[发明专利]一种基于周边桁架式天线的一体化可展开卫星

说明书

本发明公开了一种基于周边桁架式天线的一体化可展开卫星，采用载荷平台一体化设计，改变了传统“搭积木”式的平台结构和载荷舱结构串联模式，围绕周边桁架式天线本身的结构，采用并联模式实现平台载荷结构的一体化设计，能够充分利用周边桁架式天线的收拢与展开构形特点，设计以周边桁架式天线为中心的空心圆柱形一体化可展开式结构，作为平台结构的主体，不仅具备良好的力学条件、最大化利用净空间的包络，而且可实现模块化设计，还与运载具备良好的接口；同时，围绕以大型周边桁架式天线的分布式模块与控制，能够大幅提升系统性能，如机动性，这对以周边桁架式天线为载荷的微波卫星构形设计提供了一种新的设计思路。

技术领域

本发明属于卫星总体设计技术领域，具体涉及一种基于周边桁架式天线的一体化可展开卫星。

背景技术

卫星构形是指卫星整体基本的空间构架和形式，满足研制、发射、运行到返回(对返回式卫星)的卫星整个生命周期内不同要求的总体空间布局、形状与外廓尺寸等。卫星构形的设计主要受几个因素的约束：有效载荷、轨道特性、姿态控制方式和运载火箭等。其中，有效载荷是其主导因素，卫星的构形必须以满足有效载荷的要求为前提。

在当前的卫星构形设计中，仍然是载荷与平台独立设计的局面，通常是选择某一平台，以此平台结构为主体，明确载荷与平台的接口界面后，将微波载荷天线安装到平台结构上。如中大型卫星相关的专利[一种低轨遥感卫星的构型及其安装方法CN102372092A]、[装载双反射面大型可展开天线的卫星构型CN105501471A]以及微小卫星[八边形体装电池阵立柱式微小卫星构型CN102009746A]都体现出这种思想。卫星的平台与微波载荷天线存在明显的界面，甚至为了分工的需要，将平台与微波载荷天线进行分割。这种对于大部分卫星是适用的，但对于某些载荷天线，结构形式发生了变化，如果仍然采用传统的平台与载荷舱的模式，使得卫星构形的设计质量不高，如载重比不高，结构效率低下，优化空间有限。尤其是对微波载荷周边桁架式天线，尺寸较大，为大型柔性体，传统方式是馈源阵在平台上，通过大型展开机构将天线反射面展出。天线反射面相比平台很大，而且整星的惯量也非常大，大型载荷与小型平台的不协调性，如机动，控制小平台来调整大型载荷会带来一系列类似天线波束指向等稳定性问题。控制难度大和控制链路复杂(通过平台来满足载荷需求)，尤其是大型展开式载荷。在同时具有天线和太阳电池阵这两种大尺寸柔性部件的情况下上实现整星的高精度姿态控制是卫星构形设计的难点。总体构形方面需要通过一体化设计来减少冗余结构，缩短传力路径，减少柔性部件。以载荷天线、太阳电池阵为核心，部分嵌入卫星平台内部，加强刚性支撑；将星敏、光纤陀螺等姿态测量设备直接安装在载荷主承力结构上以保证姿态测量的基准与载荷的基准很好的统一，缩短姿态测量与载荷坐标系之间的转换误差传递链，避免平台的结构变形和温控带来的不利影响，提高卫星的定位精度。

对于周边桁架式天线而言，由于SAR侦察或成像的需要，通常天线的口径较大。因此，考载荷平台一体化设计，围绕周边桁架式天线进行平台结构设计，使整星做到结构紧凑、轻巧，提高整星的敏捷、机动性能以及稳定性，降低分系统的研制难度，节约成本。在《Spacecraft antennas and beam steering methods for satellite communicationsystem》(United States Patent，Patent Number:5642122)中，体现了一个类似的想法，不过，重点是针对通讯需求，而不是卫星构形设计，而且天线体制、天线形式、天线结构以及展开设计有着极大区别，可实现性极差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于周边桁架式天线的一体化可展开卫星，可保证卫星发射状态时具备稳定的力学性能，为卫星设备的布局和安装提供充分空间，还可充分利用运载火箭净空间包络。

一种基于周边桁架式天线的一体化可展开卫星，包括周边桁架式天线，以及以收拢状态下的周边桁架式天线为中心并在其外侧围成空心圆柱状结构的至少两个设备舱；