CN107244428B - 一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，包括捕捉机构和连接在捕捉机构内部的粘附机构；所述捕捉机构由若干个外端开口大，内端开口小的捕捉通道组成，捕捉通道内端与粘附机构连通，所有捕捉通道外端构成一个多面体；所述捕捉通道包括连接在通道内的扇叶。捕捉通道内端与粘附机构相通。本装置利用捕捉机构捕捉碎片，粘附机构把捕捉到的碎片粘附到粘附机构上面。捕捉机构主要利用捕捉通道完成捕捉过程，共十二个捕捉通道的端面形成一个多面体(正十二面体)，更有利于从各个角度实现碎片的捕捉，捕捉到碎片后，经过扇叶的调整，碎片可以移动到粘附机构不脱离。

Description

一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置

技术领域

本发明属于空间碎片捕获领域，涉及一种多面体空间碎片捕获装置，尤其是一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置。

背景技术

人类航天活动的飞速发展，极大地改变了我们的生活，但与此同时也产生了数量庞大的空间碎片。据美国空间监视网估计，目前在轨的空间碎片中尺寸大于10cm的约有20000～22000个；尺寸大于1cm的约有500000个；而尺寸大于1mm的空间碎片的数量大于100,000,000个，按照尺寸将空间碎片分为三类：小型碎片、大型碎片及介于两者之间的危险碎片。空间碎片的重质量约为6300吨，其中约2700吨分布在LEO轨道。由于空间碎片轨道的自然衰减过程相当缓慢，若不采取措施，未来50年间，碎片数量将以每年10％的速度增加。尽管为应对空间碎片的威胁，规避、减缓、防护等被动措施已广泛应用，但要从根本上治理空间环境还需要清除措施。按照对空间碎片捕获方式的不同，可将空间碎片清理方式分为主动式捕获和被动式捕获方式两种。主动式捕获方式主要用于清除价值较高的大型空间碎片及卫星，被动式清理方式主要应用于小型空间碎片。被动式捕获系统由被动触发式捕获装置和模块化灵活搭载平台构成，拟采用被动触发的抓捕策略，一旦与碎片相碰撞，即将目标收纳进机构内，从而完成捕获过程，这样将大大降低对碎片探测的精度要求。

现有的被动式捕获系统的使用不方便，不能同时捕捉多个碎片，捕捉之后的碎片易脱离被动式捕获系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，这种装置一次布置能捕获多个碎片，捕捉到的碎片不易脱离本装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，包括捕捉机构和连接在捕捉机构内部的粘附机构；所述捕捉机构由若干个外端开口大，内端开口小的捕捉通道组成，捕捉通道内端与粘附机构连通，所有捕捉通道外端构成一个多面体；所述捕捉通道包括连接在通道内的至少两个扇叶。

进一步地，所述捕捉通道包括支撑架、连接在支撑架外侧向外延伸的臂杆、连接在臂杆上的扇叶以及连接在臂杆之间并包围着捕捉通道的侧布。

进一步地，所述臂杆与扇叶通过碰撞杆连接。

进一步地，所述臂杆与碰撞杆通过扭簧铰链连接。

进一步地，所述捕捉通道的外端设置有若干块挡板拼接密封在捕捉通道外端面，每块挡板通过扭簧铰链与臂杆连接。

进一步地，所述扇叶是由弹性材料制成的。

进一步地，所述捕捉机构和粘附机构通过柔性连接杆连接。

进一步地，所述粘附机构外包裹有仿生纳米粘附材料层。

本发明装置有如下的有益效果：

本装置利用捕捉机构捕捉碎片，将捕捉到的碎片粘附到粘附机构上面。捕捉机构主要利用捕捉通道完成捕捉过程，捕捉通道形成多面体，更有利于碎片的捕捉，捕捉到碎片后，经过扇叶的调整，由于捕捉通道内端与粘附机构相通，碎片可以移动并被粘附在粘附机构不脱离。

捕捉通道包括支撑架、连接在支撑架外侧向外延伸的臂杆、连接在臂杆上的扇叶和连接在臂杆之间的侧布；更有利于捕捉通道的稳定，能更好的完成捕捉过程。

臂杆和扇叶通过碰撞杆连接，使得扇叶连接的更加结实，不易脱落，能让扇叶工作的时间更久。

臂杆与碰撞杆通过扭簧铰链连接，当碎片碰到扇叶后，碰撞杆旋转，让碎片脱离扇叶进行下一步收集，然后利用扭簧铰链的弹性，让碰撞杆复位，继续进行其他碎片的收集。

捕捉通道的外端设置有若干块挡板拼接密封在捕捉通道外端面，每块挡板通过扭簧铰链与臂杆连接，挡板接收到碎片后，挡板旋转，让碎片进入捕捉通道，然后在扭簧铰链的作用下使得挡板复位，使得挡板形成单向门的结构，把碎片挡在装置内部而不飞出，这样收集效率更高。

扇叶是由弹性材料制成的，弹性材料能吸收一定程度的能量，使扇叶不易损坏，让扇叶的工作寿命延长。

捕捉机构和粘附机构通过柔性连接杆连接，柔性杆可以减小最大冲击载荷，缓解捕捉机构对粘附机构的冲击，保护粘附机构，延长粘附机构的工作寿命。

粘附机构外包裹有仿生纳米粘附材料层，能更好地粘附并收集碎片。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明捕捉通道结构示意图；

图3为本发明挡板复位示意图。

其中：1为挡板；101为扭簧铰链压缩前挡板的位置；102扭簧铰链压缩后挡板的位置；2为捕捉通道；3为柔性连接杆；4为支撑架；5为小型空间碎片；6为侧布；7为臂杆；8为粘附机构；9为碰撞杆；10为扇叶；11为扭簧铰链。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-3，这种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，包括捕捉机构和连接在捕捉机构内部的粘附机构8；所述捕捉机构由若干个外端开口大，内端开口小的捕捉通道组成，捕捉通道内端与粘附机构连通，所有捕捉通道外端构成一个多面体；所述捕捉通道包括连接在通道内的至少两个扇叶10；至少两个扇叶10构成多重扇叶结构，多重扇叶结构在捕捉通道内成为类似于倒刺的结构。

捕捉通道包括支撑架4、连接在支撑架4外侧向外延伸的臂杆7、连接在臂杆7上的扇叶以及连接在臂杆7之间并包围着捕捉通道的侧布6。

臂杆7和扇叶10通过碰撞杆9连接，该碰撞杆9起连接作用，连接臂杆7与扇叶10，可以选用直杆或者弧形杆，材质为铁、钢或者合金材料。

臂杆7与碰撞杆9通过扭簧铰链11连接。利用扭簧铰链11的自动复位的特性，使所连部件实现自动复位。

捕捉通道的外端设置有若干块挡板1拼接密封在捕捉通道外端面，每块挡板1通过扭簧铰链11与臂杆7连接。扭簧铰链11使得挡板1在捕捉通道外端形成单向门结构。

扇叶10是由弹性材料制成的。

捕捉机构和粘附机构8通过柔性连接杆3连接。

粘附机构8外包裹有仿生纳米粘附材料层。仿生纳米粘附材料利用壁虎动态粘附原理制造的仿生纳米粘附材料，具有很强的粘附能力。包裹这种材料的收纳球表面有大量的纳米级绒毛状结构，可与捕获后落在上面的空间碎片表面分子之间产生“范德华力”，进而累积成特殊的粘着力，属于干性粘附，对外界环境没有任何要求。

本发明一个优选的方案，用共十二个捕捉通道的端面形成一个多面体，优选正十二面体，更有利于从各个角度实现碎片的捕捉。

对于图3，101为扭簧铰链11压缩前挡板1的位置；102扭簧铰链11压缩后挡板1的位置；图3表明了挡板1在扭簧铰链11的作用下，挡板1的运动过程。图3不仅能说明挡板1复位过程，并且由于扇叶10与臂杆7的连接中，也用到了扭簧铰链11，与挡板1复位过程的原理是类似的，所以扇叶10的复位过程也能参考图3。

空间碎片从捕捉通道外端进入本装置，经过扇叶10的单向拦截，空间碎片只能向装置内部运动，而不能离开本装置，让空间碎片经过捕捉通道内端与粘附机构的连通口，最终被粘附在粘附机构上面。

空间碎片撞在捕捉通道外端的挡板1上，扭簧铰链作用使得挡板1旋转，空间碎片进入捕捉通道内，扭簧铰链再使得挡板1旋转复位，经过扇叶10的单向拦截，空间碎片只能向装置内部运动，而不能离开本装置，捕捉通道内的支撑架，臂杆和侧布等结构，使得空间碎片只能移动到捕捉通道内端与粘附机构的连通口，最终被粘附在粘附机构上的仿生纳米粘附材料层。

Claims (5)

1.一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，包括捕捉机构和连接在捕捉机构内部的粘附机构(8)；所述捕捉机构由若干个外端开口大，内端开口小的捕捉通道组成，捕捉通道内端与粘附机构连通，所有捕捉通道外端构成一个多面体；所述捕捉通道包括连接在通道内的至少两个扇叶(10)；所述捕捉通道包括支撑架(4)、连接在支撑架(4)外侧向外延伸的臂杆(7)、连接在臂杆(7)上的扇叶以及连接在臂杆(7)之间并包围着捕捉通道的侧布(6)；所述臂杆(7)与扇叶(10)通过碰撞杆(9)连接；所述臂杆(7)与碰撞杆(9)通过扭簧铰链(11)连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，所述捕捉通道的外端设置有若干块挡板(1)拼接密封在捕捉通道外端面，每块挡板(1)通过扭簧铰链(11)与臂杆(7)连接。

3.根据权利要求1所述的新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，所述扇叶(10)是由弹性材料制成的。

4.根据权利要求1所述的新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，所述捕捉机构和粘附机构(8)通过柔性连接杆(3)连接。

5.根据权利要求1所述的新型多面体倒刺型空间小型碎片捕获装置，其特征在于，所述粘附机构(8)外包裹有仿生纳米粘附材料层。