CN105501471A - 装载双反射面大型可展开天线的卫星构型 - Google Patents

装载双反射面大型可展开天线的卫星构型 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，通过保证馈源阵、主反射面和副反射面之间在轨飞行状态的相对位置关系，在满足运载火箭整流罩包络和大型可展开天线可正确展开的约束条件下，通过设计桁架结构形式的载荷舱，合理布局和放置，优化了主传力路径设计，可以保证大型可展开天线在收拢状态下结构空间的紧凑、合理，同时满足大型可展开天线的展开路径需求，并通过充分利用运载火箭提供的包络空间保证了卫星太阳电池阵的面积。

Description

装载双反射面大型可展开天线的卫星构型
技术领域
本发明涉及航天技术中卫星技术领域，具体地，涉及装载双反射面大型可展开天线的卫星构型。
背景技术
依据现有卫星的构型设计经验是将如光学卫星的相机、电子侦察卫星的赋性面天线以及通讯卫星的大型反射面天线等作为卫星有效载荷部件保持其工作状态直接安装在卫星平台上，卫星在轨飞行与地面状态基本一致，而安装了大型可展开天线的卫星的构型设计技术则截然不同。由于大型可展开天线尺寸大，远远超出运载火箭的整流罩包络允许范围，故需在发射状态下通过构型设计技术将其收拢在运载火箭整流罩的包络允许范围内，入轨后通过展开机构形成一块抛物面天线。
我国装载大型可展开天线的卫星的构型布局一般是采用立方体式的构型外加两侧双太阳电池阵方式，星体内部采用平台舱、载荷舱式的分舱式设计，例如国内比较成熟的HJ-1C卫星构型，但是该卫星仅为单反射面天线。日本的ETS-Ⅷ卫星于2006年搭载了两副尺寸均为19m×17m的大型可展开天线，卫星发射时，两架天线都收缩成Φ1000mm×4000mm的筒状分别放置在卫星两侧，卫星入轨后展开，但是该卫星的两副天线相对独立，可分别提供对地通信服务。
作为一个航天大国，我国的卫星事业正处于蓬勃发展的时期，可装载大口径的大型可展开天线的卫星的需求愈加迫切，但是由于运载火箭整流罩的约束，装载大型可展开天线对卫星重量、包络尺寸等都有严格限制，以上因素都对装载双反射面的大型可展开天线的卫星构型布局设计提出了苛刻的限制要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型。
根据本发明提供的一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，包括：
卫星平台1、载荷舱桁架2、馈源阵3、主反射面4、副反射面5、主反射面伸展臂6、副反射面伸展臂7；
卫星平台1为正六边形棱柱体，连接卫星平台1的载荷舱桁架2上设置有馈源阵3、主反射面4和副反射面5；其中，馈源阵3在轨状态为矩形截去四个角后形成的八边形，收拢状态时，馈源阵3对折竖直安装在载荷舱桁架2的侧面；收拢状态的副反射面5竖直放置在卫星平台1的上方，且位于馈源阵3的一侧，以满足副反射面5的安装空间；采用副反射面伸展臂7一端与载荷舱桁架2底部连接，另一端与副反射面5连接，以保证副反射面5在轨展开后与馈源阵3的相对位置关系；将收拢状态的主反射面4竖直放置，安装在卫星平台1上方，且位于载荷舱桁架2的另一侧、馈源阵3的背面，以满足主反射面4的安装空间，并采用主反射面伸展臂6一端与载荷舱桁架2顶部连接，另一端与主反射面4连接，以保证主反射面4在轨展开，并保证主反射面4、副反射面5以及馈源阵3在轨展开后的相对位置关系。
优选地，卫星在轨采用水平方式飞行，即卫星平台1顶板外法向与飞行方向一致；为了满足卫星能源与姿轨控需求，卫星平台1设置有太阳电池阵8，阳电池阵8收拢状态时考虑卫星质心状态，将太阳电池阵8压紧在卫星平台1靠近馈源阵3一侧的侧板外侧。
优选地，所述卫星平台1对地侧板外侧安装有对地数传天线模块9。
优选地，所述载荷舱桁架2安装有星敏头部。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种满足“馈源阵+双反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线收拢与在轨展开要求的卫星构型。
2、本发明提供的卫星构型结构稳定、可承载大尺寸及大质量载荷，对于目前载荷体积质量大、精度要求高、安装困难的特点具有很高的适应性。
3、本发明卫星在轨平飞构型可以满足数传、测控等天线的使用要求，具有很广泛的应用推广价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的卫星发射状态构型示意图；
图2是本发明的卫星飞行状态构型示意图。
图中：
1为卫星平台；
2为载荷舱桁架；
3为馈源阵；
4为主反射面；
5为副反射面；
6为主反射面伸展臂；
7为副反射面伸展臂；
8为太阳电池阵；
9为对地数传天线模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明针对“馈源阵+双反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线，提供了一种充分利用包络空间、电池片面积大、空间充分优化利用并且合理总装、满足“馈源阵+双反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线收拢与在轨展开要求的卫星构型。
本发明提供了一种装载双反射面大型可展开天线的卫星技术，通过保证馈源阵、主反射面和副反射面之间在轨飞行状态的相对位置关系，在满足运载火箭整流罩包络和大型可展开天线可正确展开的约束条件下，通过设计桁架结构形式的载荷舱，合理布局和放置，优化了主传力路径设计，可以保证大型可展开天线在收拢状态下结构空间的紧凑、合理，同时满足大型可展开天线的展开路径需求，并通过充分利用运载火箭提供的包络空间保证了卫星太阳电池阵的面积。
根据本发明提供的一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，包括：
卫星平台1、载荷舱桁架2、馈源阵3、主反射面4、副反射面5、主反射面伸展臂6、副反射面伸展臂7；
卫星平台1为正六边形棱柱体，连接卫星平台1的载荷舱桁架2上设置有馈源阵3、主反射面4和副反射面5；其中，馈源阵3在轨状态为矩形截去四个角后形成的八边形，收拢状态时，馈源阵3对折竖直安装在载荷舱桁架2的侧面；收拢状态的副反射面5竖直放置在卫星平台1的上方，且位于馈源阵3的一侧，以满足副反射面5的安装空间；采用副反射面伸展臂7一端与载荷舱桁架2底部连接，另一端与副反射面5连接以保证副反射面5在轨展开后与馈源阵3的相对位置关系；将收拢状态的主反射面4竖直放置，安装在卫星平台1上方，且位于载荷舱桁架2的另一侧、馈源阵3的背面，以满足主反射面4的安装空间，并采用主反射面伸展臂6一端与载荷舱桁架2顶部连接，另一端与主反射面4连接以保证主反射面4在轨展开，并保证主反射面4、副反射面5以及馈源阵3在轨展开后的相对位置关系。
2、根据权利要求1所述的装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，其特征在于，卫星在轨采用水平方式飞行，即卫星平台1顶板外法向与飞行方向一致；为了满足卫星能源与姿轨控需求，卫星平台1设置有太阳电池阵8，阳电池阵8收拢状态时考虑卫星质心状态，将太阳电池阵8压紧在卫星平台1靠近馈源阵3一侧的侧板外侧。
所述卫星平台1对地侧板外侧安装有对地数传天线模块(9)。所述载荷舱桁架2安装有星敏头部。
更为具体地，如图1所示，为本发明卫星构型发射状态示意图。为了叙述方便，首先建立卫星的布局坐标系(O-XYZ)，定义如下：
坐标原点O：星箭连接环下端框、星箭分离面的理论中心；
X轴：沿坐标原点指向卫星平台方向；
Z轴：垂直于X轴和平台侧板方向，指向主反射面天线中心的方向为正；
Y轴：与X、Z轴成右手系。
卫星配备“馈源阵+双反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线，其中主反射面天线直径达20m，副反射面天线直径达10m，馈源阵尺寸达4m×4m，要求在轨工作时，馈源阵、副反射面和主反射面之间保持特定的几何位置，而用于发射该卫星的长征系列运载火箭的整流罩要求卫星包络小于4500mm，由于主反射面收拢状态的包络尺寸达Φ1400mm×4000mm，副反射面收拢状态的包络尺寸为Φ1100mm×3000mm,为满足运载包络要求，将馈源阵分为两块子阵，折叠后竖直放置在载荷舱桁架的+Z侧面，为保证在轨工作，需应用展开机构，将两块子阵在卫星发射入轨后展开并组合成一个平面，得到一块4m×4m的大型馈源阵。为保证展开后馈源阵、副反射面与主反射面之间的几何位置关系，将收拢状态的副反射面及其副伸展臂竖直放置在馈源阵外侧，将收拢状态的主反射面及其主伸展臂竖直放置在与馈源阵相对的载荷桁架的-X侧，满足运载整流罩包络要求。在卫星发射入轨后，副反射面通过伸展臂展开到星体外并到位锁定后，副反射面按程序展开为一副抛物面天线；主反射面通过主伸展臂展开到星体外并到位锁定后，主反射面按程序展开为一副抛物面天线，使馈源阵、副反射面和主反射面之间在轨保持特定的相对位置关系。采用的双翼太阳电池阵入轨后分别沿±Y向展开，并采用卫星平飞的方式满足卫星姿轨控的需求。
本发明为我国后续装载大型可展开天线的卫星构型技术创造了一种新的设计方法，特别是对于大型可展开天线安装在卫星上，收拢-展开组合的构型设计方法成为雷达与通信卫星构型设计人员的首选，该发明在本领域内应用将十分广泛。
本发明设计的新型卫星的有效载荷采用“馈源阵+双反射面天线”体制，该双反射面大型可展开天线的主反射面直径达30m，收拢状态的包络尺寸空间达Φ1300mm×5000mm，馈源阵包络尺寸达4000mm×4000mm，同时，主反射面、副反射面和馈源阵在轨展开后需保持特性的相对位置关系。卫星的太阳电池阵也需在发射状态下通过构型设计技术将其收拢在运载火箭整流罩的包络允许范围内，入轨后通过展开机构形成一块平面太阳电池阵。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，其特征在于，包括：
卫星平台(1)、载荷舱桁架(2)、馈源阵(3)、主反射面(4)、副反射面(5)、主反射面伸展臂(6)、副反射面伸展臂(7)；
卫星平台(1)为正六边形棱柱体，连接卫星平台(1)的载荷舱桁架(2)上设置有馈源阵(3)、主反射面(4)和副反射面(5)；其中，馈源阵(3)在轨状态为矩形截去四个角后形成的八边形，收拢状态时，馈源阵(3)对折竖直安装在载荷舱桁架(2)的侧面；收拢状态的副反射面(5)竖直放置在卫星平台(1)的上方，且位于馈源阵(3)的一侧，以满足副反射面(5)的安装空间；采用副反射面伸展臂(7)一端与载荷舱桁架(2)底部连接，另一端与副反射面(5)连接，以保证副反射面(5)在轨展开后与馈源阵(3)的相对位置关系；将收拢状态的主反射面(4)竖直放置，安装在卫星平台(1)上方，且位于载荷舱桁架(2)的另一侧、馈源阵(3)的背面，以满足主反射面(4)的安装空间，并采用主反射面伸展臂(6)一端与载荷舱桁架(2)顶部连接，另一端与主反射面(4)连接，以保证主反射面(4)在轨展开，并保证主反射面(4)、副反射面(5)以及馈源阵(3)在轨展开后的相对位置关系。
2.根据权利要求1所述的装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，其特征在于，卫星在轨采用水平方式飞行，即卫星平台(1)顶板外法向与飞行方向一致；为了满足卫星能源与姿轨控需求，卫星平台(1)设置有太阳电池阵(8)，阳电池阵(8)收拢状态时考虑卫星质心状态，将太阳电池阵(8)压紧在卫星平台(1)靠近馈源阵(3)一侧的侧板外侧。
3.根据权利要求1所述的装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，其特征在于，所述卫星平台(1)对地侧板外侧安装有对地数传天线模块(9)。
4.根据权利要求1所述的装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，其特征在于，所述载荷舱桁架(2)安装有星敏头部。
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