[發明專利]空間繩系可展開面裝置

有效

• 申請號: 201210275378.3
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102765491A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 鄭飛;陳梅;洪學飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于航天技術領域，具體是一種空間通過繩索牽引連接的可展開表面裝置，可用于太空中的大型反射面或透鏡天線、大型望遠鏡、大型太陽能匯聚器。

背景技術

隨著人類航天運載能力的不斷增強和航天技術的不斷發展，空間大型可展開裝置如大型可展開天線、大型太陽能帆板等得到了越來越多的應用，空間大型可展開天線已經在空間通信領域產生了巨大的經濟和社會效益。空間大型、超大型可展開結構在其它領域也有著誘人的應用前景，如空間太陽光反射鏡、太陽能軌道站、太空電梯、太空軌道轉移器等，甚至成為衛星應用成功與否的關鍵部件之一。由于人類運載火箭容納尺寸、運載能力的限制，航天應用高成本、高風險的特點，地面研制環境與太空工作環境的顯著差異，使得空間大型、超大型可展開結構的設計成為未來航天應用的關鍵技術之一。

由于空間大型、超大型可展開結構的尺寸龐大，其質量與承載的衛星平臺相當甚至更大，而衛星平臺的操控能源有限，因此其形狀、位置、姿態的穩定與控制成為相當棘手的問題之一，進而也制約了大型、超大型可展開結構的廣泛應用。根據公開報道，迄今為止人類成功在軌應用的最大可展開結構是美國2010年11月21日發射的世界上最大間諜衛星上的索網結構大型可展開天線。其技術細節未公開，估計其面密度約0.30Kg/m²，口徑在50米～65米之間。

美國的Wilkie等人在2007年4月23-26日召開的48th?AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC?Structures,Structural?Dynamics,and?Materials?Conference國際會議上,探討了主鏡口徑達150米的對地觀測光學望遠鏡的構想，其主鏡由9276塊組件構成，總質量32971kg。這種尺寸的結構需要依賴于空間機器人，采用空間裝配技術才能實現。其技術可行性差。

中國專利公開的一種“固定桁架結構的可展開面裝置”，由于采用環連接關節與采用由矩形空心直桿或正三角形空心直桿組成的固定桁架結構相連，降低了整個裝置的質量，減小了裝置的面密度，降低了其結構復雜度，使得整個裝置展開運動簡單，展開可靠性顯著提高。且該發明構建的反射面焦徑比較大，能夠遠距離傳輸或會聚電磁波。該結構的面密度≤0.25Kg/m²，口徑可以做到上百米甚至更大。但該發明中，并未考慮其穩定與控制問題，即在太空中如何實現其結構的有效成型以及整個衛星系統的軌道、姿態的自主穩定，造成可展開結構無法在太空中穩定展開和平穩工作的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種能在太空中穩定展開和平穩工作的空間繩系可展開面裝置，保證整個衛星系統的軌道和姿態的自主穩定。

為實現上述目的，本發明包括：N個大焦徑比反射面或透射面1、M根柔性牽引索2和M個位于衛星平臺4上的牽引索控制機構3，1≤N≤9，3≤M≤192，衛星平臺4上設有定位部件，反射面或透射面通過柔性牽引索與牽引索控制機構連接，形成展開、收攏機構，其特征在于：

牽引索控制機構3，由電機301和轉盤302構成，采用電機驅動轉盤，用以控制柔性牽引索的長度；

反射面或透射面1，采用由復數個折疊環4和環連接關節5構成的固定桁架結構，每個折疊環4上設有開孔，每兩個折疊環4之間通過一個環連接關節5連接；

N個反射面或透射面按口徑大小排列層疊放置，每根柔性牽引索2的一端穿過口徑最大的反射面或透射面上的折疊環4的相應開孔,打死結固定，然后依次穿過其他N-1個反射面或透射面上的折疊環4的相應開孔，同樣打死結固定，最終將N個反射面或透射面按層次連接，形成單個衛星平臺與所有N個反射面或透射面一起組成的層疊放置結構；

每根柔性牽引索2的另一端連接衛星平臺上相應的牽引索控制機構3，使所有M根柔性牽引索2和單個衛星平臺以及所有N個反射面或透射面1三者一起構成中心對稱形式，組合成空間繩系系統；

N個反射面或透射面處于收攏狀態時，按口徑大小依次嵌套，即口徑小的反射面或透射面嵌套在口徑稍大的反射面或透射面里面，構成一個嵌套圓柱體，放置在衛星平臺4的定位部件內。

作為優選，所述的衛星平臺4上的定位部件，采用定位槽401或定位掛鉤402，定位槽401設置在衛星平臺的頂面或側面，定位掛鉤402設置在衛星平臺的四個面。