CN106669932B - 空间碎片在轨利用的物理粉碎装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间碎片在轨利用的物理粉碎装置，包括两端收口的椭球形或球形壳体，壳体的对称中心轴处设置旋转驱动装置，带动其绕中心轴转动，壳体的收口一端设置投料口，另一端的壳体面积上设置筛网孔洞，壳体内壁面上设置若干撞击板或撞击突起，以使待粉碎的空间碎片获得向壳体中间运动作用力，同时也起到对待粉碎空间碎片物理撞击粉碎的作用，壳体设置筛网孔洞的外壁上设置有碎片粉末收集器，以完全包覆从筛网孔洞中溢出的碎片粉末，碎片粉末收集器的圆弧状轮廓上端与椭球形壳体轮廓相切，下端收口，收口处设置集尘袋或集尘器以容纳下落的碎片粉末。

Description

空间碎片在轨利用的物理粉碎装置
技术领域
本发明属于空间碎片清除与利用技术领域，具体涉及一种航天器在轨状态下进行空间碎片回收粉碎的装置。
背景技术
“空间碎片”(亦称太空垃圾)是人类航天活动遗弃在空间的废弃物，是空间环境的主要污染源。从1957年发射第一颗人造地球卫星以来，空间碎片总数已经超过4千万个，总质量已达数百万公斤，地面望远镜和雷达能观测到的空间碎片平均每年增加大约200个，大于10厘米的空间碎片现在已经超过了9200个。空间碎片主要分布在2000公里以下的低轨道区，它们对近地空间的航天器构成严重威胁。
空间碎片尺寸范围包含微米级、毫米级、厘米级，甚至米级，其中，厘米级及其以上空间碎片主要是运载火箭上面级、任务终了的航天器、工作时遗弃的物体、意外的解体碎片、三氧化二铝残渣、钠钾颗粒等；毫米级空间碎片主要是航天器表面剥落碎片、溅射物、三氧化二铝残渣、钠钾颗粒、微流星体、意外的解体碎片等；微米级空间碎片主要包含剥落碎片、溅射物、三氧化二铝粉尘、微流星体等。
大于10厘米的空间碎片将导致航天器毁灭性损坏，由于目前能够通过地基望远镜或雷达测定其轨道，可以采取预警规避的策略有效地防止其伤害；厘米级空间碎片也可以导致航天器彻底损坏，目前尚无切实可行的防护措施，唯一办法是在航天器设计及运营上，设法降低使航天员及航天器发生致命性损害的风险；毫米级空间碎片能够导致航天器表面产生撞坑甚至使舱壁穿孔，撞击部位不同，危害的程度也会有很大差异。
因此，空间碎片清除和利用工作也日益重要，随着航天器发射越来越多，在轨空间碎片也越来越多，为此，国际空间碎片减缓委员会提出应该采取措施来减少空间碎片的在轨数量，采取在轨捕获等手段来抓取空间碎片。同时，空间碎片的在轨利用也是正在开展的一个主要方向，空间碎片的主要成分是三氧化二铝残渣、钠钾颗粒等。随着航天科技的发展，空间碎片可以作为一种资源，在轨捕获后进行再利用，比如可以利用其作为原材料进行3D打印，在轨生产新的设备或器件，利用其作为工质，开展推进技术等。然而，在轨利用的前提是进行粉碎，即获得空间碎片的粉末。
发明内容
经过不懈的研究，本发明人巧妙地完成了本发明。本发明的目的在于提供一种空间碎片在轨利用的物理粉碎装置，该装置基于物理碰撞粉碎原理，将在轨获取的空间碎片，通过物理碰撞手段，制取具有一定颗粒度的碎片粉末材料。
本发明的技术方案如下：
本发明的空间碎片在轨利用的物理粉碎装置，包括两端收口的椭球形/球形壳体，壳体的对称中心轴处设置旋转驱动装置，带动壳体绕中心轴转动，壳体的收口一端设置投料口，与投料口相对的另一端的椭球形壳体面积上均匀或不均匀地设置筛网孔洞，壳体的内壁面上设置若干撞击板或撞击突起，以对待粉碎的空间碎片进行撞击物理粉碎，形壳体设置筛网孔洞的外壁上设置有碎片粉末收集器，以完全包覆从筛网孔洞中溢出的碎片粉末，碎片粉末收集器具有圆弧状轮廓，其圆弧状轮廓上端与壳体轮廓相切，下端收口，收口处设置集尘袋或集尘器以容纳下落的碎片粉末。
其中，撞击板或撞击突起的高度要足够高以与粉碎碎片发生撞击，使待粉碎碎片可以获得向中间运动的作用力。
其中，撞击板或撞击突起对称分布在椭球形壳体的内壁上。
其中，筛网孔洞的孔径为100微米到20微米。
其中，集尘袋或集尘器具有较大的容纳空间，碎片粉末收集器下端的收口形成集尘袋或集尘器的粉末入口。
其中，集尘袋或集尘器的粉末入口小，空间大。
本发明的空间碎片在轨利用的物理粉碎装置通过多个空间碎片之间的反复高速相互撞击，可以实现空间碎片的精细化粉碎，碎片粉碎后的颗粒甚至可达微米级。
附图说明
图1为本发明的空间碎片在轨利用的物理粉碎装置的结构示意图，其中，1－椭球形壳体；2－旋转驱动装置；3-投料口；4-撞击板；5-筛网孔洞；6-碎片粉末收集器；7-碎片粉末；8-收集袋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的空间碎片在轨利用的物理粉碎装置进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。
参见图1，图1为本发明的空间碎片在轨利用的物理粉碎装置的结构示意图。该物理粉碎装置，包括两端收口的椭球形/球形壳体1，椭球形/球形壳体1的对称中心轴处设置旋转驱动装置2，带动壳体绕中心轴转动，壳体的收口一端设置投料口3，与投料口3相对的另一端的壳体1面积上均匀或不均匀对称的设置微米级尺寸孔径的筛网孔洞5，孔洞大小由拟加工的粉体尺寸决定。椭球形壳体1的内壁面上对称设置若干撞击板4或撞击突起，以对待粉碎的空间碎片进行撞击物理粉碎，椭球形壳体1设置筛网孔洞5的外壁上设置有碎片粉末收集器6，以完全包覆从筛网孔洞5中溢出的碎片粉末7，碎片粉末收集器6具有圆弧状轮廓，其圆弧状轮廓上端与椭球形壳体1轮廓相切，下端收口，收口处设置集尘袋8或集尘器以容纳下落的碎片粉末7。
在一实施方式中，集尘袋8或集尘器具有较大的容纳空间，碎片粉末收集器下端的收口形成集尘袋或集尘器的粉末入口。集尘袋或集尘器的粉末入口小，空间大。
1)本发明的空间碎片粉碎装置是封闭的，理想状态为两端收口的椭球型或球形，在设备的内壁对称添加一些圆柱状或具有一定凸起形状，能够耐受空间碎片撞击的高韧性材料或设备，目的是为空间碎片提供一向中心方向运动的作用力，该装置一端有投料口，另半端上加工成筛孔状，筛孔的大小即为拟加工的空间碎片粉末的大小。
2)将空间碎片经投料口投入。
3)当启动碎片粉碎装置后，碎片粉碎装置在转动驱动装置驱动下转动，并获得一速度V，该速度的大小足以使碎片获得向中间的运动速度并相互碰撞而破碎。
3)当碎片相互撞击破碎到一定大小后，空间碎片粉末经过右端的孔径将射出，而大于筛孔的碎片将继续碰撞，直至破碎可穿过筛孔为止，孔径大小为拟加工的粉末尺寸大小，通常为微米级。
4)穿过筛孔的碎片粉末可由粉尘收集器收集。粉尘收集器应加工成圆弧状，以保证在失重状态下，具有一定速度的碎片粉末，经过反复撞击反弹后可最终落入收集袋中，收集袋应开口小，内部面积大。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.空间碎片在轨利用的物理粉碎装置，包括两端收口的球形壳体，壳体的对称中心轴处设置旋转驱动装置，带动壳体绕中心轴转动，壳体的收口一端设置投料口，与投料口相对的另一端的壳体面积上均匀或不均匀地设置筛网孔洞，壳体的内壁面上设置若干撞击板或撞击突起，以使待粉碎的空间碎片获得向壳体中间运动作用力，同时也起到对待粉碎空间碎片物理撞击粉碎的作用，壳体设置筛网孔洞的外壁上设置有碎片粉末收集器，以完全包覆从筛网孔洞中溢出的碎片粉末，碎片粉末收集器具有圆弧状轮廓，其圆弧状轮廓上端与壳体轮廓相切，下端收口，收口处设置集尘袋或集尘器以容纳下落的碎片粉末。
2.如权利要求1所述的物理粉碎装置，其中，所述球形为椭球形。
3.如权利要求1所述的物理粉碎装置，其中，撞击板或撞击突起的高度要足够高以与待粉碎碎片发生撞击，以使待粉碎碎片可获得向中心运动的作用力。
4.如权利要求2所述的物理粉碎装置，其中，撞击板或撞击突起对称分布在椭球形壳体的内壁上。
5.如权利要求1-4任一项所述的物理粉碎装置，其中，筛网孔洞的孔径为100微米到20微米。
6.如权利要求1-4任一项所述的物理粉碎装置，其中，集尘袋或集尘器具有较大的容纳空间，碎片粉末收集器下端的收口形成集尘袋或集尘器的粉末入口。
7.如权利要求1-4任一项所述的物理粉碎装置，其中，集尘袋或集尘器的粉末入口小，空间大。
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