卫星的天线阵面是捕获地面信息的一张“大网”，如同眼睛观察世界。数十米之大的“巨网”哪怕有一点小变形，卫星就会“散光”而难以捕获高清信号。高精度变形测量困难而复杂，却是事关航天发展的关键一环。
在国家自然科学基金与国家重点研发计划等项目的支持下，上海交通大学力学国家级实验教学示范中心主任陈巨兵教授团队联合上海卫星工程研究所与上海卫星装备研究所，经过数十年的科技攻关取得了重要突破，形成了卫星大型天线阵面全场高精度测量与控制技术，并自主研发了成套装备，成功解决了大尺寸、高精度变形测量难题，获得2024上海市科技进步奖一等奖。
天线阵面的面型不仅受生产、装配影响，外太空的热效应也容易使之变形。测量出天线阵面变形前后的三维形貌就能给卫星“验光”。但是面积大、结构复杂，传统测量手段精度受限。为此，陈巨兵教授团队提出了投影云纹方法这一全场光学测量手段——投影设备向被测表面投射特殊编码的图案，变形表面呈现图案的变化由接受端的光栅“捉住”，这些图像数据经过分析和反演，被测表面的三维形貌便无所遁形。
原理通了，应用还要适应真实环境。于是团队自主研发了任意角度布置下的投影云纹方法与扫描投影云纹方法，提出了自适应投影云纹方法，首创了虚拟云纹方法，实现了对大面积表面的全场三维形貌测量、任意三维形貌表面的规则云纹生成，显著提升了全场范围下的测量分辨率与精度，解决了超大范围测量中的高精度系统标定难题。
卫星在轨运行时，会不断经历±150 ℃的极端冷热环境，反复热胀冷缩阵面究竟如何变形？为解开这一谜题，项目团队开发了地面模拟实验装置，研发了包含自标定技术的投影云纹系统，形成了兼具环境模拟与变形测量的成套设备，为大型天线阵面系统的面型与在轨模拟变形测量提供了核心的技术与装备支撑。
在“极大”之视野中探寻“极微”之变化，用云纹之“形”解析卫星之“实”。项目形成的核心技术，在 3米×10米测量范围内全场测量分辨力可达 30微米，精度优于 0.5%，多项技术指标达到国际领先，满足我国现役最大固面天线的高精度测量需求。
十年磨一剑的坚守，让卫星“视力”系统实现了质的飞跃，让我国卫星 “看得更清、定位更准”，更为全球航天事业的进步贡献了 “中国智慧”。项目成果已支撑了 3 型 13 颗星的研制和在轨运行，正在服务 3 型十余颗星的研制工作，涵盖了新一代气象卫星、高分系列和遥感系列等重点型号卫星，并在全球首颗静止轨道微波探测卫星的研制中起到了关键作用，具有显著的社会与经济效益。
在气象卫星领域，核心成果助力风云系列卫星的空间分辨率提升了 2 倍以上，使其探测水平达到国际领先；在遥感卫星领域，核心成果为高分系列卫星的研制及服役贡献了重要力量，显著提升了自然资源管理效率和防灾减灾能力，服务国家科技重大专项。
本报道获得上海科普项目资助
(项目编号:25DZ2304700）
来源：新民晚报
作者：易蓉
资料提供：孙晨
编辑：蓝悦
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