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专题讲座听后感 可展开卫星天线的研究概况 随着科技不断发展， 社会不断进步， 信息成了现代社会中最为重要的资源，
而用于传递信息的渠道已经由过去单纯的电缆传输， 转变为电缆、 无线电、 激光等多种传递方式相结合的传输方式。
特别是采用无线电、激光传播方式时， 天线成为了不可缺少的接收装置。
而随着通信、 空间科学的迅猛发展， 以卫星作为传播的中继站成为了首选。
随着信息量的不断增大， 对卫星天线的大容量、 多谱段、 大功率、 长寿命等功能的需求变得愈加迫切， 必然要求天线的口径越来越大以提高其传输带宽、 信号增益和简化地面接收装置。
根据国外文献报道， 地球静止轨道电子侦察卫星的接收天线口径通常在 30 米以上甚至达到 150 米， 大型天线技术成为研制多种类型卫星所必须解决的关键技术之一。
但由于火箭有效运载空间、 运载力的限制， 要求天线在发射阶段以折叠状固定在运载工具有效载荷舱内， 待航天器进入轨道后， 再由地面控制中心指令其在空间轨道按设计要求， 逐步完成展开动作， 然后锁定并保持为工作状态。
因此， 天线的可展开性成为现代空间天线的一个显著特征。
大型可展开卫星天线结构技术研究越来越受到人们的重视， 许多国家和航天科研单位都在可展开卫星天线结构技术领域进行着激烈地竞争。
优良的天线结构设计直接关系到卫星的技术水平， 己经成为卫星天线设计的关键内容。
1 可展开卫星天线的结构形式 可展开卫星天线经过近三十年的发展， 为了适应不同的需求， 其形式可谓是多种多样， 并且随着新型宇航材料、 加工装配技术的提高、 各学科领域不断提出的更高要求。
新的形式不断涌现， 然而， 尽管形式众多， 仍然可以分为三种基本类型：
固面展开天线、 充气硬化展开天线、 网格状展开天线。
另外， 在每种基本类型下， 根据其结构组成、驱动方式的各异而衍生出不同的具体形式。
1． 1 固面展开天线 固面可展开天线的典型特点是天线的反射面由几块刚性曲板组成， 在
收纳状态下， 刚性曲板折叠包围在一个中央圆筒周围， 根据折叠方式的不同， 衍生出不同的具体形式。
固面展开天线的优点是可以达到很高的型面精度， 缺点是收纳率不高， 重量大， 因而使其口径的进一步增大受到限制。
目前已经实际应用在卫星上的实体反射面天线的最大口径只有 3. 5m。
1. 2 充气硬化展开天线 充气硬化展开天线是由美国航空航天局(NASA) 和欧空局(ESA) 联合研制的一种可展开天线类型。
这类天线主要由柔性材料（经过化学树脂处理的 Kevlar 膜材或 Mylar 膜材）
制造， 其展开原理是民用建筑中的充气膜结构相同， 通过内部气体使结构膨胀至所需要的形状位置，与民用膜结构不同的是， 膨胀到指定位置后， 在太阳紫外光的照射下，经过化学处理的膜材发生化学硬化作用， 固定在指定位置， 这时， 即使内部气体泄漏， 也不会造成天线型面精度的损失。
从结构方面看，该类天线主要由充气硬化支撑杆、 充气硬化支撑环、 充气硬化中心体构成。
充气硬化中心体在展开硬化后成为扁豆状， 一面为透明， 另一面涂抹反射性材料， 形成天线的反射面。
但是， 充气展开天线也存在一些缺点， 比如：
在各类星载展开天线中， 空间环境对充气式天线结构的影响最大。
而且充气式展开天线材料（特别是膜面材料）
要求极高， 其反射面精度通常难以得到保证， 目前这类天线还处于研究阶段。
1. 3 网格状展开天线 网格状展开天线是目前研究最活跃的一种空间可展开天线类型， 无论是在应用方面， 还是理论、 实验研究方面都是国际宇航界研究的热点，它的具体形式也是三种基本类型中最具多样化的。
这种类型天线的共同特点是反射面都是由柔性金属网构成， 根据对柔性金属网的支撑形式及展开驱动方式的不同， 可分为以下几种：
1.
径向肋型可展开天线 径向肋型可展开天线是早期研制的一种结构比较简单的可展开天线，它主要由径向折叠的刚性肋和反射面组成， 天线反射面采用金属丝编织成网状， 因其展开和折叠与日常生活中的雨伞类似， 故又称为伞形天线。
这种天线将肋做成一定的形状（一般是抛物线形状）， 反射网就固定在可绕枢轴旋转的径向肋的正面， 而调整网则位于径向肋的背
面， 通过对调整网中各根拉索的调节， 为确保反射网面在展开状态下能够尽可能精确地达到所期望的抛物面形状。
这种天线主要具有结构简单， 展开可靠性高的优点。
但其收缩率小， 仅适用于低频段， 口径尺寸小于 5m 的天线。
2.
缠绕肋型可展开天线 缠绕肋可展开天线中间有一个体积较大的榖， 辐射肋的前面是索网反射面或薄膜反射面。
收拢时肋缠绕在榖上， 用固定绳索捆绑。
卫星入轨后， 切断固定绳索， 辐射肋依靠自身的弹性作用， 由缠绕在中心榖上的弯曲状态逐渐伸直， 天线随即展开。
这种天线结构比较简单， 收缩率较大， 即使天线口径达到 100m 也能够满足收拢要求。
但其刚度、抗振性、 反射面精度都比较差。
美国于 1974 年发射的 ATS. 6 卫星上直径为 30 英尺的抛物面天线采用的就是缠绕肋可展开天线。NASA、 ESA 已经研制出了口径达 50m 的缠绕肋可展开天线， 并进行了 100m 级的概念设计。
3.
环-柱型可展开天线 环－柱型可展开天线主要由环、 中心柱、 拉索系统以及反射面组成，这种天线的中心柱由可伸缩套管组成， 而周边环是由若干节杆件铰接而成。
收拢时， 环可以折叠起来收缩到中心柱周围一个很小的体积内。在每个铰链处都有一个扭簧， 用于展开天线。
环与中心柱都是由采用碳纤维增强塑料制成的管件组合而成， 环与中心柱之间由多组拉索相连。环－柱天线早期的代表作是 Hurris 公司研制的 6m口径反射面，其网面固定在一个展开环上， 利用上下索来提高环的刚度， 网背后还有形状精度调整索。
这种天线的装配和调整难度都比较大， 而且展开的可靠性也比较低。
4.
构架式展开天线 构架式展开天线以基本桁架单元（四面体、 三棱柱、 六棱柱）
组成的可展桁架作为金属反射网的支撑背架， 其特点是可以单独完成每一个单元的调试后再进行总装配， 大大降低了装配和测试的难度， 同时，这种形式使天线结构具有较高的展开刚度和结构稳定性， 天线通过布置于节点上的弹簧实现展开动作， 型面精度可以达到 0. 5mm， 它的缺点是结构重量大、 制造成本很高。
日本的工程试验卫星 ETS. VIII 的
13m 口径反射器是这类天线中最大的飞行件。
俄罗斯宇航局研制成功的四面体单元构架式(Tetrahedral Truss) 可展开天线也已经成功运用于“自然” 号、 “联盟” 号飞船以及“和平” 号空间站上。
5.
周边桁架式可展开天线 周边桁架式可展开天线（也称环形桁架式可展开天线）
结构主要由四部分组成：
可展开的周边桁架、 金属反射网面、 柔性张力索网以及展开动力机构。
其中， 可展开周边桁架由结构完全相同的平行四边形单元组成， 其完成收放运动的原理是利用周边平行四边形桁架中对角杆可伸缩的结构特点， 而柔性张力索网主要起到平衡作用"前后网之间拉有张力索， 通过调节各项设计参数可使金属反射面形成所需的型面。
周边桁架式可展开天线最早是 ASTRO 公司为北美移动通信卫星MSAT 研制的, 天线口径 6m， 但由于各种原因没能在第一代 MSAT 上得到应用。
休斯公司在为亚太移动通信卫星 APMT 设计的天线方案中就采用了这种周边桁架式可展开天线， 口径为 12. 25m。
另据有关报道，美国的信号情报卫星“先进折叠椅子” 上口径为 150m 的天线反射器就采用了这种周边桁架式展开天线。
周边桁架式可展开天线的结构与其它天线结构形式相比， 其应用空间比较大， 天线口径可应用于 6～150m 的范围且结构形式简单， 在一定范围内口径的增大不会改变天线的结构形式， 质量也不会成比例的增加， 是目前大型星载可展开天线理想的结构形式。
2 国内外可展开天线的研究现状 2. 1 国外可展开天线的发展现状 空间大型可展开天线已经在地球静止轨道通信卫星、 跟踪与数据中继卫星、 电子侦察卫星等多种卫星上被广泛应用， 甚至还使用于空间攻防中作为微波武器。
正是由于其具有如此广阔的应用前景， 各发达国家都在竞相发展这项技术， 在这方面的研究上投入了大量的时间和精力， 经过了几十年的研究， 尤其是近 20 年， 发达国家在空间可展开天线技术方面已经取得了很大的进步。
其中， 美国于 70 年代发射的ATS－6 卫星和 SEASAFT 卫星， 以及 80 年代初发射的哥伦比亚号航天飞机上都是使用了大型可展开天线。
另外， 美国于 1997 年发射了两颗新型军事情报卫星， 其中一颗为洛克希德?马丁公司制造德改进型
“长曲棍球” 雷达成像卫星， 另一颗是休斯公司制造的喇叭信号情报卫星， 它们是美国目前最大的两颗军事卫星同样， 许多欧洲国家和日本也于 90 年代相继在遥感卫星ERS－1 和地球资源卫星一号上成功使用了可展开天线。
目前国外现役大型可展开天线的口径一般在 6～30米之间， 有的甚至已经达到了 150 米。
2. 2 国内可展开天线的发展现状 我国在空间可展开天线的研究起步比较晚， 于 80 年代中期才相应地开展了在星载可展开天线结构动力学建模， 网面精度调整及控制等方面取得了一些进展， 并于近几年开始了对天线模型的地面实验和测试工作。
近年来我国对空间可展开天线的研究重点主要集中在网状可展开天线的研制方面。
另外， 与空间大型可展开天线研制密切相关的结构力学分析、 优化设计、 网面调整以及精度测量的理论与软件还处于起步阶段， 有待进一步的发展完善。
目前， 我国处于运营状态的天线大都是固面展开天线， 如“东方红” 二号、 “东方红” 三号、 “风云”二号等卫星。