Contents

1 Introduction 1

1.1 Background and Significance 1

1.2 Current Research and Unresolved Issues 5

1.2.1 Design of Deployable Structures 5

1.2.2 Modeling and Simulation of Deployable Antennas 6

1.2.3 Design of Cable Networks 9

1.2.4 On-Ground Validation 11

1.3 Research Content of this Thesis 13

2 From Modeling to Design of Synchronization Mechanisms in Mesh Antennas 17

2.1 Introduction 17

2.2 Multiscale Modeling Problems of Mesh Antennas 18

2.3 Multiscale Modeling Methods of Cable-Pulley Systems 19

2.3.1 Modeling of the Non-contact Segment 20

2.3.2 Border Location of the Non-sliding Case 22

2.3.3 Border Locations and Friction of the Sliding Case 23

2.3.4 Governing Equations of a Cable-Pulley System 25

2.3.5 Multiscale Modeling Methods of Cable-Cam Systems 26

2.3.6 Multiscale Modeling Validations 29

2.4 Multibody Dynamic Model of a Mesh Antenna 34

2.4.1 Tension Decay of Driving Cables Through Pulleys 36

2.4.2 Modeling of Flexible Sliding Joints 37

2.4.3 Stick-Slip Friction of the Sliding Joint 42

2.4.4 Assembly and Calculation of the Governing Equations . . . 46

2.5 Design and Verification of Synchronization Mechanism 46

2.5.1 Variant-Wrap-Angle Design 46

2.5.2 Constant-Wrap-Angle Design 48

2.5.3 Experimental Validation of the Constant-Wrap-Angle Design 49

2.5.4 Material and Pretension of the Synchronization Cable 51

2.6 Evaluation of Synchronization Mechanisms on Deployment Dynamics 52

2.6.1 Kinematic Latch Time 53

2.6.2 Bending Moments of the Ring Truss 53

2.6.3 Potential Energy and Butterfl   Effect on the Driving

Force 55

2.6.4 Overall Comparison of the Two Synchronization Mechanisms 59

3 Robust Design of Cable Networks Against Variation in Tension Forces 63

3.1 Introduction 63

3.1.1 Error Source and Classification of the Cable Networks . . . 63 

3.1.2    Robust Cable Networks 64

3.2 Definition and Calculation of Force Tolerance 65

3.2.1 Taut Region 66

3.2.2 Definition of Force Tolerance 67

3.2.3 Formulation of the Force Tolerance of a Tension Truss Antenna 68

3.2.4 Simple Analytical Example 71

3.3 Optimization of the Relative Force Tolerance 71

3.3.1 Optimization of the Tie Forces 71

3.3.2 Simultaneous Optimization of the Tie Forces and the Geometry of the Truss 72

3.3.3 Constraint of Tessellation Error 73

3.3.4 Optimization Procedure of Force Tolerance 74

3.4 Examples of Robust Design 74

3.4.1 Robust Design of a Six-Bay Two-Meter Front-Fed Truss Antenna 75

3.4.2 Robust Design of a Thirty-Bay Offset-Fed Truss

4 Effect and Design of Gravity Compensation System of Mesh Antennas on Deployment 83

4.1 Introduction 83

4.1.1 Gravity Compensation of Ring Truss 84

4.1.2 Gravity Compensation of Webs 85

4.1.3 Contents of this Chapter 86

4.2 Gravity Compensation Design of the Ring Truss 86

4.2.1 Problems of the Constant-Length Offloading 86

4.2.2 Constant-Force Offloading Design of a Single Bay 88

4.2.3 Constant-Force Offloading Design of the Ring Truss 90

4.3 Constant-Force Offloading Experiment 92

4.3.1 Constant-Force Offloading Experiment of a Single Bay  92

4.3.2 Constant-Force Offloading Experiment of the Ring Truss 93

4.4 Effect of Gravity of Webs on Deployment Dynamics 95

4.4.1 Modeling a Mesh Antenna Utilizing a Flexible Multibody Approach 95

4.4.2 In-Orbit Deployment Dynamics 99

4.4.3 On-Ground Deployment Dynamics Without Web Suspension Systems   100

4.5 On-Ground Deployment Dynamics with Web Suspension Systems 102

4.5.1 Two Designs of Web Suspension Systems 102

4.5.2 Evaluation of Gravity Compensation 103

4.6 Summary 106

4.7 Conclusions and Prospects 107

4.7.1 Conclusions 107

4.7.2 Prospects 109

5 Conclusions and Prospects 111

5.1 Conclusions 111

5.2 Prospects 113

References 115