[发明专利]空间可展开反射面系统

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体是一种新型可展开反射面系统。主要应用于航天领域中的星载大型可展开天线、星载大型可展开反射器或汇聚器等，也可应用于地面上的大型机动天线、大型机动反射器或汇聚器。 

背景技术

大型反射器或汇聚器具有收集、聚焦电磁波或太阳能的功能，在众多领域中得到了广泛的应用。随着航天技术的不断发展和航天应用的不断扩展，空间大型可展开装置如可展开天线、太阳能帆板得到了越来越广泛的应用，甚至成为卫星发射成败的关键部件之一。而运载火箭容纳尺寸、运载能力的限制，航天应用高成本、高风险的特点，地面研制环境与太空工作环境的显著差异，都使得大型可展开装置的设计成为航天应用的关键技术之一。大型可展开装置不仅要求能可靠展开，而且要求在太空环境下能够形成并保持期望的构型精度。航天应用的大型可展开装置，可以用三个方面的参数衡量其综合特性：其一是面密度，其二是构型精度，其三是收纳率。 

经过对现有技术的文献检索发现，尽管现有的、以星载可展开天线为主的大型可展开装置多种多样，但以上三个参数特性均为优良的大型可展开装置并不多见。美国1999年的5990851专利(Space deployable antennastructure tensioned by hinged spreader-standoff elements distributed aroundinflatable hoop)提出一种通过充气圆环来驱动和支撑剪刀式周边桁架的可展开天线反射器结构。该结构方案有两大缺陷：其一是其径向和高度方向收纳率都不高，难以应用到大型可展开装置上；其二是它靠一个大口径充气圆环来驱动和支撑剪刀式周边桁架，型面精度很难保证。美国2005年11月8日公开的专利“Inflatable antenna”中，提出一种充气式的透镜圆盘，放置于一个充气式的外罩中，以形成一个可展开天线。该结构方案也有两大缺陷：其一是这种整体充气结构，由于其巨大的充气体积，其面密度并 不低，甚至比优良的网状可展开反射面天线还高；其二是其型面精度一般不及网状可展开反射面天线。 

发明的内容 

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足和缺陷，提供一种空间大型可展开反射面装置，以构建面密度低、构型精度高和收纳率大的大型可展开天线、反射器或汇聚器。 

为实现上述目的，本发明的技术构思是将网状可展开反射面系统和充气可展开反射面系统组合在一起，采用刚柔组合结构及折叠环、肋、筒组合结构，构成一个完整的可展开刚性骨架，为可展开反射面提供稳固的支撑。整个系统包括：折叠式环杆、折叠式肋杆、连接关节、中心圆筒、充气圆环和牵引绳。其中：折叠式环杆、折叠式肋杆分别与环杆连接关节和肋杆连接关节连接，构成环、肋结构；该环、肋结构通过环肋连接关节和肋筒连接关节与中心圆筒连接构成刚性骨架；充气圆环和牵引绳纵横交错地设置在刚性骨架上，构成反射面成型结构。通过充气圆环结构以显著提高反射面的构型精度；通过环、肋以及充气圆环上设置的纵横交错的牵引绳，可进一步提高反射面的构型精度。 

所述折叠式环杆每两个为一组，通过一个环杆连接关节连接，形成一个圆环形状收拢、展开结构；叠式肋杆每两个为一组，通过一个肋杆连接关节连接，形成绕中心圆筒径向分布的复数个收拢、展开结构，置于圆环形状结构内。 

所述的充气圆环采用复数个相互平行的柔性薄膜圆环，固定在肋结构上并与牵引绳相捆绑，形成刚柔组合结构。每个充气圆环在充气膨胀后成型并可固化，对牵引绳的位置定位。充气圆环和牵引绳交接点上绑有金属丝网或镀铝薄膜，该充气圆环、牵引索和金属丝网或镀铝薄膜，收拢在折叠环、肋之间的空余空间里，且充气圆环收拢时在圆周上Z型折叠或星型折叠，并通过相应肋上的定位孔绑定，使其在展开时被相应的肋杆牵引拉开。 

所述的环杆连接关节和肋杆连接关节均采用同步机构，通过同步机构中的驱动、锁定装置，控制折叠式环杆和折叠式肋杆的展开与定位。该同步机构主要由圆柱齿轮结构或圆锥齿轮结构和夹板组成，夹板固定在齿轮 结构的内外，齿轮结构的中心轴上安置有扭簧，齿轮结构的平台上设有导槽，通过扭簧驱动同步齿轮转动，使得环、肋杆由竖直的收拢状态分别展开到水平的工作状态和曲线逼近状态，并在由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动，展开到位后通过导槽控制同步齿轮转动到期望角度后自动锁定。