CN110341990B - 空间碎片消旋抓捕装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间碎片消旋抓捕装置，该装置包括：伸缩机构、抓捕机构、驱动机构和控制机构。伸缩机构的一端与在轨服务航天器连接，另一端与抓捕机构连接。抓捕机构，用于在伸缩机构的带动下移动至待抓捕空间碎片处，抓捕空间碎片。抓捕机构上设置有消旋件，用于消除或削弱空间碎片的转动。驱动机构，用于在控制机构的指令下驱动伸缩机构和抓捕机构动作。本发明的空间碎片消旋抓捕装置，通过在抓捕机构上设置消旋件，起到缓冲作用，能够消除或削弱空间碎片的转动，可以实现对高速旋转的空间碎片的消旋，且不易发生碰撞，避免因碰撞碎裂产生新的空间碎片，保证空间碎片和在轨服务航天器的结构完整性。

Description

空间碎片消旋抓捕装置

技术领域

本发明涉及航天器在轨服务技术领域，尤其涉及一种空间碎片消旋抓捕装置。

背景技术

随着人类空间活动越来越频繁，空间碎片不断产生，已经成为了空间污染的主要来 源。为了保障航天安全，避免重要轨道(例如，地球同步轨道)被占用，有必要对空间 碎片进行清理。

现有技术在进行空间碎片进行清理时，利用连接有机械臂的在轨服务航天器进行空 间碎片的抓捕。在轨航天服务器接近空间碎片后，机械臂伸出对空间碎片进行抓捕。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：对于外表结构复杂且高速旋转的空间碎片 (尤其是失效航天器)而言，仅仅依靠机械臂取抓捕，操作难度比较大，且容易发生碰撞，碰撞不仅容易造成抓捕机构损坏，还可能产生新的空间碎片。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种空间碎片消旋抓捕装置。具体技术方案如下：

一种空间碎片消旋抓捕装置，所述装置包括：伸缩机构、抓捕机构、驱动机构和控制机构；所述伸缩机构的一端与在轨服务航天器连接，另一端与所述抓捕机构连接；所 述抓捕机构，用于在所述伸缩机构的带动下移动至待抓捕空间碎片处，抓捕空间碎片； 所述抓捕机构上设置有消旋件，用于消除或削弱空间碎片的转动；所述驱动机构，用于 在所述控制机构的指令下驱动所述伸缩机构和所述抓捕机构动作。

在一种可能的设计中，所述抓捕机构包括：连接件、连接杆和捕获刷；所述伸缩机构的另一端与所述连接件连接；所述连接杆和所述捕获刷的数量为两个或多个，每个所 述连接杆的一端与所述连接件连接，另一端与对应的所述捕获刷连接；所述捕获刷，用 于随所述连接杆收缩或外扩，抓紧或释放空间碎片。

在一种可能的设计中，所述连接件包括：连接部，与所述连接部连接的两个或多个杆件；所述连接杆连接在所述杆件上，所述伸缩机构与所述连接部连接。

在一种可能的设计中，所述杆件为伸缩杆，所述连接杆的一端与所述杆件的自由端 垂直连接。

在一种可能的设计中，所述连接杆的一端可滑移地与所述杆件连接。

在一种可能的设计中，所述杆件上设置有滑轨，所述连接杆的一端设置有滑套。

在一种可能的设计中，两个所述捕获刷间隔相对，或者，多个所述捕获刷沿周向均匀分布。

在一种可能的设计中，所述捕获刷内侧面设置有刷毛。

在一种可能的设计中，所述捕获刷的内壁上设置有至少两种硬度不同的刷毛，不同 硬度的刷毛交替分布。

在一种可能的设计中，所述捕获刷为中空的环状结构。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的空间碎片消旋抓捕装置，通过控制机构发出指令控制驱动机构的运转，对 伸缩机构和抓捕机构的动作进行控制，进而完成空间碎片的抓捕作业。通过在抓捕机构上设置消旋件，起到缓冲作用，能够消除或削弱空间碎片的转动，可以实现对高速旋转 的空间碎片的消旋，且不易发生碰撞，避免因碰撞碎裂产生新的空间碎片，保证空间碎 片和在轨服务航天器的结构完整性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分， 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附 图中：

图1为本发明一个实施例提供的空间碎片消旋捕获装置结构示意图。

附图标记说明：

1-伸缩机构、2-抓捕机构、21-连接件、211-连接部、212-杆件、22-连接杆、23-捕获刷。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相 应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

本发明实施例提供了一种空间碎片消旋抓捕装置，如附图1所示，该装置包括：伸缩 机构1、抓捕机构2、驱动机构和控制机构。伸缩机构1的一端与在轨服务航天器连接，另一 端与抓捕机构2连接。抓捕机构2，用于在伸缩机构1的带动下移动至待抓捕空间碎片处，抓捕空间碎片。抓捕机构2上设置有消旋件，用于消除或削弱空间碎片的转动。驱动机构，用于在控制机构的指令下驱动伸缩机构1和抓捕机构2动作。

以下对本发明实施例提供的空间碎片消旋抓捕装置的工作原理进行说明：

伸缩机构1的一端与在轨服务航天器连接，使本发明实施例提供的空间碎片消旋装置随 在轨服务航天器进行移动。使用时，在轨服务航天器机动至与空间碎片轨道同步时，伸缩机 构1进行伸缩，带动抓捕机构2移动至待抓捕空间碎片处，抓捕机构2进行空间碎片抓捕。 且抓捕机构2上设置有消旋件，能够消除或削弱空间碎片的转动，使抓捕机构2能够对高速 旋转的空间碎片进行抓捕，不易发生碰撞。其中，上述伸缩机构1和抓捕机构2的动作均通 过控制机构发出指令控制驱动机构运转来实现，通过设置控制机构和驱动机构，实现可控有 序的抓捕动作。

可见，本发明实施例提供的空间碎片消旋抓捕装置，通过控制机构发出指令控制驱动机 构的运转，对伸缩机构1和抓捕机构2的动作进行控制，进而完成空间碎片的抓捕作业。通 过在抓捕机构2上设置消旋件，起到缓冲作用，能够消除或削弱空间碎片的转动，可以实现 对高速旋转的空间碎片的消旋，且不易发生碰撞，避免因碰撞碎裂产生新的空间碎片，保证 空间碎片和在轨服务航天器的结构完整性。

以下对本发明实施例提供的空间碎片消旋抓捕装置的各部件及其工作原理进行说 明：

伸缩机构1通过其伸缩带动抓捕机构2移动，作为一种示例，伸缩机构1可以为附图1所示的多级伸缩结构，便于在驱动机构的带动下调整至不同的长度。

作为另一种示例，伸缩机构1可以为具有形变功能的机械臂，该种结构的伸缩机构1可以实现角度和长度两方面的调整，使抓捕机构2的辐射范围(即，可移动范围)增 大，扩大抓捕范围。

本发明实施例中，抓捕机构2在伸缩机构1的带动下移动至抓捕位置后，通过其动作进 行空间碎片的抓捕，对于抓捕机构2的结构，以下进行示例说明：

如附图1所示，抓捕机构2包括：连接件21、连接杆22和捕获刷23。伸缩机构1的另一端与连接件21连接。连接杆22和捕获刷23的数量为两个或多个(图1仅示出了数量为两个时的情形)，每个连接杆22的一端与连接件21连接，另一端与对应的捕获刷23连接。捕 获刷23，用于随连接杆22收缩或外扩，抓紧或释放空间碎片。

如此设置，连接件21与连接杆22起支撑作用。且捕获刷23随连接杆22收缩和外扩，进行抓捕动作前，捕获刷23处于外扩状态，能将空间碎片置于两个或多个捕获刷23之间。抓捕机构2移动至抓捕位置后，捕获刷23收缩，对空间碎片进行抓紧。

进一步地，连接件21包括：连接部211，与连接部211连接的两个或多个杆件212；连接杆22连接在杆件212上，伸缩机构1与连接部211连接。杆件212、连接杆22和捕获刷 23的数量相同且一一对应。

杆件212可以通过放射状结构连接在连接部211上且多个杆件212位于同一平面内。举 例来说，杆件212的数量为两个时，连接件21可以为直杆；杆件212的数量为三个时，连接 件21可以为Y型结构；杆件212的数量为四个时，连接件21可以为十字结构。

其中，当捕获刷23的数量为两个时，两个捕获刷23间隔相对(对应连接件21为直杆)； 或者，当捕获刷23的数量为多个捕获刷23沿周向均匀分布。如此设置，使捕获刷23的分布 较均匀，提高抓捕效果。

为了使连接杆22可以进行收缩和外扩，作为一种示例，杆件212可以为伸缩杆，连接 杆22的一端与杆件212的自由端垂直连接。如此设置，通过杆件212的伸缩，带动连接杆22和捕获刷23收缩和外扩。

可以理解的是，在该示例中，杆件212的伸缩受控制机构控制，控制机构发出指令控制 驱动机构动作，进而使杆件212伸缩。

作为另一种示例，连接杆22的一端可滑移地与杆件212连接。如此设置，在杆件212的长度不变的前提下，连接杆22通过滑移实现收缩和外扩，带动捕获刷23随连接杆22收缩和外扩。

进一步地，杆件212上设置有滑轨，连接杆22的一端设置有滑套，便于连接杆22在杆 件212上的滑移。

可以理解的是，在该示例中，连接杆22的滑移受控制机构控制，控制机构发出指令控 制驱动机构动作，进而使连接杆22滑移。

本发明实施例中，捕获机构上设置有消旋件，用于消除或削弱空间碎片的转动，对于如 何设置消旋件，以下给出一种示例：捕获刷23内侧面设置有刷毛。可以理解的是，捕获刷 23的内侧面指捕获刷23用于与空间碎片接触的一面。通过设置刷毛，将现有技术中抓捕时 的硬接触转换为软接触，通过刷毛的缓冲作用起到消旋目的，且通过刷毛较为平缓地施力， 不易发生碰撞。

进一步地，捕获刷23的内壁上设置有至少两种硬度不同的刷毛，不同硬度的刷毛交替 分布。通过设置硬度不同的刷毛间隔分布，较软刷毛的缓冲效果较好，较硬刷毛能够施加更 大阻力提高消旋效率，既能具有较佳的消旋效率，又能避免对空间碎片产生较大的冲击。

可选地，本发明实施例中，如附图1所示，捕获刷23为中空的环状结构。通过将捕获刷23设置为中空的环状结构，第一方面，对于球形或者近似球形的空间碎片结构，环状结构的捕获刷23对比板状结构能与空间碎片具有更大的接触面积，进而使固定效果和消旋效果较 佳。第二方面，环状机构的捕获刷23能够适用于外形复杂的空间碎片，例如对于有凸起或者 天线等外伸结构的空间碎片，凸起或天线等可以穿过环状结构的中空，不对捕获刷23与空间 碎片的接触造成较大干扰。

可选地，本发明实施例中，驱动机构可以包括电机和传动机构，电机通过传动机构与伸缩机构1和抓捕机构2连接，且在控制机构的指令下进行运转，带动传动机构和伸 缩机构1动作。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操 作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何 其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者 设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过 程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、 “下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的 精神和范围。

Claims (9)

1.一种空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述装置包括：伸缩机构、抓捕机构、驱动机构和控制机构；

所述伸缩机构的一端与在轨服务航天器连接，另一端与所述抓捕机构连接；

所述抓捕机构，用于在所述伸缩机构的带动下移动至待抓捕空间碎片处，抓捕空间碎片；所述抓捕机构上设置有消旋件，用于消除或削弱空间碎片的转动；

所述驱动机构，用于在所述控制机构的指令下驱动所述伸缩机构和所述抓捕机构动作，

所述抓捕机构包括：连接件、连接杆和捕获刷；

所述伸缩机构的另一端与所述连接件连接；

所述连接杆和所述捕获刷的数量为两个或多个，每个所述连接杆的一端与所述连接件连接，另一端与对应的所述捕获刷连接；

所述捕获刷，用于随所述连接杆收缩或外扩，抓紧或释放空间碎片。

2.根据权利要求1所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述连接件包括：连接部，与所述连接部连接的两个或多个杆件；

所述连接杆连接在所述杆件上，所述伸缩机构与所述连接部连接。

3.根据权利要求2所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述杆件为伸缩杆，所述连接杆的一端与所述杆件的自由端垂直连接。

4.根据权利要求2所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述连接杆的一端可滑移地与所述杆件连接。

5.根据权利要求4所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述杆件上设置有滑轨，所述连接杆的一端设置有滑套。

6.根据权利要求1所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，两个所述捕获刷间隔相对，或者，多个所述捕获刷沿周向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述捕获刷内侧面设置有刷毛。

8.根据权利要求7所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述捕获刷的内壁上设置有至少两种硬度不同的刷毛，不同硬度的刷毛交替分布。

9.根据权利要求1所述的空间碎片消旋抓捕装置，其特征在于，所述捕获刷为中空的环状结构。

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