“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

陳國(guó)輝，華岳，王波，鄭士昆，肖勇，馬小飛，張愛兵，陳嵐

（空間電子信息技術(shù)研究院，西安 710100）

引 言

“嫦娥4號(hào)”中繼星運(yùn)行軌道為繞地月L2點(diǎn)的Halo軌道[1-2]，距月球距離約8萬(wàn)km，距地球距離約45 km?！版隙?號(hào)”中繼星距離月球和地球均較遠(yuǎn)，因此需要采用大口徑高精度天線解決空間遠(yuǎn)距離通信鏈路緊張問題，但是受到運(yùn)載火箭直徑尺寸的限制，中繼星的高精度天線采用了可展開型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

“嫦娥4號(hào)”中繼星上配備了一副大型高精度傘狀可展開天線，如圖1所示，這是我國(guó)目前在軌應(yīng)用的最高精度網(wǎng)狀可展開天線，同時(shí)也是人類月球探測(cè)以及深空探測(cè)任務(wù)史上最大口徑的通信天線。與一般機(jī)構(gòu)相比，可展開機(jī)構(gòu)具備操作簡(jiǎn)單、快捷、完全以拉攏狀態(tài)占用空間小，可重復(fù)利用，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)。大型可展開天線可靠，準(zhǔn)確地展開是“嫦娥4號(hào)”中繼星研究的難點(diǎn)。

本文針對(duì)“嫦娥4號(hào)”中繼星大型高精度傘狀可展開天線的設(shè)計(jì)、技術(shù)難點(diǎn)及驗(yàn)證情況進(jìn)行了研究分析，為未來我國(guó)開展月球探測(cè)及其他深空探測(cè)科學(xué)任務(wù)提供通信技術(shù)支撐。

圖1 “嫦娥4號(hào)”中繼星Fig.1 Chang’e-4 lunar relay communication satellite

1 傘狀可展開天線原理及構(gòu)造

傘狀可展開天線采用正饋標(biāo)準(zhǔn)單拋物面方案，天線主要由反射器、饋源組件和波導(dǎo)組件組成。對(duì)于下行通道，數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)入下行饋電波導(dǎo)，信號(hào)經(jīng)過下行濾波器后進(jìn)入隔板圓極化器，形成左旋圓極化信號(hào)后通過共用的喇叭照射到反射面天線上，經(jīng)過天線聚焦后指向目標(biāo)區(qū)域。對(duì)于上行通道，右旋圓極化數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過天線聚焦進(jìn)入公用的喇叭后，通過隔板圓極化器和上行濾波器后進(jìn)入接收機(jī)，原理如圖2所示。

天線反射器采用中心固面 + 周邊柔性網(wǎng)相結(jié)合的徑向肋式傘狀可展開結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)反射器高精度的同時(shí)提高了天線整體剛度，主要由中心固面、展開機(jī)構(gòu)、天線肋、張力網(wǎng)、金屬反射網(wǎng)等組成，如圖3所示。

圖2 傘狀可展開天線原理框圖Fig.2 Principle block diagram of deployable space-borne antenna

圖3 傘狀可展開天線反射面結(jié)構(gòu)組成示意圖Fig.3 A schematic diagram of the reflector structure of an umbrella-shaped deployable antenna

中心固面是天線裝調(diào)的基準(zhǔn)和基礎(chǔ)，天線肋、張力網(wǎng)和金屬反射網(wǎng)構(gòu)成周邊柔性網(wǎng)面，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)周邊柔性網(wǎng)面收攏呈錐狀，衛(wèi)星入軌后天線肋根部的展開機(jī)構(gòu)工作，網(wǎng)面展開呈拋物面狀并與中心固面共形。

張力網(wǎng)采用雙層索網(wǎng)張拉結(jié)構(gòu)形式，安裝在相鄰的天線肋之間，整體呈圓周輻射狀，分為前張力索網(wǎng)、后張力索網(wǎng)和縱向調(diào)整索，結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。前張力索網(wǎng)主要安裝金屬反射網(wǎng)以起到反射電磁波的作用，后張力索網(wǎng)對(duì)前張力索網(wǎng)起平衡作用，前、后網(wǎng)之間由縱向調(diào)整繩索連接，通過調(diào)節(jié)各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)即可使金屬反射網(wǎng)形成所需的幾何型面。

圖4 張力網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式示意圖Fig.4 Schematic diagram of tension network structure

金屬反射網(wǎng)是由柔軟的合金金屬細(xì)絲經(jīng)編出絲網(wǎng)，再由金屬絲網(wǎng)按要求拼接出預(yù)定的幾何形狀。天線反射器的在軌展開功能由展開機(jī)構(gòu)完成，18個(gè)完全相同的天線肋分別通過18個(gè)完全相同的展開機(jī)構(gòu)沿圓周均布安裝在天線中心固面反射器周圍，每一個(gè)天線肋均以天線中心固面反射器中心為圓心呈輻射狀安裝，每一個(gè)天線肋的收展運(yùn)動(dòng)均以其根部的展開機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)副為中心在75°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，單個(gè)天線肋運(yùn)動(dòng)原理如圖5所示，天線的展開過程如圖6所示。

圖5 天線肋運(yùn)動(dòng)原理圖Fig.5 The principle of antenna rib motion

圖6 天線展開過程Fig.6 Antenna deployment process

2 傘狀可展開天線技術(shù)難點(diǎn)分析

“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線屬于大型網(wǎng)狀可展開天線類，涉及的專業(yè)領(lǐng)域多，對(duì)所用材料的要求高，生產(chǎn)和檢驗(yàn)的工藝復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)、測(cè)試和試驗(yàn)環(huán)境和儀器設(shè)備的要求高，因而其研制難度大，研制過程中的技術(shù)難點(diǎn)多。

其研制過程中的技術(shù)難點(diǎn)既有網(wǎng)狀可展開天線的共性技術(shù)難題[3-6]，也有適應(yīng)地月L2點(diǎn)Halo軌道環(huán)境所特有的技術(shù)難題，主要包括天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)、天線在軌展開、網(wǎng)面成型與保持、超低溫環(huán)境適應(yīng)性等4個(gè)方面。

2.1 天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足“嫦娥4號(hào)”中繼通信鏈路的高精度指標(biāo)要求，同時(shí)提高天線收攏狀態(tài)的剛度，天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)吸收了復(fù)合材料固面天線高精度、高剛度及金屬網(wǎng)狀可展開天線反射面輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，采用固面 + 網(wǎng)狀可展開的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，即反射器中心區(qū)域采用傳統(tǒng)的固面天線形式，其他區(qū)域采用網(wǎng)面可展開形式。

金屬反射網(wǎng)通過天線肋與張力網(wǎng)成型，精度隨著天線肋數(shù)量的增加而提高，但在天線肋結(jié)構(gòu)形式一定的情況下，天線肋數(shù)量的增加必然導(dǎo)致天線構(gòu)型復(fù)雜度的上升和重量的增大。因此，需要對(duì)天線開展多因素約束條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要有以下幾個(gè)方面:①優(yōu)化天線肋及張力網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提高反射面逼近理論型面的程度，同時(shí)保證天線反射器的展開可靠性；②優(yōu)化張力網(wǎng)材料及結(jié)構(gòu)形狀，提高天線反射面抗熱變形及蠕變的能力，使其長(zhǎng)期在軌承受惡劣空間環(huán)境時(shí)能夠保持高型面精度；③優(yōu)化天線肋展開到位鎖定機(jī)構(gòu)，提高天線展開重復(fù)精度；④開展天線材料和結(jié)構(gòu)空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，提高天線在軌環(huán)境適應(yīng)能力。

2.2 天線在軌展開

天線在軌展開以彈簧為動(dòng)力源，采用緩釋彈簧分布式驅(qū)動(dòng)展開技術(shù)實(shí)現(xiàn)天線在軌展開功能、保證天線在軌展開可靠性、減小天線收攏體積、降低天線重量。

緩釋彈簧分布式驅(qū)動(dòng)展開技術(shù)采用動(dòng)力多點(diǎn)布局（如圖7所示），設(shè)計(jì)過程中為保證所有動(dòng)力源輸出動(dòng)力和速度的一致性，在驅(qū)動(dòng)過程中引入增力和延時(shí)控速設(shè)計(jì)理念，最大程度地降低了由于單點(diǎn)失效帶來的可靠性下降問題和天線展開速度控制問題，具有布局靈活、輕便、安裝體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

圖7 緩釋彈簧分布式驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源布局方式Fig.7 The distributed driving power source layout of slow release spring

天線在軌展開不僅要保證天線具有足夠的動(dòng)力裕度，還要保證在高低溫環(huán)境下展開的可靠性，同時(shí)天線作為大型網(wǎng)狀可展開天線，防鉤掛設(shè)計(jì)的可靠性也是保證天線展開可靠性的重要因素之一。

2.3 網(wǎng)面成型與保持

根據(jù)魯茲（Ruze）公式，由天線型面幾何誤差所引起的增益損失可表達(dá)為

其中:G是天線實(shí)際增益；GI是天線理想狀態(tài)下的增益，σ是型面幾何均方根誤差。

由此可見，對(duì)于一個(gè)給定的波長(zhǎng)，型面幾何的均方根誤差直接決定了一個(gè)天線的增益損失，這使得天線的型面幾何精度保持成為確保天線性能的一個(gè)關(guān)鍵問題。

根據(jù)中繼通信的鏈路要求，由魯茲公式可知，天線反射面的型面精度要求達(dá)到亞毫米級(jí)。天線采用雙層網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式，即張力索網(wǎng)為上下兩層結(jié)構(gòu)，前張力索網(wǎng)用于安裝金屬網(wǎng)，其作用是使金屬反射網(wǎng)成形，后張力索網(wǎng)是進(jìn)行型面調(diào)整的連接基礎(chǔ)。前張力索網(wǎng)和后張力索網(wǎng)反向（凸面相向）而置，兩個(gè)網(wǎng)具有相同的交叉點(diǎn)并一一對(duì)應(yīng)。兩網(wǎng)對(duì)應(yīng)的交叉點(diǎn)通過縱向調(diào)整繩索連接，對(duì)兩網(wǎng)的對(duì)應(yīng)交叉點(diǎn)施加張力而將兩個(gè)網(wǎng)張緊。

天線的型面設(shè)計(jì)是將各節(jié)點(diǎn)調(diào)整到理論拋物面上，反射面是用許多小平面來近似擬合，會(huì)引入小平面與理論拋物面之間的偏差，如圖8所示。隨機(jī)選取天線前張力繩索上相鄰的4個(gè)節(jié)點(diǎn)，則4個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成平面1-3-4和平面1-2-4，兩個(gè)平面與對(duì)應(yīng)位置的理論拋物面之間存在一定的偏差。

圖8 理論設(shè)計(jì)誤差分析模型Fig.8 Theoretical design error analysis model

偏差的大小與節(jié)點(diǎn)間距的大小有關(guān)，只要適當(dāng)減小節(jié)點(diǎn)間距的大小，反射面型面精度就會(huì)隨之提高。節(jié)點(diǎn)間距越小，需要的縱向調(diào)整繩索數(shù)量就越多，網(wǎng)面系統(tǒng)就越復(fù)雜，所以縱向調(diào)整繩索的數(shù)量也不能太多，這就要求通過曲面擬合的方法，根據(jù)型面精度指標(biāo)的要求，準(zhǔn)確地確定張力索的數(shù)量。

“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線在軌飛行時(shí)的熱環(huán)境是非常惡劣的。天線在發(fā)射后需要在空間展開并反射電波，因而無(wú)法在主副網(wǎng)和金屬反射網(wǎng)上使用多層隔熱膜來進(jìn)行溫度控制，天線在軌運(yùn)行期間溫度往往會(huì)有高達(dá)攝氏300多度的變化。由于任何一種材料的熱膨脹系數(shù)都不會(huì)為0，一個(gè)空間結(jié)構(gòu)的在軌熱變形是無(wú)法避免的，如何將在軌熱變形所造成的型面幾何精度降低控制在所允許的范圍之內(nèi)也是天線設(shè)計(jì)面臨的主要問題。

由熱載荷造成的天線性能變化計(jì)算是天線設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重要部分，在軌熱變形的設(shè)計(jì)計(jì)算有3個(gè)步驟:①是天線在軌溫度場(chǎng)分析，根據(jù)飛行軌道、衛(wèi)星和天線的幾何尺寸、衛(wèi)星和天線的各種材料性能和熱性能參數(shù)，分析天線在軌每一位置的溫度場(chǎng)；②是根據(jù)天線的幾何尺寸、材料的各種性能參數(shù)和由前面所得到的在軌每一位置的溫度場(chǎng)計(jì)算由于溫度變化而造成的結(jié)構(gòu)變形；③是分析在軌每一位置由于結(jié)構(gòu)變形造成的天線性能變化[7-10]。

進(jìn)行在軌熱變形設(shè)計(jì)計(jì)算的第1個(gè)目的是通過比較不同的設(shè)計(jì)方案、選擇不同的材料、改變各部件的尺寸等方法使天線的在軌熱變形最小化，第2個(gè)目的是確保天線在在軌熱載荷的作用下其性能仍然能滿足設(shè)計(jì)的要求。

2.4 超低溫環(huán)境適應(yīng)性

“嫦娥4號(hào)”中繼星在地月L2點(diǎn)的Halo軌道上運(yùn)行時(shí)的顯著特點(diǎn)是需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的陰影，此階段天線的溫度會(huì)很低，天線處于在軌存儲(chǔ)狀態(tài)。衛(wèi)星運(yùn)行出陰影后，天線恢復(fù)工作狀態(tài)，這就要求天線能夠在超低溫環(huán)境下“存活”下來，其性能在出陰影后能夠恢復(fù)，滿足中繼通信的需要。

天線性能的保證首先是天線型面精度的保證，確保天線在過陰影區(qū)后型面的變化是可恢復(fù)的，不會(huì)出現(xiàn)損壞和顯著的塑性變形。針對(duì)這一特殊要求，“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線從設(shè)計(jì)、材料選擇等角度采取了有針對(duì)性的措施，確保了天線對(duì)超低溫環(huán)境的適應(yīng)性。

在設(shè)計(jì)上確保天線底座、展開機(jī)構(gòu)、天線肋和張力網(wǎng)的熱膨脹系數(shù)匹配，低溫環(huán)境下天線肋的轉(zhuǎn)動(dòng)位移使得張力網(wǎng)的張力呈變小趨勢(shì)，張力網(wǎng)繩索呈變長(zhǎng)趨勢(shì)，保證了超低溫環(huán)境下天線型面內(nèi)部應(yīng)力呈變小趨勢(shì)，避免了應(yīng)力變大導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞可能。

最終天線型面材料選擇了具有高穩(wěn)定性、低熱膨脹的復(fù)合材料，并采用低剛度結(jié)構(gòu)形式。對(duì)天線整機(jī)進(jìn)行了超低溫存儲(chǔ)仿真分析，從工程驗(yàn)證的角度對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核。

3 傘狀可展開天線試驗(yàn)驗(yàn)證

“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線在研制過程中針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)開展了試驗(yàn)，從試驗(yàn)的角度對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.1 天線展開試驗(yàn)驗(yàn)證

因?yàn)榇藗銧羁烧归_天線是首次在軌應(yīng)用，并且該天線是完成中繼通信任務(wù)的關(guān)鍵，而可靠展開又是在軌正常工作的前提條件，所以天線展開的試驗(yàn)驗(yàn)證非常重要，天線展開試驗(yàn)驗(yàn)證主要有:

1）壽命試驗(yàn)

天線在地面裝調(diào)階段，需要經(jīng)歷百余次的反復(fù)收攏展開，因此針對(duì)天線展開機(jī)構(gòu)開展了多次的壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)前后對(duì)展開機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，機(jī)構(gòu)的展開時(shí)間、驅(qū)動(dòng)力矩等指標(biāo)均無(wú)變化，滿足天線展開要求。

2）熱真空環(huán)境展開試驗(yàn)

天線在軌展開時(shí)，展開機(jī)構(gòu)的溫度和地面常溫環(huán)境不同，會(huì)出現(xiàn)高溫、低溫等極端溫度工況，為了驗(yàn)證天線在高低溫工況下的展開能力，開展了高低溫展開試驗(yàn)驗(yàn)證。將展開機(jī)構(gòu)置于真空罐中，在高溫和低溫時(shí)分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)帶載展開試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫和低溫時(shí)機(jī)構(gòu)的展開功能正常。

3）高低溫環(huán)境動(dòng)力裕度測(cè)試

影響天線在軌展開可靠性的因素包括展開機(jī)構(gòu)動(dòng)力和張力網(wǎng)阻力兩個(gè)方面，為保證天線在軌展開可靠性，保證天線展開具有足夠的動(dòng)力裕度是重要的前提之一。對(duì)天線展開機(jī)構(gòu)在高低溫條件下的驅(qū)動(dòng)力矩進(jìn)行了專項(xiàng)測(cè)試，獲取了機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩隨溫度的變化情況。對(duì)張力網(wǎng)在高低溫條件下的阻力開展專項(xiàng)測(cè)試，獲取了張力網(wǎng)阻力隨溫度的變化情況。根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)不同溫度下天線展開的動(dòng)力裕度進(jìn)行預(yù)估和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明天線在軌展開動(dòng)力裕度滿足要求。通過測(cè)試不僅驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性，也為天線在軌展開時(shí)機(jī)的選擇提供了依據(jù)。

4）天線防鉤掛設(shè)計(jì)驗(yàn)證

天線在裝調(diào)過程中，進(jìn)行了百余次的展開試驗(yàn)，既有口面朝上姿態(tài)，也有口面朝下姿態(tài)，所有展開均成功鎖定，無(wú)鉤掛現(xiàn)象出現(xiàn)。

天線裝調(diào)完成后，在熱真空試驗(yàn)前、熱真空試驗(yàn)后、力學(xué)試驗(yàn)后、整星力學(xué)試驗(yàn)前、整星力學(xué)試驗(yàn)后均進(jìn)行了天線解鎖展開試驗(yàn)，多次試驗(yàn)天線成功展開鎖定，無(wú)鉤掛現(xiàn)象出現(xiàn)。天線多次各種工況下的展開試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了天線防鉤掛設(shè)計(jì)的正確性和有效性。

3.2 天線型面精度測(cè)試及驗(yàn)證

結(jié)合中繼通信鏈路對(duì)天線增益的要求，天線反射器在軌型面精度達(dá)到亞毫米級(jí)。天線在軌型面精度由多項(xiàng)誤差組成，根據(jù)天線在軌熱分析得到的溫度場(chǎng)，進(jìn)行天線在軌熱變形計(jì)算，迭代調(diào)整在軌熱變形指標(biāo)和型面精度其他誤差項(xiàng)之間的關(guān)系，合理分配天線在軌熱變誤差，既保證了天線在軌型面精度達(dá)到亞毫米級(jí)，又不大幅增加天線的研制難度。

1）地面制造誤差測(cè)試

在研制過程中進(jìn)行了天線型面精度測(cè)試，在發(fā)射場(chǎng)裝星前對(duì)天線反射面也進(jìn)行了型面精度復(fù)測(cè)，測(cè)試結(jié)果表明:天線各階段型面制造精度的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。同時(shí)也說明了天線經(jīng)歷熱真空試驗(yàn)、力學(xué)試驗(yàn)和運(yùn)輸環(huán)境后，其型面精度保持具有很高的穩(wěn)定性，驗(yàn)證了天線型面設(shè)計(jì)滿足指標(biāo)要求。

2）型面熱變形測(cè)試及在軌熱變形預(yù)示

由于天線溫度場(chǎng)分析模型和結(jié)構(gòu)變形分析模型都非常復(fù)雜，各種材料的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)和熱性能參數(shù)均很難獲得，機(jī)構(gòu)中部件與部件接觸的隨機(jī)性也造成了部件與部件間熱傳導(dǎo)的不確定性，分析模型的試驗(yàn)驗(yàn)證變得異常重要。

在“嫦娥4號(hào)”中繼星傘狀可展開天線的研制過程中，針對(duì)天線在軌熱變形計(jì)算預(yù)示，從部件和整機(jī)層面均開展了專項(xiàng)測(cè)試驗(yàn)證，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)分析模型進(jìn)行修正，在修正的基礎(chǔ)上，采用天線熱變形分析模型進(jìn)行在軌溫度場(chǎng)環(huán)境中的仿真計(jì)算，在軌熱變形云圖如圖9所示，天線在軌型面精度仍滿足指標(biāo)要求。

圖9 天線最大在軌熱變形云圖Fig.9 Antenna maximum on-track thermal deformation map

3.3 天線部件超低溫環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證

“嫦娥4號(hào)”中繼星在使命軌道運(yùn)行期間，要經(jīng)歷數(shù)次陰影，按照設(shè)計(jì)要求，最長(zhǎng)陰影時(shí)間近6 h。根據(jù)天線在軌存儲(chǔ)熱分析結(jié)果可知，天線由于尺寸大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件數(shù)量多、材料種類多等特點(diǎn)，在軌存儲(chǔ)期間天線的不同材料、不同零部件、不同部位所經(jīng)歷的溫度范圍并不一致，而且有較大差異，天線的溫度隨著離星體距離的增大而逐漸降低，對(duì)天線溫度極低的零部件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 長(zhǎng)陰影結(jié)束時(shí)天線零部件最低溫度統(tǒng)計(jì)Table 1 Minimum temperature statistics for antenna components at the end of long shadows

由表1天線零部件最低溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，天線肋的在軌溫度計(jì)算結(jié)果為-190.6℃，結(jié)合天線肋自身的大尺寸所需的設(shè)備限制以及液氮溫度-196℃的特性，對(duì)天線肋的驗(yàn)證采用了液氮的方法進(jìn)行了處理。試驗(yàn)過程中對(duì)天線肋溫度進(jìn)行檢測(cè)，其溫度均在-190.6℃以下，完成了對(duì)天線肋的低溫考核，試驗(yàn)前后天線肋無(wú)結(jié)構(gòu)損壞，形狀無(wú)變化，表明天線肋滿足在軌環(huán)境適應(yīng)性的任務(wù)要求。

金屬反射網(wǎng)和索網(wǎng)的溫度低于-200℃，因此對(duì)它們的考核在制冷機(jī)中進(jìn)行，制冷機(jī)采用液氦作為制冷原料，其溫度極限可達(dá)到-270℃左右，制冷機(jī)如圖10所示，對(duì)金屬反射網(wǎng)和索網(wǎng)進(jìn)行考核時(shí)，將其放置在制冷機(jī)內(nèi)部。

圖10 制冷機(jī)Fig.10 Refrigerator

試驗(yàn)過程中對(duì)金屬反射網(wǎng)和索網(wǎng)的溫度進(jìn)行檢測(cè)，其溫度曲線分別如圖11～12所示，由溫度曲線可以看出，金屬反射網(wǎng)的最低溫度達(dá)到-250℃左右，索網(wǎng)的最低溫度達(dá)到-230℃左右，完成了對(duì)二者的考核。

圖11 金屬反射網(wǎng)低溫存儲(chǔ)溫度曲線Fig.11 Temperature curve of low temperature storage in metal reflector network

圖12 索網(wǎng)低溫存儲(chǔ)溫度曲線Fig.12 The low temperature storage for curve cable network

試驗(yàn)前后，金屬反射網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)損壞，表面無(wú)損傷；索網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)損壞，長(zhǎng)度無(wú)變化，與在天線上使用的張力相比，強(qiáng)度仍有很大余量，滿足使用要求。對(duì)天線在軌會(huì)經(jīng)歷極低溫的部件進(jìn)行低溫存儲(chǔ)驗(yàn)證驗(yàn)證結(jié)果表明，天線在經(jīng)受低溫存儲(chǔ)后，其部件功能性能均正常，滿足使用要求，從試驗(yàn)的角度驗(yàn)證了天線設(shè)計(jì)和材料選擇的正確性。

4 結(jié) 論

本文對(duì)傘狀可展開天線的設(shè)計(jì)原理和構(gòu)造進(jìn)行了描述，對(duì)天線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、在軌展開、網(wǎng)面成型與保持、超低溫環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)，并在研制過程中對(duì)展開可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證考核，對(duì)天線型面精度進(jìn)行多工況的測(cè)試，在部件和整機(jī)測(cè)試的基礎(chǔ)上對(duì)天線在軌熱變形進(jìn)行了預(yù)示，并對(duì)天線零部件進(jìn)行了超低溫環(huán)境下的考核驗(yàn)證，所有試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果均表明設(shè)計(jì)的正確性和合理性，有效地支撐了“嫦娥4號(hào)”中繼星中繼通信任務(wù)的順利執(zhí)行，對(duì)于其他類型可展開天線的研制也具有一定的參考作用和指導(dǎo)意義。

傘狀可展開天線具有重量輕、收納比高、口徑大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在“嫦娥4號(hào)”中繼通信任務(wù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在未來的深空探測(cè)任務(wù)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。