钟表所科研职员对于睁开驱动装配举行查抄。受访单元供图

　　科技日报记者 都 芃

　　天线体系是卫星的要害构成部门，担负着卫星与地面沟通的主要任务。于各种卫星需求发作式增加的今天，卫星天线的技能程度直接决议了卫星的办事能力。

　　日前，中国建材总院所属西安轻工业钟表研究所有限公司（如下简称“钟表所”）自立研发的“多转轴共轭运动装配”以立异性的无源驱动方案，打破了以往卫星天线空间睁开的难题，让卫星天线患上以年夜“展”身手。

　　天线睁开“不消电”

　　出在差别的功效及设计思量，卫星天线外形多样。此中，传统的圆环形天线外形规整，可以像折叠伞同样被高效折叠收纳，藏进航天器寸土寸金的载荷舱内。但一样因为其外形限定，圆环形天线睁开后的有用使用面积相对于较低，必然水平上限定了卫星的通讯能力。

　　为了可以或许于“好收纳”的同时，包管天线睁开后的有用面积充足年夜，晋升卫星通讯能力，中国研发职员研制出了多种非圆构型天线。这类天线于航天器载荷舱内收拢后，会变为十分规整的圆外形态，可以最年夜限度勤俭空间。而当航天器达到预定位置后，该天线可以或许睁开成椭圆、多边形等非凡构型，显著加强卫星的通讯容量及指向精度。

　　虽然非圆构型天线设计巧妙，但要实现从收拢到睁开的“丝滑变形”绝非易事，此中最要害的是睁开驱动装配的设计。

　　因为空间情况限定、布局设计及共轭运动需求，天线从收拢到睁开的驱动装配设计面对多重瓶颈。传统的机电驱动方案于太空极度情况下面对严重挑战。太空中零下65摄氏度至150摄氏度的猛烈温度变化，会使机电中的润滑油凝集或者蒸发。而机电持久面对空间高能粒子辐射，也可能致使电路掉效。此外，发射、入轨、睁开等一系列勾当中的机械打击还有可能造成齿轮卡死。更主要的是，非圆构型的睁开需要多个“枢纽关头”举行复合运动，每一个枢纽关头若都配置机电，繁杂的机电阵列不仅增长体系重量，还有可能致使“一点掉效、满盘皆输”。

　　可否于不该用年夜量机电环境下，让天线自立完成变形睁开？对准这个方针，钟表所研发团队将眼光投向了纯机械布局的立异方案。“就像已往人们戴的机械腕表，没有电池及机电，一样可以高精度运转。”该结果技能卖力人屈二渊说，依附多年来于钟表计时范畴的技能积淀，研发团队立异提出多转轴共轭运动的设计理念，并以此为基础，设计出无源缓速驱动装配，驱动天线睁开。

　　无源，象征着不需要任何电力驱动，年夜年夜降低装配妨碍率，包管了天线睁开的靠得住性。缓速，则是指整个睁开历程匀速、迟缓，显著降低对于装配的打击力，进一步加强靠得住性。

　　数字样机寻觅最优解

　　屈二渊先容，整个睁开驱动装配由三组焦点模块组成。一是储能驱动模块，它是整个装配的动力源，卖力提供动力，驱动装配运行。团队依附多年对于弹性质料机能的研究，设计了情势多样的弹簧储能体系，于地面时给模块蓄满能量，比及进入预定位置后，触发机关，开释能量，驱动装配运行。

　　第二组模块是共轭传念头构，团队设计出怪异的空间曲面凸轮组，可将直线运动转化为空间三维复合运动。“咱们遭到了赛车场弯道设计的开导。为了让赛车过弯更快更安全，赛车场的弯门路面其实不是彻底的程度平面，而是有必然曲面弧度，如许赛车过弯时不需要年夜角度动弹标的目的，也能够‘丝滑’转弯。”屈二渊先容，借助一样的道理，空间曲面凸轮设计可让滚轮于运动爬坡时，跟着曲面轨迹变化，主动实现程度标的目的转换，将直线运动转化为一系列繁杂的空间三维复合运动，而且包管整个历程精准流利。

　　末了一个要害模块则是缓释节制体系。其设计灵感来历在机械钟表中的擒纵机构。擒纵机构的事情道理是借助一系列繁杂的齿轮机构，将不纪律的动力转化为纪律的动力输出，从而实现对于运动部件的正确节制。借鉴擒纵机构道理，缓释节制体系经由过程非线性阻尼节制实现了对于睁开速率的精准把控，让睁开历程平稳、靠得住。

　　周详的纯机械布局方案给设计环节带来巨年夜挑战。屈二渊告诉记者，研发历程中，最棘手的挑战是怎样协调上百组差别规格的凸轮机构协同事情。这一历程中，传统的建模要领已经再也不合用。

　　为此，研发团队立异性地引入了运动仿真曲面建模技能，借助仿真模仿软件，构建出了一个包罗数十万个网格节点的数字样机。“借助这个虚拟的样机，咱们只要输入差别的运动参数，就能够实现对于空间曲面的高效建模优化。”屈二渊说，经由过程于数字样机上不停实验、重复迭代，团队终极找到了协调上百个凸轮协同事情的“最优解”。

　　从周详钟表到浩瀚星空，钟表所科研团队创造性地将周详计时器研发经验融入航天范畴，鞭策中国空间技能程度不停晋升。