胡 飛，宋燕平，鄭士昆，黃志榮，朱佳龍

(中國空間技術研究院西安分院，西安 710100)

0 引 言

隨著我國在大型運載火箭、載人航天和深空探測等一系列重大航天工程的實施與深入，空間可展開天線的研究與發(fā)展也越發(fā)重要。目前，空間可展開天線在對地觀測、移動通信、軍事偵察和射電天文等領域都得到了廣泛的應用[1-4]。

未來空間天線向大口徑方向發(fā)展，但火箭有效載荷艙空間的限制，大口徑天線需折疊成收攏狀態(tài)，當衛(wèi)星平臺脫離火箭進入軌道后，天線按照指令展開并鎖定成一個穩(wěn)定結構并開始工作。隨著空間可展開天線需求增大，理論研究快速發(fā)展，多種可展開天線樣機被研制出來，但仍然有少部分天線在展開過程中出現故障而失敗，例如，日本研制的ETS-Ⅷ衛(wèi)星于2000進行搭載飛行試驗時，構架式天線解鎖后發(fā)生了金屬網面與桁架的勾掛問題，導致天線展開失敗[5]，如圖1所示。這些故障反映出目前可展開天線某些關鍵科學問題沒有得到很好解決，理論發(fā)展不夠完善，需進行更深入、更全面的研究。隨著航天、信息等領域的快速發(fā)展，口徑大、精度高、質量輕、綜合性能良好的可展開天線正成為發(fā)展的趨勢，可展天線技術對我國航天科技的發(fā)展進步具有非常重要的現實意義。

1 空間構架式可展天線介紹

本文所研究的對象是空間構架式可展天線，是大型金屬網面式可展天線的一種，在空間可展機構中非常具有代表性[6-7]，如圖2所示?？臻g構架式可展天線以高收納比、高精度、展開穩(wěn)定好等優(yōu)點已在航天領域廣泛應用。構架式可展開天線反射器的桁架系統是由一些基本結構單元組成，最早的構架式拋物面天線概念由美國NASA在1968年“Feasibility Study of Large Space Erectable Antennas”報告中提出[8]。通過改變模塊的大小及數量可以適應不同口徑的需求，組成構架式可展開天線的基本單元有四面體[9-10]、四棱錐[11]、六棱柱[12]及六棱臺[13-14]等，目前已有多個大型的構架式可展開天線成功應用于空間探索。大部分天線都是由四面體為基本單元組成進行分析與研究，如General Dynamics Corporation (GDC)研制的 5.2 m PETA構架式天線[15]，Johnson Space Center(JSC)研制出的口徑7 m的構架式可展天線并成功應用在“Kondor”航天器上[16]。構架天線的收攏與展開尺寸之比可達1∶10左右。與其它形式的大型可展開天線結構相比，構架式可展開天線具有展開剛度好、熱穩(wěn)定性好、空間可拼接等特點，因此構架式天線的研究與發(fā)展一直以來是空間領域研究的重要課題。

Fager[17]介紹了構架式可展天線第一代到第三代的發(fā)展，第一代為鋁制結構，有效的網格結構可組成構架系統；第二代在高低溫交變環(huán)境中結構穩(wěn)定、質量輕、剛度高，并由復合材料組成結構部件；第三代為大型偏饋反射面，精度高，具有模塊化特點。Dyer[18]詳述了未來空間構架天線的特點：精度高、剛度高、收納比高和熱變形低。構架式可展天線表現出多環(huán)耦合、多自由度、大尺度柔性等特征，啟發(fā)了空間機構學等領域各方向的深入研究與擴展。但目前在可展開天線桁架系統的設計方法、動力學分析、及控制等方面仍存在一些關鍵的科學問題，其實現技術直接影響到航天探索的技術水平與發(fā)展。

2 空間構架式可展天線發(fā)展現狀

2.1 構架式天線網格形面劃分

反射器形面劃分主要因素有形面精度、網格種類、網格尺寸大小、對稱性及網格單元的易加工性和完整性。為保證形面精度，所有節(jié)點都應在拋物面上[19]。形面網格種類主要分為：三角形、四邊形和六邊形等，由于三點確定一個平面，且三角形可以用來擬合任意曲面，包括球面和拋物面[20]，有利于提高反射面的擬合精度。同時，采用三角形網格結構具有較好的穩(wěn)定性，可以提高結構剛度與網面性能[21]，因此三角形網格的應用較為廣泛。此外，為方便設計以及桿件、節(jié)點的標準化，應盡量保證桿件間角度的均勻性，設計時盡可能對稱。節(jié)點越多，網格尺寸越小，在拋物面上的節(jié)點也越多，結構形面精度也越高，但同時設計、加工及裝配難度增加，可靠性降低[22]。對于構架反射器，其形面由多個基本單元組成，因此形面劃分后不允許有不完整的單元。

1980年，Agrwarl[23]推導出了網格單元長度與反射面精度的關系式：

(1)

式中δrms表示反射面精度，L為理想等邊三角形網格的邊長，F為反射面焦距，D為反射面口徑。

Agrwarl方法的基本思路為：近似等邊的三角形擬合球面；球面擬合拋物面。

1980年Nayfeh[24]等分析了Fuller提出的圓形穹頂結構[25]中網格劃分方法，指出了富勒球結構中桿件單元的不一致性問題，提出了改進方法，將其應用于大型反射面的設計與幾何分析，具體步驟：1)確定反射器形面(球面、拋物面、橢球面)；2)確定反射面焦距、高度等參數；3)將口徑圓n等分，分別與反射面的最高點相連，構成n棱錐；4)細分每個棱錐面；5)選取投影點將棱錐面上所有的點投影至反射面，如圖3所示。

張京街[26]針對空間可展桁架結構，為保證桿長均勻性，采用迭代法提出了三角形劃分方法。周懋花[27]提出了沿弧長劃分網格的方法，即等弧投影法。楊東武等[28]指出Agrwarl方法直接擬合拋物面存在一定的偏差，后期安裝饋源時，只能通過擬合方法找到饋源的位置，因此楊東武等人提出采用三向網格法設計拋物面天線的最佳形面。2014年，張海波等[29]提出了基于平面桁架結構的映射方法，并在四面體桁架式可展拋物面天線上弦節(jié)點定位研究中建立了兩個優(yōu)化設計判斷準則：弦桿夾角的均勻性和最小均方根誤差。

現有的反射面形面劃分方法有投影法、迭代法、等弧劃分法、三向網格法與映射法。通過對形面網格劃分，在獲得精度較高的形面基礎上，提高結構剛度以及承受非對稱載荷的能力，連接與支撐金屬索網，滿足天線結構和電性能等要求。

2.2 構架式天線桁架系統結構設計

構架式可展天線采用單元組合結構，通過改變基本單元種類或連接形式可靈活構造桁架結構系統，可滿足不同金屬反射面的設計要求。國內外研究單位對構架式天線展開了一系列的研究，對四面體和六棱柱為基本組成單元的天線進行了樣機設計與研究，特別是四面體單元已經成功應用于俄羅斯“自然”號、“聯盟”號飛船、“資源”系列衛(wèi)星以及“和平”號空間站等多個航天任務中。

Mikulas[30]采用四面體單元作為構架式天線桁架結構，桁架單元的桿件應用復合材料，在低應變中呈現出桿件承受所允許的載荷。Armstrong[31]主要考慮了平面構架式天線，分析了材料選擇、形狀構型、質量估計、鉸鏈設計、展開分析和頻率與強度，最后可實現長桿件與平面桁架的半自動控制。Bush[32]采用計算機輔助技術使四面體單元構架天線輕量化、最優(yōu)展開和形狀尺寸化滿足多重設計要求。Fager[33]認為影響地面試驗、熱變形、波束指向和姿態(tài)控制系統成本的關鍵是構架式可展天線的剛度需求，強天線剛度可簡化子系統，減少材料和節(jié)約成本。Vaughan[34]介紹了用單元組成大型網面天線的優(yōu)勢，定義了單元形狀與尺寸，分析了影響單元展開的基本因素和工作環(huán)境下尺寸限制，研究了軌道飛行器與反射面的一般關系，表明反射面結構單元的分配、展開與連接具有低成本、低風險的特點。Hedgepeth[35]描述了一種建立大型高精度天線反射面的方法，考慮了組成反射面和網格等因素。NASA中心[36]設計出兩根桿件同步運動的同步鉸鏈，在連接處放置扭簧，提供驅動，如圖4所示。

Adams[37]對構架幾何進行了分析，特別對各鉸鏈進行了設計，滿足多桿在花盤位置的運動。Bush與Herstrom[38]描述了構架式天線四面體單元在節(jié)點處有3根腹桿和6根同步桿，腹桿和同步桿節(jié)點處有滑塊驅動并同步運動，彈簧提供驅動力，驅動位置設有阻尼器，如圖5所示，在節(jié)點處獨立展開并不受鄰接節(jié)點影響。Onoda[39]優(yōu)化了可折疊桿所需數量且設計出形成宏觀曲面的天線。

關富玲團隊[10,40-42]介紹了一種單元可展構架式拋物面天線的設計思想及過程，從單元分析入手，構造整體結構，由于其展開過程不需要外加動力，由同步桿間彈簧驅動就可以完成，在空間應用中具有一定的實用性和良好的應用前景。在四面體構架式可展天線設計理論的基礎上，開發(fā)了參數化仿真建模程序，建立攝像測量系統，對天線進行精度測量。鄭士昆等[43]闡述了構架式天線總體、結構和電氣方面的研究設計，從力學和熱變形角度進行了實際工況分析。

由于桿件及其它構件眾多，現階段構架式天線模型設計步驟較為復雜。為能高效率設計構架式天線結構，保證結構展開的有效性及簡化設計過程，需完成目標參數和分析模型以及相應的理論驗證。天線整體桁架結構采用程序化設計，可有效的完成展開結構的設計。

2.3 構架式天線桁架系統構型綜合

可展開天線構型的創(chuàng)新設計是可展開天線相關理論研究中的基礎問題。為了充分利用火箭有限的載荷艙，滿足空間任務復雜性、多樣性的發(fā)展需求，設計形式新穎、收納率大、占用空間小的可展開天線是首先應考慮的問題。國內外許多學者和科研機構提出很多好的構型并且少數已經在軌運行，但這些構型的產生大多來源于經驗，缺少系統性和理論性，沒有從機構本質的層面去分析問題，因此從機構學的角度對可展開天線進行構型綜合方法研究是十分必要的。由于可展開天線屬于空間耦合機構，其構型綜合難度較大。空間多鏈路耦合機構的構型綜合主要有四類方法：

(1)圖論

圖論是數學學科中研究事物之間聯系的一門有趣的理論。它用點代表所研究的事物，用邊代表事物之間的聯系，由點和邊構成的拓撲圖模擬一個具有確定關系的系統。因此，它可以認為是一個反映二元關系的數學模型。

Warnaar[44]在忽略尺寸和結構幾何復雜性的前提下，將爆炸-集中的概念應用于構架式可展開天線綜合，可克服構造空間結構的某些限制，因此可設計出更大或更復雜結構，實現裝配單元的過渡桿數最小化。借助于圖論的方法對空間可展開機構進行了系統綜合[45]，在分析桁架結構和機構幾何性質的基礎上建立了三棱柱單元和八面體單元的構型庫，并在自由度計算公式列舉法的基礎上提出了關節(jié)鉸鏈的分配方法。

田大可[13]基于圖論理論提出一種金屬網面可展開天線基本單元的構型綜合方法，建立了4種基本單元的拓撲圖模型，利用鄰接矩陣對構件及運動副的拓撲對稱性進行了判別，得到所有滿足拓撲要求的基本單元的構型方案。Wang[46]采用圖論對金字塔式可展單元機構進行了分析與型綜合。

(2)幾何法

采用幾何法可對簡單的幾何模型分析，特別是有特殊幾何關系時，可得到模型的特性，如能動性和奇異性。Li[47]對特殊的Bennet、Myard和Bricard可展機構進行構型綜合，研究出多種可展開結構。Deng[48]提出了一種采用幾何方法對全轉動副單閉環(huán)鏈路可展機構進行了構型綜合。Qiu[49]采用數學幾何模型分析的方法對一種可折疊式機構進行設計。

(3)位移群論

利用這種方法得到的機構的幾何條件具有唯一性，為非瞬時機構，但所用的數學方法較為復雜，并只適用于具有位移子群結構的機構綜合。

Angeles[50]等證明所有六種低副所生成的運動都是位移子群，并給出六種位移子群及子群間交集的運算法則。Herné[51]認為串聯分支機構的位移子群為分支運動副子群的乘運算，并聯分支的運動為各分支運動的交運算，為該綜合方法提供了理論基礎，并用位移子群綜合法研究了并聯機構的型綜合。曹文熬[52]采用了位移群論的構型綜合方法對空間多環(huán)耦合機構進行了研究，實現了數字化的構型綜合理論。

(4)約束螺旋法

該綜合方法是由我國學者黃真[53]等發(fā)展起來的，適用于一般過約束和無過約束的機構綜合。這種方法的運算較為簡單，為數值類線性運算。但是有時得到的機構的幾何條件存在非一般性，為瞬時機構，因此需要機構瞬時性的判斷。

黃志榮[54]根據構架反射器的收展應用需求，在基于螺旋理論的約束綜合法的基礎上，提出了構架反射器折展桁架的機構綜合方法，并開展了四面體單元機構的綜合，得到了滿足收展運動的四面體單元機構；許允斗[55]針對四面體構架式可展天線機構的多環(huán)耦合特性，應用螺旋理論分析各輸出節(jié)點的自由度數目及性質，進而構造各輸出節(jié)點與定節(jié)點之間的等效串聯運動鏈，從而獲得四面體基本可展單元的運動特性。

在機構構型綜合方法中還有其他理論方法，如Onoda[39]運用替代方法可減少構架式天線折疊、伸展的支桿，相比用一般方法，支桿數量可減少一半。Fang[56]把一種依靠應變能實現展開運動的復合鉸鏈應用到可展開天線上。該種鉸鏈存在的缺點是展開動力不可控且展開到位后沖擊力較大。

現有的構架式天線收攏時存在反射面與背面不能完全收攏的問題，此時需要靠桿件變形及鉸鏈間隙等將背面或反射面上節(jié)點強制收攏到完全收攏狀態(tài)，容易對天線機構造成破壞。此外，對基本單元的構型設計及其連接形式方面也缺乏創(chuàng)新性設計。

2.4 動力學分析

在展開折疊機理正確的前提下，將拓撲模型進行實物模型化后，節(jié)點與構件間由于實際尺寸的空間限制與約束以及加工誤差等問題，可能會使模型出現偏位、卡死等現象。對于構架式可展開天線展開過程的研究，國內外學者給予了重視。在剛柔多體動力學領域已對機構的運動仿真做了很多研究，但這些分析理論大多只適用于開環(huán)結構或閉環(huán)數目不多的可展結構，針對文中的扭簧驅動的四面體構架式大型可展天線結構進行分析，現存在較多困難。各個節(jié)點的扭簧驅動力矩在展開過程中不斷變化，可折疊弦桿的單向運動約束等因素，都給展開過程動力學分析帶來了困難。

Keafer[57]通過有限元方法和數學模型對構架式天線尺寸、模態(tài)進行分析，計算出質量和慣性特性。在空間環(huán)境下，從檢查動態(tài)響應到預測材料強度與分析單元屬性維持合適的反射器形面。Usyukin[58]基于拉格朗日等式，考慮空間構架式反射器展開數學模型，估計反射器中桿件的載荷受力。由于數學模型對運動特征考慮不全面，嘗試建立起展開物理模型，在尺寸分析和物理狀態(tài)等前提下，以獲得相同參數為基礎，可識別出描述天線展開的主要參數。Meguro[59]采用計算機輔助技術分析單元和組網后產生的作用力和力偶，分析了設計方法和展開特性，并通過地面展開試驗來驗證設計準則。

劉明治[60]認為多體動力學與有限元法相結合的綜合動力學建模法能較好地適用于可展天線動力學建模。關富玲[61]將構架式天線結構簡化并建立沒有彎曲應力的2D梁單元的模型，位移矢量包含兩個平動位移和一個扭轉角，采用力學方法建立剛度矩陣。張京街[26]和陳務軍[62]對結構進行了靜力特性分析、模態(tài)分析、頻率響應分析，利用Lagrange方法建立系統的展開過程分析動力學模型，推導了節(jié)點坐標表示的構架式可展開天線結構的等效質量矩陣。以笛卡爾節(jié)點坐標為廣義坐標，推導了節(jié)點扭簧驅動下的節(jié)點外力的計算公式。趙孟良[63]基于Moore-Penrose廣義逆矩陣理論重點研究了約束系統動力學方程的建立及求解，提出了可展桁架結構機構運動和彈性變形混合分析方法，解決了機構運動和彈性變形的耦合問題。

需要指出的是，現研究中將反射器桁架系統中的桿件作為剛體模型進行處理，因此計算結果中無法得到桿件內部的受力與變形情況。構架天線包含桿件、繩索、鉸鏈數量大，其動力學模型規(guī)模龐大，對求解計算帶來巨大的挑戰(zhàn)。同時方案實物模型化后，需考慮材料、截面尺寸、摩擦等實際問題，以保證展開折疊機理的實現。

2.5 形面精度調整及可靠性分析

構架反射面基本單元即為索網的基本單元。在不改變網面拓撲結構情況下，提高天線形面精度需縮小桁架基本單元，此舉將帶來巨大的工程成本。在桁架結構保持不變的情況下，研究反射面索網的新型拓撲結構設計，發(fā)展構架天線形面調整及可靠性技術，對提高反射面形面精度具有巨大的幫助。

Haftka[64]為維持構架式天線高精度形面，可對形面采取主動控制和被動控制的方法。討論了作動器的最優(yōu)位置進行主動控制形面，采用整數規(guī)劃方法選擇控制位置，對控制有效性再分析。Dyer和Dudeck[18]驗證了四面體單元構架式天線構造高精度、構造誤差小的網格劃分的可行性。Salama[65]通過仿真驗證了采用有限個作動器改變形面方法的可行性。Matunaga[66]采用主動控制的方法使用作動器獲得高精度形面，也考慮了在優(yōu)化過程中作動器失效的可能性，在失效時作動器的安置也能滿足形面調整需求，并以三圈單元和10個作動器為研究對象，優(yōu)化了作動器位置，如圖6所示。

在可靠性方面，張淑杰[67]用蒙特卡羅模擬法計算由作用力的大小和方向誤差引起的表面敏感性，由結果可知，通過改變索的長度可控制構架式可展天線的曲面形狀，且能在不影響曲面其它部分形狀的條件下，改善局部表面變形。張惠峰[68]利用故障樹理論建立桁架式可展開天線失效模型，在此基礎上，采用概率理論推導出天線系統失效概率方程。

構架式可展開天線的拋物面反射面由許多基本單元構成，這些基本單元的尺寸大小與整個反射面的精度有很重要的關系，為滿足電磁波反射的要求，需研究這些基本單元尺寸對天線形面精度的影響，從而指導這類可展開天線的結構設計。天線能否最終展開到位并保持其工作狀態(tài)，是衛(wèi)星任務能否成功的關鍵一環(huán)。星載天線一旦不能正常打開，或者衛(wèi)星不能收發(fā)信號，那么為整個衛(wèi)星發(fā)射投入的巨大人力、物力和財力將毀于一旦，因此提高天線展開可靠性至關重要。

2.6 展開可控

目前構架式可展開天線的展開過程是開環(huán)的，即天線展開完全依靠桿件內部的儲能彈簧將彈性勢能轉化為天線展開的動能，通過緊鎖限位裝置將巨大的動能轉化為天線自身以及天線對星體的沖擊。因此，天線的展開過程是一個不可控的過程，這給天線的展開可靠性帶來巨大的不確定性?？紤]到地面展開試驗環(huán)境與在軌環(huán)境無法做到完全一致，在軌展開時極有可能出現地面試驗過程中無法識別的極端工況，因此需考慮構架式天線在展開過程中可控。

Ishikawa[69]描述了模塊式單元天線的展開特征。該分析的天線包括7個模塊，直徑為10m，如圖7所示，三個驅動協作控制天線展開。同步展開失敗主要有兩個因素：釋放繩索的長度與控制繩索的驅動性能。當所有單元由繩索控制時，同步展開失敗并不影響展開運動，對結構也不會造成破壞。

劉明治[70]對可展開天線的展開末瞬時的速度控制進行了研究，在可展開天線的動力學建模、動力分析、系統辯識和控制系統設計等方面做了有益的嘗試，給出了可展開天線展開末瞬時速度控制的一種智能控制方法。齊朝暉[71]通過電機牽引拉繩的方式，建立了可展開天線展開過程的滑輪繩索系統來控制天線同步展開。

構架式天線展開可控最有效的途徑是創(chuàng)新設計出自由度較少的天線桁架系統，其中以單自由度模塊機構為基礎，組網構造構架式天線反射器，既可得到收納比高的構架天線，又可實現天線展開可控。但各模塊在展開過程中需做到多軸同步控制，才能使天線展開過程協調，保證天線展開后的形面精度。

3 構架式可展天線研究重點與展望

以下幾個方面是構架式可展天線分析與研制領域中值得注意的研究重點及其主要發(fā)展方向：

(1)構架式天線形面網格劃分。目前，通過比較迭代法、等弧投影法與三向網格法的劃分結果，采用等弧投影法針對形面劃分后得到的三角形單元最優(yōu)，最接近等邊三角形且形狀質量系數的均方根誤差最小。采用該方法后，通過細分得到的桿件最接近期望桿長。劃分構架式可展天線反射器形面網格時，需綜合考慮形狀質量指標和桿件長度指標兩個指標，劃分后的網格形狀盡量規(guī)則，如等邊三角形為最理想網格形狀，同時構成網格的桿件單元種類盡量少，且網格尺寸、單元長度為所期望的設計值。

(2)鉸鏈與花盤等結構部件設計。構架式可展天線結構設計不僅包括同步桿、腹桿和花盤的設計，還包括展開機構與鎖定裝置等結構設計。通過確定構架反射器桁架中構件結構、數量以及運動副的狀態(tài)等，可得到零部件在設計坐標系中的位置及姿態(tài)。根據花盤、折疊桿、腹桿的結構特征，采用局部坐標構型法進行程序化設計，完成各零部件及關節(jié)的空間構型設計，確定展開和收攏狀態(tài)下構架式天線反射器三維實體模型。對于展開結構的設計，展開與折疊的有效性至關重要。如何保證展開與折疊功能的實現，首先應保證展開折疊機理正確，所以必須選擇合適有效的設計結構，并且對拓撲模型進行理論研究，驗證方案的正確性。

(3)運動副構型綜合。為保障構架式天線正常展開至工作狀態(tài)，對天線結構構型的運動本質必須給予充分研究。將螺旋理論的約束綜合法應用于構架式天線機構的型綜合，拓展約束綜合法的適用范圍，可得到性能優(yōu)異的構架式天線構型。再對天線進行構型分析研究，完善構型形成原理，揭示其展開過程機理，并對現有的構架式天線結構與機構進行優(yōu)化。在目前少有的關于可展天線機構構型綜合的研究中，多限于簡單的單閉環(huán)可展單元機構和平面式可展天線機構，因此需要對天線的構型綜合進行深入研究，得出一套系統有效的分析方法，創(chuàng)新設計出形式多樣的、性能突出的構架式可展天線，為設計與研制具有國際先進水平的構架式天線提供理論基礎與技術支持。

(4)構架式天線展開過程多體動力學分析。為降低天線重量，通常采用輕質碳纖維復合材料作為桿件材料，這將不可避免地降低桿件強度，同時使得天線的柔性特性明顯。構架天線桿件數量多、部件柔性大，在軌是否成功展開與反射器中的彈簧元件驅動力矩、金屬網面的張力、運動部件中的摩擦力、構架運動部件的在軌熱變形、構架運動部件之間的鉸鏈間隙等都有關系。因此，需要針對各種阻力作用下的構架反射器進行展開動力學分析，以確定反射器各元件的驅動力矩，使得反射器在各種驅動力矩的作用下能展開到位?，F階段需從理論上建立能夠精確描述天線展開過程的剛柔耦合多體動力學模型，通過仿真分析得到天線展開過程中桿件的受力狀態(tài)，進而為桿件的結構設計提供理論依據。

(5)提高形面精度與可靠性。對空間可展開天線而言，在工作狀態(tài)下的形面精度是重要的性能指標，組成天線的各構件應處于仿真的工作環(huán)境中進行精度測量。熱變形將直接影響反射面形面精度，因此對空間展開天線進行熱靜力學特性研究，有助于對天線的熱控設計。為確保構架式天線在太空中順利展開，需考慮影響天線展開的各種因素，利用故障樹構建失效模型，更好地指導天線結構設計。提高構架式天線的形面精度與可靠性，可進一步擴展到其它可展天線，具有重要的實際意義。

(6)天線展開可控。目前單元體構架式天線自由度較多，并采用扭簧冗余驅動方式，展開過程不可控，沖擊過大。衛(wèi)星到達指定軌道后的天線展開過程勢必會對衛(wèi)星結構及其它機構產生載荷，可能會對衛(wèi)星結構和機構影響較大。為避免這些載荷對衛(wèi)星結構和機構造成破壞而使衛(wèi)星壽命減短，甚至無法正常工作，需要嚴格控制天線展開時的速度、加速度等。先研究與研制模塊化構架式天線，構造單自由度模塊組網來降低天線桁架系統自由度，再采用可控驅動方式實現天線展開。構造天線模塊與研究天線各模塊同步展開控制策略，使天線展開自主可控、展開過程穩(wěn)定有序，具有重要的工程應用價值。

4 結束語

本文總結了多年來構架式可展天線多方面的研究進展，目前構架式可展天線的結構特征已經向高精度、大型化、模塊化、可控展開等方向發(fā)展，由此將激發(fā)起關于構架式可展天線設計、力學與控制各領域的深入研究，表現為構架式天線的構型綜合、設計與構造、組網，以及展開可控等方面。 研究方法將覆蓋理論分析、數值仿真，以及控制等諸多方面。綜上所述，構架式可展天線的設計與研究作為一項具有廣泛應用前景的新興空間科學技術，正受到科學界與工程界越來越多的關注。然而，構架式天線的研制涉及機械、力學、控制等諸多科技領域，包含大量亟待研究解決的科學和技術問題。在今后構架式可展天線的發(fā)展過程中，需將機構學、動力學及控制理論運用于構架式天線的結構設計中，使構架式天線能可控展開，從而適應更為復雜的航天任務需求，滿足科學研究以及航天發(fā)展等各重要領域。

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