基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统

摘要

一种基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，包括安装有太阳能帆板的卫星主体，卫星主体上设有两个绳子弹射回收系统以及用于消旋后捕获空间碎片的机械臂；所述绳子弹射回收系统包括连接在可吸附绳前端的绳头吸盘，可吸附绳缠绕在绕绳轴上，绕绳轴通过轴承与卫星主体转轴连接，绕绳轴的两侧设有与绳头吸盘底面活动配合的可伸缩弹射杆，可伸缩弹射杆顶端为能够将绳头吸盘弹射的弹力装置。绕绳轴上固定有与可吸附绳尾端连接的力传感器，可吸附绳在绳头吸盘后方的绳身上还设置有许多辅助吸盘。本发明利用弹射出的可吸附绳，吸附并缠绕在空间碎片上，通过反复拉扯可吸附绳使空间碎片转速降低直至消旋，最后用机械臂进行抓捕，执行可靠性较高。

权利要求

1.一种基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：包括安装有太阳能帆板(5)的卫星主体(2)，卫星主体(2)上设有两个绳子弹射回收系统(3)以及用于消旋后捕获空间碎片(1)的机械臂(4)；所述的绳子弹射回收系统(3)包括连接在可吸附绳(7)前端的绳头吸盘(6)，所述的可吸附绳(7)缠绕在绕绳轴(10)上，绕绳轴(10)通过轴承(9)与卫星主体转轴连接，绕绳轴(10)的两侧设有与绳头吸盘(6)底面活动配合的可伸缩弹射杆(8)，可伸缩弹射杆(8)顶端为能够将绳头吸盘(6)弹射的弹力装置。

2.根据权利要求1所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：所述的绕绳轴(10)上固定有与可吸附绳(7)尾端连接的力传感器(11)。

3.根据权利要求1所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：所述的可吸附绳(7)在绳头吸盘(6)后方的绳身上还设置有许多辅助吸盘(12)。

4.根据权利要求1所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：所述的可伸缩弹射杆(8)包括若干节组合而成的可伸缩杆以及位于顶端一节的弹力装置。

5.根据权利要求1或4所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：所述的弹力装置采用弹簧。

6.根据权利要求1所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：两个绳子弹射回收系统(3)分别安装于卫星主体(2)表面两侧，并且绳子弹射回收系统(3)能够旋转调整朝向，卫星主体(2)表面上开设有能够收纳绳子弹射回收系统(3)的凹槽。

7.根据权利要求1所述基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其特征在于：所述的机械臂(4)与绳子弹射回收系统(3)安装在卫星主体(2)的同一个表面上，并且机械臂(4)设置于两个绳子弹射回收系统(3)之间。

说明书

基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统

技术领域

[0001] 本发明涉及航天技术，具体涉及一种基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统。

背景技术

[0002] 大量空间碎片会对在轨的各类航天器造成威胁，因此涌现出了大批针对空间碎片抓捕的研究。由于空间碎片在产生初期会有一定的速度/角速度，因此消旋问题是空间碎片抓捕和移除中的重要一环。目前常用的消旋方法分为接触式和非接触式两个大类，常用的抓捕方式为接触式。接触式包括：(1)刚性接触：该类中最典型的是采用经典的机械臂直接截停，即抓捕后整体稳定，这种方式理论最成熟，但是只适用于低速旋转或相对速度较低的目标，过快的转速/速度会导致机械臂的损坏；(2)柔性接触：该类中典型的为绳系和飞网，这类机构不会因为碎片转速过大而损坏，且抓捕时由于柔性机构的特性，对目标形状和大小的包容性更强，但是由于模型的复杂以及执行机构的不足，对目标的消旋效果并不明显。非接触式包括：(1)电磁力消旋：即通过本体上的线圈产生磁场，当目标旋转时切割磁场产生电磁力，从而降低转速；(2)激光/气流消旋：通过本体发射激光/气流，使目标上产生与旋转方向相反的力矩，进而达到消旋目的。但是非接触式无法对目标进行有效的控制，且消旋所需的时间较长。

[0003] 综上所述，接触式对快速旋转的空间碎片的消旋来说效果并不太好，但是对于消旋后碎片的抓捕来说效果很好，且理论较成熟，耗时较短，更易实现；非接触式对快速旋转的空间碎片的消旋来说效果较好，但是没有抓捕能力，且耗时过长，成本较高，不易实现。因此需要提出一个既能将快速旋转的空间碎片消旋并抓捕，又较易实现的方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于双绳系卫星的空间快速旋转碎片消旋抓捕系统，其消旋效果明显，并且对卫星主体的影响较小。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括安装有太阳能帆板的卫星主体，卫星主体上设有两个绳子弹射回收系统以及用于消旋后捕获空间碎片的机械臂；所述的绳子弹射回收系统包括连接在可吸附绳前端的绳头吸盘，所述的可吸附绳缠绕在绕绳轴上，绕绳轴通过轴承与卫星主体转轴连接，绕绳轴的两侧设有与绳头吸盘底面活动配合的可伸缩弹射杆，可伸缩弹射杆顶端为能够将绳头吸盘弹射的弹力装置。

[0006] 所述的绕绳轴上固定有与可吸附绳尾端连接的力传感器。

[0007] 所述的可吸附绳在绳头吸盘后方的绳身上还设置有许多辅助吸盘。

[0008] 所述的可伸缩弹射杆包括若干节组合而成的可伸缩杆以及位于顶端一节的弹力装置。

[0009] 所述的弹力装置采用弹簧。

[0010] 所述的两个绳子弹射回收系统分别安装于卫星主体表面两侧，并且绳子弹射回收系统能够旋转调整朝向，卫星主体表面上开设有能够收纳绳子弹射回收系统的凹槽。

[0011] 所述的机械臂与绳子弹射回收系统安装在卫星主体的同一个表面上，并且机械臂设置于两个绳子弹射回收系统之间。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过卫星主体上的两个绳子弹射回收系统向空间碎片弹射与可吸附绳相连的绳头吸盘，当与空间碎片勾连之后，由于空间碎片快速旋转，可吸附绳将缠绕在空间碎片上并缩短，可吸附绳的尾端缠绕在绕绳轴上，而绕绳轴通过轴承与卫星主体的转轴连接，继而通过将可吸附绳回拉，在承力临界值以内放松可吸附绳使其再次缠绕，往复执行直到空间碎片消旋，最后通过机械臂将消旋后的空间碎片捕获。本发明相比于通过单根绳子勾连目标的作用力大，同时可吸附绳回拉过程中依靠卫星主体的转轴旋转，这样能够有效减小目标消旋过程中对卫星主体运行的影响，执行可靠性较高。

[0013] 进一步的，本发明绕绳轴上固定有与可吸附绳尾端连接的力传感器，回拉过程中根据力传感器的测定数值平衡两个绳子弹射回收系统的拉力，同时进行绳子弹射回收系统承力情况的测定，并根据结果判断是否开始放松可吸附绳以及两边放松的程度，保持系统的平衡。

[0014] 进一步的，本发明可吸附绳在绳头吸盘后方的绳身上还设置有许多辅助吸盘，多个辅助吸盘在可吸附绳缠绕在空间碎片上时，能够有效地吸附在空间碎片上，保证勾连的可靠性。

附图说明

[0015] 图1本发明消旋抓捕系统的整体结构示意图；

[0016] 图2本发明绳子弹射回收系统的结构示意图；

[0017] 图3本发明可吸附绳与绳头吸盘的结构示意图；

[0018] 附图中：1-空间碎片；2-卫星主体；3-绳子弹射回收系统；4-机械臂；5-太阳能帆板；6-绳头吸盘；7-可吸附绳；8-可伸缩弹射杆；9-轴承；10-绕绳轴；11-力传感器；12-辅助吸盘。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

[0020] 参见图1-3，本发明在结构上包括安装有太阳能帆板5的卫星主体2，卫星主体2为通用卫星平台，包含姿轨控制系统，电源系统及在轨运行所需的有效载荷等。卫星主体2上设有两个绳子弹射回收系统3以及用于消旋后捕获空间碎片1的机械臂4，两个绳子弹射回收系统3分别安装于卫星主体2表面的两侧，并且绳子弹射回收系统3能够旋转调整朝向，卫星主体2表面上开设有能够收纳绳子弹射回收系统3的凹槽，机械臂4与绳子弹射回收系统3安装在卫星主体2的同一个表面上，并且机械臂4设置于两个绳子弹射回收系统3之间。

[0021] 绳子弹射回收系统3包括连接在可吸附绳7前端的绳头吸盘6，可吸附绳7在绳头吸盘6后方的绳身上还设置有许多辅助吸盘12。可吸附绳7缠绕在绕绳轴10上，绕绳轴10上固定有与可吸附绳7尾端连接的力传感器11。绕绳轴10通过轴承9与卫星主体转轴连接，绕绳轴10的两侧设有与绳头吸盘6底面活动配合的可伸缩弹射杆8，可伸缩弹射杆8包括若干节组合而成的可伸缩杆以及位于顶端一节的弹力装置，弹力装置采用弹簧。

[0022] 本发明空间快速旋转碎片消旋抓捕系统的工作过程为：首先接近快速旋转的空间碎片1；由绳子弹射回收系统3自空间碎片1的两边弹射可吸附绳7，由绳头吸盘6、辅助吸盘12吸附至空间碎片1上后，由于空间碎片1的旋转使可吸附绳7缠绕在空间碎片1上；启动绳子弹射回收系统3向回拉扯可吸附绳7，通过力传感器11测定数值，临近所设定的承力阈值时放松，如此往复直至目标转速下降至可容忍区域，最后由卫星主体上的机械臂4将其捕获。

[0023] 本发明能够针对刚性机械臂无法直接抓捕的快速旋转目标进行操作。

[0024] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已经以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属本发明技术方案的范围内。