[发明专利]一种构架式空间可展天线展开机构

说明书

技术领域

本发明属于航天器材与设备技术领域，涉及一种构架式空间可展天线展开机构，可用于人造卫星以及太空探测器的大口径抛物面天线。

背景技术

近年来随着人类太空活动的不断增加，空间可展天线在诸如远程通信，地球监测以及各种各样的外太空探索中扮演了非常重要的角色。以反射面介质的不同，可以将空间可展天线分为三类，分别是固体表面可展天线，充气可展天线以及金属网面可展天线。其中以金属网面可展天线的应用最为广泛，原因是其具有很高的收藏比和较轻的质量。金属网面可展天线的种类繁多，日本宇宙探索局（JAXA）提出了一种构架式空间可展天线（LDR），它由十个展开模块构成，而每个展开模块由金属反射网面、索网结构以及包括六个基本展开单元的展开机构构成。日本的ETS-VIII卫星携带了两个LDR于2006年12月18日发射升空。它们的展开口径和质量分别为13m和170kg。同样的，美国Astro空间探索公司开发了一种名为AstroMesh的空间可展天线，至今已经有超过15年的历史。在AstroMesh中，由金属反射网面、环形展开机构以及连接在环形展开机构上的前后索网结构构成。首例AstroMesh于2000年12月5日发射升空，它的展开口径和质量分别为12.25m和55kg。LDR和AstroMesh是目前性能较好而且最为著名的空间可展天线。

为了在不久的将来实现人造卫星与地面之间的高效通信，空间可展天线的展开口径需要达到30m以上，原因是移动电话的信号接收能力较弱。一种直接的方法是增加LDR中展开单元的尺寸，但是这样将导致LDR的质量增量很大。同样的，对AstroMesh的展开机构进行扩展也将使机构的一阶固有频率降低非常多。因此，单纯依赖对现有天线的扩展无法实现天线的大口径化。

中国专利申请201110377047.X公开了一种大收缩比的可阵列十杆可展单元机构，包括基架杆、驱动弹簧、两个滑移杆、四个T形连杆和三个普通连杆，由驱动弹簧作用于滑移杆上的力进行驱动。该方案的缺点在于：1、杆件数量多，结构较复杂，可靠性低；2、使用两个滑块驱动，展收同步性差，展收过程中易卡死。

因此，如何提供一种可靠性高、同步性好的空间可展天线展开机构成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种构架式空间可展天线（LDA）展开机构，其具有可靠性高、同步性好、一阶固有频率较AstroMesh高而质量较LDR轻的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种构架式空间可展天线展开机构，其包括若干相同的基本展开单元；其中，该基本展开单元包括：

第一立杆和第二立杆，基本展开单元展开时，第一立杆和第二立杆纵向平行设置；

上弦杆，该上弦杆的始端通过转动副连接于第一立杆的上端；上弦杆的末端通过转动副连接于第二立杆的上端；

下弦杆，该下弦杆的始端通过转动副连接于第一立杆的下端；下弦杆的末端通过转动副连接于第二立杆的下端；

上斜杆和下斜杆，上斜杆的始端通过转动副连接于第一立杆的上端；下斜杆的始端通过转动副连接于第二立杆的下端；上斜杆的末端和下斜杆的末端通过转动副互相连接；

上斜杆通过滑块曲柄机构与第一立杆可动连接，滑块套设于第一立杆；曲柄的一端通过转动副连接于上斜杆，另一端通过转动副连接于滑块；第一立杆上套设有驱动弹簧，驱动弹簧一端固定于第一立杆的下端，另一端连接于滑块。

本发明中，LDA展开机构由LDR展开机构中的基本展开单元构成，但是构成方式却不相同。LDR展开机构的每个展开模块由六个展开单元构成，为放射线型布置。但是LDA展开机构的展开单元则为环形状布置，即先由基本展开单元通过共用第一立杆（中心杆）、滑块和驱动弹簧连接成二模块展开单元和三模块展开单元。其中，二模块展开单元中包含两个基本展开单元，它们的夹角为120度；三模块展开单元中包含三个基本展开单元，它们之间的夹角互为120度。然后再由二模块展开单元和三模块展开单元通过共用第二立杆相互连接成包含若干个基本展开模块的展开机构。

因此，与同样展开口径的LDR展开机构相比，LDA展开机构减少了基本展开单元的数量，即减小了展开机构的质量。此外，随着展开模块（二模块展开单元和/或三模块展开单元）数量的增加，LDA展开机构与LDR展开机构相比，质量的减小量增大，而一阶固有频率的减小量越小。