拢[13]。

影视资源的运用要做到适合并合理，适合当前教学内容，影视内容要真实合理，这样教导学生才能真正有效果。目前市场上存在着部分影视作品内容夸大，剧情虚假的现象，这样不仅不利于学生了解历史，反而容易引导学生错误的历史认知。例如：影视剧作中有许多关于抗战题材的电视剧，其中有部分作品内容都表现出敌人过于弱智白痴，战争过于游戏化，这样不仅是对历史的歪曲，更是对保家卫国战士的不敬。还有些影视剧为了吸引观众，将历史内容进行改编虚构，脱离真实历史剧情，致使学生不明历史真相，产生错误认知。因此，教师应教导学生对错误的影视作品做出正确的判断，帮助他们形成批判性思维，抵制不良影片的影响，正确看待历史，认知历史过程。

  

图8 日本HALCA卫星8 m伸展肋天线

 

Fig.8 8 m stretch rib antenna of HALCA satellite

  

图9 12 m口径折叠肋天线展开状态

 

Fig.9 12 m aperture folded rib antenna

(3)构架式可展开天线

构架式天线(Truss Modular Deployable Antenna)是骨架为可折叠桁架，金属网铺设在骨架上的可展开式天线。为了使桁架能折叠起来，桁架的杆件中间设有铰链，利用弹簧机构将天线展开，天线骨架是由一些基本的结构单元(四面体)组成。每个基本单元包含六根杆件，其中三根是可折叠的，杆的中间有铰链和弹簧，折叠后的尺寸与展开尺寸之比为1∶10左右。

构架式可展开天线适用于4～10 m口径天线，目前已经在各种SAR卫星进行了应用，如俄罗斯发射的资源系列卫星RESURS-O上的SAR天线，1996年在和平号空间站的自然号的双波段SAR(L、S波段)天线[10]，如图10所示。

  

图10 “和平”号空间站的构架天线

 

Fig.10 Architecture antenna

此类型天线的收纳比相对较高，展开后具有较高刚度及稳定性。但由于骨架系统复杂，其缺点是重量大，运动环节多，难以扩展至更大尺寸。

(4)环形桁架式可展开天线

环形桁架式可展开天线，也称周边桁架式可展开天线，指在柔性反射面通过环形桁架支撑成形的可展开天线。天线收拢时周边桁架处于收拢状态，入轨后周边桁架开始展开，带动反射面展开至工作状态。

1)Astromesh环形天线

此类大型天线是由Northrop Grumman Astro Aerospace公司研发(注册商标为Astromesh，因此常称之为Astromesh形式)，由环形桁架系统、前后张力网、张力阵及金属网构成。典型的Astromesh天线如图11所示，天线展开过程通过牵引动力绳索使环形桁架展开，桁架在展开过程中将张力索网展开形成抛物面[15]。

  

图11 Astromesh环形可展开天线

 

Fig.11 Astromesh antenna

环形桁架天线反射器展开桁架采用多个四边形单元组成，四边形单元的斜杆可伸缩，天线展开时斜杆缩短。所以，通过牵拉贯穿桁架所有单元斜杆的绳索使各单元的对角线同步收缩，即可实现天线的展开，如图12所示。

  

图12 环形桁架天线展开过程

 

Fig.12 Deployment process of astroesh antenna

Astromesh系列环形桁架天线可分为三代：第一代是AM系列，第二代是AM-1系列，第三代是AM-2和AM-Lite系列。AM-1相对AM在受力直径上进行了改进，第三代的AM-Lite相对AM-1又进行减重设计，而AM-2相对AM-1在受力尺寸上又进行了优化设计，其发展脉络见图13[16-18]。

  

图13 Grumman研制的三代环形桁架天线

 

Fig.13 Three generations astromesh

2)Harris环形天线

税制调查视不同国家具体税制情况主要分为：企业所得税情况、预提所得税情况、商品服务税情况、关税情况、印花税情况、土地税情况、个人所得税情况、税收相关投资鼓励政策情况等。

除了Astromesh形式的桁架系统，美国Harris公司研制了新型的三维环形桁架可展开天线[19]，如图14所示。

对于婚礼摄影师来说，考察拍摄环境是非常必要的，环境中的各种线条、框架、光线都可以为我所用。线条明晰、有特色的建筑结构是不可错过的好场景。应该要多尝试不同的构图方案，使画面产生趣味性，同时利用线条、明暗、远近、虚实，来增强环境的空间感，并形成内容上的对比、呼应。此外，人物的位置非常关键，我喜欢把人放在视觉灭点或是明暗交界的地方，画面的色调也尽可能纯粹，同时尽量不要用闪光灯，保留自然的光影关系。控制好人与环境的主次、轻重、比例，化繁为简，确保最终画面是“透气”的。

  

图14 Harris公司新型的三维环形桁架可展开天线

 

Fig.14 Harris 3-D circular truss deployable antenna

Harris环形天线主要由可展开桁架、张力索网和金属反射网组成，可展开桁架由一个八边形的内环和外围的上下两层18根斜支撑杆组成，两张力索网分别安装在两层斜支撑杆的端部，金属反射网铺设在前张力索网上。天线收拢后呈圆柱状，展开时内环先展开成八边形，然后斜支撑杆再展开，同时将张力索网和金属反射网撑开成抛物面状。

采用SPSS 21.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

美国SkyTerra-1卫星采用22 m口径的Harris环形桁架可展开天线，工作在L频段，于2010年11月发射，天线展开曾出现故障，通过采取一系列故障排除措施，至2010年12月14日，该天线终于完全展开，投入正常使用。

美国军用移动通信卫星(MOUS-1)装载了两幅Harris公司研制的环形桁架可展开天线，一幅天线口径为14 m，另一幅天线口径为5.4 m，MOUS-1卫星于2012年2月18日发射成功，两幅天线均成功展开。如图15所示。

  

图15 MOUS-1卫星整星示意图

 

Fig.15 MOUS-1 satellite

(1)地面建设单一模块展开天线

在高中语文的教学过程当中，尽管学生的年纪都相对来说比较成熟，有了一定的自我控制能力和学习能力，但是由于高中语文只是相对来说知识点比较多，文言文、古诗词知识不容易理解和掌握，同时学习时间不充裕，等等，学生在学习过程当中存在着许多问题。一些学生不能“吃饱”，有的学生有可能“吃不下”，学生之间的学习差异，让教师在教学中应思考如何避免学习分化的问题。一般来说，教师在进行授课时，是按照大多数学生的知识掌握进展情况进行授课的，因此难免会忽略一些特殊情况，这时我们就不难看出课外学习的重要作用。

(5)半刚性反射面可展开天线

得益于材料技术的发展，美国发展了一种具有较低刚度的半刚性大型空间天线，主要包括自回弹天线及智能材料展开天线。

贵州黄：观赏石界称国画石或画面石，主要产于黔东浅变质岩地区，石质为元古代黄褐色板岩，分布广，储量大，装饰性强，很有市场开发展价值。

1)自回弹天线

自回弹半刚性天线反射器(Spring Back Reflector)采用具有一定柔性和一定自回弹性能的碳纤维增强复合材料(CFRP)薄膜作为天线反射面。为了提高反射器型面精度，反射面背面还使用高回弹柔性材料背架。在外力作用下，反射器可被卷曲以便收纳于运载罩有效包络空间内，卫星入轨后，去除外力，反射器可利用其自身弹性回复至所需要的型面。反射器收拢时，只需在反射器对边适当位置用绳索拉紧；释放时，只需采用火工装置或热刀将绳索切断[20]。反射器收拢和展开示意如图16所示。

  

图16 自回弹天线反射器展开和收拢状态示意图

 

Fig.16 Self-rebound antenna reflectors

半刚性自回弹天线最早用在北美移动通讯系统MSAT中的MSAT-1和AMSC-1(MSAT-2)卫星上，卫星采用HS601平台，每颗卫星各配置了两副偏馈式的半刚性自回弹天线，工作在L波段，收发分开，天线由美国的休斯公司研制，测试状态天线如图17所示。同时，美国的休斯公司在给NASA做的TDRS-H、I、J卫星上也应用了半刚性自回弹天线反射器[21]。

自回弹半刚性反射器结构简单，重量相对较轻，可靠性高，并且具备较高的型面精度，较适用于3.5～6 m口径天线。

2)智能展开天线

据了解，自去年4月动工以来，广汽智联新能源汽车产业园规划面积7500亩，已落实用地规模4000多亩，广汽新能源汽车、广汽乘用车发动机公司、电池工厂等约10个项目已落地。

单一模块展开天线是当前空间实现的大型天线采用的主流形式，即大型天线在地面进行建造，通过各种运载工具上行至空间，在轨进行有源或者无源驱动展开。根据其类型主要分为固面可展开天线、伞状可展开天线、环形桁架式可展开天线、构架式可展开天线、柔性自回弹可展开天线等。

  

图17 测试状态的北美移动通信卫星

 

Fig.17 North American mobile communications satellite

  

图18 ILC研制的形状记忆复合材料反射器

 

Fig.18 Shape memory composite reflector developed by ILC

在一些研究中，将柔性碳纤维布作为反射面，充分利用碳布挺度形成所需形态。为了保证碳布的顺利展开，NASA复合材料研究发展中心将形状记忆材料用于天线展开机构中。天线由支撑肋、形状记忆展开梁(TEMBO Cross Beams)和柔性碳纤维反射面组成。

万：2006年以来我曾多次与您提到要做您的访谈，您总是很谦逊地说：“我没什么好访的，您还是先做我的前辈们的访谈吧！”这次福州第二届中国当代科学口述史学术研讨会我们不期而遇，我早已准备了一个访谈提纲，希望能和您好好聊一聊.

天线的展开原理为收拢时形状记忆展开梁折叠收拢，两边支撑肋向中间支撑肋靠拢，半刚性反射面随之折叠。展开时，形状记忆展开梁逐渐展开，带动支撑肋和反射面展开。此类天线收拢时，收拢方向的尺寸为展开时的三分之一，适用于2.5～6 m的Ka频段以上的反射面天线，目前已经完成了4 m样机的研制和地面试验[23]。如图19所示。

采用新型材料的半刚性展开天线是今后空间天线发展趋势之一，其具有较高的型面精度及较高的展开可靠性，采用三维折叠的智能反射器，可实现高精度10 m级需求。

硒是人体生命活动中许多抗氧化酶的必要组成部分，硒是谷胱甘肽过氧化物酶的活性中心，在人体内特异地催化还原型谷胱甘肽，与人体内产生过氧化物进行氧化还原反应，使人体细胞免受损害，维持细胞的正常生理功能[1-3]。因此，硒是人体必需的微量元素。研究表明，人体缺硒会引发癌症、营养不良、心血管病、肝病、白内障、胰脏疾病、生殖系统疾病等40多种疾病[4-6]。

  

(a)展开状态

  

(b)收拢状态

 

图19 4 m形状记忆复合材料展开天线

 

Fig.19 4 m shape memory composite deployment antenna

1.1.2 在轨建造大型天线

通过分析，采用单一模块上行并在轨展开方式，可满足一定口径以下空间天线的需求。但对于口径很大的空间任务，如空间科学观测、太阳能电站及军事系统等，往往需要天线口径达到百米级，甚至是公里级。单一模块形式天线已无法满足之一需求，必须采用在轨建造方式实现。

(1)有人参与在轨组装天线

有人参与在轨组装天线由多个模块单元组装而成，每个模块的结构近似，通过模块数量的不同组装成不同口径大小的天线。在天线模块设计完成后，天线的口径只依赖于组装数量的多少。

综合分析天线单元刚度精度与整体天线刚度精度关系，天线单元常被设计为可收拢展开形式。收拢的天线单元通过货运飞船运输上天，入轨后运送至空间站平台，然后展开各个天线单元，由机械臂或航天员辅助下逐一组装成完整的天线系统。如图20所示。

美国数据与中继卫星及伽利略[8]任务都用到了5 m口径的径向肋天线，收拢后的直径为0.9 m、高2.7 m，整个天线质量为24 kg。此类天线已经应用于工作频段为S和Ku频段的数据中继卫星和工作频段为S和X频段的伽利略-木星探测器上。Harris公司目前对外称能够提供3.5～9 m口径的伞状径向肋天线[9]。

  

图20 空间组装式天线总体结构示意图

 

Fig.20 Structure of space-assembled antenna

  

(a)三角形单元

  

(b)六边形单元

  

(c)三角形、四边形、六边形模块单元组合

 

图21 空间组装式天线模块单元示意图

 

Fig.21 Space-assembling antenna module unit

  

图22 模块组装原理

 

Fig.22 Module assembly principle

先将中心模块单元放置好，后面模块以第一个模块为中心，一圈一圈组装到天线上。天线各个模块单元通过机械臂运输到实验舱外部的操作平台上，用保险(绳)装置系扎后打开。在轨展开后依次组装，最终形成整个阵面，组装示意图见图23。

  

图23 组装式天线模块在轨组装示意图

 

Fig.23 Assembly of assembled antenna module

(2)无人参与在轨建造天线

利用多种航天器采用模块化思想进行无人参与的极大型高性能天线的组装建造。采用无人方式在轨进行极大型天线的建造，具有以下优点：

1)用机器装配，避免了由于安全性因素造成的操作空间较小问题，可进行更大尺寸天线建造；

2)可以利用机器保证更高精度安装要求，且可以通过设计进行天线自主调整；

3)可以满足不同轨道应用。

基于此，美国提出了基于航天飞机的在轨拼装方案，其原理如图24所示。

  

图24 在轨拼装方案

 

Fig.24 On-orbit assembly scheme

该方案中的每个单元互相独立，运输到空间之后逐个展开，然后对接。当然，也可由少数几个单元在地面拼接成组，待发射到空间以后，每个组先展开。然后，再拼接形成更大的阵面。

美国还提出了多种形式的在轨组装式天线概念，如图25和图26所示的百米天线建造概念。

美国还在研究其它的基于航天飞机组装的大型天线阵，利用大量小口径天线阵面组成大型等效天线，如图27所示。

通过这种空间组装的方式，避免研制独立单元的超大型天线结构带来的运载和卫星平台无法安装的问题。

  

图25 分扇模块在轨组装式天线

 

Fig.25 In-segment assembled antenna with split fan module

  

图26 形面分片在轨组装式天线

 

Fig.26 Shaped segments in rail assembled antenna

  

图27 美国在轨组装大型阵列天线

 

Fig.27 Assembling large array antenna

1.2 国内大型空间可展开天线发展现状

国内大概于20世纪90年代开始研究各类大型空间天线，通过多年的努力取得了较大的成绩，成功实现了多副大型空间天线的在轨应用。

在理论研究方面，浙江大学、西安电子科技大学、航天五院西安分院、哈尔滨工业大学、清华大学及北京理工大学等单位都对大型、极大型空间天线的核心科学问题进行了深入研究，在天线结构/机构设计、高精度网面设计、动力学分析技术等方面取得了多项成果。

在工程化方面，西安分院作为国内最具实力的空间天线研制单位，承担了国内大型网状可展开天线的型号研制任务。通过10多年的技术研究和工程实践，突破了极大型网状天线总体设计技术、空间天线结构/机构设计技术、多柔体动力学分析技术、高精度网面设计技术、极大型空间结构地面试验技术、一体化控制技术等关键技术，达到国际先进水平。

近年来，西安分院联合国内优势单位开展了在轨建造极大型空间天线的技术研究。

2 大型空间可展开天线反射器关键技术

大型空间天线反射器结构的研究，涉及多个学科领域，主要的关键技术包括以下方面：

2.1 大型空间可展开天线总体设计技术

面向实际应用需求，初步确定天线形式，在此基础之上进行天线电性能初步分析，并分解出各项主要指标。针对天线电性能需求及运载、平台等约束，设计合理可行的天线构型。充分利用机构学、多体动力学等技术进行天线展开原理性设计；采用优化设计方法分析，并分配天线展开动力，提出驱动源及运动副设计要求；面向任务剖面图，设计充分的试验验证项目。

2.2 空间天线柔性网面设计技术

包括通过合适的网面的几何拓扑和网面找形找态方法，保证足够小的设计误差；设计合理的网面张拉系统，确保张力分布均匀，利于网面系统的实现。同时，针对空间环境及装配所造成的在轨型面精度偏差，还需进一步研究高精度型面制作工艺，以及基于热环境、热分析的高精度网面保持技术。

2.3 大型天线展开技术

不同的展开类型反射器，需要研究不同的展开结构与机构问题，重点解决展开过程的稳定和可控性。高收纳比是展开结构技术追求的目标，较高的收纳比能够实现较小的天线收拢体积，从而解决星上安装更多的天线或更大的天线。网面管理机构是研究的难点，大型网状可展开天线结构中存在极多的绳索及网面系统，在天线展开过程中具有缠绕、钩挂风险，需要对天线网面及绳索系统进行管理。网面管理的设计，首先要根据理论模型分析，识别缠绕钩挂风险点；其次，通过部件级试验对风险点进行验证，并修正设计；再次，根据型号经验及设计原则设计天线网面管理系统；最后，根据全状态模拟试验、展开试验等验证防缠绕、防钩挂设计的合理性及可行性。

2.4 大型空间天线地面试验技术

试验与测试是研制大型空间天线过程中必不可少的环节。相对于传统天线，大型天线的展开试验、各项产品测试、甚至拼装试验等验证工作更加复杂。天线的各项试验、测试工作都会因为产品的尺寸过大而带来诸多问题，当天线展开面积增大至近千平米后，天线的测试、试验难度将进一步增加，需要研究采用类比试验、部件级试验等半物理试验措施方法实现对此类空间天线结构的考核。一般来讲，10 m量级及其以下的天线，要进行全物理的电性能测试和温度载荷下展开试验，对于更大口径的天线，除了展开试验和型面精度等功能试验，电能测试等进行半物理仿真即可。否则，对测试系统的硬件建设要求太高，试验经费难以承受。

3 大型空间可展开天线反射器发展展望

随着空间技术发展和应用的不断深入，大型空间可展开天线结构与机构技术的发展进入新阶段。

(1)独立模块展开式极大型天线技术

当天线口径增大到一定程度以后，尽管独立展开式天线的设计和研制难度会急剧增加，展开风险也会加大。但考虑到经济性，在充分权衡天线性能(如工作频率)、发射建造成本、技术成熟度等方面后，采用独立展开方式是某些航天任务所需的极大型天线，仍是需要研究和发展的实现方式之一。

针对此类天线，需要以机械学为基础，多体动力学分析为工具，开展高收纳比结构/机构研究，同时对天线机构进行优化设计，在充分借鉴型号经验基础上，开展工程化研究。

(2)大型结构与机构在轨组装技术

随着深空观测等航天应用对极大型天线的需求，进行在轨建造空间天线研究已经非常必要。理论上，此类极大型天线可用本文介绍的很多方式实现。但对于口径百米量级的天线，受经济成本、研究周期、技术成熟度等方面的制约，通过分批次可展开天线模块，进行有人或者机械臂参与的在轨组装是较为可行的方案。

(3)空间薄膜展开天线技术

空间薄膜天线可分为充气类曲面天线和平面薄膜展开类天线。由于薄膜天线可实现高的收纳比，重量轻，所以理论上可满足更多需要，目前需要重点解决高性能材料和在轨稳定性能工程问题。由于传统的平面阵列相控阵单位面积重量大，若能突破薄膜T/R等柔性关键部件，以此为基础替代刚性展开式阵列相控阵，将会有广泛的应用前景。针对薄膜相控阵天线技术，需要就天线折叠展开方式进行系统研究，建立在新型材料基础上，进一步攻关空间柔性电路技术及型面主动控制技术等，最终实现在轨应用

(4)公里级极大型空间天线在轨建造技术

在某些应用中，需要500 m甚至公里级极大型天线，如与地面射电望远镜组合而成的空间VLBI观测系统、极长型雷达系统、空间太阳能发电等。需要研究上行可展开天线模块在轨自组装、在轨增材制造，甚至是类似交会对接的大型航天结构对接技术等新技术。关键技术包括微重力及复杂热环境下空间极大型结构行为与机制、超大面积高收纳比轻质展开结构与机构技术、空间超柔体结构分布式控制技术、空间超大型结构数字样机一体化设计方法等。

(5)大型天线/卫星平台一体化设计技术

天线结构大型化以后，天线主体已成为航天器结构，同时，结构具有较低的刚度，还需要满足较高的形态精度。传统的平台附加载荷设计已难以保证如此规模的载荷天线的应用，需要针对此类新型天线卫星进行载荷平台一体化设计技术研究，其关键技术包括大尺寸空间天线卫星结构优化设计技术、基于智能材料的一体化控制技术、分布式能源技术、无线信号传输技术等。

(6)大型空间可展开光学结构技术

随着空间光学系统的发展，大型可展开光学系统也成为发展趋势，美国基于衍射成像的大型薄膜展开光学系统和詹姆斯韦伯可展开刚性镜面展开系统是典型代表，关键技术包括高精度展开机构、在轨型面调整技术、基于智能材料的振动抑制技术、轻量化结构等。

4 结束语

随着航天技术的推动以及空间应用需求的牵引，空间大型天线技术已成为多学科融合的典型科学技术，通过对国内外大型空间天线反射器的发展现状进行分析研究，提出了大型天线的发展趋势和展望，特别是指出了建立极大型空间可展开天线需要解决的问题。

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