碳纤维卫星臂减轻了重量，简化了在海军舰艇上的组装

卫星通信（satcom）系统可能很复杂，需要经过精心设计，以便访问各种轨道上的卫星并与之通信，并且从最基本的情况上讲，它由安装在旋转臂上的碟形天线反射器组件组成。该臂是一个关键的结构元件，它需要足够坚固以支撑天线负载，为所有电子设备提供连接区域，并能够精确地进行 360 度旋转。

特别是对于安装在海军舰艇顶部的卫星通信系统，需要一系列额外的要求，例如重量轻，使船舶能够携带更多的有效载荷，易于安装以及防御规格，如极端的耐用性和高爆炸耐受性。

2021 年，卫星通信技术开发商 EM Solutions（澳大利亚昆士兰州布里斯班）开始设计一种新的卫星通信系统，称为眼镜王蛇，旨在安装在海军舰艇上。眼镜王蛇是一个直径为2米的卫星通信终端，设计用于在地球同步赤道轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）、高度椭圆轨道（HEO）和近地球轨道（LEO）卫星星座之间发射和接收军用和商业频段的信号。

通常，用于此类卫星通信系统的两个相同臂（有时称为方位角臂）由机加工铝制成，由多达数十个小部件与金属紧固件连接而成。虽然是标准配置，但对于小型海军舰艇来说，这种类型的臂可能相对较重，由于组件数量众多，安装起来很复杂，而且在这种类型的应用中经常与水接触容易腐蚀。

EM Solutions决定为眼镜王蛇的手臂寻找设计和制造解决方案，以降低整个卫星通信系统的部件复杂性和重量。

为此，该公司最终与Advanced Composite Structures 澳大利亚（ACS 澳大利亚，墨尔本港）合作，这是一家复合材料技术解决方案公司，在设计、原型制作、制造和组装以及测试复合材料部件方面拥有丰富的经验，服务于各行各业。

在ACS澳大利亚参与的情况下，目标是开发一种全碳纤维/环氧树脂复合材料臂，该臂具有简化、易于安装的设计，与铝替代品相比可以减轻重量。机械臂的设计还需要适应现有的系统和装配过程，而无需对调节端配件进行任何重大调整。

由此产生的手臂设计是一体式手臂，尺寸约为 1.5 × 0.5 × 0.5 米，由通过 CNC 加工切割的碳纤维织物层构成，并在真空下注入液态环氧树脂。ACS澳大利亚在其工厂设计了这些零件并制造了这些零件。 根据ACS 澳大利亚的说法，在复合材料中重新设计零件的最大挑战之一是确保相同的高质量光洁度，这一挑战在几次迭代中得到了完善。

据报道，与金属替代品相比，复合材料版本的重量减轻了 65%，组件减少了约 50 个（因此需要的紧固件和配件明显减少）。复合材料版本还具有耐腐蚀、耐用、组装时间更短、使用寿命内的预期维护需求和成本较低。

这种设计还有助于减轻海军舰艇的上部重量，并由于轻质复合材料结构而降低了子系统的功耗和尺寸要求。 ACS 澳大利亚的高级复合材料技术员克莱顿·萨默斯（Clayton Somers）表示，重量减轻使零件“现在可以由一个人处理，拿起手臂”。

该设计最终满足了静态和动态要求，包括上部海军结构的高爆炸要求。该机械臂首先由ACS澳大利亚工程师通过在各种负载条件下的有限元分析进行验证。

萨默斯说，从 2023 年底开始，“这些武器现已成功集成到眼镜王蛇卫星通信产品中，现在正在服役”，在澳大利亚和欧洲的海军舰艇上。该设计为 EM Solutions 和 ACS Australia 赢得了 2024 年复合材料澳大利亚复合材料技术进步创新奖。