美國衛星掃描地球，太空撐開100米大傘，中國新衛星也突破此技術
環境減災二號E星上天，可能大家都沒太關注。這款衛星背後其實還有一項特別矚目的技術成就，而這項技術，之前只有美俄壟斷，可以說沒處教、沒處學，但這種情況，並沒有難倒我們。
我國成功發射了環境減災二號E星，這個消息大家可能沒太注意，畢竟以中國現在的航天實力，載人航天國人都習以為常，發射一些衛星又有什麼可關注的呢？確實，我國現在發射衛星，跟吃飯一樣普遍了，但是我們要說的這個衛星，與大家一般認為的衛星不太一樣。相比衛星本身，他帶著一個與自身不協調的，巨大複雜的天線，甚至比衛星連同展開的太陽翼還大一圈。
這種天線叫桁架天線，巨大的桁架式天線相當於一個巨型眼睛和耳朵，能帶來優異的性能。那這麼好的天線，為何不常見？只因這項技術，屬於航天領域的一項黑科技。
這麼巨大的天線，是如何送上太空的？為何製作這種天線很難？都有哪些國家有這個技術？
【環境減災二號E星，天線展開後，顯得特別大，大的甚至有點不協調】
【桁架天線】也叫作【網狀可展開天線】，在幾種空間可展開機構的解決方案當中，它的優點是重量很輕、體積收縮比很大，其先天優勢之大，或許只有【充氣式結構】可以相比。但它展開後的形狀精度更高，更適合做天線。另外，桁架天線有個很大的優點，就是天線重量不會隨著尺寸的增加而大幅度上升，適合航天場景，畢竟航天發射的成本非常高。
桁架天線的直徑可以從幾米做到一百多米。這樣巨大的天線，要想讓它在宇宙的極寒極熱條件下順利展開，是風險很大的事情。國內外多數採用拉索方式。它的原理是小學數學課本上就講過的，利用平行四邊形不穩定特點和三角形穩定特點。桁架基本結構是平行四邊形。對角線上設置一根伸縮式的斜桿，就像我們常用的伸縮式晾衣桿一樣，原理或操作過程，其實很簡單。
【桁架天線可以做的十分巨大，若沒有這種巧妙的設計，將這麼大的天線送入太空幾乎不可能實現】
發射前首先要把它壓扁，然後用一根繩子穿進桁架結構里，拉住幾個關鍵的節點。入軌之後，先把捆住桁架的機構解鎖，然後啟動電機，把繩子捲起來。在這個過程中，平行四邊形逐漸張開，到預定位置之後，伸縮斜桿鎖死，把桁架結構變成很多個穩定的三角形。
【收攏後的天線又輕又小，空間利用的非常充分，非常適合作為航天載荷】
這個過程的風險在於，面對那麼多節點部件，有時多達上百個，一旦有節點或者斜桿卡死，天線就無法繼續展開，衛星也就報廢了。所以，拉索怎麼穿、力量怎麼施加、節點和斜桿怎麼潤滑，都需要機械專業的研究人員做高難度設計和模擬。
如今的桁架式天線，一般採用所謂的鉸接桿展開機構方式。桁架桿之間用鉸鏈連接在一起。這裡的鉸鏈也分成折形和球形兩種。折形最簡單，就是用一根圓柱形的軸把兩根桿連接起來，可以做一個平面內的轉動。球形就和人類的肩關節一樣，可以做到展開剛度最高、精度最高，結構複雜程度卻不是最高，是最好的選擇。但是，球形鉸鏈的動力學特徵非常複雜，必須在地面上做充分的模擬分析，才能用在衛星上。畢竟，天線展開的環境是惡劣的太空，有無光照的部位溫差數百度，要確保在這種極端環境下，所有部件按照設計順利工作，並不那麼容易。
【原理越簡單的東西，想做好做精往往越難，而這些機構要在惡劣的太空下保證順利展開】
目前尺寸最大的天線，是美國電子偵察衛星用的天線。例如「高級漩渦」衛星，它進入地球靜止軌道展開後，直徑可以達到100米。而「大酒瓶」天線的尺寸可以達到152米用這麼變態的大天線，是為了探聽地球上的微弱無線電型號，比如導彈飛行試驗中的遙測信號。
【「高級漩渦」衛星（Advanced Vortex satellite）的天線，直徑可達百米，天線越大越敏銳】
解決了展開問題，其實只是實現了第一步。桁架本身並不能作為天線，要想反射電磁波，還需要在桁架上布置高精度的反射面。反射面當然也需要滿足同樣的條件，摺疊起來上天，展開執行任務。然而，無論是作為通信天線還是雷達天線，對形狀精度的要求都很高。目前能滿足要求的材料，有網狀反射體天線和膜面反射體兩種，網狀反射體的成型精度高、性能穩定等特點，所以，在軌衛星型號或正在研製的航天器當中，多數使用網狀天線。這種網和紗窗網可不是一碼事，所使用的特種金屬絲網布價格非常昂貴，而且在加工過程中，有90%的網布都成了下腳料。
【像紗網的結構就是特種金屬絲網布】
當天線展開後，所形成的也不是真正的拋物面，而是一個一個三角形或者平行四邊形的平面。網布在桁架的牽引下繃緊。用大量這樣的平面，來逼近一個拋物面。實際上，是網布決定了桁架的設計，比如採用多粗的管材、節點強度要求多高，網布越輕薄、彈性越小，桁架就可以越輕巧。理想的網布，摸起來和女式絲襪的手感差不多。
【超輕合金反射網的細節，用柔軟的金屬絲，生產這麼細密又必須保證精準的布料，難度之大可想而知，這款是用鎢絲鍍金的材料】
美國和俄羅斯都有能力生產這種網布。但是美國人明顯要土豪得多。俄羅斯在低頻段天線上，用直徑0.05毫米的合金鋼絲編製，表面鍍鎳。在Ku頻段用0.025到0.03毫米粗的鉬絲，表面鍍金;更高頻段用0.015到0.02毫米粗的鎢絲，表面鍍金。而美國人一律用鉬絲，表面鍍金。
桁架天線一度被美國、俄羅斯等航天強國壟斷，基本上屬於沒人教、沒處學的黑科技。美國企業在這類天線市場上的份額一度超過80%。哈里斯公司和諾格公司在10米以上超大桁架天線的市場佔比超過90%。
一窮二白時中國科學家都能搞出兩彈一星，面對一時間的美俄個別航天技術壟斷，也難不倒我們，環境減災二號E星的上天，就是最好的證明。中國航天科研人員通過自力更生，已經掌握了這方面的技術，不會再受制於人了。
擁有了這款技術，意味著將更大更複雜的天線送上太空，不再是什麼不可實現的夢想。
