中高轨道零倾角合成孔径雷达卫星构型的制作方法

文档序号:18194135发布日期:2019-07-17 05:44
中高轨道零倾角合成孔径雷达卫星构型的制作方法

本发明涉及航天技术中卫星技术领域,尤其涉及一种装载大口径可展开反射面天线的中高轨道零倾角合成孔径雷达卫星构型。



背景技术:

合成孔径雷达卫星具备主动发射接收能力,微波具有穿透云雾等功能,因此合成孔径雷达卫星不受光照条件、云雨雾等恶劣天气影响,具备全天时、全天候工作条件,是应对恶劣天气条件下观测的最有效手段之一。将合成孔径雷达卫星部署于地球的中、高轨道,使卫星“站得高、看得远”,并采用低倾角,将使卫星获得低轨道合成孔径雷达卫星无法企及的时间分辨率和持续对地观测能力,因此与低轨道合成孔径雷达卫星相比,高轨道合成孔径雷达卫星具有时效性高、持续观测时间长、观测幅宽大的优势,是未来应用卫星重点发展方向之一。

但是,受限于运载装置,对地观测、微波遥感等卫星越来越多地采用收纳比高、面密度低的可展开大口径反射面天线进行信号的收集和传递。同时,需要使用大面积的太阳电池阵,以满足卫星的能源需求。因此,装载大口径反射面天线和大面积太阳电池阵的合成孔径雷达卫星的构型布局成为迫切需要解决的问题。



技术实现要素:

针对中、高轨道零倾角合成孔径雷达卫星需装载“馈源阵+反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线和大面积太阳电池阵,本发明提供了一种充分利用包络空间、空间充分优化利用并合理总装、满足“馈源阵+反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线和大面积太阳电池阵的收拢与在轨展开要求的卫星构型,有效解决了采用零倾角的中、高轨道合成孔径雷达卫星发射和在轨飞行的需求。

为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:

中高轨道零倾角合成孔径雷达卫星构型,包括卫星平台、载荷舱桁架、馈源阵、反射面天线、反射面伸展臂、太阳电池阵和可展开式辐射器,所述卫星平台为正六边形棱柱体结构,所述载荷舱桁架为支承馈源阵、反射面天线和反射面天线伸展臂提供安装基础与压紧释放机构安装面,其中,在卫星发射状态下,由于馈源阵与反射面天线之间在轨工作时需保持一定的相对位置关系,为减少在轨展开次数并充分利用运载火箭整流罩的包络空间,边长为3m的馈源阵竖直安装在载荷舱桁架的一侧;口径25m的反射面天线收拢为Φ1.3m×4m的筒状结构通过包带箍紧后倾斜放置并压紧在载荷舱桁架另外一侧,展开长度为8m的反射面伸展臂收拢为2截与天线一并压紧在载荷舱桁架的天线内侧,保证卫星入轨后满足馈源阵与反射面天线的相对位置关系以及天线对地指向的需求;所述太阳电池阵分2列呈120°“V”字型收拢压紧在卫星平台两块侧板外侧,所述可展开式辐射器在卫星发射时,收拢压紧在载荷舱桁架上,且靠近馈源阵两侧,在轨展开后沿卫星±X向展开至“一”字型。

进一步地,所述载荷舱桁架的内部根据需要可增加结构板,以作为星载设备的安装基面。

第一步地,卫星进入零倾角中、高轨道后,太阳电池阵首先与卫星平台之间解锁,两列太阳电池阵分别绕中轴旋转30°至一个平面,然后再展开180°至跟踪零位后对日定向。

反射面天线和反射面伸展臂首先与载荷舱桁架解锁,然后反射面伸展臂将反射面天线展开至指定位置后,反射面天线由收拢状态展开至工作状态;馈源阵通过展开结构绕卫星X轴展开120°后锁定,与反射面天线建立指定的相对位置关系。

进一步地,所述的可展开式辐射器采用2翼30㎡的可展开式辐射器,用于对馈源阵实施热控,保证了馈源阵的大功率快速散热需求。

进一步地,所述馈源阵侧边可安装星敏感器。

进一步地,卫星在轨沿赤道东西向飞行,大型可展开天线沿地球北极方向展开,太阳电池阵沿地球南极方向展开180°后对日跟踪定向。

本发明具有以下有益效果:

1、本发明提供了一种满足“馈源阵+反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线收拢与在轨展开要求的卫星构型。

2、本发明提供了一种满足100㎡的大型太阳电池阵收拢与在轨展开要求的卫星构型。

3、本发明提供的卫星构型结构稳定、可承载大尺寸及大质量载荷,对于目前采用零倾角的中、高轨道的合成孔径雷达卫星进行大范围扫描探测的需求具有很高的适应性。

4、本发明卫星在轨飞行构型可以满足姿轨控、热控、数传、测控等天线的使用要求,具有很广泛的应用推广价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1是本发明的卫星发射状态构型示意图;

图2是本发明的卫星飞行状态构型示意图。

图中:

1为卫星平台;

2为载荷舱桁架;

3为馈源阵;

4为反射面天线;

5为反射面伸展臂;

6为太阳电池阵;

7为可展开式辐射器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示,为本发明卫星构型发射状态示意图。结合上述一种装载大口径可展开反射面天线的中高轨道零倾角合成孔径雷达卫星构型技术的特点,为了叙述方便,首先建立卫星的布局坐标系(O-XYZ),定义如下:

坐标原点O:星箭连接环下端框、星箭分离面的理论中心;

Z轴:沿坐标原点指向馈源阵方向;

X轴:垂直于Z轴和平台侧板方向;

Y轴:与X、Z轴成右手系。

卫星配备“馈源阵+反射面天线”体制的大型可展开抛物面天线,其中主反射面天线直径达25m,馈源阵尺寸达3m×3m,要求在轨工作时,馈源阵和反射面之间保持特定的几何位置,而用于发射该卫星的长征系列运载火箭的整流罩要求卫星包络小于4500mm,由于主反射面收拢状态的包络尺寸达Φ1300mm×4000mm,为满足运载包络要求,将馈源阵竖直放置在载荷舱桁架的+Z侧面,为保证在轨工作,需应用展开机构,将馈源阵在卫星发射入轨后展开至指定位置。为保证展开后馈源阵与反射面之间的几何位置关系,将收拢状态的反射面天线及其伸展臂倾斜放置在与馈源阵相对的载荷桁架的-Z侧,满足运载整流罩包络要求。在卫星发射入轨后,反射面天线通过伸展臂展开到星体外并锁定后,反射面天线按程序展开为一副抛物面天线,使馈源阵和反射面之间在轨保持特定的相对位置关系。

由于卫星采用0°倾角轨道,为实现天线的大范围扫描性能,将天线沿地球北极布置。为了实现大口径天线的发射功率所需的能源需求,需使用100平米的太阳电池阵。考虑卫星构型和姿态控制需求,采用单翼双列太阳电池阵构型方案,发射状态下,将太阳电池阵呈“V”字型收拢压紧在平台两块侧板上,入轨解锁后,首先将收拢状态下的太阳电池阵由“V”字型分别绕展开轴旋转30°后形成一块平面后,再沿+Y向展开至“一”字型后,由驱动机构驱动太阳电池阵对日跟踪定向,实现卫星的能源需求。

在馈源阵两侧分别布置了2块表面积15平米的可展开式辐射器,卫星发射时,两块可展开式辐射器分别收拢压紧在馈源阵两侧的桁架上,在轨飞行时分别沿±X向展开至“一”字型,可有效解决馈源阵大功率散热问题。

馈源阵侧边可安装星敏感器,有效保证星敏感器的安装和指向精度。

本发明为我国后续装载大口径可展开反射面天线的中高轨道合成孔径雷达卫星构型技术创造了一种新的设计方法,特别是对于大型可展开天线安装在卫星上,收拢-展开组合的构型设计方法成为雷达与通信卫星构型设计人员的首选,该发明在本领域内应用将十分广泛。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

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