CN105775165A - 一种基于在轨雷达全波段隐身卫星 - Google Patents

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周建江
秦远田
康国华
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Abstract

本发明公开了一种基于在轨雷达全波段隐身卫星，包括内部结构和外部结构，所述的外部结构包括：低端柱体、连接在所述低端柱体上的卫星中部过渡台体及安装于过渡台体上面的隐身罩，低端柱体和和过渡台体表面均由面板覆盖；所述的内部结构包括：贯穿低端柱体和过渡台体的骨架、安装在过渡台体顶端的顶板及设置在顶板上面的散射背板，所述的隐身罩通过顶板与过渡台体连接，所述的散射背板与隐身罩相配合而形成吸波腔体。本发明缩小了因隐形功能而附加的外形尺寸，使卫星在增加隐身功能的同时，正常功能及载荷功能的实现不受影响。

Description

一种基于在轨雷达全波段隐身卫星
技术领域
本发明涉及一种航天器结构设计，具体指代一种基于在轨雷达全波段隐身卫星。
背景技术
近年来空间探测设备及打击武器的快速发展，对卫星的生存能力提出更高的要求，尤其是轨道较低、机动能力有限的卫星。通过对卫星的探测跟踪，可计算出其飞行轨道，甚至能分辨出卫星的形状，从而了解卫星的功能，并可通过适当的干扰或伪装以降低其使用效能；同时，被定轨的卫星还将面临着各类反卫星武器的威胁。为提高在轨卫星的使用效能及安全程度，对其进行隐身设计是一种行之有效的解决方案。
1962年，美国航天科技公司首次提出了一种适用于卫星的雷达隐身外形RCA(RadarCamouflageArrangement)。1969年，美国Rockwell公司以SES吸波结构为基础设计了VS(VehicleShield)隐身外形，可为空间飞行器实现雷达隐身特性及红外隐身特性。1971年，美国天合公司设计了一种可对带有侧向伸展结构卫星提供有效遮挡的隐身外形CSASS(CrossedSkirtAntiradarScreenStructure)，被称为“可膨胀卫星舱”，外壳具有雷达隐身能力，其利用雷达吸波材料和特殊几何形状将雷达波反射到难以被检测的角度。另外，外壳还涂上颜色使其更难以被光学探测发现。
1990年，美国航天科技公司设计出新一代卫星隐身外形SSSS(SatelliteSignatureSuppressionShield)一种卫星保护罩，涂有辐射反射材料的巨大可膨胀圆锥体，被安装在主卫星的一个旋转杆上；需要时，旋转杆能够移到掩盖卫星的位置，之后移开以便于卫星观测地面目标。
虽然目前卫星的隐身技术能达到较好的隐身效果，但是却增加了卫星的尺寸和重量，影响了卫星的载荷和实际性能，对微小型卫星的影响尤为突出。因此在卫星设计过程中必须综合考虑卫星尺寸、重量等方面的约束条件，在此基础上的隐身才具有实际运用价值，这样就必须对卫星的总体外形及其内部构型进行优化设计。
发明内容
针对于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于在轨雷达全波段隐身卫星，以解决现有技术中卫星的隐身技术增加了卫星的尺寸和重量，影响卫星的载荷和实际性能的问题，本发明能够在达到隐身效果的同时，不会影响正常的负载功能。
为达到上述目的，本发明的一种基于在轨雷达全波段隐身卫星，包括内部结构和外部结构，其中，所述的外部结构包括：低端柱体、连接在所述低端柱体上的卫星中部过渡台体及安装于过渡台体上面的隐身罩，低端柱体和和过渡台体表面均由面板覆盖；所述的内部结构包括：贯穿低端柱体和过渡台体的骨架、安装在过渡台体顶端的顶板及设置在顶板上面的散射背板，所述的隐身罩通过顶板与过渡台体连接，所述的散射背板与隐身罩相配合而形成吸波腔体。
优选地，所述的低端柱体为六棱柱体，高度为262mm，底面六边形边长为347.7mm；所述的过渡台体为六棱锥，高度为374mm；所述的隐身罩高度为185mm，底面六边形边长为197.7mm。
优选地，所述的隐身罩设有夹层，装载双层FSS材料制成的层板。
优选地，所述的散射背板包括底座和分布在底座上的三棱锥体，所述底座的底边为六边形，每条边上均匀分布六个凸起的三棱锥体，其它部分均匀分布凸起的三棱锥体；所述散射背板上还设置有圆孔以供通信收、发天线穿过。
优选地，所述的散射背板采用铝材加工而成；所述的底座的厚度为4mm，底面六边形边长为183.23mm；分布在边上并且处于中间的三棱锥体高度为10.9mm，底边长为35mm，其余三棱锥体高度为6mm，底边长为29.3mm。
本发明的有益效果：
本发明的基于在轨雷达全波段隐身卫星，外形整体的六棱柱体和六棱锥体设计，可以漫反射侦查雷达发出的雷达波，使雷达收到的反射波大大减少，这样雷达侦察到卫星的可能性就大大降低，实现了卫星隐形的目的。在卫星内部安装散射背板，与外部的隐身罩配合形成吸波腔，进一步增强卫星的隐形能力，并且由于散射背板是安装在卫星内部的，充分利用了卫星的内部空间，缩小了因隐形功能而附加的外形尺寸，有利于卫星在增加隐身功能的同时还能实现正常功能及载荷功能。
附图说明
图1为本发明卫星外部结构示意图。
图2为本发明卫星外部结构俯视图。
图3为本发明卫星内部结构剖视图。
图4为本发明中反射背板结构正视图。
图5为本发明中反射背板结构俯视图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1至图5所示，本发明的一种基于在轨雷达全波段隐身卫星，包括内部结构和外部结构；其中，
外部结构包括：六棱低端柱体1，高度为262mm，底面六边形边长为347.7mm；低端柱体1上安装有过渡台体2，该过渡台体2为六棱锥，高度为374mm；所述低端柱体1和过渡台体2的表面均由面板5覆盖，所述过渡台体2上面安装有隐身罩3，其高度为185mm，底面六边形边长为197.7mm，隐身罩3具有减少雷达波反射的功能，使探测该卫星的雷达收到的反射波大大减少；该隐身罩3设有夹层，装载双层FSS(频率选择表面)材料制成的层板，棱体外形可以达到较好的波漫反射效果，再加上FSS材料对频率的选择，会大大提高卫星的隐身效果；隐身罩3下面的顶板8上装有通信收发天线和GPS天线，由于隐身罩3的作用，在卫星通信收发天线和GPS天线工作频带内实现带通，在C波段规定的频带内实现带止，在通带(1500—2300MHz)内的插损小于3dB，止带在C波段(5200—5700MHz)的衰减大于15dB。
内部结构包括：贯穿上述的低端柱体1和过渡台体2的骨架4，其支撑整个卫星的结构，低端柱体1底部是底板6，在低端柱体1上和过渡台体2之间设置有中板7，过渡台体2顶端是与隐身罩3连接的顶板8；骨架4、面板5、底板6、中板7、顶板8共同构成卫星的功能腔体；散射背板9设置在顶板8上面，采用铝材加工而成，分布在边上并且包括底座10和分布在底座上的三棱锥体11，底座10厚度为4mm，底边六边形边长为183.23mm，每条边上均匀分布六个凸起的三棱锥体，其它部分均匀分布凸起的三棱锥体，分布在六边形边上中间的三棱锥体高度为10.9mm，底边长为35mm，其余三棱锥体高度为6mm，底边长为29.3mm，上述尺寸可以使散射背板9达到最大的散射效果，从而配合隐身罩3使卫星的隐身效果达到最佳。散射背板9上还设置有圆孔以供通信收、发天线穿过，散射背板9与所述隐身罩3相配合而形成吸波腔体12。
通过卫星特殊的内部结构布局和外形椎体设计，椎体尖面朝向雷达时卫星具有雷达隐身特性，椎体底面朝向雷达时，卫星为具有常态雷达特性。卫星的隐身性能是用卫星不同状态下的RCS(雷达散射截面积)测试值来描述的，实验室测试本发明的隐身卫星C波段和S波段的RCS值见表1；可以看出，卫星正常状态下的C波段的RCS值是隐身状态的21倍，在S波段约为隐身状态的2倍；在隐身罩背面加散射背板后，卫星的RCS值能下降约20％。这说明卫星通过结构外形设计和卫星内部结构布局设计，卫星在尖锥向能具有较好的多波段雷达隐身功能，通过卫星内部散射背板的设计与隐身罩的组合运用，卫星的隐身性能明显提高。
表1隐身卫星在不同状态下C波段和S波段的RCS值
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于在轨雷达全波段隐身卫星，其特征在于，包括内部结构和外部结构，所述的外部结构包括：低端柱体、连接在所述低端柱体上的卫星中部过渡台体及安装于过渡台体上面的隐身罩，低端柱体和和过渡台体表面均由面板覆盖；所述的内部结构包括：贯穿低端柱体和过渡台体的骨架、安装在过渡台体顶端的顶板及设置在顶板上面的散射背板，所述的隐身罩通过顶板与过渡台体连接，所述的散射背板与隐身罩相配合而形成吸波腔体。
2.根据权利要求1所述的基于在轨雷达全波段隐身卫星，其特征在于，所述的低端柱体为六棱柱体，高度为262mm，底面六边形边长为347.7mm；所述的过渡台体为六棱锥，高度为374mm；所述的隐身罩高度为185mm，底面六边形边长为197.7mm。
3.根据权利要求1所述的基于在轨雷达全波段隐身卫星，其特征在于，所述的隐身罩设有夹层，装载双层FSS材料制成的层板。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于在轨雷达全波段隐身卫星，其特征在于，所述的散射背板包括底座和分布在底座上的三棱锥体，所述底座的底边为六边形，每条边上均匀分布六个凸起的三棱锥体，其它部分均匀分布凸起的三棱锥体；所述散射背板上还设置有圆孔以供通信收、发天线穿过。
5.根据权利要求4所述的基于在轨雷达全波段隐身卫星，其特征在于，所述的散射背板采用铝材加工而成；所述的底座的厚度为4mm，底面六边形边长为183.23mm；分布在边上并且处于中间的三棱锥体高度为10.9mm，底边长为35mm，其余三棱锥体高度为6mm，底边长为29.3mm。
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