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    近月空间星座轨道设计方法
    陈诗雨, 倪彦硕, 彭兢
    中国空间科学技术    2024, 44 (3): 15-29.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0035
    摘要2215)      PDF(pc) (9757KB)(2608)   
    结合未来月球探测任务对中继通信及月面导航的需求,提出一种近月空间星座轨道构型设计方法。首先梳理了中继通信、月面导航、建设及维护成本三个方面的星座设计指标,并应用层次分析法确定了各项指标的权重,给出综合评价指标;充分考虑近月空间轨道资源,分析各类轨道的性质,初步筛选适合部署星座的轨道类型;提出一种近月空间星座建设路线,分三个阶段逐步实现全月的100%四重覆盖;依次设计三个阶段的星座构型,对每个阶段,比较不同的构型方案,选择综合评价指标最优的构型方案。基于上述方法得到了近月空间星座建设方案:第一阶段部署2颗椭圆冻结轨道卫星,可为月球南极极区提供全时对地中继通信;第二阶段部署6颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星,可为月球南极极区提供全时导航定位,并为全月面提供全时对地通信;第三阶段部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道卫星、3颗远距离逆行轨道卫星,可为全月提供全时导航定位。对全月任一点,该星座的几何精度衰减因子小于5的时间至少占72%,可长时间为全月面提供高精度导航定位。相较于现有文献,该近月空间星座设计方法考虑的轨道类型更丰富,星座性能指标更全面,且创新性地提出了分阶段的近月空间星座建设方案。
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    地月空间基础设施体系架构与发展设想
    杨孟飞, 彭兢, 李炯卉, 倪彦硕, 朱舜杰, 杜颖, 徐宝碧, 黄晓峰, 张正峰
    中国空间科学技术    2024, 44 (3): 1-14.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0034
    摘要1799)      PDF(pc) (7344KB)(2046)   
    建设地月空间基础设施,为人类在地月空间的活动提供基础性、通用性的通信、导航、监测等服务,既可满足中国后续月球探测国家重大工程任务需求,同时可以加速推进地月空间航天产业发展,对于推动中国科技强国、航天强国建设具有重大的战略意义。在阐明地月空间基础设施概念、分析研判国内外发展现状的基础上,紧密围绕重大工程和航天产业持续性发展需求,提出地月空间基础设施体系架构设想,明确系统服务、系统组成、“云-域-端”网络体系以及内部和用户接口体系。最后以分阶段逐步建成技术先进、布局合理的地月空间基础设施,提供自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的通用化服务为目标,提出发展展望和发展建议,为中国地月空间基础设施发展建设规划提供参考。
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    月球资源开发利用的进展与展望
    杨孟飞, 邹志刚, 汪卫华, 姚伟, 王庆功
    中国空间科学技术    2024, 44 (1): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0001
    摘要929)      PDF(pc) (4467KB)(1346)   
    中国探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官,后续将建立国际月球科研站,并进一步规划建立月球基地。月球探测任务由探测勘察进入到开发利用新阶段,月面资源的勘查、开发和利用是未来月球探测的重点任务。总结了月球资源开发利用方面的国内外重要进展,涉及月球资源勘探、水冰等挥发分分析、月球矿物冶炼与材料制备、月面建造与月壤3D打印等四个方面。同时,月球资源开发利用面临极端月面环境、独特月壤理化特性、全流程无人自主控制等重大挑战,为解决这些问题,提出了未来月球资源开发利用的重点任务和研究思路,可为后续科学研究和工程任务实施提供参考。
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    空间目标天基光学定位方法综述
    李瑶, 陈忻, 饶鹏
    中国空间科学技术    2024, 44 (2): 1-15.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0017
    摘要555)      PDF(pc) (6075KB)(1342)   
    近年来空间目标定位领域不断结合网络协同、多模融合等探测技术,发展迅速。其中,基于天基光学探测的定位方法以隐蔽性好、测量精度高的独特优势在民用和国防领域应用广泛。为了分析不同情景下适用于不同类型目标的定位方法,针对基于天基光学探测的空间小目标定位进行综述。首先介绍天基光学探测技术的发展、空间目标的分类和特点以及空间目标定位的概念。然后着重分析适用于空间“小、弱”目标的单星和多星定位方法,并对近年提出的异质传感器联合定位展开说明。最后,依据成像过程建立空间目标定位误差分析模型,分析定位精度的影响因素占比并根据现存问题做出总结和展望。
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    太阳系内行星探测活动进展与展望
    杨孟飞, 郑燕红, 倪彦硕, 黄晓峰, 张正峰, 邢卓异
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 1-12.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0063
    摘要714)      PDF(pc) (10199KB)(1138)   
    行星探测是人类认识宇宙的重要手段,随着航天技术的不断发展,主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动,实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务,分析了行星探测任务的特点,总结了行星探测的主要科学问题及主要发现,展望了系内行星探测的发展趋势,并结合我国行星探测近期发展规划,提出了中长期发展路线设想与引领任务建议,可为我国行星探测任务规划提供支持。
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    多源遥感数据在战场环境智能态势感知的现状及展望
    邵振峰, 党超亚, 张红萍, 吴长枝, 齐晓飞, 黄俊
    中国空间科学技术    2024, 44 (1): 11-22.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0002
    摘要765)      PDF(pc) (4641KB)(1079)   
    面对复杂战场环境信息的快速变化,及时全面准确地掌握复杂战场环境态势,是未来打赢信息化战争的前提条件。为了探索多源遥感数据对战场环境态势感知的发展方向,基于广泛调研战场环境态势感知的遥感需求,首先对战场环境态势智能感知的概念和内涵进行了阐述,然后对多源遥感数据的处理与战场态势感知应用现状进行概述,分析了遥感在战场态势智能感知面临的挑战,最后提炼总结了遥感在战场态势感知的进展和发展趋势。遥感为战场环境态势感知提供多种观测数据,遥感与人工智能算法结合可以为军事战场环境态势感知提供多种应用,为指挥人员决策提供数据支持,但仍然存在大量挑战需要解决。在分析现阶段成果和面临挑战的基础上,提出了遥感在战场环境智能态势感知的前瞻,指出了基于遥感的深度学习可解释性和智慧战场是遥感在战场智能态势感知发展所面临的困难。
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    航天器威胁规避自主决策规划方法研究综述
    高婉莹, 吴健发, 魏春岭
    中国空间科学技术    2024, 44 (4): 71-89.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0059
    摘要434)      PDF(pc) (2018KB)(940)   
    随着空间碎片累积,巨型星座部署,以及太空竞争加剧,当前轨道威胁数目持续增长,对航天器的安全稳定运行造成了严重威胁。研究航天器面向轨道威胁的自主规避决策规划技术,对于保障空间资产安全具有现实而迫切的意义。面对突发高动态、时变多约束、信息不完全/不完美、多类型威胁并发的复杂轨道威胁场景,航天器自主规避决策规划的研究存在一系列实际挑战。针对非对抗性与对抗性两类轨道威胁,从决策建模、策略求解、动作规划及智能决策规划等关键技术入手,系统梳理了航天器自主规避决策规划的研究现状。在此基础上,结合待解决的难点问题,从建模、求解以及应用角度,对未来的研究发展方向提出一些建议,为航天器自主决策规划方法的进一步研究与发展提供参考。
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    陆地探测四号01星总体设计与技术创新
    张庆君, 倪崇, 戴超, 刘立平, 唐治华, 舒卫平
    中国空间科学技术    2025, 45 (1): 1-11.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0001
    摘要918)      PDF(pc) (8217KB)(867)   
    为了解决低轨SAR卫星对观测区域成像幅宽小、重访时间长的问题,研制了陆地探测四号01星。其是世界首颗高轨SAR卫星,利用地球同步轨道的轨位优势,对同一地点的重访周期由低轨SAR的天级提升为小时级,幅宽由低轨SAR的百千米级提升为千千米级,可为及时、有效实施灾害应急响应提供有力支持。围绕高轨微波成像的新体制,解决了高轨微波成像、超大功率星载微波发射、超大口径星载天线、多体大挠性高精度姿态稳定控制、万瓦级强脉冲高品质电源、载荷与平台一体化高效热管理、高轨星地一体化精密定轨等一系列关键技术,实现了快重访、大幅宽、全天时、全天候的观测能力。通过分析在轨测试数据,卫星获取的高轨SAR图像纹理清晰,质量良好,可满足防灾减灾、国土资源勘查等领域使用需求。
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    木星系科学探测研究与展望
    邹昕, 彭兢, 缪远明
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0078
    摘要481)      PDF(pc) (3340KB)(856)   
    为了更好地规划中国首次木星系科学探测任务,对国外历次木星系探测任务的发展状况进行了调研分析,包括7 次飞越探测、2 次环绕探测(伽利略号和朱诺号),归纳总结了木星系探测任务的科学目标、载荷配置及其探测成果情况,分析得到了木星系科学探测任务特点和启示。最后,在上述分析和待解决问题的基础上,提出了中国木星系科学探测任务的初步设想与发展展望。
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    地月空间天基时空基准的构建与传递
    周会超, 郑晋军, 王海红, 毕少筠
    中国空间科学技术    2024, 44 (3): 51-59.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0038
    摘要552)      PDF(pc) (6434KB)(817)   
    地月空间正在逐渐成为人类太空探索活动的热点区域。高精度时间、空间基准的构建和传递是确保地月空间任务规划与实施的重要基础,既是地球时空基准的体系化拓展,也是提升地月空间时空信息保障水平的重要手段。随着GNSS系统的发展和稳定服务,地球区域时空基准设施相对完备。月球区域的导航系统与地球类似,国内外也提出了多种方案,但地月空间还包括地球、月球区域以外的区域,其时空基准实施的构建需要充分考虑空域大、动力学特殊等因素,在高效益实现时空信息服务的同时,将地球和月球的时空基准进行有机衔接。立足当前发展需求,开展了地月空间时空基准架构的设计,并针对地球、月球区域之外地月区域特点,研究并提出基于地月平动点的天基时空基准构建、溯源和传递方案,可支持实现地月空间时空基准信息服务,为地月空间时空基准的一体化构建与发展提供参考。
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    System design and validation of Queqiao-2 lunar relay communication satellite
    ZHANG Lihua, XIONG Liang, SUN Ji, CHEN Luojing, XIAO Chuan, ZHOU Wenyan, WANG Yong, LIU Wangwang, GUAN Yifeng, CHEN Tao, YU Xiaochuan, XU Jin, CHEN Guohui, CAO Xiaoping
    中国空间科学技术    2024, 44 (5): 23-39.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0071
    摘要749)      PDF(pc) (8335KB)(798)   
    In order to provide relay communication supports for future Chinese lunar exploration program,Queqiao-2 relay communication satellite was developed.Queqiao-2 can perform scientific observations with three kinds of scientific instruments on board.The system design of Queqiao-2,including mission orbit and transfer orbit design,configuration and layout design,housekeeping and information flow design,power supply and distribution design,GNC and propulsion system design,communication links design,etc.,was accomplished through comprehensive tradeoff and evaluation on technical maturity,availability,schedule,cost,and so on.With a view to reducing development risk,both the platform and relay communication payloads were developed based on significant heritage from previous Queqiao relay satellite and other relevant spacecraft.Queqiao-2 features flexible system architecture to support multiple frequencies,modulations,data rates and software reconfigurations to meet new user requirements.Subsequent to a successful launch on March 20,2024,by means of 5 orbit maneuvers,Queqiao-2 was inserted into a highly elliptical frozen mission orbit around the moon with a 24h period on schedule.Following on-orbit tests and calibrations,Queqiao-2 has possessed the capacity to provide reliable relay communication services to multiple lunar exploration missions,as well as the capacity to perform scientific observations.Under the support of Queqiao-2,Chang′e-6 achieved its ambitious mission goal to collect  and return samples from the moon′s mysterious far side.In the meanwhile,Queqiao-2 has also paved the way for the following Chinese lunar exploration missions including Chang′e-7 and Chang′e-8.The design life time of Queqiao-2 is more than 8 years.Benefit from flexibility and extensibility of relay communication system design,it is convenient to provide relay communication services for future lunar exploration missions of both China and other countries.In addition,innovative scientific observations would be performed during the period that no relay communication task is arranged.The system design of Queqiao-2 reflects the development philosophy of technical innovations and inheritance integration.Based on highly flexible and extensible system architecture,multiple and concurrent relay communication mission requirements can be met.It can provide strong supports for future lunar exploration missions.Successful launching,orbit entering and on-orbit tests of Queqiao-2 verified the correct design principle and versatility.By means of Queqiao-2,more innovative scientific outcomes are anticipated and lunar exploration activities can be facilitated.
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    月面通信导航基础设施总体架构与关键技术研究
    李炯卉, 王孖杰, 白帆, 顾征, 辛鹏飞, 贾敏, 赵洪博, 彭兢
    中国空间科学技术    2024, 44 (3): 30-42.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0036
    摘要553)      PDF(pc) (6199KB)(722)   
    月面通信导航基础设施是地月空间基础设施体系中重要的组成部分,为月面局部热点区域用户提供更加便捷的通信网络服务,同时可与近月导航星座相配合提供月面区域定位导航基准和一定的定位导航授时能力。面向当前重大工程和未来大规模月面活动的中长期战略发展,在分析总结国内外发展趋势的基础上,提出月面通信导航基础设施总体架构,包括月面通信导航网络架构以及月面与空间接口。在此基础上,分析了月面频率规划、电波模型、网络接入、高速传输、定位导航等核心问题的解决途径。最后,提出分步建设建议和技术发展路线图,为未来月球探测任务通信与导航系统规划和建设提供参考。
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    地月及深空探测先进电推进技术的发展
    吴辰宸, 耿海, 王紫桐, 李得天
    中国空间科学技术    2023, 43 (5): 13-23.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0064
    摘要404)      PDF(pc) (7207KB)(683)   
    聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术,介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状,从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求,针对月球探测、小行星探测、载人火星探测、太阳系边际探测和地月空间科学探测5种典型场景,分别介绍了电推进优化应用策略,梳理了面向深空探测的先进电推进关键技术体系和发展重点。最后,按照“一中一超一微”的发展思路给出了空间电推进技术发展建议,为后续空间电推进在地月及深空探测领域实现更加广泛的应用提供参考。
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    模拟月壤3D打印致密化成型研究
    刘祎炜, 张弦, 王超, 宋坚, 陈雄, 姚伟
    中国空间科学技术    2023, 43 (6): 66-73.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0085
    摘要390)      PDF(pc) (7266KB)(627)   
    月壤原位3D打印(增材制造)可实现月球基地的原位建造和关键部件的原位制造,大幅降低月球探测任务的成本和风险。搭建了选择性激光熔融模拟月壤实验系统,开展单轨成型实验,探索激光功率,扫描速度、首层粉末厚度对样品致密化的影响,同时测量了每条轨道的宽度和深度。研究结果表明,单轨宽度随着扫描速度的增高而下降,直至几乎不变。同一激光功率下,单轨深度随着首层粉末厚度增加而变深。单轨深度随着扫描速度的升高,先升高后下降。单条熔道密度可以达到2.5g/cm3,此时相对密度为86%。随着扫描速度增加,不同层厚单轨密度均稳定在1.7g/cm3。首层粉末厚度越薄时,单轨密度也是略高于其他层厚。这些数据将为原位建造技术提供重要支撑。
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    宏微空间机械臂运动控制方法综述
    尹旺, 王翔, 王为, 刘冬雨
    中国空间科学技术    2023, 43 (4): 13-23.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0049
    摘要339)      PDF(pc) (5711KB)(618)   
    由于单一的机械臂不能满足日益增长的空间任务需求,为了提升机械臂的综合性能如快速响应、高精度和大负载,世界各航天大国开展了宏微机械臂的研制工作。综述了国际空间站和中国空间站上宏微机械臂的发展现状,分别从分时独立控制和协调控制两种操作模式下对宏微机械臂系统的运动控制进行了归纳总结。当宏微机械臂采用分时独立的控制模式时,可将其等效为柔性基座机械臂,并从反作用最优控制、主动阻尼控制和末端轨迹跟踪控制三方面对柔性基座机械臂的控制算法进行了分析研究,为中国空间组合机械臂的在轨操作提供了借鉴意义。最后,对空间宏微机械臂的动力学建模和运动控制进行了展望。
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    月球背面无人自动采样返回任务分析与要点设计
    盛瑞卿, 孟占峰, 赵洋, 谭志云, 张弘, 黄昊, 张伍
    中国空间科学技术    2024, 44 (5): 1-14.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0069
    摘要784)      PDF(pc) (17095KB)(605)   
    嫦娥六号任务是实现人类首次月球背面采样返回的任务。针对月球背面整体地形崎岖、可选平坦采样区少的特点,通过开展采样区选址分析,选取了南极艾特肯盆地阿波罗坑内的主、备两块着陆区,确保月背安全可靠着陆、起飞和月面工作;针对嫦娥六号在产品技术状态基本确定情况下实现新的任务目标,需要开展系统方案优化设计,减少系统的改动量,规避过多技术状态更改带来的工程实现风险,通过开展方案比较确定了逆行环月轨道飞行方案,在保证实现任务目标的前提下实现了系统更少的更改;针对嫦娥六号中继测控时长相对嫦娥五号减少且不连续的特点,提出了分阶段、多自主、中继联合协同的月面工作时序设计方案,确保着陆、起飞和月面工作可靠、高效实施;针对载荷搭载需求,提出了以数据处理单元作为核心的系统设计方案,确保系统信息接口、电气接口的安全性,并对不同载荷设计了定制式探测模式,在保证不影响主任务完成的前提下,实现探测收益的最大化。以上方法已经在嫦娥六号任务中得到了工程应用,确保了人类首次月球背面无人自动采样返回任务的圆满成功,并可为后续月球及深空探测任务提供有益的参考。
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    航天器追踪-逃逸-防御三方博弈均衡解
    李振瑜, 林鲲鹏, 侯育卓, 罗亚中
    中国空间科学技术    2024, 44 (4): 90-101.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0060
    摘要391)      PDF(pc) (7093KB)(593)   
    为提高航天器在轨防御能力,对航天器追踪-逃逸-防御三方博弈场景进行了研究。博弈中,追踪航天器(追踪器)旨在拦截逃逸航天器(逃逸器),逃逸器旨在躲避追踪器,而防御航天器(防御器)通过主动拦截追踪器来保护逃逸器。由于防御器的存在,追踪器在接近目标时不得不规避防御器,而逃逸器和防御器之间也可以开展合作。对于这样的场景,综合能量和距离指标,建立了线性二次型微分对策模型,推导了三方博弈的纳什均衡条件,求解了追踪器的最优追踪制导律和逃逸器与防御器的最优合作逃逸-防御制导律。进一步考虑多防御器的场景,求解了三方多人博弈的纳什均衡解。仿真结果表明,防御器的存在提高了逃逸器的生存能力,二者可以在机动加速度劣势情况下共同抵御一个机动能力强的追踪器。处在绕飞护卫下的防御器的初始位置并非离追踪器或逃逸器越近越好,而是存在优势位置。
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    基于改进蜣螂优化的GEO轨道多脉冲追逃博弈
    郭延宁, 李高健, 于永彬
    中国空间科学技术    2024, 44 (4): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0052
    摘要637)      PDF(pc) (4364KB)(580)   
    研究了考虑J2摄动、脉冲推力情况下,具有感知延迟的GEO(geosynchronous Earth orbit)轨道追逃博弈问题,建立了综合考虑燃料消耗、单次脉冲速度增量、脉冲时间间隔、任务时长、脉冲数量以及终端距离下的轨道追踪策略优化模型。涉及的优化变量包括脉冲个数、机动时刻序列以及脉冲增量序列。追踪航天器通过多次脉冲追踪目标航天器。为了提高问题求解效率,提出了一种利用Bernoulli混沌映射和最优值引导的改进蜣螂优化算法IBDBO(improved Bernoulli dung beetle optimization),并且为解决终端约束难以满足的问题,引入Lambert机动修正。通过与其他智能算法的对比试验,验证了本算法在收敛速度、收敛稳定性和优化效率上的优势。进而,在一些存在感知延迟的真实场景下的仿真验证了本算法规划追踪策略的有效性,探讨了博弈双方最小距离与目标航天器机动能力以及感知延迟时间之间的因果关系。
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    辐射肋式空间可展开天线机构设计与分析
    田大可, 宋玉群, 金路, 高海明, 刘荣强, 赵丙峰
    中国空间科学技术    2024, 44 (2): 40-50.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0020
    摘要294)      PDF(pc) (9457KB)(572)   
    可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根据结构组成进行尺寸计算并建立了结构的三维模型;然后,采用数值仿真软件开展了机构运动学仿真研究,并分析了运动的变化规律;最后,建立了有限元模型,开展了结构模态分析。研究结果表明,所提出的机构能够实现由收拢至展开的运动变化,展开过程中机构具有良好的同步性,构件间无干涉,验证了结构方案及原理的正确性和可行性。研究结果对于空间可展开天线基础理论及工程应用等具有较高的参考价值。
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    星载大口径环形天线的系统设计
    冯涛, 张庆君, 林坤阳, 王立朋, 张桥, 杨军刚, 肖勇
    中国空间科学技术    2025, 45 (1): 24-33.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0003
    摘要505)      PDF(pc) (9223KB)(563)   
    环形可展开天线是星载大口径、超大口径可展开天线的理想结构形式,是高轨遥感、高轨通信卫星应用的关键载荷。星载环形天线是由周边展开桁架和索网系统组成的典型预应力结构,型面精度和展开基频是其主要性能指标。在轨可靠展开是在轨应用的前提,可靠展开是设计的重中之重,以在轨性能指标需求为目标,分析了环形天线各系统参数对在轨性能指标的影响。通过对展开动力系统和传动力系统进行分析,阐述了环形天线各系统参数对展开可靠性的影响,总结了以结构静力学手段评价在轨性能设计和动力学手段评价展开可靠性的方法,明确了通过结构动力学方法进行强度校核和星上锁紧释放设计的星载大口径环形天线系统设计流程,提出了各设计参数的优化策略,并给出了系统设计算例,为未来超大口径星载可展开天线的技术研究和工程研制提供参考。
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