李團結教授和馬小飛研究員團隊：空間網狀天線反射面保性控性設計

衛星移動通信、空間探索、電子偵察、導航、遙感、空間環境探測、地球觀測等空間科學技術的飛速發展，對更高精度和更高效率的衛星通信系統設備的需求與日俱增。其中，星載天線是衛星信號的輸入輸出器，是衛星通信系統的“眼睛”和“耳朵”，其結構性能直接影響衛星的效能和使用價值。

爲了適應不同的工作需求，衛星通信對星載天線各項技術指標的要求越來越高，星載天線向大型化、高精度方向發展的需求越來越迫切。然而，受到航天運載工具(運載火箭或航天飛機)運載質量和運載空間的限制，星載天線必須質量小且體積小，這就使得星載天線不得不向可展開的方向發展。可展開天線經歷了從固面可展開天線、半剛性天線、充氣式天線到構架式天線、環形天線等空間網狀天線階段。

目前，空間網狀天線是實現星載天線向大型化、小質量、高展收比發展的最具潛力的結構形式，已經廣泛應用於地球靜止軌道(GEO)通信衛星、跟蹤與數據中繼衛星、電子偵察衛星等多種衛星，甚至可以在空間攻防中作爲微波武器使用，已成爲航天領域的研究熱點之一。

空間網狀天線反射面

保形控性的關鍵技術

空間網狀天線大口徑意味着高分辨力和高信噪比，高形面精度意味着高射頻頻率、寬頻帶和高增益。一方面，高頻段與高分辨力對大口徑網狀天線的結構性能提出了高穩定性和高形面精度的要求。另一方面，空間網狀天線屬於柔性結構的範疇，其結構複雜，目前安裝與調整工藝尚不成熟，且工作於力場、熱場與電場等多場耦合和大動載等極端惡劣空間工況，故其形面精度及穩定性很難保證。目前，研製空間網狀天線的主要關鍵技術包括網面保形設計、多源誤差與精度補償、形面精度調整、模態參數識別、結構動力學與振動控制、在軌形面調控、結構性能相似等效等方面。

▲ 空間網狀天線反射面的結構形式

《 》（李團結等著. 北京 : 科學出版社, 2024. 11）是作者所在課題組多年研究成果的總結，針對空間網狀天線反射面保形控性設計理論與方法進行系統且深入的探討。全書共13 章：

第 1 章介紹網狀天線的研究現狀、發展趨勢、反射面保形控性的關鍵技術；

第 2 章介紹反射面索網拓撲構型綜合理論與方法；

第 3 章介紹索網反射面幾何設計理論與方法，包括三向網格、測地線和橢圓口徑反射面二次曲面等的幾何設計理論與方法；

▲ 基於微分幾何測地線理論，分析了旋轉拋物面上曲線的測地曲率，推導了曲面上任意兩點的通用測地線微分方程組，結合鬆弛法和牛頓迭代法，形成了方程組的數值求解方法。爲了使拋物面上的測地線按照指定的拓撲連接關係生成數學意義上的測地線索網，建立了邊界節點調整的優化模型，形成了測地線索網結構幾何設計的動態邊界調整方法

第 4 章介紹索網反射面形態設計理論與方法，包括平面投影設計法、力密度設計法、力密度/有限元混合設計法和索網機/電耦合形態設計法；

第 5 章介紹考慮不確定性的索網反射面預張力設計，主要包括反優化預張力設計和區間力密度預張力設計等；

第 6 章介紹索網反射面多源誤差的建模及分析，涉及面片擬合誤差、反枕效應誤差和不確定性誤差等的建模及分析；

第 7 章介紹繩索蠕變/恢復、索網結構力學鬆弛、索網反射面精度退化與補償等的相關理論與方法；

第 8 章介紹基於電性能的索網反射面形面形狀重構；

第 9 章介紹索網反射面區間力密度形面調整和索網反射面形面智能調整；

▲ 索網反射面形面智能調整

索網反射面形面智能調整通過引入機器學習的思想，充分利用調整過程中獲得的先驗知識，實現仿真模型的在線學習，使得仿真模型調整量與形面精度之間的關係充分接近實物模型，實現最佳調整量的快速預測

第 10 章介紹激振規律未知的網狀天線結構模態參數識別；

第 11 章介紹索網-框架組合結構振動控制；

第 12 章介紹一種網狀天線調整用作動器技術及其發展趨勢；

第 13 章介紹網狀天線反射面相似性等效，包括結構、驅動力和結構頻率的相似性等效分析。

本書相關研究工作得到了國家自然科學基金項目(51375360、51605360、51775403、51905401、52375261、52475280、U1537213)和中央高校基本科研業務費專項資金項目(QTZX24021)的資助。

本文摘編自《空間網狀天線反射面保形控性設計理論與方法》（李團結等著. 北京 : 科學出版社, 2024. 11）一書“前言”“第1 章 緒論”，有刪減修改，標題爲編者所加。

ISBN 978-7-03-079867-1

宋無汗，15902971152

鄭小羽，18049634557

本書主要總結作者近年來在空間網狀天線方面的研究成果。全書共13 章，主要介紹網狀天線反射面拓撲設計、幾何設計、形態設計、精度退化機理分析，以及形面保形控性的環境適應性設計、精度調整、模態參數識別、波動動力學分析及控制、相似性等效等內容。

本書可作爲高等院校機械工程、建築工程、空間結構設計等專業教師、高年級本科生和研究生的參考書，也可供從事網狀天線設計工作的技術人員參考。

（本文編輯：劉四旦）

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