CN107719708A - 一种空间碎片的捕获及清除装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间碎片的捕获及清除装置及其方法,包括卫星组,卫星组通过导电缆绳与捕获网连接;所述卫星组包括多个小卫星,小卫星的缆绳收放装置通过导电缆绳与捕获网连接,卫星组通过导电缆绳带动捕获网和碎片一起旋转;所述捕获网包括上层网和下层网,其中下层网为底部封闭结构,上层网上设置有能够收缩/张开的捕获网入口,导电缆绳与下层网的底部连接。该装置采用多个小卫星实现了空间碎片的捕获和清除,其成本低,捕获效率高,并且有效减少燃料消耗。
Description
技术领域
本发明属于航空航天领域,涉及一种空间碎片的捕获及清除装置;还涉及一种空间碎片的捕获和清除方法。
背景技术
随着人类探索太空的步伐不断加快,空间任务的复杂性和多样性也不断提高,发射到太空的航天器数量日益增加,轨道上的航天器由于发生故障、燃料耗尽或发生碰撞而形成了越来越多的空间碎片。近年来空间碎片的数量更是以指数级增长,这些空间碎片长期占据着宝贵的轨道资源,不仅威胁到轨道上其他正常运行的航天器的安全,更给未来的太空任务的开展带来巨大困难。
世界上各航天大国都逐渐意识到空间碎片的危害,并认为主动清除空间碎片是最为直接有效的方法。国外航天机构如NASA、ESA等早在20世纪80年代就开始了空间碎片清除技术的研究,提出了很多清除技术概念,主要有利用机械臂捕获、利用激光烧蚀、飞网、电动力缆绳、增阻装置和可附着离轨装置等。目前,这些技术都尚处于概念提出或理论研究阶段,还没有进行工程实验验证。
近年来,小卫星技术得到了突飞猛进的发展。目前,小卫星主要应用于遥感、测量和编队飞行等任务。其具有的低成本、研制周期短、工作方式灵活等优点使得小卫星的应用范围越来越广泛,未来将会有更多借助于小卫星平台来完成的任务概念出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间碎片的捕获及清除装置,该装置采用多个小卫星实现了空间碎片的捕获和清除,其成本低,捕获效率高,并且有效减少燃料消耗。
本发明还提供了一种空间碎片的捕获及清除方法,该方法能够实现对空间碎片的捕获和清除,扫清空间轨道的空间碎片,为太空任务提供方便。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
这种空间碎片的捕获及清除装置,包括卫星组,卫星组通过导电缆绳与捕获网连接;所述卫星组包括多个小卫星,小卫星的缆绳收放装置通过导电缆绳与捕获网连接,卫星组通过导电缆绳带动捕获网和碎片一起旋转;所述捕获网包括上层网和下层网,其中下层网为底部封闭结构,上层网上设置有能够收缩/张开的捕获网入口,导电缆绳通过牵引绳与下层网的底部连接。
更进一步的,本发明的特点还在于:
其中卫星组包括3个小卫星。
其中捕获网入口上还均匀分布有多个单向过线器,导电缆绳穿过单向过线器。
其中下层网内设置有牵引绳,牵引绳与导电缆绳连接。
其中牵引绳张紧,单向过线器通过导电缆绳使捕获网入口收紧。
其中小卫星还包括推力器、电子收发装置。
本发明的另一技术方案是,一种空间碎片捕获及清除方法,包括以下步骤:
步骤1,使用卫星组带动捕获网,使空间碎片进入捕获网内;
步骤2,卫星组通过导电缆绳与空间碎片连接,并且带动捕获网和碎片一起旋转;
步骤3,卫星组通过电子收发装置使导电缆绳形成电流,使得导电缆绳切割地磁场;
步骤4,卫星组的轨道高度逐渐降低至300km以下;
步骤5,释放捕获网内的空间碎片。
更进一步的,本发明的特点还在于:
其中卫星组包括有3个小卫星组成,小卫星通过导电缆绳与捕获网连接;所述捕获网包括上层网和下层网,其中下层网为底部封闭结构,上层网上设置有能够收缩/张开的捕获网入口,导电缆绳通过牵引绳与下层网的底部连接。
其中步骤5还包括卫星组运行至捕获轨道。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:使用小卫星组成卫星组,小卫星能够进行灵活的轨道激动,并且小卫星的成本低,多个小卫星能够实现对捕获网的完全控制,在空间碎片通过捕获网入口进入捕获网后,捕获网入口收缩,然后卫星组带动捕获网和碎片一起旋转,保持稳定的编队飞行构型;同时卫星组脱离捕获轨道,下降至300km以下高空,然后卫星组与捕获网和碎片分离,使空间碎片下坠至大气层,并且燃烧殆尽。
更进一步的,使用3个小卫星组成卫星组,并且导电缆绳通过单向过线器与牵引绳连接,在牵引绳受力张紧的同时,导电缆绳通过单向过线器使捕获网入口收缩,实现了空间碎片的捕获。
更进一步的,小卫星具有的推力器为动力装置;电子收发装置用于收集和释放周围环境中的电子,使导电缆绳上形成电流;姿轨控制装置用于调节小卫星的运行轨道以及运行方向。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中小卫星的结构示意图;
图3为本发明中捕获网的结构示意图;
图4为本发明中捕获空间碎片目标的过程示意图;
图5为本发明中使空间碎片目标降轨的过程示意图。
其中:1为小卫星;2为导电缆绳;3为捕获网;4为捕获网入口;5为导电编织绳;6为上层网;7为单向过线器;8为牵引绳;9为下层网;10为捕获轨道;11为缆绳收放装置;12为推力器;13为电子收发装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
本发明提供了一种空间碎片的捕获及清除装置,如图1所示,包括卫星组,卫星组包括多个小卫星1,优选为3个小卫星1;小卫星1通过导电缆绳2与捕获网3连接;捕获网3的一端密封,另一端设置有捕获网入口4。
如图2所示,小卫星1上设置有用于控制导电缆绳2收/放的缆绳收放装置11;用于推进小卫星1运行的推力器12;用于收集周围环境中电子以及释放电子的电子收发装置13,电子收发装置13用于收集和释放环境中的电子,通过导电缆绳2与环境形成闭环回路;还有用于对小卫星1运行轨道及运行姿势调节的姿轨控制系统;其中缆绳收放装置11与导电缆绳2连接。
如图3所示,捕获网3包括互相连接的下层网9和上层网6,下层网9底部为密封结构,上层网6上设置有捕获网入口4;其中上层网6和下层网9均由导电编织绳5编织而成;捕获网入口4处均匀设置有3个单向过线器7,下层网9内设置有多条牵引线8,多条牵引线8的一端均固定在下层网9底部的中心位置处,牵引线8通过单向过线器7与导电缆绳2连接。
其中牵引绳8收紧的同时,带动导电缆绳2将捕获网入口4进行收缩,并且小卫星1能够使捕获网3起旋,将捕获网3内的空间碎片完全包裹。
本发明一种空间碎片的捕获及清除装置的工作过程是:如图4所示,三颗小卫星1保持编队飞行,三根导电缆绳2牵引捕获网3,在捕获轨道10上运行,并且逼近空间碎片时,空间碎片通过捕获网入口4进入到下层网9内,空间碎片以相对速度撞击到下层网9的底部时,导致连接在下层网9底部的三根牵引线8受力张紧,从而借助单向过线器7将捕获网入口4收缩,至此完成空间碎片目标的捕获。
如图5所示,捕获完成之后,卫星组通过导电编织绳5和导电缆绳2与空间碎片相连,并且在推力器12和小卫星1的控制系统下起旋,形成稳定的辐射开环编队构型,并且小卫星1上的电子收发装置13收集其周围环境的电子,然后释放其自身的电子,从而使导电缆绳2上形成电流,通电的导电缆绳2在切割地磁场时产生安培力,并且在安培力的持续耗能作用下,整个卫星组编队的能量逐渐消耗,从而使卫星组的轨道高度降低,偏离捕获轨道10,当空间碎片的高度降低至300km或以下时,卫星组将空间碎片释放出,空间碎片在大气阻力作用下将会迅速坠毁,这就完成了空间碎片的清除过程,释放空间碎片后的小卫星还可以继续完成其他任务。
本发明还提供了一种空间碎片的捕获及清除的方法,其具体过程是:
步骤1,使用卫星组带动捕获网,使空间碎片进入捕获网内;
步骤2,卫星组通过导电缆绳与空间碎片连接,并且带动捕获网和碎片一起旋转;
步骤3,卫星组通过电子收发装置使导电缆绳形成电流,使得导电缆绳切割地磁场;
步骤4,卫星组的轨道高度逐渐降低至300km以下;
步骤5,释放捕获网内的空间碎片;然后卫星组继续完成其他空间任务。
其中,上述方法中,卫星组包括3个小卫星1,小卫星1通过导电缆绳2与捕获网3连接;捕获网3包括互相连接的上层网6和下层网9,上层网6和下层网9均由导电编织绳5编制而成,下层网9的一端封闭,上层网6设置有捕获网入口4,且捕获网入口4处均匀分布有3个单向过线器7;下层网9上分布有3条牵引绳8,牵引绳8的一端均固定连接在下层网9底部的中心位置;牵引绳8穿过单向过线器7与导电缆绳2连接。
小卫星1设置有用于控制导电缆绳2收/放的缆绳收放装置11;用于推进小卫星1运行的推力器12;用于收集周围环境中电子以及释放电子的电子收发装置13,电子收发装置13用于收集和释放环境中的电子,通过导电缆绳2与环境形成闭环回路;还有用于对小卫星1运行轨道及运行姿势调节的姿轨控制系统;其中缆绳收放装置11与导电缆绳2连接。
Claims (9)
1.一种空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,包括卫星组,卫星组通过导电缆绳(2)与捕获网(3)连接;所述卫星组包括多个小卫星(1),小卫星(1)的缆绳收放装置(11)通过导电缆绳(2)与捕获网(3)连接,卫星组通过导电缆绳(2)带动捕获网(3)和碎片一起旋转;
所述捕获网(3)包括上层网(6)和下层网(7),其中下层网(7)为底部封闭结构,上层网(6)上设置有能够收缩/张开的捕获网入口(4),导电缆绳(2)与下层网(7)的底部连接。
2.根据权利要求1所述的空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,所述卫星组包括3个小卫星(1)。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,所述捕获网入口(4)上还均匀分布有多个单向过线器(7),导电缆绳(2)穿过单向过线器(7)。
4.根据权利要求3所述的空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,所述下层网(9)内设置有牵引绳(8),牵引绳(8)与导电缆绳(2)连接。
5.根据权利要求4所述的空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,所述牵引绳(8)张紧,单向过线器(7)通过导电缆绳(2)使捕获网入口(4)收紧。
6.根据权利要求1所述的空间碎片的捕获及清除装置,其特征在于,所述小卫星(1)还包括推力器(12)、电子收发装置(13)。
7.一种空间碎片捕获及清除方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,使用卫星组带动捕获网,使空间碎片进入捕获网内;
步骤2,卫星组通过导电缆绳与空间碎片连接,并且带动捕获网和碎片一起旋转;
步骤3,卫星组通过电子收发装置使导电缆绳形成电流,使得导电缆绳切割地磁场;
步骤4,卫星组的轨道高度逐渐降低至300km以下;
步骤5,释放捕获网内的空间碎片。
8.根据权利要求1所述的空间碎片捕获及清除方法,其特征在于,所述卫星组包括有3个小卫星(1)组成,小卫星(1)通过导电缆绳(2)与捕获网(3)连接;所述捕获网(3)包括上层网(6)和下层网(7),其中下层网(7)为底部封闭结构,上层网(6)上设置有能够收缩/张开的捕获网入口(4),导电缆绳(2)与下层网(7)的底部连接。
9.根据权利要求8所述的空间碎片捕获及清除方法,其特征在于,所述步骤5还包括卫星组运行至捕获轨道(10)。
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