專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)遙感或通信衛(wèi)星的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)97190417.0的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一個(gè)空間衛(wèi)星。
在本文中，將主要地參照一個(gè)雷達(dá)遙感衛(wèi)星的實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
通過(guò)閱讀本說(shuō)明書(shū)，人們將懂得，將本發(fā)明用于通信衛(wèi)星，也是同樣有效的。
類(lèi)似地，還將通過(guò)一個(gè)環(huán)繞地球軌道的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)然也可能環(huán)繞其他天體。
如

圖1至圖3所示，一個(gè)雷達(dá)衛(wèi)星通常包括一個(gè)矩形的平面天線(xiàn)1，一個(gè)設(shè)備模塊2以及太陽(yáng)能電池板3。
該太陽(yáng)能電池板3朝向太陽(yáng)S，該天線(xiàn)1朝向地球T，并且諸圖象的朝向是從側(cè)面相對(duì)于該衛(wèi)星的速度矢量V。
此類(lèi)衛(wèi)星的各種參數(shù)如下雷達(dá)天線(xiàn)的尺寸該天線(xiàn)1沿該衛(wèi)星的速度矢量V方向上的尺寸，即在圖3中它的長(zhǎng)度，直接關(guān)系到沿相同坐標(biāo)軸(方位或多普勒分辨率)的圖象分辨率，其比率介于1.1與2之間。
在垂直于該速度矢量V的方向上，天線(xiàn)1的高度H與該圖象在地面上的掃描寬度(在地面上圖象沿該速度矢量的橫向?qū)挾?、量大入射角〔介于波束中心線(xiàn)與地面上通過(guò)該象點(diǎn)的一根垂直線(xiàn)(法線(xiàn))之間的角度差〕以及該高度H成正比，與該長(zhǎng)度L成反比。而且，對(duì)于上述諸參數(shù)的給定值來(lái)說(shuō)，該高度還與該雷達(dá)的波長(zhǎng)成正比。
因此，一個(gè)低分辨率雷達(dá)(＜10m)使用一個(gè)速度矢量方向延長(zhǎng)的天線(xiàn)(在雷達(dá)衛(wèi)星RADARSAT的實(shí)例中，L＝15m以及H＝1.5m)，而在中或高分辨率雷達(dá)(＜5m)中，可能導(dǎo)致天線(xiàn)的H大于L，特別是在較低頻率(L或S波段)或者沿高度H方向安裝多種頻率的并列天線(xiàn)的情況下。側(cè)滾傾角如圖3所示，調(diào)整天線(xiàn)1波束中心線(xiàn)的側(cè)滾軸，將使圖象定位于離開(kāi)通過(guò)該衛(wèi)星的垂直淺的一個(gè)或大或小的距離(復(fù)蓋該入射角范圍)。現(xiàn)在借助于介于兩根入射線(xiàn)imin和imax之間的電子掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)這種調(diào)整，但為了限制該天線(xiàn)1的掃描范圍以及高度，該天線(xiàn)1被這樣定向，使得它的法線(xiàn)N對(duì)準(zhǔn)于該入射角范圍中點(diǎn)的方向。該側(cè)滾傾角上的典型值為30°。電源與當(dāng)?shù)剀壍罆r(shí)間與光學(xué)遙感不同，雷達(dá)遙感不需要太陽(yáng)對(duì)景物照明的任何特定條件。另一方面，它消耗衛(wèi)星的電功率。所有這些導(dǎo)致采用當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)或18時(shí)的太陽(yáng)同步軌道，使得該衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池板3一直暴露于陽(yáng)光下，并且實(shí)際上連續(xù)地產(chǎn)生電能(很少失去光照，不同于在光學(xué)遙感中僅限于當(dāng)?shù)貢r(shí)間的白天)(見(jiàn)圖1)。
由該電池板3組成的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)通常不足以向該雷達(dá)供電。該衛(wèi)星還運(yùn)載了蓄電池，使得雷達(dá)可以從中吸取電功率。在雷達(dá)不工作時(shí)，這些蓄電池被充電。
要注意的是，雷達(dá)衛(wèi)星所使用的設(shè)備模塊并不是為這個(gè)目的而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，因此它也兼容于那些由于失去光照的時(shí)間較長(zhǎng)，從而需要準(zhǔn)備大容量蓄電池的白天軌道的情形，本方案也是上述事實(shí)的一種結(jié)果。尺寸與姿態(tài)穩(wěn)定性為了使天線(xiàn)1正確地發(fā)揮作用，它必須保持平坦，同時(shí)垂直于其表面的法線(xiàn)N也必須保持精確的指向。常用的方案是在該天線(xiàn)組合件1與設(shè)備模塊2中引入剛性的機(jī)械的尺寸穩(wěn)定性，并且讓設(shè)備模塊的姿態(tài)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)滿(mǎn)足指向要求。
已經(jīng)有人提出，當(dāng)使用電子掃描天線(xiàn)1時(shí)，對(duì)于該板狀天線(xiàn)的平面度和姿態(tài)的要求可以放寬，并且構(gòu)成該天線(xiàn)1的諸天線(xiàn)單元的移相器應(yīng)當(dāng)被這樣控制，以便重新構(gòu)成一個(gè)正確地定向的完全的波平面。這就放寬了對(duì)該衛(wèi)星與該天線(xiàn)的組合的結(jié)構(gòu)上的約束條件，并且該模塊2的姿態(tài)控制系統(tǒng)只起到一種相對(duì)的粗調(diào)作用。
這種在該天線(xiàn)1的水平上的分散化適應(yīng)的原理實(shí)質(zhì)上是基于測(cè)量其離開(kāi)平面度的變形以及其中間平面的姿態(tài)的能力。
然而，迄今為止，所提出的基于變形或平面度傳感器(特別是光學(xué)傳感器)的各種應(yīng)用還沒(méi)有達(dá)到完全滿(mǎn)意的程度。而且，它們不允許測(cè)量該天線(xiàn)1的參考框架的姿態(tài)，這些問(wèn)題完全有待于該設(shè)備模塊去解決，或者借助于位于該天線(xiàn)1的絕對(duì)姿態(tài)傳感器來(lái)解決。
不管如何涉及這些分散適應(yīng)技術(shù)，設(shè)備模塊的姿態(tài)控制系統(tǒng)仍將負(fù)責(zé)保持該天線(xiàn)1的參考位置。具體地說(shuō)，該最長(zhǎng)邊(最小慣性)的軸必須跟該速度矢量(對(duì)低分辨率雷達(dá)來(lái)說(shuō)，是該長(zhǎng)度L)保持共線(xiàn)關(guān)系，或者如前面所述跟該速度矢量保持一個(gè)側(cè)滾傾角(對(duì)高分辨率雷達(dá)來(lái)說(shuō)，是長(zhǎng)度H)，使得該設(shè)備模塊必須對(duì)重力矩進(jìn)行連續(xù)的補(bǔ)償。這種補(bǔ)償從該姿態(tài)控制系統(tǒng)獲得一個(gè)連續(xù)的力矩以及該衛(wèi)星作為一個(gè)整體的最小機(jī)械剛度，并展開(kāi)該天線(xiàn)以便發(fā)送這些力矩(的數(shù)值)。還要注意到設(shè)備模塊2的存在引入了它本身的慣性約束條件，并且由于施加于太陽(yáng)能電池板上的太陽(yáng)壓力，引入了另一種攝動(dòng)力矩。
本發(fā)明包容于一種新型衛(wèi)星之中，具體地說(shuō)就是包容于雷達(dá)遙感或通信衛(wèi)星之中。
本發(fā)明的目標(biāo)之一是提出一種跟現(xiàn)有技術(shù)的衛(wèi)星相比，其靈敏度得到改進(jìn)的衛(wèi)星，以便在可訪(fǎng)問(wèn)性與可重復(fù)性方面允許得到較好的工作性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提出一種簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星，具體地說(shuō)，就是允許大幅度地降低天線(xiàn)、發(fā)射系統(tǒng)以及設(shè)備模塊的造價(jià)，與此同時(shí)，提高可靠性與耐用性。
為此目的，本發(fā)明提出一種含有通用的平面天線(xiàn)組成部件的低地球軌道遙感或通信衛(wèi)星，其特征在于，該天線(xiàn)組成部件實(shí)質(zhì)上位于一個(gè)通過(guò)地球中心的平面上，例如位于它的軌道平面上。
根據(jù)另一個(gè)獨(dú)立的方面，本發(fā)明提出一種含有太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的衛(wèi)星，并且由該天線(xiàn)組成部件運(yùn)載該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的諸電池。
本發(fā)明所提出的衛(wèi)星最好使得由沿重力軸方向的尺寸所定義的該天線(xiàn)組成部件的高度大于垂直于該軸方向的尺寸，因此，由于重力梯度的作用，所述衛(wèi)星沿側(cè)滾軸與俯仰軸(pitch axes)能實(shí)現(xiàn)自然穩(wěn)定。
特別地，組成部件的天線(xiàn)最好包括可選的部分中空的部分，該部分沒(méi)有對(duì)所述衛(wèi)星沿側(cè)滾軸與俯仰軸的自然穩(wěn)定有貢獻(xiàn)的天線(xiàn)功能。
根據(jù)一個(gè)獨(dú)立方面，本發(fā)明提出一種含有通用的平面天線(xiàn)組成部件的遙感或通信衛(wèi)星，其特征在于，該天線(xiàn)組成部件具有一種可變形的幾何形狀，并且在其表面上分布著發(fā)送或接收波束的控制裝置，其特征還在于，在所述的天線(xiàn)組成部件上，分布著許多位置和/或變形和/或?qū)?zhǔn)不良傳感器，并且允許對(duì)各種變形和/或?qū)?zhǔn)不良進(jìn)行測(cè)量，以及通過(guò)該控制裝置進(jìn)行隨后的補(bǔ)償。
這些傳感器最好是地球的衛(wèi)星的無(wú)線(xiàn)電定位傳感器，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)傳感器，這些傳感器也能測(cè)量絕對(duì)姿態(tài)誤差，并通過(guò)該控制裝置進(jìn)行隨后的補(bǔ)償。
根據(jù)另一個(gè)獨(dú)立的方面，本發(fā)明提出一種遙感或通信衛(wèi)星的發(fā)射配置，該衛(wèi)星包括至少一個(gè)由許多用鉸鏈連接在一起的平面部件，例如一個(gè)天線(xiàn)組成部件，以及相關(guān)設(shè)備諸單元或附屬設(shè)備諸單元，其特征在于，所述衛(wèi)星含有一個(gè)在發(fā)射時(shí)將諸設(shè)備單元以及諸電池板集成到它里面的支持封裝，并且具有一個(gè)用以展開(kāi)諸電池板的火花出口。
在一個(gè)有利的第一修改方案中，該支持封裝包括兩枚半外殼，其中一枚集成了各種相關(guān)的和附屬的諸設(shè)備單元，另一枚運(yùn)載一個(gè)火花切割器，用兩塊擋板對(duì)出口進(jìn)行限位，并且它的爆炸限定和彈出，這兩塊擋板，后者借助于兩個(gè)在界面處跟第一個(gè)半外殼連接的鉸鏈保持打開(kāi)狀態(tài)，因此，這些電池板在發(fā)射時(shí)可以被收藏在由兩枚半外殼所規(guī)定的容器里面，并且此后通過(guò)該出口僅在衛(wèi)星的一側(cè)展開(kāi)。
在另一個(gè)可能的修改方案中，該支持封裝由兩枚外殼構(gòu)成，后者組合成一個(gè)中間部件，該中間部件集成了各種相關(guān)的和附屬的諸設(shè)備單元，而每一個(gè)側(cè)面的外殼分別帶一個(gè)火花切割器，用兩塊擋板對(duì)出口進(jìn)行限位，并且它的爆炸限定和彈出這兩塊擋板，后者借助于兩個(gè)在界面處跟該中間部件連接的鉸鏈保持打開(kāi)狀態(tài)，因此，這些電池板在發(fā)射時(shí)可以被收藏在由每一個(gè)側(cè)面外殼和該中間部件所規(guī)定的兩個(gè)容器里面，并且此后通過(guò)相應(yīng)的出口從衛(wèi)星的兩側(cè)展開(kāi)。
借助于下列的不同特征，(取其中一種或按照技術(shù)上可行的任何組合)可以有利地完成單獨(dú)地或組合地具備這些不同特征的衛(wèi)星。
-該天線(xiàn)組成部件兩面都具備天線(xiàn)功能；-該天線(xiàn)組成部件的一部分不安裝太陽(yáng)能電池，只起一個(gè)兩面天線(xiàn)的作用；-它包括由每一個(gè)傳感器提供的無(wú)線(xiàn)電定位信號(hào)的相位測(cè)量的差分處理裝置，上述傳感器用于測(cè)量相對(duì)的傳感器位置以及由諸傳感器所定義的中間平面的絕對(duì)姿態(tài)；-它包括一個(gè)位于軌道平面上的設(shè)備模塊，并且所述天線(xiàn)組成部件僅位于所述設(shè)備模塊的一側(cè)；-它包括一個(gè)位于軌道平面上的設(shè)備模塊，并且所述天線(xiàn)組成部件展開(kāi)于該設(shè)備模塊的兩側(cè)；-該天線(xiàn)組成部件的兩部分位于兩個(gè)單獨(dú)的平面之內(nèi)，二平面的交線(xiàn)通過(guò)地球中心。
-它包括一個(gè)設(shè)備模塊其重心位于該天線(xiàn)組成部件的最短慣性軸上，使得由于沿該天線(xiàn)組成部件的局部垂線(xiàn)的重力梯度所導(dǎo)致的自然平衡得以加強(qiáng)，并使得施加于該衛(wèi)星的太陽(yáng)壓力力矩受到限制；-它保證該設(shè)備模塊對(duì)該部件的天線(xiàn)或天線(xiàn)組的遮蔽作用為最小，并保證諸無(wú)線(xiàn)電定位傳感器相對(duì)于接收該無(wú)線(xiàn)電定位信號(hào)的天線(xiàn)部件的法線(xiàn)的角偏移為最小，以免除由于艙體反射引起的多途徑傳播，而且除上述信號(hào)以外，其他信號(hào)均被忽略。
-該太陽(yáng)能電池能滿(mǎn)足該天線(xiàn)組成部件中至少一組天線(xiàn)的能源需求；-天線(xiàn)組成部件中的一部分不具備天線(xiàn)功能，僅用于安裝太陽(yáng)能電池；-用以滿(mǎn)足上述天線(xiàn)的能源需求的太陽(yáng)能電池，安裝在上述天線(xiàn)的背部，也可以任選地安置于所述天線(xiàn)任何一側(cè)不具備天線(xiàn)功能的空間里面；-該天線(xiàn)組成部件的諸太陽(yáng)能電池能滿(mǎn)足前者的能源需求；-在受到日照期間，由不具備天線(xiàn)功能并安裝太陽(yáng)能電池的部件或諸部件向該設(shè)備模塊提供至少一種電源；-一個(gè)類(lèi)似于由成對(duì)的電子表面元件組成的篩網(wǎng)的天線(xiàn)，上述元件直接地由一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池組成的塊提供電源；-該太陽(yáng)能電池的塊直接面向該表面元件；-該太陽(yáng)能電池是使用砷化鎵(GaAs)或硅工藝的電池；-該天線(xiàn)組成部件包括許多不同的天線(xiàn)，它們沿重力軸并列安裝，并在相同或不同的頻率下工作；-該天線(xiàn)組成部件包括兩個(gè)頻率相同的天線(xiàn)以便實(shí)現(xiàn)干涉式雷達(dá)遙感，所述諸天線(xiàn)沿著該局部的垂直軸線(xiàn)被分開(kāi)；-在發(fā)射階段，諸太陽(yáng)能電池板被折疊并且被壓向一塊平板，借助于諸拉桿固定于該平板上；-至少有一個(gè)套筒，適于容納一根拉桿從它里面穿過(guò)，以便把它固定到該平板上，該平板貫穿于每一塊太陽(yáng)能電池板；-支持封裝和各太陽(yáng)能電池板的最短慣性軸，在發(fā)射階段，其方向跟發(fā)射系統(tǒng)的軸線(xiàn)重合，并且該展開(kāi)軸線(xiàn)跟發(fā)射系統(tǒng)的軸線(xiàn)垂直；-在發(fā)射階段的配置中，支持封裝的外形按空氣動(dòng)力學(xué)的要求進(jìn)行調(diào)整，以便取代該載荷整流罩；-該支持封裝以及構(gòu)成該設(shè)備模塊的相關(guān)的和附屬的諸設(shè)備單元，后者的最短慣性軸平行于該軌道平面；-沿垂直方向?qū)嵤┱归_(kāi)；-一塊具有疊層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池板包括一個(gè)可選擇的整流罩，一塊輻射板，一個(gè)安裝電子設(shè)備的中間NIDA結(jié)構(gòu)，一塊可選擇的熱保護(hù)層，一塊安裝太陽(yáng)能電池和/或輻射元件的平板，該板還包括安置在中間結(jié)構(gòu)上的用以支撐安裝有諸太陽(yáng)能電池和/或諸輻射元件的平板或諸平板的諸加強(qiáng)筋；-在兩根加強(qiáng)筋的交會(huì)處附近安置一個(gè)套筒；-因天線(xiàn)功能的不同或天線(xiàn)功能的有無(wú)而異的天線(xiàn)組成部件的所有部分都分布于該電池板的展開(kāi)軸上，使得每一塊電池板都具有高度的功能上的同一性；-從該天線(xiàn)組成部件面向該衛(wèi)星軌道所環(huán)繞的該天線(xiàn)的一側(cè)以菊花鏈方式向該微波分配系統(tǒng)饋電，該菊花鏈電纜構(gòu)成了所需的延遲線(xiàn)的一部分；-沿著該天線(xiàn)的高度方向，該衛(wèi)星具有用于對(duì)該天線(xiàn)的方向圖進(jìn)行仰角控制的點(diǎn)的陣列。跟每一個(gè)控制點(diǎn)有關(guān)的該天線(xiàn)部分的基本的俯仰方向圖以一種固定的方式進(jìn)行定向，以便復(fù)蓋該有用的入射角范圍，并且在該高度H的方向上，這些點(diǎn)之間的間隔被如此安排，使得跟由該基本的方向圖所指的方向有關(guān)的主瓣在發(fā)生角偏移時(shí)，出現(xiàn)與該陣列有關(guān)的旁瓣，但由該基本的方向圖所產(chǎn)生的多余的旁瓣的增益調(diào)制，對(duì)于那些可能碰上地球的部分只保證提供很低的增益，并且在該主瓣上保持一個(gè)最小的增益；-跟每一個(gè)控制點(diǎn)有關(guān)的基本的天線(xiàn)部件由該相同的控制點(diǎn)中介于諸輻射元件之間來(lái)自一個(gè)公共控制點(diǎn)并處于許多個(gè)輻射元件的高度方向并帶有一個(gè)固定的相位斜坡的恒定移相器并列組合而成。
從以下的純粹說(shuō)明性的和非限制性的敘述中，將進(jìn)一步地顯現(xiàn)本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)。
-圖1，前面已經(jīng)討論過(guò)，是一顆現(xiàn)有技術(shù)的遙感衛(wèi)星的圖解表示；-圖2表示圖1中處于環(huán)繞地球的太陽(yáng)同步軌道中的該衛(wèi)星的取向，時(shí)間為當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)/18時(shí)，條件為天線(xiàn)位于該軌道平面上；-圖3是關(guān)于圖1和圖2中該衛(wèi)星的天線(xiàn)取向的圖解表示；-圖4是根據(jù)本發(fā)明的一顆衛(wèi)星的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，條件為6時(shí)/18時(shí)的太陽(yáng)同步軌道以及天線(xiàn)位于該軌道平面上；-圖5是圖4所示衛(wèi)星的正視圖；-圖6表示跟一個(gè)控制點(diǎn)有關(guān)的基本的天線(xiàn)部件的俯仰方向圖；-圖7表示用于獲得圖6所示方向圖的一個(gè)可能的實(shí)施例；-圖8是根據(jù)本發(fā)明的一顆衛(wèi)星的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；-圖9是根據(jù)本發(fā)明的一顆衛(wèi)星的一個(gè)實(shí)施例的片段的剖面圖；-圖10是圖9所示衛(wèi)星的發(fā)射配置的剖面表示；-圖11是在圖10中沿著線(xiàn)段XI-XI所取的剖面圖；-圖12是根據(jù)本發(fā)明的一顆衛(wèi)星的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池板的剖面表示；
-圖13是圖12所示的太陽(yáng)能電池板的俯視圖；-圖14是表示圖12和圖13所示的太陽(yáng)能電池板的一個(gè)細(xì)節(jié)的剖面圖。
在圖4和其后的諸附圖中，參考號(hào)碼12表示根據(jù)本發(fā)明示于其中的該衛(wèi)星的設(shè)備模塊。參考號(hào)碼11和13分別表示該天線(xiàn)組成部件以及該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的諸電池。
在這些附圖中所表示的該衛(wèi)星的各個(gè)方面都是值得注意的。
它的軌道是一條低地球軌道，并且該天線(xiàn)組成部件11實(shí)質(zhì)上位于通過(guò)地球中心的一個(gè)平面上(側(cè)滾傾角γ為90°)。
它可能具有從兩面接受輻射的能力。
部件11的高度H，被定義為它沿該重力軸方向的長(zhǎng)度，自然地遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它沿垂直方向的長(zhǎng)度L(在圖4和圖5中的該速度矢量V的方向。說(shuō)明該衛(wèi)星的平面所處的位置跟它的軌道平面重合)，或者沿著該高度H的方向，結(jié)束于一個(gè)不具備天線(xiàn)功能的、可能部分地中空的表面上，其結(jié)果是該衛(wèi)星自然地被重力梯度穩(wěn)定住。
諸太陽(yáng)能電池13被安置于該天線(xiàn)組成部件11的一面上，也可能兩面都有。
發(fā)射或接收波的諸相位與振幅控制點(diǎn)分布于該部件11的表面之上。
這個(gè)部件容許一種柔性結(jié)構(gòu)，其任何變形以及絕對(duì)姿態(tài)誤差都可以由分布于其表面上的由全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的相位測(cè)量方法檢測(cè)出來(lái)，然后通過(guò)該控制裝置進(jìn)行補(bǔ)償。
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明這些不同的方面，還要涉及其他諸方面。位于該衛(wèi)星的低地球軌道平面上的天線(xiàn)組成部件11“低地球軌道”一詞指的是一條通常低于2000公里的軌道。
跟現(xiàn)有技術(shù)的天線(xiàn)相比，為了得到所需的入射角數(shù)值范圍，該波束在俯仰角方向的電子角偏移，即位于天線(xiàn)平面上并與重力軸垂直的一根軸上，其仰角應(yīng)當(dāng)比現(xiàn)有技術(shù)的天線(xiàn)有所增加；跟現(xiàn)有技術(shù)相比，并且給定不得出現(xiàn)任何跟諸輻射元件(振子)的陣列有關(guān)的旁瓣這樣的約束條件，這就導(dǎo)致諸輻射元件彼此之間的間隔更加靠近(達(dá)到波長(zhǎng)的0.5倍，而不是波長(zhǎng)的0.7倍)。
然而，部件11的天線(xiàn)或諸天線(xiàn)的最大角偏移現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于最小的傳播距離(低入射角數(shù)值)，這使得它有可能放寬對(duì)低損耗的要求(在高角偏移的情況下，通常對(duì)諸輻射元件提出這樣的要求)，因此，可以保留那種類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)幾何尺寸下所使用的輻射單元技術(shù)。
而且，正如在下一節(jié)中將要指出的，由于它容許對(duì)諸波瓣進(jìn)行控制，所提出的衛(wèi)星配置允許該天線(xiàn)俯仰方向圖的控制點(diǎn)沿天線(xiàn)高度方向的間隔增加到2λ甚至2.5λ，然而在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)天線(xiàn)傾斜不到30°或35°時(shí)，該間隔必須限制在約0.7λ的數(shù)值上。
所有這一切的結(jié)果是使沿高度方向的電子密度按照高達(dá)2/0.7，即2.85的比例放寬。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到鏈路平衡的問(wèn)題，通過(guò)加增加沿波瓣軸線(xiàn)方向(減少角偏移)天線(xiàn)的有效高度，隨入射角而增加的距離現(xiàn)在可以更適當(dāng)?shù)氐玫窖a(bǔ)償。在雷達(dá)的特殊情況下，就像待測(cè)量的地球物理學(xué)現(xiàn)象的需求那樣，測(cè)量靈敏度的改進(jìn)跟入射角成正比，而在現(xiàn)有技術(shù)中，通常所提供的靈敏度分布圖具有一種反比關(guān)系。
跟現(xiàn)有技術(shù)的傾斜于30°或35°的天線(xiàn)相比，為了得到具有相同天線(xiàn)波束和相同的有效高度的一個(gè)給定的入射角，要求天線(xiàn)高度按一定比例增加，該比例的變化跟該入射角成反比(在60°時(shí)僅為10％)。尤其是在雷達(dá)中，若將入射角的范圍擴(kuò)展到較高的入射角數(shù)值，將對(duì)在可訪(fǎng)問(wèn)性和可重復(fù)性(衛(wèi)星為使一個(gè)點(diǎn)進(jìn)入其天線(xiàn)的視野或者返回到那一點(diǎn)所用的時(shí)間)方面工作性能的獲得產(chǎn)生限制，該天線(xiàn)在高度方面的不利條件是微不足道的，特別是，在性能很高的系統(tǒng)中，允許最大的入射角大于60°。
該陣列天線(xiàn)(尤其是倘若它是一個(gè)有源天線(xiàn))的復(fù)雜性、質(zhì)量和造介主要地受控制點(diǎn)的總數(shù)所支配，可以看出，這個(gè)新概念是高度有利的，因?yàn)樗凑找粋€(gè)高達(dá)2.85/1.1，即大約2.7的比例(對(duì)一個(gè)提供大入射角的系統(tǒng)而言)減小了這個(gè)數(shù)目。
跟現(xiàn)有技術(shù)不同，該部件11具有兩個(gè)可在其上安置該天線(xiàn)的輻射元件的幾何上等效的面。通過(guò)同時(shí)地使用這兩個(gè)面，該入射角的范圍可以增加到兩倍，一旦滿(mǎn)足了高值的入射角，本來(lái)已經(jīng)很好的工作性能還會(huì)得到更大的好處，因此變得格外有利。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，僅需將輻射單元的數(shù)目增加到兩倍，自然地使用相同的結(jié)構(gòu)、同樣的電子設(shè)備單元，后者是該電子掃描天線(xiàn)的一個(gè)主要部分。在現(xiàn)有技術(shù)中，這種大范圍的入射角的倍增要求具有兩個(gè)相反的側(cè)滾角的天線(xiàn)整體倍增。
模塊12也可以位于該部件11的平面之上，例如在該天線(xiàn)的下面。
在本例中，該部件11在其基底部位，緊靠著模塊12，有利地包括一塊不具備天線(xiàn)功能的(見(jiàn)圖9)、可能是中空的板14a，其功能之一就是避免阻擋該天線(xiàn)的視野，尤其是在以小入射角面對(duì)該設(shè)備模塊12的情況下。
將要指出的是，可以按照相似的方式，將上述配置應(yīng)用于通信衛(wèi)星。
在諸附圖中，所示出的天線(xiàn)組成部件11僅出現(xiàn)于該設(shè)備模塊12的一側(cè)，它可以自然地?cái)U(kuò)展到該設(shè)備模塊12的兩側(cè)中的任何一側(cè)，雖然當(dāng)天線(xiàn)出現(xiàn)于模塊12的下方時(shí)，要求對(duì)遙測(cè)裝置作出一種特殊的安排。
諸天線(xiàn)控制點(diǎn)的間隔當(dāng)該主瓣-即所需要的波瓣-沿仰角方向發(fā)生角偏移時(shí)，沿該天線(xiàn)11高度H方向的控制點(diǎn)間隔決定著該控制網(wǎng)絡(luò)中旁瓣的配置。當(dāng)該固定的、跟一個(gè)控制點(diǎn)有關(guān)的基本天線(xiàn)部件的仰角輻射方向圖發(fā)生角偏移時(shí)，該主瓣和旁瓣的增益受到調(diào)制。
圖6表示當(dāng)諸控制點(diǎn)之間的間隔被放寬時(shí)，從一個(gè)普通的天線(xiàn)(其平面pcl對(duì)應(yīng)于小于30°或35°的側(cè)滾角)得到的旁瓣的組合配置以及基本的天線(xiàn)部件方向圖。
該基本的天線(xiàn)部件方向圖(圖6中的匙狀實(shí)線(xiàn)DE)允許一個(gè)主瓣垂直于該天線(xiàn)平面，并且指向所需的入射角范圍。標(biāo)以箭頭的直線(xiàn)段表明在該主瓣相對(duì)于該基本的天線(xiàn)部件圖的主軸線(xiàn)的角偏移θ缺失時(shí)該旁瓣(LP)的位置，在這里，上述主軸線(xiàn)就是該天線(xiàn)平面的法線(xiàn)。該虛線(xiàn)段則表示在一個(gè)角偏移θ之后的這些相同的位置。如果沒(méi)有角偏移，這些旁瓣都會(huì)被消除，因?yàn)樗鼈兾挥谠摶镜奶炀€(xiàn)部件方向圖的空隙處。隨著沿該天線(xiàn)高度方向該方向圖諸控制點(diǎn)之間的距離增加，該基本的天線(xiàn)部件方向圖中諸旁瓣和該主瓣趨于靠近。
圖6也示出了該地球線(xiàn)。
為了正確地進(jìn)行工作，在沿著該入射角范圍對(duì)∠θ進(jìn)行掃描時(shí)，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件。
旁瓣不應(yīng)當(dāng)碰上地平線(xiàn)，如果碰上的話(huà)，它的增益應(yīng)當(dāng)是很低的(比主瓣增益低-30db到-40db，以免影響信號(hào)模糊的程度。
主瓣的增益(在圖中用O表示)不應(yīng)當(dāng)過(guò)份降低，以免影響鏈路平衡。
在現(xiàn)有技術(shù)諸衛(wèi)星的情況下，其中諸天線(xiàn)具有一個(gè)小于30°或35°的側(cè)滾角，若該旁瓣-1和+1沒(méi)有被推回到該天線(xiàn)平面的最靠近處，通過(guò)選擇一個(gè)在諸控制點(diǎn)之間的足夠小的間隔，由于很快到達(dá)數(shù)值θ，使得高增益的諸旁瓣(+1，+2，…，+N)指向地球，致使問(wèn)題無(wú)法解決。
另一方面，在一個(gè)具有新的幾何尺寸的天線(xiàn)中，采用所示的相同配置，令旁瓣跟基本的天線(xiàn)部件方向圖中的主瓣靠攏在一起，就能使問(wèn)題得到解決。在本例中，諸旁瓣+1、+2、+N的高增益部分是虛的，因?yàn)樗欢ㄎ挥谠撎炀€(xiàn)的后面。這里利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即由該天線(xiàn)幾何尺寸提供的地面視野緊密地環(huán)繞著待成像的視野。
而且，若該天線(xiàn)的幾何尺寸跟該衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的其他部分有關(guān)，則用以防護(hù)諸旁瓣的物理邊界被推移到該天線(xiàn)的前方，這是因?yàn)榉浅５偷娜肷浣菙?shù)值使得旁瓣被設(shè)備模塊12所阻擋，還因?yàn)樵诎l(fā)送時(shí)被該模塊反射的信號(hào)也會(huì)被接收，如果不是這樣的話(huà)，將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)模糊。
采用新的天線(xiàn)幾何尺寸，足以保證該-1旁瓣在最小入射角的情況下也碰不到地平線(xiàn)，并且保證將最大的增益落到主瓣上。通過(guò)將旁瓣-1保持于地平線(xiàn)上，諸控制點(diǎn)之間縮短了的間隔將主瓣的可用的入射角下限確定下來(lái)。
通過(guò)將該基本的天線(xiàn)部件方向圖鎖定于一個(gè)介于地平線(xiàn)與最小入射角之間的中間方向上，在最小入射角的情況下，可以保證增益跌落的最小值為3.7db，而在高入射角數(shù)值的情況下，若后者被設(shè)置為靠近地平線(xiàn)，則增益跌落的數(shù)值更低。由于新的衛(wèi)星概念通常會(huì)導(dǎo)致能量過(guò)剩，因此，這種增益跌落是允許的。如果不是這樣的情況，就有必要去停止縮短這個(gè)最后的間隔，或者提高入射角的下限。
因此，采用新的形狀尺寸，有可能將諸控制點(diǎn)之間的間隔放寬到2λ(或者甚至到2.5λ，這取決于高度以及入射角范圍等條件)，而采用通常的形狀尺寸，并且天線(xiàn)傾斜于不到30°或35°，該間隔保持低于0.7λ或0.75λ，即該控制點(diǎn)的增量應(yīng)當(dāng)符合于該輻射元件的增量(1個(gè)控制點(diǎn)/每輻射元件)。
通過(guò)將許多的輻射元件〔它們具有一個(gè)非常開(kāi)放的方向圖，彼此間具有根據(jù)固定的相位斜坡(沿高度方向)而產(chǎn)生的相位移〕組合在一起以組成基本的天線(xiàn)部件，就能使這種基本的天線(xiàn)部件方向圖中的主瓣定向于天線(xiàn)平面的法線(xiàn)方向，以便使具有新的形狀尺寸的天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)于所需的入射角范圍。
這就是圖7所示的內(nèi)容，圖中示出該輻射元件R受控于兩個(gè)相繼的控制點(diǎn)PC1和PC2。該固定的相位斜坡，對(duì)所有的控制點(diǎn)來(lái)說(shuō)都是相同的，例如，可以通過(guò)逐漸增加介于移相/發(fā)送/接收模塊M以及該輻射元件R之間的電纜長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
采用這種新的幾何尺寸，就可以放寬該輻射元件的增量，即使這樣做會(huì)使該輻射元件陣列產(chǎn)生旁瓣并且引入新的主瓣損失(在低的入射角數(shù)值下)。然而，由于這個(gè)輻射元件增量現(xiàn)在跟控制點(diǎn)增量脫離關(guān)系，并因此不再限制該天線(xiàn)的電子密度，最好采用能排除其他類(lèi)型旁瓣的一種間隔(接近于0.5λ)。將每一個(gè)受控延時(shí)區(qū)段的多個(gè)基本天線(xiàn)部件組合在一起從每一個(gè)基本天線(xiàn)部件發(fā)射的諸信號(hào)都來(lái)源于相同的信號(hào)源，并且對(duì)其相位、振幅和延時(shí)作了專(zhuān)門(mén)的適配。這種延時(shí)適配保證了從信號(hào)源到地面目標(biāo)點(diǎn)之間的延時(shí)跟橫越的天線(xiàn)部件無(wú)關(guān)。類(lèi)似地，在接收時(shí)，將多種信號(hào)重組為一種信號(hào)，也是在對(duì)相位、振幅和延時(shí)作出專(zhuān)門(mén)的適配之后才實(shí)現(xiàn)的。該接收延時(shí)適配保證了從地面目標(biāo)點(diǎn)到諸信號(hào)的重組點(diǎn)之間的延時(shí)跟橫越的天線(xiàn)部件無(wú)關(guān)。延時(shí)差異會(huì)產(chǎn)生兩方面的影響，其一是擴(kuò)大了距離脈沖響應(yīng)(對(duì)雷達(dá)而言)，其二是根據(jù)信號(hào)的頻率成分，在俯仰方向引入了虛假的波束掃描。
當(dāng)天線(xiàn)平面垂直于波瓣軸線(xiàn)時(shí)，若送往(以及來(lái)自)該天線(xiàn)基本部件的信號(hào)傳輸用相等長(zhǎng)度的電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)，則時(shí)間條件就得以驗(yàn)證。否則，若能通過(guò)電子掃描來(lái)控制該波瓣軸線(xiàn)，則有必要引入可編程的延遲線(xiàn)以調(diào)制該信號(hào)在天線(xiàn)內(nèi)部傳輸?shù)拈L(zhǎng)度，以便保持送往(以及來(lái)自)該目標(biāo)點(diǎn)的全部路徑的獨(dú)立性。為了減小可編程延遲線(xiàn)的數(shù)目，允許將多個(gè)天線(xiàn)部件組合到相同的受控延時(shí)區(qū)段之中。這就產(chǎn)生一種殘留的不同步，它受到該區(qū)段的規(guī)模的限制，它的大小隨著該區(qū)段的大小以及相對(duì)于該天線(xiàn)平面的法線(xiàn)的角位移的增加而增加。
由于在仰角方面向高處偏移，使得新的天線(xiàn)幾何尺寸在受控延時(shí)區(qū)段的數(shù)目方面要付出代價(jià)。然而，這個(gè)角偏移是圍繞一個(gè)非零的平均值而實(shí)現(xiàn)的，因此，在該區(qū)段范圍內(nèi)，它足以固定地引入相應(yīng)于這個(gè)平均角偏移的長(zhǎng)度適配，使得殘留的影響僅僅歸因于出現(xiàn)在平均角偏移兩側(cè)的角偏移增量，因而可以大大地增加該區(qū)段的大小。彷佛該天線(xiàn)物理地瞄準(zhǔn)于該平均方向。重力梯度穩(wěn)定給定該部件11的高度H遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的長(zhǎng)度L-可能已經(jīng)通過(guò)無(wú)功能的擴(kuò)展部件14a來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的-倘若該部件11被要求位于通過(guò)地球中心的一個(gè)平面之內(nèi)，例如跟它的軌道平面重合，則所述衛(wèi)星的最短慣性軸就處于它的自然平衡位置。
其結(jié)果就是，借助于重力梯度，該衛(wèi)星在側(cè)滾方面以及在俯仰方面達(dá)到穩(wěn)定。
該天線(xiàn)組成部件11的長(zhǎng)度產(chǎn)生一個(gè)自然恢復(fù)力矩，以對(duì)抗在軌道中經(jīng)常出現(xiàn)的俯仰或側(cè)滾擾動(dòng)。
該設(shè)備模塊12的位置跟該部件11共線(xiàn)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生任何擾動(dòng)，并且，由于它的高密度，基于該系統(tǒng)中較大與較小慣性之間的差異，它甚至?xí)?duì)增加該恢復(fù)力矩作出貢獻(xiàn)。
該部件14a不具備天線(xiàn)功能，它甚至可以被部分地掏空，如果由于竽力梯度的原因?qū)е禄謴?fù)力矩不足，特別是如果高度H不足，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，可以獲得所需的重力梯度條件。
這個(gè)恢復(fù)力矩用來(lái)對(duì)付在側(cè)滾方面和在俯仰方面的擾動(dòng)是有效的，但不能補(bǔ)償圍繞偏航軸的全部擾動(dòng)。
偏航控制由模塊12的姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
模塊12在側(cè)滾方面和在俯仰方面的擾動(dòng)作用跟它的通常的作用相比要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樗鼉H限于對(duì)該重力梯度恢復(fù)力矩的擺動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行阻尼。
在偏航方面主要的永久性的多余的力矩源于太陽(yáng)壓力。
將要引起人們注意的是，在諸附圖中所示的衛(wèi)星配置的高度的同一性極大地有利于對(duì)這個(gè)多余的力矩的成因、即沿著質(zhì)心和推力的速度矢量方向的偏移，加以限制。位于天線(xiàn)組成部件11的一面或兩面之上的太陽(yáng)能電池13衛(wèi)星天線(xiàn)最好位于該軌道平面之上，并且該衛(wèi)星的軌道最好是太陽(yáng)同步軌道，以便保持一個(gè)最小的太陽(yáng)方位角，并將諸太陽(yáng)能電池安置于該天線(xiàn)組成部件11的一個(gè)特定表面之上。然后，該天線(xiàn)表面占據(jù)了該部件11的被遮擋的一面，并且也能占據(jù)尚未被諸太陽(yáng)能電池占據(jù)的其他表面。因?yàn)榻瞧票幌拗圃?0°左右(軌道傾斜以及太陽(yáng)上升的累積效應(yīng))，所以本地時(shí)間6時(shí)或18時(shí)是最佳的。然而，能夠以這種方式得到的大面積的太陽(yáng)能電池，使得相對(duì)于6時(shí)/18時(shí)的軌道平面為更大的偏移成為可行。
雖然按固定的當(dāng)?shù)貢r(shí)間跟太陽(yáng)同步使部件11的熱設(shè)計(jì)變得容易，但該衛(wèi)星也可以被設(shè)計(jì)成能夠改變當(dāng)?shù)貢r(shí)間，包括位于該12時(shí)/24時(shí)平面的任何一側(cè)，或者甚至按漂移不定的當(dāng)?shù)貢r(shí)間進(jìn)行工作(不跟太陽(yáng)同步，但軌道仍然傾斜)。為此，對(duì)該部件11的兩面來(lái)說(shuō)，都具有安裝太陽(yáng)能電池的足夠的空間，所付的代價(jià)是增加太陽(yáng)能電池的總面積。仍然可以肯定，當(dāng)本地時(shí)間接近于12時(shí)/24時(shí)，其(正常)工作得不到保證。
在該部件11背面的太陽(yáng)能電池13的密度可以這樣來(lái)選定，即在沒(méi)有任何蓄電池接替的條件下能滿(mǎn)足所述天線(xiàn)的能源需求。必要時(shí)，該部件11可以包括不具備天線(xiàn)功能但安裝太陽(yáng)能電池的諸部件。
相應(yīng)地，該部件11的機(jī)械結(jié)構(gòu)的再利用產(chǎn)生一個(gè)非常強(qiáng)有力的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，甚至比最高性能的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模塊所安裝的還要強(qiáng)大得多，附帶地還使該設(shè)備模塊12的電源子系統(tǒng)得以最大限度地簡(jiǎn)化，該電源子系統(tǒng)僅須滿(mǎn)足模塊12本身的需求。
該部件11中的每一個(gè)設(shè)備或設(shè)備組都可以直接地連接到它的電源，使得能量轉(zhuǎn)換和傳輸功能都被簡(jiǎn)化，并且不再涉及該設(shè)備模塊12，甚至連一根通往該艙的連接線(xiàn)都不需要。
在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度積木化電子生產(chǎn)(即將一個(gè)產(chǎn)品分解為若干個(gè)滿(mǎn)足系列化制造與檢驗(yàn)規(guī)范的相同的電子單元)的一個(gè)或多個(gè)有源天線(xiàn)的情況下，這種能源自給的原理會(huì)帶來(lái)較大的好處。采用這些單元足以把諸太陽(yáng)能電池連同能量轉(zhuǎn)換與存貯功能(可能只有一個(gè)簡(jiǎn)單的電容器)集成在一起，這些功能跟其他功能相比是余裕的。這種完全積木化的方案排除了兩面都工作的天線(xiàn)，后者只有將至少一部分天線(xiàn)加以復(fù)制和倒置才能得到。不同說(shuō)，這樣的沿高度方向的復(fù)制也可以用來(lái)增加重力梯度，并減小對(duì)前面所述的沒(méi)有天線(xiàn)功能的空間的需求。
不依賴(lài)于集中供電的蓄電池組的天線(xiàn)能源自給原理排除了在無(wú)日照期間的工作，因此更適合于在當(dāng)?shù)貢r(shí)間18時(shí)(或6時(shí))升空，在這種情況下，一年當(dāng)中只有幾個(gè)月，并且僅在南(或北)極，在其軌道上不到20％的地方失去日照，這表示對(duì)大多數(shù)任務(wù)來(lái)說(shuō)都沒(méi)有妨礙。
另一方面，在兩次失去日照之間，工作是連續(xù)的。
這在運(yùn)行中會(huì)得到好處。而且，諸電子單元和諸電池都受到低幅度的熱循環(huán)。這表示在熱定額、可靠性和耐用性等方面得到改進(jìn)。
以上所述也適用于含有部件11的該平面不與該軌道平面重合、但僅含有地球中心這樣一種情況。采用該部件11的平面相對(duì)于該軌道平面的一個(gè)偏航偏移(可能在軌道中發(fā)生變化)，能提供一個(gè)附加的自由度以便優(yōu)化日照，特別是在軌道沒(méi)有被鎖定于6時(shí)/18時(shí)、或者甚至是一條非太陽(yáng)同步軌道的情況下。可變形的(或柔性的)天線(xiàn)組成部件11以及全球定位系統(tǒng)(GPS)諸傳感器特別是如圖7和圖8所示，該部件11是由許多塊絞接在一起的太陽(yáng)能電池板14組成的，并且在展開(kāi)時(shí)大致上對(duì)準(zhǔn)于該部件11的中間平面。沿著該部件11的高度H方向?qū)嵤┱归_(kāi)。在發(fā)射時(shí)，諸太陽(yáng)能電池板14被折疊到該設(shè)備模塊12。
跟諸太陽(yáng)能電池板有關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)至少具備適于展開(kāi)的尺寸，并且，一旦獲得預(yù)期的姿態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了粗略的對(duì)準(zhǔn)(在高度為10到15米或更高時(shí)，兩端電池板之間的定位誤差為10厘米，兩塊相鄰的電池板之間的定位誤差為1厘米)。
在通常情況下，即在展開(kāi)時(shí)，它們必須傳送的各種作用力都是很弱的，并僅限于對(duì)(由該設(shè)備模塊所施加的)重力梯度力矩、太陽(yáng)壓力力矩以及姿態(tài)控制力矩的反作用力。這些出現(xiàn)在軌道角頻率上的擾動(dòng)可以很容易地從部件11的自然模式中加以去除(解耦)，與此同時(shí)應(yīng)使它們足夠地緩慢以便進(jìn)行變形與誤差的測(cè)量，并由該發(fā)送的或接收的波控制裝置對(duì)后者進(jìn)行處理。
在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和隨后的姿態(tài)控制補(bǔ)償以及初始姿態(tài)建立階段，諸瞬變載荷都是較高的，但仍允許出現(xiàn)幅度較大的對(duì)準(zhǔn)不良(在這些發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火期間該任務(wù)被中斷)，借助于該機(jī)械結(jié)構(gòu)和/或諸電池板之間的連接，使上述對(duì)準(zhǔn)不良趨于減小并受到阻尼。
全球定位系統(tǒng)傳感器15分布于各電池板14之上。
每一個(gè)傳感器15包括至少一個(gè)全球定位系統(tǒng)的天線(xiàn)，可以將許多的傳感器(例如在一塊電池板的水平上)的全球定位系統(tǒng)信號(hào)解調(diào)與測(cè)量功能物理地組合在一起。例如，所有的全球定位系統(tǒng)信號(hào)解調(diào)與測(cè)量功能都可以使用安裝在該設(shè)備模塊12里面的同一個(gè)振蕩器。
該部件11中的兩個(gè)傳感器15的相對(duì)位置的測(cè)量是基于這兩個(gè)傳感器接收來(lái)自同一顆全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的相位差的干涉儀測(cè)量。若諸傳感器之間的距離為已知，則兩個(gè)傳感器15的相對(duì)位置測(cè)量需要至少對(duì)兩顆獨(dú)立的衛(wèi)星進(jìn)行兩路干涉儀測(cè)量，要不然還得至少用3顆衛(wèi)星。實(shí)際上，每一路的干涉儀測(cè)量都是相對(duì)于來(lái)自一顆附加的衛(wèi)星的測(cè)量而顯現(xiàn)其差異的，這是為了免除每一個(gè)傳感器底座所特有的偏斜(雙相位差原理)。
總的來(lái)說(shuō)，使用這些全球定位系統(tǒng)傳感器，其目的是測(cè)量這些傳感器的相對(duì)位置，以及它們所形成的中間平面的絕對(duì)姿態(tài)。通過(guò)集中處理來(lái)自不同的傳感器15的相位測(cè)量數(shù)據(jù)，例如在該設(shè)備模塊12中，就能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。為了降低數(shù)據(jù)的集中化程度，也可以在每一塊電池板14的水平上，就同一塊電池板14上諸傳感器15的相對(duì)位置規(guī)定一個(gè)處理步驟，上述相對(duì)位置等效于所述電池板的絕對(duì)姿態(tài)。如果后者沒(méi)有受到內(nèi)部變形，那么對(duì)再一塊電池板來(lái)說(shuō)，僅剩下介于諸參考傳感器之間的相對(duì)位置數(shù)據(jù)有待于集中計(jì)算。
每一塊電池板14包括至少3個(gè)全球定位系統(tǒng)傳感器15，若該電池板沒(méi)有內(nèi)部變形，則這是足夠的。結(jié)構(gòu)輕型化的需求導(dǎo)致諸電池板內(nèi)部變形的熱彈性模式。對(duì)每一塊電池板14來(lái)說(shuō)，為了測(cè)量這樣的變形，至少還需要一個(gè)附加的全球定位系統(tǒng)傳感器15。
該衛(wèi)星的準(zhǔn)平面的形狀尺寸減少了多途徑傳播的來(lái)源，后者構(gòu)成該全球定位系統(tǒng)在精確地測(cè)定相對(duì)位置方面的主要限制。唯一的多途徑傳播來(lái)源就是該設(shè)備模塊12，并且至少后者的主要影響可以被消除掉。
正如前面所指出的，連接于該設(shè)備模塊12的一塊或多塊電池板14a不具備天線(xiàn)功能。因此，它們沒(méi)有安裝全球定位系統(tǒng)傳感器。如圖9所示，為了消除其他電池板14上的傳感器的多途徑傳播來(lái)源，只要忽略以最小入射角接收其信號(hào)的全球定位系統(tǒng)諸衛(wèi)星就夠了。由于電池板14a的一部分或全部并不阻擋視野，所以上述最小入射角起碼小于該衛(wèi)星的最小工作入射角(典型值為25°)。這樣的十分有限的阻擋給衛(wèi)星提供充分的視野以便于系統(tǒng)進(jìn)行工作。多途徑傳播限于經(jīng)由該板20的邊緣20a的衍射。這種衍射并不集中于任何特定的方向，因此無(wú)法加以屏蔽。
該部件11的變形可以在每一個(gè)表面單元的層次上得到補(bǔ)償，上述的諸表面單元都具有對(duì)發(fā)射或接收的電磁波進(jìn)行移相的裝置，并且該相位移允許該波束相對(duì)于該中間平面進(jìn)行瞄準(zhǔn)點(diǎn)的調(diào)整，并且該表面單元位于這個(gè)中間平面之上?？梢詮南噜彽娜蚨ㄎ幌到y(tǒng)諸傳感器的位置，得到該表面諸單元的位置。
由于在該變形測(cè)量過(guò)程中，該補(bǔ)償過(guò)程能夠在每一塊電池板的層次上提供一個(gè)局部的步驟，因此，該相位移允許在該電池板的層次上以及對(duì)有關(guān)的角度和位置偏移出現(xiàn)一個(gè)中間平面。有必要以協(xié)調(diào)的方式在同一塊電池板上加入一個(gè)對(duì)應(yīng)于該電池板的參考點(diǎn)相對(duì)于通過(guò)一塊電池板的該參考點(diǎn)的所有天線(xiàn)的最終波束的波平面的偏移的相位項(xiàng)。
根據(jù)以上規(guī)定，特別是涉及全球定位系統(tǒng)多途徑傳播的規(guī)定，平面度補(bǔ)償可以達(dá)到1毫米以?xún)?nèi)，并且該中間平面的姿態(tài)可以測(cè)定到0.1°以?xún)?nèi)。這是對(duì)一項(xiàng)雷達(dá)任務(wù)的需求的充分響應(yīng)，上述雷達(dá)包括高頻段(X波段)雷達(dá)，這種雷達(dá)對(duì)平面度的要求是最嚴(yán)格的。為了便于在這種需要高頻段的情況下實(shí)現(xiàn)平衡，最好將該高頻段諸電池板安置在部件11朝向模塊12的一端，以便減小來(lái)自模塊12的殘留的多途徑傳播的影響。正如在下文中將要指出的那樣，若該部件11不僅光有高頻段電池板(低頻，電池板14a)，則這樣的安排通常是可行的。
當(dāng)然，在該天線(xiàn)組成部件是一塊受到變形的單獨(dú)的電池板的情況下，也可以用相同的方法應(yīng)用基于全球定位系統(tǒng)傳感器相位測(cè)量的補(bǔ)償。設(shè)備模塊與發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)在，對(duì)設(shè)備模塊12進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
該設(shè)備模塊12安裝了除天線(xiàn)以外的各種設(shè)備單元，特別是雷達(dá)的核心電子部件、用于存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置、遙測(cè)裝置、以及各種輔助的設(shè)備單元，包括姿態(tài)與軌道控制系統(tǒng)，后者又包括諸磁強(qiáng)計(jì)、諸磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生器、一個(gè)燃料箱和一個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，還有遙控與星上控制裝置。
模塊12還包括一個(gè)蓄電池，若該部件11采用能源自給原理，則該蓄電池的容量可以減小到僅滿(mǎn)足該艙的特定需求。
在圖9和圖10中，這些不同的設(shè)備都被共同地用參考數(shù)字16來(lái)標(biāo)識(shí)。
若該部件11采用能源自給原理，則在緊靠模塊12的第一塊電池板14a上安裝一個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，以便在有日照期間向該設(shè)備模塊12供電。在失去日照期間，該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)被該蓄電池所接替，以便保存存儲(chǔ)于星上的數(shù)據(jù)并維持該設(shè)備模塊的工作。在衛(wèi)星入軌期間也使用該蓄電池。
如圖10和圖11所示，在發(fā)射時(shí)，該設(shè)備模塊12也向成束的諸電池板14提供機(jī)械強(qiáng)度。
為了達(dá)到這個(gè)目的，該設(shè)備模塊12由一個(gè)圓柱形的支持封裝組成，諸電池板被折疊于其中，它還有一個(gè)用火花打開(kāi)的窗口，以便展開(kāi)諸電池板。這種圓柱形的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了與該發(fā)射系統(tǒng)的圓形界面17，并有助于適應(yīng)該發(fā)射系統(tǒng)提出的剛度要求。該衛(wèi)星沿發(fā)射系統(tǒng)軸線(xiàn)方向的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于該部件11的長(zhǎng)度L。該圓柱體的長(zhǎng)度直接地取決于該天線(xiàn)的長(zhǎng)度L，其直徑則取決于一塊電池板14的基本高度。
該圓柱形封裝由兩個(gè)外殼18和19組成，在將成束的電池板以及該設(shè)備模塊的諸設(shè)備單元加以整合之后，外殼18和19就并攏在一起。其中一個(gè)外殼18將設(shè)備模塊12中的各種設(shè)備單元加以整合。另一個(gè)外殼19安裝一個(gè)火花切割器，用以確定一個(gè)具有兩塊鉸鏈板的窗口。這個(gè)切割器的爆炸形成和彈出這兩塊鉸鏈板，并且由安裝在外殼19上的兩組鉸鏈?zhǔn)怪３执蜷_(kāi)狀態(tài)，并配置于與該外殼18的界面上。
在發(fā)射時(shí)，各電池板一塊挨一塊地折疊在一起，借助于穿過(guò)所有電池板的若干拉桿，把它們固定到附屬于外殼18的一塊平板20之上。該平板的另一面安裝該衛(wèi)星的諸設(shè)備單元的其余部分。
這種結(jié)構(gòu)有助于允許各種質(zhì)量的定中心要求。通過(guò)令該平板20相對(duì)于該圓柱體的中間平面作適當(dāng)?shù)钠?，就能在發(fā)射時(shí)把質(zhì)心定位于該發(fā)射系統(tǒng)的軸線(xiàn)上，而該圓柱體本身也把質(zhì)心定位于該發(fā)射系統(tǒng)的軸線(xiàn)上。通過(guò)在平板20上調(diào)整諸設(shè)備單元的平衡，就可以在展開(kāi)方式下實(shí)現(xiàn)兩種類(lèi)型的質(zhì)心定位，即將該模塊12的質(zhì)心對(duì)準(zhǔn)于該天線(xiàn)的平面，以及垂直地對(duì)準(zhǔn)于該天線(xiàn)在方向L上的中點(diǎn)(有助于該部件11沿著局部垂線(xiàn)借助于其較短的慣性軸實(shí)現(xiàn)自然對(duì)準(zhǔn)，并限制施加于該衛(wèi)星的太陽(yáng)壓力力矩)。
除了該平板20之外，該鉸鏈板19a和19b的張開(kāi)配置不會(huì)使該天線(xiàn)11受到全球定位系統(tǒng)信號(hào)的任何不必要的反射，同時(shí)，也給該外殼18所安裝的遙測(cè)天線(xiàn)留下所需的開(kāi)闊的視野。
所提出的該衛(wèi)星的圓柱形的形狀在發(fā)射狀態(tài)下還有一個(gè)好處，就是消除了對(duì)該發(fā)射系統(tǒng)的載荷整流罩的需求。附加的鼻錐，借助于采用壓在外殼上或入軌后才展開(kāi)的天線(xiàn)使唯一的外部附屬物(遙測(cè)天線(xiàn))得以消除，以及將一個(gè)遮蓋著與該發(fā)射系統(tǒng)的接合部的防護(hù)罩可選地附加到該圓柱體的底部，以上這些就重構(gòu)了等效于一個(gè)載荷整流罩的空氣動(dòng)力學(xué)外形。上述的可選項(xiàng)導(dǎo)致了質(zhì)量以及經(jīng)過(guò)核定的該衛(wèi)星的最大外形尺寸的增加，這是有待于協(xié)商的。
假設(shè)該長(zhǎng)度L能做到小于5.5米，并假設(shè)折疊后的天線(xiàn)組成部件11以及設(shè)備模塊12的厚度兼容于小于2米的直徑，它就兼容于計(jì)劃中的小型發(fā)射系統(tǒng)(洛克希德馬丁LLV3，麥克唐納道格拉斯DELTA-LITE)或者現(xiàn)有的中型發(fā)射系統(tǒng)(例如DELTA 2)的載荷整流罩。特別是當(dāng)該天線(xiàn)組成部件11的總高度小于13米或15米(8或9塊電池板，每塊高1.7米)時(shí)，就符合這種情況，若采用通常的天線(xiàn)長(zhǎng)度方案(采用一種通常的形狀尺寸以及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備模塊)，將導(dǎo)致更大的質(zhì)量和體積，并因而需要使用更加昂貴的發(fā)射系統(tǒng)(阿里安5，阿特拉斯II AS)。電池板的一般結(jié)構(gòu)圖12表示本發(fā)明的衛(wèi)星的電池板的一個(gè)可能的實(shí)施例的一般結(jié)構(gòu)，其條件是僅從該電池板的一側(cè)進(jìn)行輻射。
該電也板具有一種疊層結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)可選的整流罩21，一塊輻射板22、一個(gè)裝有電子裝置27的NIDA(注冊(cè)商標(biāo))型中間鋁結(jié)構(gòu)、諸熱保護(hù)層24以及一塊裝有諸太陽(yáng)能電池13的平板25。
在該中間結(jié)構(gòu)23上加有I字形截面的水平的和垂直的加強(qiáng)筋，后者還用來(lái)安裝該平板25。
如圖13所示，該電池板被劃分為許多個(gè)功能單元28。
諸功能單元28中的電子裝置27被安置于該結(jié)構(gòu)23與該熱保護(hù)層24之間。它們包括發(fā)送/接收和移相裝置，以及有關(guān)的控制裝置。它們也處理在該電池板背面由諸太陽(yáng)能電池13向它們供應(yīng)的電源。
每塊電池板都至少有一個(gè)貫穿其中的套筒，在發(fā)射時(shí)，利用一根從套筒中穿過(guò)的拉桿將電池板固定到支持封裝里面。
由于一個(gè)單元29以及一個(gè)全球定位系統(tǒng)傳感器15二者抵銷(xiāo)了該天線(xiàn)的功能，因此它們可以有利地被組合到部分地抵銷(xiāo)了天線(xiàn)功能的一個(gè)公共的功能單元28中去。如圖14所示，這個(gè)單元29和這個(gè)全球定位系統(tǒng)傳感器15被有利地安置于靠近兩條加強(qiáng)筋的交叉處的所述單元28的邊緣部位。
由與該電池板有關(guān)的諸太陽(yáng)能電池直接地向電池板上的微波設(shè)備諸單元供電，因此，可以在每一個(gè)單元的層次上，或者在含有若干單元的一個(gè)組的層次上實(shí)現(xiàn)電源自治。
可以通過(guò)光光纖維或通過(guò)同軸電纜向每一塊電池板或半電池板饋送微波信號(hào)，若信號(hào)來(lái)自該設(shè)備模塊12，可采用一種星形的配置，若信號(hào)來(lái)自該頂板(離地球最遠(yuǎn))，可采用一種菊花鏈?zhǔn)降呐渲茫员闶沟迷撾娎|的長(zhǎng)度構(gòu)成所需的延遲線(xiàn)的一部分。
諸處理模塊(BFN，主模塊，輔助模塊)通過(guò)一組控制/命令總線(xiàn)連接到該設(shè)備模塊12。
將諸電子裝置27組合到同一個(gè)功能單元28，是借助于集成或混合工藝而實(shí)現(xiàn)的。
在需要從一塊電池板兩側(cè)都進(jìn)行輻射的情況下，一種可能的實(shí)現(xiàn)方法是用一塊裝有諸輻射元件的平板去替換一塊裝有諸太陽(yáng)能電池的平板25。在這兩種情況下，為了便于整合以及跟該電子設(shè)備單元27連接，最好對(duì)這些平板的表面積加以限制，使得經(jīng)過(guò)整合之后，每一塊平板都貼近由諸加強(qiáng)筋26的矩形柵格所形成的間隔。在這種方式下，部件的可拆卸性以及該電池板的可維修性得以保留。太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的規(guī)模。
諸太陽(yáng)能電池13都是砷化鎵/鍺類(lèi)型的電池，例如，在最壞情況下(即處于其工作壽命的末期，具有最差的太陽(yáng)入射角，并處于(120℃溫度下)也能提供電壓為10伏的所需的電流。對(duì)于該部件11的每一個(gè)功能單元都提供一串16個(gè)這種類(lèi)型的電池。
所選用的砷化鎵工藝(而不是硅工藝)能耐受較高的太陽(yáng)能電池溫度。
用這種方法產(chǎn)生的電能被存儲(chǔ)在裝置27所包含的諸電解和陶瓷電容器里面，以便在該雷達(dá)脈沖發(fā)射期間，將該電壓降限制到設(shè)備能容許以及保持正常性能(典型值為10％)的范圍以?xún)?nèi)。
該電壓被限定于10伏。姿態(tài)與軌道控制在最簡(jiǎn)單的形式中，使用一臺(tái)定向于該側(cè)滾軸的單推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。姿態(tài)控制實(shí)質(zhì)上是由定軌與姿態(tài)保持發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)(沿著方向V)以及該單推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)不良時(shí)所出現(xiàn)的沿偏航軸的瞬態(tài)擾動(dòng)所引起的。姿態(tài)保持的校正操作被分解為寬度十分有限的若干個(gè)基本脈沖，以便有效地給出沿偏航軸產(chǎn)生的角位移。這些基本脈沖導(dǎo)致沿偏航軸的重新定位。姿態(tài)保持過(guò)程的持續(xù)時(shí)間可以很長(zhǎng)，但在兩個(gè)基本脈沖之間的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)繼續(xù)保證該天線(xiàn)的日照與溫度條件。在姿態(tài)保持的機(jī)動(dòng)過(guò)程中，推力是較弱的，并且最重要的(調(diào)整動(dòng)作)相對(duì)來(lái)說(shuō)并不頻繁出現(xiàn)。對(duì)于這種類(lèi)型的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，由于阻力較弱(沿方向V的截面積非常小)，這種對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分以及延長(zhǎng)其反應(yīng)時(shí)間的方案是可以接受的，即使它要求在一條或多條軌道上中斷正在進(jìn)行的任務(wù)。以增加復(fù)雜性為代價(jià)，必要時(shí)可使用多臺(tái)在點(diǎn)火時(shí)間上受控的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以便實(shí)時(shí)地抵消沿偏航軸的不應(yīng)有的力矩，并減少總的點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間。該衛(wèi)星的特性使得冷氣體推進(jìn)成為可行，所增加的(燃料)存貯槽的質(zhì)量跟采用肼的解決方案相比或許是可以接受的，包括在一項(xiàng)持續(xù)時(shí)間為10年的任務(wù)中都能給出低阻力，以便增加重力梯度。
在任務(wù)期間有必要去校正該軌道平面，特別是對(duì)于那些在當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)/18時(shí)以外的時(shí)間里使用的軌道來(lái)說(shuō)，更是如此。這種類(lèi)型的機(jī)動(dòng)不同于前面所介紹的先讓該衛(wèi)星沿偏航軸旋轉(zhuǎn)90°使得火箭發(fā)動(dòng)機(jī)處于與該(軌道)平面垂直的位置然后沿方向V點(diǎn)火。
在該天線(xiàn)展開(kāi)之前，通過(guò)對(duì)磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行濾波，可測(cè)出該姿態(tài)角，其精度達(dá)到1°的量級(jí)；展開(kāi)之后可使用該天線(xiàn)所接收的全球定位系統(tǒng)信號(hào)，其精度得以改進(jìn)，達(dá)到優(yōu)于0.1°。
該磁性力矩發(fā)生器提供為阻尼沿俯仰軸和側(cè)滾軸的重力梯度的擺動(dòng)效應(yīng)、抵消諸永久性效應(yīng)(太陽(yáng)壓力)、以及當(dāng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)從瞬時(shí)影響中恢復(fù)過(guò)來(lái)所需的諸力矩。
按照下列方式有利地獲得該天線(xiàn)組成部件11的初始姿態(tài)。
該部件11被展開(kāi)，隨后將一種控制規(guī)律施加于該磁性力矩發(fā)生器，以降低僅用于磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量的轉(zhuǎn)速。
該衛(wèi)星被穩(wěn)定于一個(gè)重力梯度平衡位置。
兩種平衡位置都是可能的，一種是該部件11位于該模塊12的下面，另一種是該部件11位于該模塊12的上面。
若該天線(xiàn)組成部件11被展開(kāi)于該設(shè)備模塊12的下面，則該衛(wèi)星將沿偏航軸旋轉(zhuǎn)，以便使諸太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)朝向太陽(yáng)，為了對(duì)它的蓄電池進(jìn)行充電并使之實(shí)現(xiàn)自給，隨后將一種新的控制規(guī)律施加于該磁性力矩發(fā)生器，以便使衛(wèi)星沿著它的所有坐標(biāo)軸再次旋轉(zhuǎn)，其后再次使用降速控制規(guī)律，以便返回到一種重力梯度平衡位置。
啟動(dòng)和停止旋轉(zhuǎn)的過(guò)程不斷重復(fù)，直到該天線(xiàn)處于正確位置。
每啟動(dòng)一次旋轉(zhuǎn)，該天線(xiàn)11就在兩次重新獲得所需姿態(tài)的機(jī)會(huì)中實(shí)現(xiàn)其中的一次。
所有這些導(dǎo)致一個(gè)由以下各部分(忽略冗余性)組成的基本姿態(tài)控制與推進(jìn)系統(tǒng)三個(gè)磁性力矩發(fā)生器、一個(gè)三軸磁強(qiáng)計(jì)、一臺(tái)星上計(jì)算機(jī)、一臺(tái)全球定位系統(tǒng)接收機(jī)、四組全球定位系統(tǒng)天線(xiàn)(在本例中，使用位于離地球最遠(yuǎn)的諸電池板上的諸天線(xiàn))、以及一個(gè)基于一臺(tái)單獨(dú)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)子系統(tǒng)。
要注意的是，這個(gè)姿態(tài)控制系統(tǒng)不使用任何種類(lèi)的(地球的、太陽(yáng)的或星體的)光學(xué)傳感器，使得其工作情況跟任務(wù)過(guò)程中的當(dāng)?shù)貢r(shí)間及其變化無(wú)關(guān)。姿態(tài)倒置的衛(wèi)星(部件11在設(shè)備模塊的下面)或者姿態(tài)無(wú)關(guān)緊要的衛(wèi)星衛(wèi)星的名義姿態(tài)可以跟迄今為止所敘述的情況相反，即包括一組位于設(shè)備模塊12下方的天線(xiàn)組成部件。
所得到的好處是消除了在低值入射角下對(duì)雷達(dá)視野的限制。被用來(lái)避免阻擋視野的諸電池板14a仍然可以被用來(lái)在頂部諸電池板14的高度上避免對(duì)全球定位系統(tǒng)諸衛(wèi)星的過(guò)分屏蔽，在這種情況下僅僅依賴(lài)于工作所需的最小數(shù)目的全球定位系統(tǒng)諸衛(wèi)星。由于該設(shè)備模塊的平板20的反射容易引起的全球定位系統(tǒng)入射角諸方向的多途徑傳播，現(xiàn)在自然地被地球所屏蔽。以菊花鏈方式向諸電池板饋送微波信號(hào)開(kāi)始于靠近模塊12的第一塊電池板，而不是位于另一端的電池板，其姿態(tài)如前面所述。
然而，對(duì)遙測(cè)天線(xiàn)應(yīng)作出不同的安排，以避免部件11阻擋它的視野。一種解決方案是在設(shè)備模塊中設(shè)置兩組天線(xiàn)，分別位于該部件11的平面的兩側(cè)，因此，不管該站(衛(wèi)星)相對(duì)于其軌道平面處于何種位置，總有一組天線(xiàn)是直接看得見(jiàn)的。每次通過(guò)(地面接收點(diǎn))最多只需要一次天線(xiàn)切換操作。將遙測(cè)天線(xiàn)移出該平面使它有可能將來(lái)自這兩組天線(xiàn)的視野重疊在一起，并且當(dāng)該站(衛(wèi)星)進(jìn)入該軌道平面時(shí)可以更靈活地處理其切換時(shí)間。
同樣，該衛(wèi)星也可以被設(shè)計(jì)成工作于展開(kāi)后所獲得的第一個(gè)平衡位置，并因此免除了前面所述的啟動(dòng)和停止旋轉(zhuǎn)過(guò)程的諸步驟。從硬件的觀點(diǎn)來(lái)看，所需要的一切就是提供相應(yīng)于兩種形狀尺寸的兩種類(lèi)型的遙測(cè)鏈路，在最壞情況下諸電池板14a的面積不致于阻擋視線(xiàn)，兩種可切換的啟動(dòng)該電池板的微波信號(hào)饋送系統(tǒng)的方法，以及兼容于兩種形狀尺寸的該模塊的熱控制方法。其余部分對(duì)有效形狀尺寸的適配只產(chǎn)生次要的影響，當(dāng)然主要是在軟件方面。
所有前面所述的內(nèi)容同等地適用于這樣一種情況，即部件11分為兩部分，分別位于該模塊12的上方和下方。
應(yīng)用于低頻段、高頻段或多頻段任務(wù)對(duì)一項(xiàng)任務(wù)來(lái)說(shuō)，所有其他特性都應(yīng)保持完全相同，該天線(xiàn)組成部件11的功能高度與波長(zhǎng)成正比，其結(jié)果是，對(duì)高頻段(X或C波段)任務(wù)而言，不能自然地獲得重力梯度條件，而對(duì)低頻段(S、L或P波段)任務(wù)而言，則經(jīng)常是這種情況。在整個(gè)高頻段，都有必要將實(shí)心的或空心的諸電池板14a附加到該設(shè)備模塊的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電池板上。
將本系統(tǒng)應(yīng)用于構(gòu)成新一代雷達(dá)的若干要求之一的頻率組合，(其效果)也完全是最佳的，因?yàn)橛糜诓煌l率的所有電池板都對(duì)總的重力梯度作出貢獻(xiàn)，并且它不(或不再)需要加入諸板14a。特別是，對(duì)于一塊具有八塊功能性電池板14的L波段任務(wù)來(lái)說(shuō)，加入一塊同樣大小的X波段電池板以構(gòu)成一個(gè)雙頻任務(wù)就足夠了，該任務(wù)服從于該設(shè)備模塊相對(duì)于單頻情況下的有余裕的重定大小。不同的頻率可以使用該天線(xiàn)的不同的功能長(zhǎng)度L，一塊標(biāo)準(zhǔn)的電池板的長(zhǎng)度由較短的諸電池板的表面的非功能性擴(kuò)展來(lái)保持，這有助于必要時(shí)定中心條件(質(zhì)量，太陽(yáng)壓力推力的中心，等等)的保持。
在該部件11的每一組無(wú)線(xiàn)都作出能源自給的選擇的情況下，在高頻段，在諸電池板背面的諸太陽(yáng)能電池應(yīng)當(dāng)更加稠密，像“鋪地毯”那樣，因?yàn)榭偟膩?lái)說(shuō)功率要求有所增加(這是雷達(dá)的情況)，并且該天線(xiàn)的高度趨于減小。萬(wàn)一出現(xiàn)能源不足并且需要依靠該部件11中除所述天線(xiàn)背面以外的附加的電池區(qū)域來(lái)供電，在這種情況下，最好將這些區(qū)域安置在直接靠近所述天線(xiàn)任何一側(cè)的地方，以便限制輸電連接線(xiàn)(的長(zhǎng)度)，并且可能保留前面所述的完全電子積木化的概念。應(yīng)用于單遍式雷達(dá)干涉儀任務(wù)單遍式雷達(dá)干涉儀主要用于獲得地形數(shù)據(jù)，它包括兩組從空間上分隔開(kāi)的天線(xiàn)，其中一組天線(xiàn)管發(fā)送，二者都管接收，該儀器通過(guò)這兩組天線(xiàn)同時(shí)形成兩幅圖象。該數(shù)據(jù)的精度取決于由兩組垂直于速度矢量的天線(xiàn)所形成的、并且跟波長(zhǎng)有關(guān)的底邊長(zhǎng)度，因此，對(duì)同一臺(tái)衛(wèi)星干涉儀的諸天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，只有在高頻段(X或C波段)以及天線(xiàn)諸底邊超過(guò)10米或15米的情況下才是可行的。
將一項(xiàng)干涉儀任務(wù)加入到本發(fā)明的雷達(dá)衛(wèi)星中去是一件簡(jiǎn)單的事情，其次，一般來(lái)說(shuō)，僅用于接收的天線(xiàn)可以是一塊單獨(dú)的電池板14，因?yàn)樗赡懿恍枰诟咧等肷浣窍逻M(jìn)行工作(入射角決定該天線(xiàn)高度)，并由于該天線(xiàn)僅用于接收，耗電量很少，或者不耗電，因此對(duì)該天線(xiàn)背面的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的需求顯著地降低了。在一種僅使用高頻段的任務(wù)的情況下，這個(gè)電池板14被加入到兩塊電池板14a之間，其中一塊電池板14a用以避免阻擋視野(并可能安裝用于該模塊的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī))，另一塊電池板14a專(zhuān)門(mén)用于產(chǎn)生重力梯度。若沒(méi)有后一塊電池板14a，或者雖然有但不夠數(shù)，則要加入另外的電池板，以便獲得所需的底邊高度。在多頻段任務(wù)的情況下，該干涉儀任務(wù)一般只涉及一個(gè)高頻段，工作于所述高頻段的該干涉儀接收天線(xiàn)所在的電池板14以及該主天線(xiàn)分別安置在該部件11的相對(duì)的兩端，借助于一塊用以避免阻擋視野的電池板14a，將二者跟該設(shè)備模塊分隔開(kāi)。通過(guò)在必要時(shí)進(jìn)一步地加入沒(méi)有天線(xiàn)功能的電池板14a，就可以增加用這種方法獲得的干涉儀(天線(xiàn))底邊的尺寸。
為了進(jìn)一步地減小引入干涉儀功能所帶來(lái)的影響，用于該模塊以及用于干涉儀接收天線(xiàn)的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的功能可以合并于同一塊電池板14a。干涉儀的耗電量非常低，它把該發(fā)電機(jī)功能留給該模塊使用，也沒(méi)有必要采取避免阻擋該接收天線(xiàn)的視野的措施，因?yàn)闆](méi)有必要讓它瞄準(zhǔn)最小數(shù)值的入射角，或者倘若所需的高度小于一塊電池板的高度，那么它就可以只占用該電池板的上半部，即較好的暴露部分，特別是如果不使用非常高的頻段時(shí)，就會(huì)遇到這種情形。
這樣一來(lái)，就以低廉的造價(jià)加入了干涉儀功能，然而對(duì)一顆常規(guī)的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，就需要引入一根在其端部安裝該接收天線(xiàn)的專(zhuān)門(mén)的可展開(kāi)的桅桿。在國(guó)際合作場(chǎng)合中的共享與均衡運(yùn)作如果要在國(guó)際空間合作中取得成功，那就應(yīng)當(dāng)保證在不同的國(guó)家之間公平地分擔(dān)任務(wù)，不僅在研制方面，而且也在運(yùn)行方面。不幸的是，對(duì)一個(gè)遙感系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵的工作任務(wù)，即編程，必須集中進(jìn)行，以保證最佳的無(wú)沖突的需求管理并維護(hù)該衛(wèi)星的完整性。如果一個(gè)自然地承擔(dān)在其領(lǐng)土上設(shè)立該任務(wù)的編程中心以及該衛(wèi)星控制中心(因?yàn)楹笳咭话愕夭荒芨摼幊讨行姆珠_(kāi))的任務(wù)的主要的合作伙伴缺席，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題。
那種讓每一個(gè)合作伙伴在衛(wèi)星的可見(jiàn)圓所界定的區(qū)域內(nèi)保留在圖象方面對(duì)衛(wèi)星使用的控制權(quán)的方案，即類(lèi)似于INTELSAT型通信衛(wèi)星所采取的(租用一個(gè)重發(fā)器或者一個(gè)波束)做法，到現(xiàn)在為止一直行不通。對(duì)軌道中部分資源的使用往往影響到它們?cè)趧e處的可用性，因此，集中化的協(xié)調(diào)仍然是不可缺少的。在光學(xué)遙感中，改變正在瞄準(zhǔn)的方向所產(chǎn)生的延時(shí)可能很長(zhǎng)(以便讓衛(wèi)星或反射鏡重新定向)，而對(duì)于一部現(xiàn)代的輕型雷達(dá)來(lái)說(shuō)，所面監(jiān)的問(wèn)題則是蓄電池的再充電時(shí)間、發(fā)射機(jī)的開(kāi)/關(guān)限制或者諸設(shè)備單元的熱狀態(tài)極限。
通過(guò)讓部件11采取能源自給的選擇，如圖4以及其后諸圖所示的衛(wèi)星原理允許該雷達(dá)在有日照期間連續(xù)工作。因?yàn)樵谶@種地理上的共享方案中，所收集到的數(shù)據(jù)并不存儲(chǔ)在衛(wèi)星上，而是以實(shí)時(shí)方式重發(fā)到地面站(不使用存儲(chǔ)和交換功能)，這樣一來(lái)，共享衛(wèi)星數(shù)據(jù)的問(wèn)題可能被縮小為在各合作伙伴之間簡(jiǎn)單地分配可見(jiàn)圓并且在編程和數(shù)據(jù)采集方面保證各自的自治與自主權(quán)的問(wèn)題。
然而，這種從地理上對(duì)該衛(wèi)星進(jìn)行分區(qū)訪(fǎng)問(wèn)的新能力，其本身并不足以允許每一個(gè)合作伙伴在它的區(qū)域內(nèi)保留對(duì)該衛(wèi)星的控制權(quán)。同樣有必要為管理該衛(wèi)星并維持其狀態(tài)而留有余地。要注意的是，部件11的完全電子積木化結(jié)構(gòu)提供了能抗御因編程中的失誤而引起的任何故障的穩(wěn)固性。由一個(gè)射頻模塊和一個(gè)相應(yīng)的太陽(yáng)能電池組所構(gòu)成的基本功能單元實(shí)際上應(yīng)當(dāng)將諸電池所供給的電能消耗掉，并且跟它對(duì)整體的功能貢獻(xiàn)無(wú)關(guān)，因此，所述單元僅經(jīng)受一種由該太陽(yáng)能電池和該電子裝置的當(dāng)前狀態(tài)所支配、并且跟該單元的激活與編程狀態(tài)無(wú)關(guān)的熱狀態(tài)。該部件11沒(méi)有冗余備份，但它僅經(jīng)受與基本功能諸單元的失效或劣化有關(guān)的性能上的進(jìn)行性劣化。每一個(gè)合作伙伴都會(huì)同意處理這種劣化的最佳辦法(借助于選擇待激活的諸單元以及待形成的天線(xiàn)方向圖規(guī)律)，而不是去影響該劣化過(guò)程本身(沒(méi)有故障傳播過(guò)程)。
除了實(shí)時(shí)圖象處理編程、部件11的技術(shù)操作以及該圖象產(chǎn)品類(lèi)型(地面掃描軌跡、波形、分辨率、入射角)等方面以外，每一個(gè)合作伙伴都可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐男枨蠛蛺?ài)好去開(kāi)發(fā)和推廣雷達(dá)方面的專(zhuān)門(mén)技術(shù)。集成到該設(shè)備模塊中去的該載荷部件也從一個(gè)連續(xù)供電的電源那里得到好處，但不同于該天線(xiàn)組成部件11，它不是由大量的相同功能的諸單元積累而成的。由于所使用的技術(shù)的操作嚴(yán)格性水平較低(沒(méi)有管道，沒(méi)有機(jī)械裝置，沒(méi)有因配置而引起的延時(shí)，等等)以及縮小了各功能部件的尺寸，使得一個(gè)由諸部件組成的冗余系統(tǒng)成為可行，其中，可以由每一個(gè)合作伙伴互換地激活的開(kāi)關(guān)的數(shù)目也減少了。在這種情況下，共享的概念可以擴(kuò)展到所有的載荷。
衛(wèi)星的運(yùn)行也需要軌道控制諸功能(軌道保持以及太陽(yáng)能電池板陣列的粗姿態(tài)的保持)，這需要從地面進(jìn)行控制。另一方面，不受使用載荷的影響，這些功能導(dǎo)致對(duì)偶然地影響所有合作伙伴的訪(fǎng)問(wèn)的名義上可預(yù)報(bào)的限制(例如穩(wěn)定時(shí)間與機(jī)動(dòng))。它們應(yīng)當(dāng)被集中化并被委托于一個(gè)由各合作伙伴承擔(dān)費(fèi)用的獨(dú)家代理，但在操作中不跟各合作伙伴進(jìn)行交互。
前面的共享方案是針對(duì)最可能出現(xiàn)的靜態(tài)模式來(lái)敘述的，為的是說(shuō)明從整體上消除互互連接和互相依賴(lài)(共享軌道弧線(xiàn)或者復(fù)蓋區(qū))，并得益于在啟動(dòng)程序方面增加了的簡(jiǎn)易性，這些程序涉及大量的小規(guī)模合作伙伴。在此基礎(chǔ)上的其他協(xié)議也是可行的合作伙伴相互之間，或者是個(gè)別的或者是一般化的，關(guān)于軌道弧線(xiàn)的動(dòng)態(tài)分配的更緊密的協(xié)議，或者引入一個(gè)中央合作伙伴，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)記錄圖象，并管理在未分配的弧線(xiàn)內(nèi)的星上存儲(chǔ)器，或者代表本地的合作伙伴。
重要的是指出這樣一點(diǎn)這種共享概念在無(wú)所不在的能源資源方面是位居第一的。而在常規(guī)衛(wèi)星上要做到這一點(diǎn)就得增大太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的裕量，從而需要使用重型的設(shè)備模塊，隨之導(dǎo)致使用重型的發(fā)射系統(tǒng)。圖4和其后諸圖所示的衛(wèi)星的特有的好處在于這種容量是固有的，而且不用花錢(qián)就能得到。
權(quán)利要求
1.一個(gè)低軌道遙感或遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星，包括一個(gè)平面天線(xiàn)形成部件，所述的天線(xiàn)形成部件基本上處在一個(gè)通過(guò)地球中心的平面上，(a)所述的衛(wèi)星沿著天線(xiàn)形成部件的一個(gè)高度有一個(gè)天線(xiàn)仰角控制裝置的一個(gè)陣列，所述的諸控制裝置中的每一個(gè)都作用在所述的天線(xiàn)形成部件的一個(gè)天線(xiàn)部分的一個(gè)控制點(diǎn)，諸控制點(diǎn)被沿著天線(xiàn)形成部件的高度的諸間隔分開(kāi)；(b)諸天線(xiàn)部分定義諸天線(xiàn)部分的一個(gè)陣列，所述的諸部分中的每一個(gè)提出一個(gè)固定的仰角圖覆蓋地球上入射角值的一個(gè)想要的范圍，諸天線(xiàn)部分的陣列定義一個(gè)主瓣和并不想得到的旁瓣。(c)每個(gè)天線(xiàn)部分的控制裝置包括對(duì)由所述的天線(xiàn)部分接收和發(fā)射的波的相位和振幅進(jìn)行控制的裝置，以便能夠指定諸天線(xiàn)部分的主瓣的一個(gè)定向軸的方向，覆蓋入射角值的一個(gè)想要的范圍。(d)其中在諸控制點(diǎn)之間的諸間隔是這樣的，使得對(duì)于諸天線(xiàn)部分陣列的主瓣定向其上的任何定向軸，諸陣列不要的旁瓣基本上實(shí)際地被衛(wèi)星的至少一部分掩蔽或被排斥在地球之外。陣列主瓣的增益受到諸部分的仰角圖的調(diào)制，保持在一個(gè)最小電平，而諸不要的陣列旁瓣的增益受到諸部分的仰角圖的調(diào)制，保持在最大電平的下面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星，其中一個(gè)與一個(gè)控制點(diǎn)有關(guān)的天線(xiàn)部分由多個(gè)基本輻射元件構(gòu)成，其中在同一個(gè)控制點(diǎn)的諸輻射元件之間引入一個(gè)有一個(gè)固定傾斜的恒定的相移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星，其中與相位振幅控制裝置有關(guān)的諸天線(xiàn)部分在一個(gè)垂直方向上被分成各個(gè)段，每一段都與一個(gè)延時(shí)控制點(diǎn)相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的衛(wèi)星，其中在一個(gè)連續(xù)的分布結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)到和來(lái)自每個(gè)受控制的延時(shí)段的信號(hào)分布。
5.一個(gè)低軌道遙感或遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星，包括一個(gè)平面天線(xiàn)形成部件，所述的天線(xiàn)形成部件基本上處在一個(gè)通過(guò)地球中心的平面上，(a)所述的衛(wèi)星沿著天線(xiàn)形成部件的一個(gè)高度有一個(gè)天線(xiàn)仰角控制裝置的一個(gè)陣列，所述的諸控制裝置中的每一個(gè)都作用在所述的天線(xiàn)形成部件的一個(gè)天線(xiàn)部分的一個(gè)控制點(diǎn)上，諸控制點(diǎn)被沿著天線(xiàn)形成部件的高度的諸間隔分開(kāi)；(b)諸天線(xiàn)部分定義諸天線(xiàn)部分的一個(gè)陣列，所述的諸部分中的每一個(gè)提出一個(gè)固定的仰角圖覆蓋地球上入射角值的一個(gè)想要的范圍，諸天線(xiàn)部分的陣列定義一個(gè)主瓣和并不想得到的旁瓣；(c)每個(gè)天線(xiàn)部分的控制裝置包括對(duì)由所述的天線(xiàn)部分接收和發(fā)射的波的相位和振幅進(jìn)行控制的裝置，以便能夠指定諸天線(xiàn)部分陣列的主瓣的一個(gè)定向軸的方向，覆蓋入射角值的一個(gè)想要的范圍；其中在諸控制點(diǎn)之間的間隔基本上等于2λ，λ是工作波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一個(gè)低軌道遙感或遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星，包括一個(gè)平面天線(xiàn)形成部件，所述的天線(xiàn)形成部件基本上處在一個(gè)通過(guò)地球中心的平面上，(a)所述的衛(wèi)星沿著天線(xiàn)形成部件的一個(gè)高度有一個(gè)天線(xiàn)仰角控制裝置的一個(gè)陣列，所述的諸控制裝置中的每一個(gè)都作用在所述的天線(xiàn)形成部件的一個(gè)天線(xiàn)部分的一個(gè)控制點(diǎn)，諸控制點(diǎn)被沿著天線(xiàn)形成部件的高度的諸間隔分開(kāi)；(b)諸天線(xiàn)部分定義諸天線(xiàn)部分的一個(gè)陣列，所述的諸部分中的每一個(gè)提出一個(gè)固定的仰角圖覆蓋地球上入射角值的一個(gè)想要的范圍，諸天線(xiàn)部分的陣列定義一個(gè)主瓣和并不想得到的旁瓣。
文檔編號(hào)B64G1/10GK1448315SQ0215718
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月20日
發(fā)明者讓?zhuān)Ａ_·阿古特斯, 厄里克·肯德, 賈奎斯·薩莫林 申請(qǐng)人:國(guó)家空間研究中心