美国卫星扫描地球，太空撑开100米大伞，中国新卫星也突破此技术

互推小编 2023-05-01

环境减灾二号E星上天，可能大家都没太关注。这款卫星背后其实还有一项特别瞩目的技术成就，而这项技术，之前只有美俄垄断，可以说没处教、没处学，但这种情况，并没有难倒我们。

我国成功发射了环境减灾二号E星，这个消息大家可能没太注意，毕竟以中国现在的航天实力，载人航天国人都习以为常，发射一些卫星又有什么可关注的呢？确实，我国现在发射卫星，跟吃饭一样普遍了，但是我们要说的这个卫星，与大家一般认为的卫星不太一样。相比卫星本身，他带着一个与自身不协调的，巨大复杂的天线，甚至比卫星连同展开的太阳翼还大一圈。

这种天线叫桁架天线，巨大的桁架式天线相当于一个巨型眼睛和耳朵，能带来优异的性能。那这么好的天线，为何不常见？只因这项技术，属于航天领域的一项黑科技。

这么巨大的天线，是如何送上太空的？为何制作这种天线很难？都有哪些国家有这个技术？

【环境减灾二号E星，天线展开后，显得特别大，大的甚至有点不协调】

【桁架天线】也叫作【网状可展开天线】，在几种空间可展开机构的解决方案当中，它的优点是重量很轻、体积收缩比很大，其先天优势之大，或许只有【充气式结构】可以相比。但它展开后的形状精度更高，更适合做天线。另外，桁架天线有个很大的优点，就是天线重量不会随着尺寸的增加而大幅度上升，适合航天场景，毕竟航天发射的成本非常高。

桁架天线的直径可以从几米做到一百多米。这样巨大的天线，要想让它在宇宙的极寒极热条件下顺利展开，是风险很大的事情。国内外多数采用拉索方式。它的原理是小学数学课本上就讲过的，利用平行四边形不稳定特点和三角形稳定特点。桁架基本结构是平行四边形。对角线上设置一根伸缩式的斜杆，就像我们常用的伸缩式晾衣杆一样，原理或操作过程，其实很简单。

【桁架天线可以做的十分巨大，若没有这种巧妙的设计，将这么大的天线送入太空几乎不可能实现】

发射前首先要把它压扁，然后用一根绳子穿进桁架结构里，拉住几个关键的节点。入轨之后，先把捆住桁架的机构解锁，然后启动电机，把绳子卷起来。在这个过程中，平行四边形逐渐张开，到预定位置之后，伸缩斜杆锁死，把桁架结构变成很多个稳定的三角形。

【收拢后的天线又轻又小，空间利用的非常充分，非常适合作为航天载荷】

这个过程的风险在于，面对那么多节点部件，有时多达上百个，一旦有节点或者斜杆卡死，天线就无法继续展开，卫星也就报废了。所以，拉索怎么穿、力量怎么施加、节点和斜杆怎么润滑，都需要机械专业的研究人员做高难度设计和仿真。

如今的桁架式天线，一般采用所谓的铰接杆展开机构方式。桁架杆之间用铰链连接在一起。这里的铰链也分成折形和球形两种。折形最简单，就是用一根圆柱形的轴把两根杆连接起来，可以做一个平面内的转动。球形就和人类的肩关节一样，可以做到展开刚度最高、精度最高，结构复杂程度却不是最高，是最好的选择。但是，球形铰链的动力学特征非常复杂，必须在地面上做充分的仿真分析，才能用在卫星上。毕竟，天线展开的环境是恶劣的太空，有无光照的部位温差数百度，要确保在这种极端环境下，所有部件按照设计顺利工作，并不那么容易。

【原理越简单的东西，想做好做精往往越难，而这些机构要在恶劣的太空下保证顺利展开】

目前尺寸最大的天线，是美国电子侦察卫星用的天线。例如“高级漩涡”卫星，它进入地球静止轨道展开后，直径可以达到100米。而“大酒瓶”天线的尺寸可以达到152米用这么变态的大天线，是为了探听地球上的微弱无线电型号，比如导弹飞行试验中的遥测信号。

【“高级漩涡”卫星（Advanced Vortex satellite）的天线，直径可达百米，天线越大越敏锐】

解决了展开问题，其实只是实现了第一步。桁架本身并不能作为天线，要想反射电磁波，还需要在桁架上布置高精度的反射面。反射面当然也需要满足同样的条件，折叠起来上天，展开执行任务。然而，无论是作为通信天线还是雷达天线，对形状精度的要求都很高。目前能满足要求的材料，有网状反射体天线和膜面反射体两种，网状反射体的成型精度高、性能稳定等特点，所以，在轨卫星型号或正在研制的航天器当中，多数使用网状天线。这种网和纱窗网可不是一码事，所使用的特种金属丝网布价格非常昂贵，而且在加工过程中，有90%的网布都成了下脚料。