航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)綜述

邱 慧，劉志全，曾惠忠，白照廣，楊 志

(1. 中國空間技術(shù)研究院總體設(shè)計部，北京 100094；2. 航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

0 引 言

合成孔徑雷達(Synthetic aperture radar, SAR)是利用天線與目標(biāo)的相對運動，將尺寸較小的真實天線孔徑借助于數(shù)據(jù)處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑的雷達[1]。SAR天線因不受光照和氣候條件限制，具有全天候、全天時高分辨率微波遙感成像的優(yōu)點而在航天器對地觀測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

航天器SAR天線主要有兩種體制：拋物面體制和平面陣體制[2-3]。拋物面體制SAR天線結(jié)構(gòu)一般包括拋物面形反射器和位于拋物面焦點并朝向反射器的饋源。平面陣體制SAR天線結(jié)構(gòu)一般由多塊平板組成。航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)收攏時呈折疊或卷曲狀；當(dāng)航天器到達預(yù)定軌道后，根據(jù)飛行程序，天線在展開機構(gòu)的驅(qū)動下從收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎归_狀態(tài)，鎖定后形成所需的天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)的剛度、精度和穩(wěn)定性直接決定著SAR天線電性能的優(yōu)劣，進而影響微波遙感成像的質(zhì)量。因此，研究可展SAR天線結(jié)構(gòu)具有重要意義。

為了借鑒國內(nèi)外航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)研究的經(jīng)驗，促進航天器SAR天線的技術(shù)發(fā)展，本文分別對拋物面可展SAR天線結(jié)構(gòu)和平面可展SAR天線結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及特點進行綜述，提出航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢和建議，旨在為航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

1 拋物面可展SAR天線結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及特點

拋物面可展SAR天線結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的展開方式，分為徑向肋式、纏繞肋式、構(gòu)架式和環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)。

1.1 徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)

徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)和日常生活中雨傘相類似，如圖1所示。天線反射器主要由中心固面、若干徑向肋和金屬絲反射網(wǎng)組成。徑向肋形狀為拋物線形。金屬絲反射網(wǎng)由輕質(zhì)金屬絲編織而成，呈致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，附著在徑向肋上。天線展開后，金屬絲反射網(wǎng)與若干徑向肋共同形成拋物面形狀，用于反射電磁波。

2008年，以色列成功發(fā)射了TecSAR衛(wèi)星[4-6]，其中，拋物面天線包括48條徑向肋和金屬絲反射網(wǎng)，如圖1所示。該天線的金屬絲反射網(wǎng)質(zhì)量不足0.5 kg，天線總質(zhì)量不足21 kg，天線展開后口徑為3.6 m，形面精度(拋物反射面上各點位置的實際值與設(shè)計值軸向偏差的均方根Root mean square，RMS)為0.8 mm。徑向肋通過根部鉸鏈連接在中心固面結(jié)構(gòu)上。金屬絲反射網(wǎng)通過張拉結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在徑向肋上。當(dāng)天線展開時，在電機驅(qū)動和繩索傳動下，48條徑向肋繞各自根部鉸鏈向外同步旋轉(zhuǎn)展開，類似雨傘的展開。展開到位后，各徑向肋根部鉸鏈鎖定，以保證展開后結(jié)構(gòu)的剛度和精度。當(dāng)天線收攏時，根部鉸鏈反向驅(qū)動，徑向肋繞各自根部鉸鏈向內(nèi)收攏，收攏為柱狀結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)展開狀態(tài)Fig.1 Deployed state of radial rib antenna structure

圖2 徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)收攏狀態(tài)Fig.2 Stowed state of radial rib antenna structure

徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)具有剛度高、形面精度高的優(yōu)點。但天線收攏后的高度較高，受運載火箭整流罩尺寸的限制，徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)不適用于展開口徑10 m以上的空間天線。

1.2 纏繞肋式可展天線結(jié)構(gòu)

2018年，日本千葉大學(xué)和印度尼西亞航空航天研究院聯(lián)合開發(fā)了一種纏繞肋式可展SAR天線[7-8]。纏繞肋式可展天線結(jié)構(gòu)主要由中心輪轂、6個鋁合金支撐架、24根彈性纏繞肋以及附著在肋條上的網(wǎng)格反射面組成，如圖3所示，其中，6個鋁合金支撐架見圖3中網(wǎng)格反射面背面的6個花瓣狀結(jié)構(gòu)。每根彈性纏繞肋為拋物線狀的彈性鋼片，具有可彎折和形狀恢復(fù)功能，均沿中心輪轂的切線方向，這樣有益于彈性纏繞肋的纏繞折疊，如圖3和圖4所示。天線重15 kg，展開后口徑為3.6 m,高0.65 m，形面精度為1.92 mm。

圖3 纏繞肋式可展天線結(jié)構(gòu)展開狀態(tài)Fig.3 Deployed state of wrapped rib antenna structure

當(dāng)天線收攏時，彈性纏繞肋和網(wǎng)格層被人工纏繞折疊于中心輪轂上。同時，6個支撐架收攏于彈性纏繞肋外部，將彈性纏繞肋和網(wǎng)格層包裹于中心輪轂上，起到固定彈性纏繞肋的作用，收攏后口徑約0.85 m，收納比(天線展開與收攏后口徑大小之比)約為4.2∶1。

當(dāng)解鎖裝置解鎖后，6個支撐架根部鉸鏈在驅(qū)動源的驅(qū)動下逐漸展開。解除約束后的彈性纏繞肋在自身彈性力作用下呈螺旋狀展開，從而帶動輕薄網(wǎng)格層展開，最終纏繞肋恢復(fù)成收攏前的自由狀態(tài)，展開時間約60 s,天線展開過程如圖4和圖5所示。

相對于徑向肋式可展天線結(jié)構(gòu)，纏繞肋式可展天線結(jié)構(gòu)具有較高的收納比，天線口徑可達到20 m以上。然而，纏繞肋剛度不高，導(dǎo)致整個天線結(jié)構(gòu)的剛度較差，形面精度不高。此外，纏繞肋的展開同步性難以保證，較容易造成網(wǎng)格反射面的撕扯，影響天線展開的可靠性。

圖4 纏繞肋展開過程Fig.4 Deployment of wrapped ribs

圖5 纏繞肋式SAR天線展開過程Fig.5 Deployment of wrapped rib antenna

1.3 構(gòu)架式可展天線結(jié)構(gòu)

構(gòu)架式可展天線結(jié)構(gòu)主要由可展剛性桁架和附著在桁架上的金屬網(wǎng)組成[9]。其中，可展剛性桁架是通過若干個可展基本單元組裝而成的?？烧够締卧饕怯蛇B桿和鉸鏈組成的四面體單元[10]或六棱柱單元[11]等。

2012年，中國發(fā)射了環(huán)境一號C衛(wèi)星[12]，星載構(gòu)架式可展SAR天線展開后直徑為6 m，形面精度優(yōu)于3 mm。

圖6展示了2014年俄羅斯發(fā)射的Kondor-E衛(wèi)星[13-14]SAR天線的展開狀態(tài)和收攏狀態(tài)。天線展開后口徑達6 m，收攏后口徑約0.5 m，收納比約為12∶1?？烧箘傂澡旒芡ㄟ^若干個可展四面體基本單元組裝而成。金屬反射面鋪設(shè)在四面體單元的節(jié)點上，大量的四面體單元進行陣列排布后，由若干個小三角形組成的平面可逼近為拋物面形狀。四面體單元由花盤節(jié)點、腹桿、鉸鏈和折疊桿組成[15]，如圖7所示。三條底邊(折疊桿AEC、ADB和BFC)構(gòu)成天線背架的上弦桿或下弦桿，三條棱邊(桿AO、CO和BO)為腹桿，如圖6和圖7所示。腹桿兩端與花盤節(jié)點相連，其長度固定，在展開過程中保持不變。底邊(折疊桿AEC、ADB和BFC)的兩端與花盤節(jié)點相連，桿中間有可折疊展開的鉸鏈D、E和F?；ūP節(jié)點和鉸鏈處均裝有扭簧以提供展開驅(qū)動力。天線收攏時可折疊桿AEC、ADB和BFC折疊收攏，同時花盤節(jié)點和鉸鏈處收攏，天線整體剛性桁架最終收攏為圓柱形，利用繩索或包帶進行壓緊，如圖6所示。當(dāng)衛(wèi)星入軌后，繩索或者包帶按照預(yù)定飛行程序解鎖釋放，隨之，花盤節(jié)點和鉸鏈處的扭簧彈性勢能釋放，花盤節(jié)點和鉸鏈同時展開，帶動天線剛性桁架展開，展開后花盤節(jié)點和鉸鏈鎖定，整個桁架形成穩(wěn)定的剛性結(jié)構(gòu)。

圖6 俄羅斯Kondor-E SAR天線展開和收攏狀態(tài)Fig.6 Deployed and stowed state of Russian Kondor-E SAR antenna

圖7 四面體單元展開和半展?fàn)顟B(tài)Fig.7 Deployed and half-deployed state of a tetrahedral element

構(gòu)架式可展天線結(jié)構(gòu)具有展開剛度高、收納比大(約為12∶1)、空間擴展性強和易于實現(xiàn)大口徑等眾多優(yōu)點。但展開機構(gòu)環(huán)節(jié)較多、桿件接頭和鉸鏈多，一定程度上降低了展開的基本可靠性；且用扭簧驅(qū)動展開，展開速度不可控，展開到位后天線所受沖擊較大。

1.4 環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)

可展環(huán)形桁架是以桁架作為構(gòu)件、當(dāng)展開機構(gòu)展開到位鎖定后形成的大型環(huán)形桁架結(jié)構(gòu)(下文出現(xiàn)的可展環(huán)形桁架均按此定義)。環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)由前張力網(wǎng)、金屬絲反射網(wǎng)、豎向張力索陣、可展環(huán)形桁架和后張力網(wǎng)構(gòu)成[16-17]，如圖8所示。

可展環(huán)形桁架為整個天線的外圍支撐桁架，前、后張力網(wǎng)周邊固定在環(huán)形桁架上。前后張力網(wǎng)之間通過含有預(yù)應(yīng)力的豎向張力索陣連接，在索網(wǎng)中施加預(yù)應(yīng)力后，使前張力網(wǎng)逼近工作狀態(tài)所需的拋物面形狀，金屬絲反射網(wǎng)附著于前張力網(wǎng)面背后完成電波反射任務(wù)。

圖8 環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)組成Fig.8 Hoop deployable antenna structure configuration

2015年，美國發(fā)射的SMAP衛(wèi)星[18-19]上應(yīng)用了這種環(huán)形桁架式SAR天線，天線展開后口徑為6 m，形面精度約為2 mm。天線收攏后口徑約0.36 m，天線結(jié)構(gòu)質(zhì)量僅為13 kg，天線展開和收攏狀態(tài)如圖9所示?？烧弓h(huán)形桁架由結(jié)構(gòu)完全相同的平行四邊形可展單元組成。圖10為可展環(huán)形桁架的展開過程。相鄰兩個平行四邊形可展單元組成如圖11所示。每個單元由兩根豎桿(長度不變)、兩根橫桿(長度不變)、一根斜桿(兩節(jié)可伸縮套筒機構(gòu)，長度可變，套筒內(nèi)布有聯(lián)動繩)、兩個T型頭和兩個同步頭組成(T型頭和同步頭里邊布有彈性元件)[20-21]。豎桿兩端分別與T型頭和同步頭固連，橫桿兩端分別與T型頭和同步頭用轉(zhuǎn)動副連接，斜桿的兩端分別與兩個T型頭用轉(zhuǎn)動副連接。若干個平行四邊形結(jié)構(gòu)單元通過共用一根豎桿、一個T型頭和一個同步頭形成一個封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。圖10左側(cè)展示了可展環(huán)形桁架的收攏狀態(tài)。桿件均沿豎直方向分布，整個桁架結(jié)構(gòu)處于鎖死狀態(tài)，且利用繩索或包帶進行綁定壓緊。當(dāng)需要桁架展開時，首先解除對桁架的綁定，接著在彈性元件的驅(qū)動下，彈開一定角度，解除鎖死狀態(tài)。最后通過電機帶動斜桿內(nèi)的聯(lián)動繩收緊，帶動桁架進一步展開，通過聯(lián)動繩來保證可展單元的同步性。

圖10 可展環(huán)形桁架的展開過程Fig.10 Deployment of hoop truss structure

圖11 相鄰兩平行四邊形可展單元組成Fig.11 Parallelogram element configuration

環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)收納比很大(約16.7∶1)，質(zhì)量較輕，且質(zhì)量不隨口徑的增大而成比例的增加，適用于大口徑天線。但天線結(jié)構(gòu)剛度較小，且天線反射網(wǎng)形面不容易調(diào)整，形面精度不是很高。

表1給出了不同展開方式下拋物面SAR天線的特點比較。

由表1的綜合比較可知，具有可擴展、易于實現(xiàn)大口徑和高剛度等特點的構(gòu)架式拋物面可展天線結(jié)構(gòu)，是未來大型高精度SAR天線結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向之一；輕質(zhì)、大收納比的環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)在大口徑SAR天線上具有很好的發(fā)展前景。

2 平面可展SAR天線結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及特點

航天器SAR天線的另一種工作體制為平面陣體制。按照展開方式劃分，平面可展SAR天線結(jié)構(gòu)可分為翼式、桁架式和薄膜式可展天線結(jié)構(gòu)。

2.1 翼式可展天線結(jié)構(gòu)

翼式可展天線結(jié)構(gòu)主要由若干塊平面天線板及展開機構(gòu)組成，如圖12所示。

圖12 Saocom-1A衛(wèi)星在軌展開狀態(tài)Fig.12 Deployed state of Saocom-1A satellite

當(dāng)航天器發(fā)射時，翼式可展天線結(jié)構(gòu)通過壓緊釋放裝置折疊收攏于衛(wèi)星側(cè)壁上；當(dāng)航天器入軌后，壓緊釋放裝置按指令解鎖，天線板在展開機構(gòu)的驅(qū)動下展開為一個平面。

2018年，阿根廷發(fā)射的Saocom-1A衛(wèi)星[22-24]上載有10 m×3.5 m的平面SAR天線。圖12展示了該平面SAR天線的展開狀態(tài)。該天線有7塊大小相同的平面天線板，中間板固定在星體側(cè)壁上，兩邊分別有3塊平面天線板。平面天線板折疊時，3塊板折疊于星體側(cè)壁上，其展開過程如圖13所示。首先最靠近中間板的平板先展開90°，即圖13中①～③。接著次板展開180°，最后外板展開180°，即圖13中④～⑤。在圖13中，平面天線板兩側(cè)有可折疊式梯形側(cè)梁，在天線板折疊時，兩側(cè)的梯形側(cè)梁隨之折疊收攏，為面板提供支撐。在天線展開后，3塊板的梯形側(cè)梁形成梯形結(jié)構(gòu)，用于提高整塊天線板的剛度。天線展開機構(gòu)主要包含鉸鏈、導(dǎo)向裝置和鎖定機構(gòu)[25]，如圖14所示。

圖13 Saocom-1A衛(wèi)星SAR天線在軌展開過程Fig.13 Deployment of Saocom-1A SAR antenna

圖14 天線展開機構(gòu)原理Fig.14 Schematic of deployment mechanism

鉸鏈內(nèi)的扭簧提供展開驅(qū)動力；導(dǎo)向裝置由導(dǎo)軌和定位銷組成，在前一個天線板完全展開之前，定位銷限制后一個天線板的運動，用于控制天線展開過程；鎖定機構(gòu)保證天線展開后可靠鎖定并在軌保持所需的平面度。

翼式可展天線結(jié)構(gòu)具有展開運動簡單、質(zhì)量輕的特點。然而，當(dāng)天線規(guī)模進一步加大時，天線剛度會有所降低。

2.2 桁架式可展天線結(jié)構(gòu)

桁架式可展天線結(jié)構(gòu)主要由可展開支撐桁架和平面天線板組成。可展開支撐桁架用以實現(xiàn)連接解鎖、展開控制和展開鎖定支撐等功能。可展開支撐桁架直接關(guān)系到在軌展開鎖定后天線陣的位置精度、形面精度和基頻。

歐空局(ESA)于1991年和1995年，分別發(fā)射了民用遙感雷達成像衛(wèi)星系列ERS-1和ERS-2[26]，該系列衛(wèi)星上的SAR天線由5塊2 m×1 m的面板組成，天線展開過程如圖15所示。中部天線板E固定在星體上，首先板A和B背部的可展開支撐桁架展開，帶動板A和B向右側(cè)展開，即圖15中的①～③。然后板A和B整體向左側(cè)展開，完成天線板一側(cè)翼展開，即圖15中的④。接著板D和E向右側(cè)展開，即圖15中的⑤～⑥。最終天線展開后構(gòu)型，即圖15中的⑦。

圖15 ERS-1 SAR天線展開過程Fig.15 Deployment of ERS-1 SAR antenna

加拿大于1995年和2007年分別發(fā)射了Radarsat-1和Radarsat-2衛(wèi)星[27-28]。衛(wèi)星上均載有桁架式平板天線。圖16為Radarsat-2衛(wèi)星飛行狀態(tài)和收攏狀態(tài)，天線展開后尺寸15 m×1.5 m，總質(zhì)量約200 kg，可展開支撐桁架(單翼)質(zhì)量56 kg。

2016年，中國發(fā)射的高分三號(GF-3)衛(wèi)星[29]，也采用了類似Radarsat-2的桁架式SAR天線，天線展開后的尺寸為15 m×1.232 m。

Radarsat-2衛(wèi)星的桁架式可展天線結(jié)構(gòu)(單翼)主要由兩塊天線板和可展開支撐桁架組成?？烧归_支撐桁架主要由星體支撐架、內(nèi)框架組件、外框架組件、斜桁架桿、支撐桿組件、90°鉸鏈、180°鉸鏈和七桿鉸接頭等構(gòu)成[30-31]，如圖17所示。

星體支撐架是可展開支撐桁架與星體間的連接組件，與星體有四個連接點。內(nèi)框架組件與星體支撐架通過90°鉸鏈鉸接；內(nèi)外框架組件通過180°鉸接；6根斜桁架桿與支撐桿組件的一端集中鉸接于七桿鉸接頭上，另一端分別鉸接到內(nèi)、外框架組件和星體支撐架上，展開鎖定后形成穩(wěn)定的空間桁架結(jié)構(gòu)。可展開支撐桁架在根部90°鉸鏈處布有電機，依靠電機提供展開驅(qū)動力和控制展開速度，展開時間約為4.5 min。天線收攏時可展開支撐桁架和天線板收攏，通過6個壓緊釋放裝置壓緊于衛(wèi)星側(cè)壁[32]。

桁架式可展天線結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性高、剛度高和熱變形小的特點。然而，隨著天線面板數(shù)量的增加，桁架式可展天線結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度會增加。

2.3 薄膜式可展天線結(jié)構(gòu)

薄膜式可展天線結(jié)構(gòu)主要由可展開框架和與之連接的多層柔性薄膜構(gòu)成[33]。框架展開帶動多層柔性薄膜展開為平面結(jié)構(gòu)，依靠薄膜與框架間的張拉系統(tǒng)維持天線所需的平面度。

1998年，美國JPL(Jet Propulsion Laboratory)提出將平面薄膜運用到SAR天線上[34]，并于2001年分別聯(lián)合L’Garde公司和ILC Dover公司研制了2個3.3 m×1.0 m的矩形框架平面薄膜無源相控陣天線原理樣機[35]，靠自固化充氣圓管[36-37]充氣展開，如圖18展示了該天線原理樣機的收攏和展開狀態(tài)。其中，與L’Garde公司聯(lián)合研制的天線陣面密度為3.3 kg/m2，平面度達到±0.28 mm。2011年，JPL又研制了2.3 m×2.6 m的薄膜有源相控陣天線樣機，將3層薄膜減為2層[38]。

圖18 美國薄膜SAR天線原理樣機Fig.18 Membrane SAR antenna structure of JPL

加拿大航天局(CSA)于2007年研制了2 m×3 m的、具有3層薄膜的平面薄膜SAR天線原理樣機[39-40]，如圖19所示。該天線采用多桿機構(gòu)實現(xiàn)二維二次展開[41]，如圖20所示。多桿的展開依靠桿件鉸鏈中的彈簧驅(qū)動，展開后天線如圖19所示。

圖19 加拿大薄膜SAR天線結(jié)構(gòu)Fig.19 Membrane SAR antenna structure of CSA

圖20 加拿大薄膜天線展開過程圖Fig.20 Deployment of CSA membrane antenna prototype

2008年，德國宇航局(DLR)研制出6 m×1.3 m、具有4層薄膜的平面薄膜SAR天線原理樣機[42]，如圖21所示。該天線的展開方式是透鏡式碳纖維增強復(fù)合材料薄壁管[43-45]展開，透鏡式薄壁管的橫截面形狀類似豆莢，所以也稱“豆莢桿”。收攏時,“豆莢桿”壓扁卷曲于中心筒上，展開時，中心筒在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，“豆莢桿”在自身彈性勢能釋放作用下從平卷狀態(tài)恢復(fù)為長管形狀，如圖22所示。

圖21 德國薄膜SAR天線結(jié)構(gòu)Fig.21 Membrane SAR antenna structure of DLR

圖22 “豆莢桿”式展開機構(gòu)Fig.22 CFRP boom

2018年，中國上海宇航系統(tǒng)工程研究所研制出具有5層薄膜的5 m×20 m薄膜天線樣機[46]，展開方式為“豆莢桿”式展開，天線平面度達到了±10 mm，樣機收攏和展開狀態(tài)如圖23所示。

圖23 上海宇航系統(tǒng)工程研究所薄膜天線樣機Fig.23 Membrane SAR antenna prototype of Aerospace System Engineering Shanghai

薄膜可展天線結(jié)構(gòu)較之于傳統(tǒng)的剛性可展開天線，更易于實現(xiàn)大型化，且具有質(zhì)量輕、收攏體積小和成本低等優(yōu)點。但薄膜結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，其在軌長時間精度保持能力不強。迄今為止，在公開發(fā)表的文獻中未見平面薄膜可展SAR天線結(jié)構(gòu)在太空實際飛行的報道，從原理樣機到工程應(yīng)用，還需解決一些工程技術(shù)問題。

3 航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢及建議

基于對國內(nèi)外航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及特點的分析，得出如下幾方面的發(fā)展趨勢：

1)航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)向著大型化、輕量化、大收納比和高精度的方向發(fā)展；

2)具有可擴展、易于實現(xiàn)大口徑特點的構(gòu)架式拋物面可展天線結(jié)構(gòu)，是未來大型高精度SAR天線結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向之一；

3)在若干拋物面可展SAR天線結(jié)構(gòu)中，質(zhì)量輕、收納比大的環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)在大口徑(50～100 m)天線上具有很好的發(fā)展前景；

4)高剛度、高精度的平面桁架式可展天線結(jié)構(gòu)是平面可展SAR天線結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展方向；

5)超輕、超大收納比的薄膜式平面可展天線結(jié)構(gòu)將在實現(xiàn)百平方米量級的平面SAR天線上具有很好的發(fā)展前景。自固化充氣圓管展開和“豆莢桿”透鏡式碳纖維增強復(fù)合材料薄壁管展開都將成為實現(xiàn)薄膜展開的重要的備選技術(shù)途徑；

6)纏繞肋式拋物面可展天線結(jié)構(gòu)相對于徑向肋式拋物面可展天線結(jié)構(gòu)而言，纏繞肋式拋物面可展天線結(jié)構(gòu)更適用于大口徑天線。

為了航天器可展SAR天線實現(xiàn)展開高精度，還需研究如下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)：

1)開發(fā)構(gòu)架式天線新型輕質(zhì)材料，減輕天線重量，保證展開后的天線結(jié)構(gòu)高精度；研發(fā)控制手段來控制天線展開時的速度、加速度和展開有序性。

2)開發(fā)具備實時調(diào)整形面精度能力的環(huán)形桁架式可展天線結(jié)構(gòu)?？烧固炀€在軌展開后可能達不到其所需的形面精度或隨時間推移而發(fā)生形面精度下降，所以需研究如何通過控制和調(diào)節(jié)手段來實現(xiàn)薄膜形面精度的在軌保持。形面精度在軌保持涉及在軌形面精度測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和形面調(diào)整的執(zhí)行器。因此需進一步研究高精度形面在軌測量技術(shù)、適應(yīng)柔性天線結(jié)構(gòu)非線性的形面控制系統(tǒng)的控制算法及形面調(diào)整執(zhí)行器數(shù)量和配置的優(yōu)化。

3)研究如何提高自固化充氣圓管展開或基于“豆莢桿”透鏡式碳纖維增強復(fù)合材料薄壁管的展開精度，從而保證薄膜式可展天線結(jié)構(gòu)的高精度。

4)不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，薄膜天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析過程需進行基于有應(yīng)力的理想構(gòu)型來求解無應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)型的逆問題，據(jù)此來確定薄膜膜片的形狀及裁剪。大型薄膜天線結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析難以用傳統(tǒng)的剛體力學(xué)分析方法來處理，需在考慮薄膜材料蠕變性及結(jié)構(gòu)非線性的基礎(chǔ)上，對高精度薄膜結(jié)構(gòu)進行多參數(shù)、多目標(biāo)優(yōu)化；需進一步通過研究薄膜褶皺數(shù)值模擬技術(shù)，獲得薄膜形面因外部擾動形成的褶皺的具體形狀以及褶皺的數(shù)量，從而準(zhǔn)確模擬出薄膜天線的形面精度。

4 結(jié)束語

基于對國內(nèi)外航天器拋物面可展SAR天線結(jié)構(gòu)及平面可展SAR天線結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及特點的分析，指出了航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)大型化、輕量化、大收納比和高精度的發(fā)展趨勢，提出了為實現(xiàn)航天器可展SAR天線的優(yōu)質(zhì)性能還需進一步研究的關(guān)鍵技術(shù)，可為航天器可展SAR天線結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。