CN108674696A - 一种主动防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种主动防护系统，包括：目标探测器、火控计算机、多个柔性可展开单元发射器和多个柔性可展开防护单元；目标探测器探测四周来袭对象，并将探测结果发送至火控计算机；火控计算机对四周来袭对象进行跟踪并解算，确定四周来袭对象对自身构成危险后，进一步精确计算出四周来袭对象的数量、相对坐标及速度，并发出控制指令至对应位置的柔性可展开单元发射器；柔性可展开单元发射器根据火控计算机发出的控制指令，调整发射角度，发射指定个数的柔性可展开防护单元。本发明公开的系统能够主动出击有效破碎、分散和减速来袭对象，极大地减轻了航天器的非功能模块质量，提升了航天器的防护性能。

Description

一种主动防护系统

技术领域

本发明涉及航天器防护技术领域，特别是涉及一种主动防护系统。

背景技术

随着航天事业的发展，人类发射入轨的航天器数目越来越多，造成在轨物体数量不断积累，空间环境也随之日益恶化，空间碎片撞击航天器的事故发生概率也越来越高。尤其直径小于1厘米的微小碎片，与航天器的碰撞概率极高，是空间碎片防护的重点。航天事业特别是载人航天事业的发展对空间碎片防护设计工程应用提出了迫切要求。

现有的航天器防护系统都是被动式防护系统，即依靠自身特殊结构的航天器舱壁来硬抗来袭对象，不具备主动出击破碎来袭对象的能力，这就需要质量和厚度较大的航天器的舱壁，才能达到防护高速空间碎片等来袭对象的目的，极大地增加了航天器的非功能模块质量。此外，对于一些体积质量较大的来袭目标，现有的被动防护系统负担较大，防护性能欠佳，因此迫切需要开发一种新型防护结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动防护系统，能够主动出击有效破碎、分散和减速来袭对象，极大地减轻了航天器的非功能模块质量，提升了航天器的防护性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种主动防护系统，包括：目标探测器、火控计算机、多个柔性可展开单元发射器和多个柔性可展开防护单元；

所述目标探测器设置于所述火控计算机的上方，用于探测四周来袭对象，并将探测结果发送至所述火控计算机；

所述火控计算机设置于航天器的几何中心位置，用于对所述四周来袭对象进行跟踪并解算，根据所述目标探测器发送的图像及数据确定所述四周来袭对象对自身构成危险后，利用图像识别算法计算所述四周来袭对象的数量，根据激光雷达的距离像计算所述四周来袭对象的相对坐标和速度，并根据计算出的所述四周来袭对象的数量、相对坐标和速度计算发射方向，发射时间及被发射的所述柔性可展开防护单元的数量，发出相应的控制指令至对应位置的所述柔性可展开单元发射器；

所述航天器的每一舱室的外边缘均设置一个所述柔性可展开单元发射器，并与所述航天器的每一舱室的外边缘固定连接，使得航天器具备空间上360度全方位主动防护能力；所述柔性可展开单元发射器用于根据所述火控计算机发出的所述控制指令，调整发射角度，发射指定个数的所述柔性可展开防护单元。

可选的，所述目标探测器为激光探测器、雷达探测器、红外探测器、可见光探测器、毫米波探测器中任意一种或多种。

可选的，所述火控计算机通过信号线路发送控制指令至所述柔性可展开单元发射器。

可选的，所述柔性可展开单元发射器包括伺服控制器、发射筒、弹匣；

所述伺服控制器控制所述发射筒进行有限角度的俯仰和偏转来调整发射角；

所述弹匣用于存放折叠状态的多个所述柔性可展开防护单元。

可选的，所述柔性可展开防护单元包括气囊、敏感装置、气体发生器；

所述敏感装置设置于所述气囊的头部；

所述气体发生器设置于所述敏感装置的头部。

可选的，所述气囊为非爆炸式气囊，所述非爆炸式气囊通过所述气体发生器内的火药燃烧形成燃烧产物膨胀实现充气展开。

可选的，所述柔性可展开防护单元飞出所述柔性可展开单元发射器口时，所述敏感装置开始工作；所述敏感装置通过传感器进一步探测来袭对象，通过集成的微计算机解算来袭对象的数量、方位和距离，并发出控制指令至所述气体发生器。

可选的，所述传感器为激光传感器、雷达传感器、红外传感器、可见光传感器或毫米波传感器。

可选的，所述气体发生器根据所述控制指令引燃内部的火药，火药燃烧形成燃烧产物膨胀使得所述柔性可展开防护单元充气成为气囊防护屏障。

可选的，所述柔性可展开防护单元结构骨架外包裹和粘结一层高强度纤维材料。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开的主动防护系统，包括：目标探测器、火控计算机、多个柔性可展开单元发射器和多个柔性可展开防护单元；所述目标探测器探测四周来袭对象，并将探测结果发送至所述火控计算机；所述火控计算机对所述四周来袭对象进行跟踪并解算，确定所述四周来袭对象对自身构成危险后，进一步精确计算出所述四周来袭对象的数量、相对坐标及速度，并发出控制指令至对应位置的所述柔性可展开单元发射器；所述柔性可展开单元发射器根据所述火控计算机发出的控制指令，调整发射角度，发射指定个数的所述柔性可展开防护单元，从而主动出击有效破碎、分散和减速来袭对象，极大地减轻了航天器的非功能模块质量，提升了航天器的防护性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明主动防护系统实施例的结构图；

图2为本发明主动防护系统实施例的气囊未展开状态下的柔性可展开防护单元结构图；

图3为本发明主动防护系统实施例的气囊充气展开状态下的柔性可展开防护单元结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种主动防护系统，能够主动出击有效破碎、分散和减速来袭对象，极大地减轻了航天器的非功能模块质量，提升了航天器的防护性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明主动防护系统实施例的结构图。

参见图1，该主动防护系统，包括：目标探测器1、火控计算机2、多个柔性可展开单元发射器3和多个柔性可展开防护单元4。所述被保护对象为航天器，具体包括导航卫星，空间站等。如图1所示，单个所述柔性可展开防护单元4的防护范围为虚线椭圆所示区域。所述来袭对象6为小型高速空间目标，具体包括空间碎片及反卫星战斗部等。

所述目标探测器1设置于所述火控计算机2的上方，用于探测四周来袭对象6，并将探测结果发送至所述火控计算机2。所述目标探测器为激光探测器、雷达探测器、红外探测器、可见光探测器、毫米波探测器中任意一种或多种，可对体积较小的高速空间来袭对象进行全方位的探测。

所述火控计算机2设置于航天器的几何中心位置，用于对所述四周来袭对象6进行跟踪并解算，根据所述目标探测器1发送的图像及数据确定所述四周来袭对象6对自身构成危险后，利用图像识别算法计算所述四周来袭对象6的数量和体积，根据激光雷达的距离像计算所述四周来袭对象6的相对坐标和速度，并根据计算出的所述四周来袭对象6的数量、相对坐标和速度计算发射方向，发射时间及被发射的所述柔性可展开防护单元4的数量，发出相应的控制指令至对应位置的所述柔性可展开单元发射器3。所述火控计算机2通过信号线路7发送控制指令至所述柔性可展开单元发射器3。

所述火控计算机2根据所述来袭对象6的速度矢量及与航天器的相对位置关系，计算出所述来袭对象6的轨迹与球形防护识别区9的交点A及与航天器的撞击点B。所述火控计算机2将发射方向、发射时间及被发射的所述柔性可展开防护单元4的数量等信息发送给距离交点A最近的所述柔性可展开单元发射器3，接到指令的所述柔性可展开单元发射器3调整发射方向，使得被发射出去的所述柔性可展开防护单元4在航天器外的C点对所述来袭对象6进行拦截。对于数量多，质量大的来袭对象，需发射多个所述柔性可展开防护单元4到其飞行轨迹上进行多次拦截。具体发射数量需要事先做毁伤效能评估，对于数量、质量越大的来袭对象，发射的所述柔性展开防护单元4的个数越多。

所述航天器的每一舱室5的外边缘均设置一个所述柔性可展开单元发射器3，并与所述航天器的每一舱室5的外边缘固定连接，使得航天器具备空间上360度全方位主动防护能力；由于所述柔性可展开单元发射器3与所述航天器的每一舱室5的外边缘固定连接，这样就保证了所述柔性可展开防护单元4发射出去后，不会撞到航天器，且有足够的空间使得气囊膨胀展开。

图1是以天宫号空间站为例画的示意图，是四个舱室组成一个航天器，当航天器舱室数量变化时，根据航天器的结构，所述目标探测器1和所述火控计算机2的位置尽可能处于航天器的几何中心，便于探测各个方向的来袭对象，以及便于控制各个所述柔性可展开单元发射器3。

所述柔性可展开单元发射器3用于根据所述火控计算机2发出的所述控制指令，调整发射角度，发射指定个数的所述柔性可展开防护单元4。所述柔性可展开单元发射器3包括伺服控制器、发射筒、弹匣；所述伺服控制器控制所述发射筒进行有限角度的俯仰和偏转来调整发射角；所述弹匣用于存放折叠状态的多个所述柔性可展开防护单元4，可以做到连续发射发多个所述柔性可展开防护单元4，所述柔性可展开防护单元4事先折叠存放于所述柔性可展开单元发射器3的弹匣内，占用体积小，一个弹匣内可存放多个所述柔性可展开防护单元4；工作时，根据来袭对象6的速度、大小和数量，所述柔性可展开单元发射器3射出一个或连续射出多个所述柔性可展开防护单元4，所述柔性可展开防护单元4可迅速展开形成大的防护面。

参见图2和图3，所述柔性可展开防护单元4包括气囊4-1、敏感装置4-2、气体发生器4-3；所述敏感装置4-2设置于所述气囊4-1的头部；所述气体发生器4-3设置于所述敏感装置4-2的头部。所述气囊4-1为非爆炸式气囊，所述非爆炸式气囊通过所述气体发生器4-3内的火药燃烧形成燃烧产物膨胀实现充气展开。所述非爆炸式气囊的特点是气囊充气展开形成防护屏障不需要通过爆炸这一物理现象来实现，这样不会对航天器自身造成附加伤害。比如现有坦克上的主动防护系统采用的反应装甲和拦截弹，它们通过爆炸来防御来袭炮弹，但坦克也会被自身反应装甲或拦截弹的爆炸产物所伤。本发明所采用的气囊结构就不会对自身舱壁造成伤害。所述柔性可展开防护单元4飞出所述柔性可展开单元发射器口时，所述敏感装置4-2开始工作；所述敏感装置4-2通过传感器进一步探测来袭对象，其中，所述传感器为激光传感器、雷达传感器、红外传感器、可见光传感器或毫米波传感器；此处的敏感装置也可以与传感器合并为一个器件；所述敏感装置4-2通过集成的微计算机解算来袭对象的数量、方位和距离，并发出控制指令至所述气体发生器4-3。微计算机解算来袭对象的数量、方位和距离的计算方法与所述火控计算机2的计算方法相同，但所述火控计算机2还需计算并确定哪个所述柔性可展开单元发射器3发射所述柔性可展开防护单元4以及发射几个所述柔性可展开防护单元4，最后给相应的所述柔性可展开单元发射器3发出指令，而所述柔性可展开防护单元4上的所述敏感装置4-2是给所述气体发生器4-3发出控制指令。所述气体发生器4-3根据所述敏感装置4-2发送的所述控制指令引燃内部的火药，火药燃烧形成燃烧产物膨胀使得所述柔性可展开防护单元充气成为气囊防护屏障，该气囊防护屏障可缓冲离散来袭碎片或敌方攻击武器，在来袭对象撞击航天器前，主动对空间碎片及反卫星战斗部进行有效的缓冲和破碎，使得航天器具有主动防护能力。此外，所述柔性可展开防护单元4结构骨架外包裹和粘结一层高强度纤维材料，即采用高强度纤维材料作为柔性壳体，所述柔性壳体很薄，可以使所述气囊4-1具有密闭性且可有效破碎、分散、减速来袭高速对象。

本发明公开的主动防护系统，通过所述目标探测器探测四周来袭对象，并将探测结果发送至所述火控计算机；所述火控计算机对所述四周来袭对象进行跟踪并解算，确定所述四周来袭对象对自身构成危险后，进一步精确计算出所述四周来袭对象的数量、相对坐标及速度，并发出控制指令至对应位置的所述柔性可展开单元发射器；所述柔性可展开单元发射器根据所述火控计算机发出的控制指令，调整发射角度，发射指定个数的所述柔性可展开防护单元，从而主动出击有效破碎、分散和减速来袭对象，极大地减轻了航天器的非功能模块质量，提升了航天器的防护性能。该主动防护系统可以做到有的放矢，对一些体积质量较大的来袭目标，率先进行多次破碎、减速、分散为多个体积和质量较小的空间碎片，减轻现有被动防护系统的负担，最终减轻航天器的非功能模块质量。当目标探测器探测到空间碎片飞向航天器时，对应位置的柔性可展开防护单元立刻被射出，气囊适时充气展开形成非爆炸式防护屏障来破碎、分散、减速来袭对象，保证了在来袭对象撞击航天器前，能够主动对空间碎片及反卫星战斗部进行有效的缓冲和破碎，使空间碎片及反卫星战斗部提前碰撞，最大程度地降低其损毁航天器的可能性。该型防御系统使得航天器具备主动防御的能力，整个防护过程无需人工操作，相对于现有的卫星、天文望远镜以及未来的空间站等航天器都是无差别被动防护，即被动硬抗空间碎片，本发明的主动防护系统能够做到有针对性的主动出击，率先撞击破碎来袭对象。

本发明公开的主动防护系统除具有主动性、提前性和针对性等特点外，还可对指定方向体积较大的来袭对象进行多次防护，做到有的放矢。其气囊式非爆炸主动防护系统是一种将气囊结构特性与主动防护相结合的新概念主动防护系统，采用柔性可展开气囊结构作为主动出击的实体，该结构质量轻，不工作时折叠存放，占用体积很小，发射出去展开后防护面积很大，能有效破碎、分散、减速来袭对象。该主动防护系统具有拦截单元的非爆炸性、防御范围大和效率高等特点，在未来的主动防护系统中可广泛应用，在达到同样防护效果时，采用本发明的系统，可显著减轻现有被动防护系统中舱壁的厚度和质量，从而极大地减轻航天器非功能模块的质量，使得航天器可携带更多的功能性试验器材。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种主动防护系统，其特征在于，包括：目标探测器、火控计算机、多个柔性可展开单元发射器和多个柔性可展开防护单元；

所述目标探测器设置于所述火控计算机的上方，用于探测四周来袭对象，并将探测结果发送至所述火控计算机；

所述火控计算机设置于航天器的几何中心位置，用于对所述四周来袭对象进行跟踪并解算，根据所述目标探测器发送的图像及数据确定所述四周来袭对象对自身构成危险后，利用图像识别算法计算所述四周来袭对象的数量，根据激光雷达的距离像计算所述四周来袭对象的相对坐标和速度，并根据计算出的所述四周来袭对象的数量、相对坐标和速度计算发射方向，发射时间及被发射的所述柔性可展开防护单元的数量，发出相应的控制指令至对应位置的所述柔性可展开单元发射器；

所述航天器的每一舱室的外边缘均设置一个所述柔性可展开单元发射器，并与所述航天器的每一舱室的外边缘固定连接，使得航天器具备空间上360度全方位主动防护能力；所述柔性可展开单元发射器用于根据所述火控计算机发出的所述控制指令，调整发射角度，发射指定个数的所述柔性可展开防护单元。

2.根据权利要求1所述的主动防护系统，其特征在于，所述目标探测器为激光探测器、雷达探测器、红外探测器、可见光探测器、毫米波探测器中任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的主动防护系统，其特征在于，所述火控计算机通过信号线路发送控制指令至所述柔性可展开单元发射器。

4.根据权利要求1所述的主动防护系统，其特征在于，所述柔性可展开单元发射器包括伺服控制器、发射筒、弹匣；

所述伺服控制器控制所述发射筒进行有限角度的俯仰和偏转来调整发射角；

所述弹匣用于存放折叠状态的多个所述柔性可展开防护单元。

5.根据权利要求1所述的主动防护系统，其特征在于，所述柔性可展开防护单元包括气囊、敏感装置、气体发生器；

所述敏感装置设置于所述气囊的头部；

所述气体发生器设置于所述敏感装置的头部。

6.根据权利要求5所述的主动防护系统，其特征在于，所述气囊为非爆炸式气囊，所述非爆炸式气囊通过所述气体发生器内的火药燃烧形成燃烧产物膨胀实现充气展开。

7.根据权利要求5所述的主动防护系统，其特征在于，所述柔性可展开防护单元飞出所述柔性可展开单元发射器口时，所述敏感装置开始工作；所述敏感装置通过传感器进一步探测来袭对象，通过集成的微计算机解算来袭对象的数量、方位和距离，并发出控制指令至所述气体发生器。

8.根据权利要求7所述的主动防护系统，其特征在于，所述传感器为激光传感器、雷达传感器、红外传感器、可见光传感器或毫米波传感器。

9.根据权利要求7所述的主动防护系统，其特征在于，所述气体发生器根据所述控制指令引燃内部的火药，火药燃烧形成燃烧产物膨胀使得所述柔性可展开防护单元充气成为气囊防护屏障。

10.根据权利要求1所述的主动防护系统，其特征在于，所述柔性可展开防护单元结构骨架外包裹和粘结一层高强度纤维材料。