桁架-索網拋物柱面可展開天線結構設計與分析

孫國輝，杜敬利，杜雪林，陳曉峰

(1. 西安電子科技大學， 陜西 西安 710071； 2. 上海宇航系統工程研究所， 上海 201109)

引 言

隨著空間結構的發展以及新型材料的研發，拋物柱面天線憑借高增益、強方向性、易于光束自動掃描等獨特優勢成為星載天線主要發展方向之一，在地球觀測、雷達技術、遠程通信等領域均得到廣泛應用[1]。早在1997年，美國宇航局研發的第一部被發射到太空的降雨測量雷達(TRMM PR)便提供了豐富的降雨資料，而后宇航局利用新興的天線材料技術開發了新一代降雨雷達天線(APRA)，利用5.3m×5.3m充氣圓柱形成拋物柱面反射器，掃描范圍達±37°時，分辨率為2km[2]。2003年文獻[3]采用鍍鋁Kapton膜材料設計制造了半尺寸拋物柱面雷達天線PRA-2反射膜測量單元，通過導軌使薄膜形成拋物柱面構型，通過懸鏈結構對薄膜面進行調整，測量其精度RMS為1.277 mm，驗證了單拋物柱面天線的可行性。2004年文獻[4]采用精密拋物夾具及邊界支撐結構形成薄膜拋物柱面構型，在失重狀態下開展了重力加速度對薄膜反射面影響的實驗，驗證了拋物柱面膜結構可以被賦予深空任務及功能。2004年文獻[5]提出了彈性薄殼拋物柱面天線構型概念，并制作了等比例原理樣機。該類天線通過剪裁、拼接各向同性薄殼材料形成拋物柱面構型，依靠材料自身彈性能量實現展開。2007年文獻[6]研制了2.6 m × 2.6 m的PR-2雷達天線原理樣機，該天線通過鉸鏈機構支撐薄膜形成拋物柱面并實施展開驅動，膜面精度可通過懸索進行調節。

星載天線的可展開特性是其滿足大口徑需要的核心技術，現有拋物柱面天線的展開方式或為充氣展開或依靠材料自身特性展開[2,5]。……