[发明专利]空间绳系可展开面装置

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体是一种空间通过绳索牵引连接的可展开表面装置，可用于太空中的大型反射面或透镜天线、大型望远镜、大型太阳能汇聚器。

背景技术

随着人类航天运载能力的不断增强和航天技术的不断发展，空间大型可展开装置如大型可展开天线、大型太阳能帆板等得到了越来越多的应用，空间大型可展开天线已经在空间通信领域产生了巨大的经济和社会效益。空间大型、超大型可展开结构在其它领域也有着诱人的应用前景，如空间太阳光反射镜、太阳能轨道站、太空电梯、太空轨道转移器等，甚至成为卫星应用成功与否的关键部件之一。由于人类运载火箭容纳尺寸、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，使得空间大型、超大型可展开结构的设计成为未来航天应用的关键技术之一。

由于空间大型、超大型可展开结构的尺寸庞大，其质量与承载的卫星平台相当甚至更大，而卫星平台的操控能源有限，因此其形状、位置、姿态的稳定与控制成为相当棘手的问题之一，进而也制约了大型、超大型可展开结构的广泛应用。根据公开报道，迄今为止人类成功在轨应用的最大可展开结构是美国2010年11月21日发射的世界上最大间谍卫星上的索网结构大型可展开天线。其技术细节未公开，估计其面密度约0.30Kg/m²，口径在50米～65米之间。

美国的Wilkie等人在2007年4月23-26日召开的48th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics,and Materials Conference国际会议上,探讨了主镜口径达150米的对地观测光学望远镜的构想，其主镜由9276块组件构成，总质量32971kg。这种尺寸的结构需要依赖于空间机器人，采用空间装配技术才能实现。其技术可行性差。

中国专利公开的一种“固定桁架结构的可展开面装置”，由于采用环连接关节与采用由矩形空心直杆或正三角形空心直杆组成的固定桁架结构相连，降低了整个装置的质量，减小了装置的面密度，降低了其结构复杂度，使得整个装置展开运动简单，展开可靠性显著提高。且该发明构建的反射面焦径比较大，能够远距离传输或会聚电磁波。该结构的面密度≤0.25Kg/m²，口径可以做到上百米甚至更大。但该发明中，并未考虑其稳定与控制问题，即在太空中如何实现其结构的有效成型以及整个卫星系统的轨道、姿态的自主稳定，造成可展开结构无法在太空中稳定展开和平稳工作的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种能在太空中稳定展开和平稳工作的空间绳系可展开面装置，保证整个卫星系统的轨道和姿态的自主稳定。

为实现上述目的，本发明包括：N个大焦径比反射面或透射面1、M根柔性牵引索2和M个位于卫星平台4上的牵引索控制机构3，1≤N≤9，3≤M≤192，卫星平台4上设有定位部件，反射面或透射面通过柔性牵引索与牵引索控制机构连接，形成展开、收拢机构，其特征在于：

牵引索控制机构3，由电机301和转盘302构成，采用电机驱动转盘，用以控制柔性牵引索的长度；

反射面或透射面1，采用由复数个折叠环4和环连接关节5构成的固定桁架结构，每个折叠环4上设有开孔，每两个折叠环4之间通过一个环连接关节5连接；

N个反射面或透射面按口径大小排列层叠放置，每根柔性牵引索2的一端穿过口径最大的反射面或透射面上的折叠环4的相应开孔,打死结固定，然后依次穿过其他N-1个反射面或透射面上的折叠环4的相应开孔，同样打死结固定，最终将N个反射面或透射面按层次连接，形成单个卫星平台与所有N个反射面或透射面一起组成的层叠放置结构；

每根柔性牵引索2的另一端连接卫星平台上相应的牵引索控制机构3，使所有M根柔性牵引索2和单个卫星平台以及所有N个反射面或透射面1三者一起构成中心对称形式，组合成空间绳系系统；

N个反射面或透射面处于收拢状态时，按口径大小依次嵌套，即口径小的反射面或透射面嵌套在口径稍大的反射面或透射面里面，构成一个嵌套圆柱体，放置在卫星平台4的定位部件内。

作为优选，所述的卫星平台4上的定位部件，采用定位槽401或定位挂钩402，定位槽401设置在卫星平台的顶面或侧面，定位挂钩402设置在卫星平台的四个面。