CN112373730A - 一种卫星反绳网捕获的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种卫星反绳网捕获的装置及方法，属于航天技术领域；包括地面雷达站和卫星，所述卫星的壳体上设置有充气支撑杆、充气装置、充气支撑杆熔断装置和星载传感器系统；充气支撑杆为柱状中空充气式薄膜结构，其底部与充气装置连通；充气支撑杆熔断装置包括电阻丝和电源，电阻丝缠绕于充气支撑杆的根部周面上，电源连通后发热，充气支撑杆周面熔断后充气支撑杆与卫星壳体分离；星载传感器系统通过光学拍摄设备获取搭载绳网的航天器图像，并利用激光测定搭载绳网的航天器与卫星的距离；地面雷达站通过巡天编目对航天器进行监控，对航天器进行提前预警，并提供给卫星。本发明避免了进行大的轨道机动，有效减小防碰撞响应时间，并节省卫星的燃料。

Description

一种卫星反绳网捕获的装置及方法
技术领域
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种卫星反绳网捕获的装置及方法。
背景技术
空间绳网捕获技术近年来得到快速发展，国内外已经进行了大量的关于空间绳网碰撞并捕获卫星的研究，并进行了大量实验。在可预见的未来，卫星受到绳网捕获的威胁将会大大增加。为了有效规避此类威胁，有必要发展卫星反绳网捕获的方法。
目前，国内外还没有提出针对卫星反绳网碰撞捕获的有效方法。在空间防碰撞技术方面，现有卫星均采用主动轨道机动进行躲避的办法应对航天器之间的碰撞[赵暾，编队卫星星间碰撞及防碰撞技术研究[D]国防科技大学，2011]，不难看出，由于需要卫星进行轨道机动以规避碰撞物，该方法需要较大的规避运动时间，并且将会大量消耗卫星自身的燃料。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种卫星反绳网捕获的装置及方法，由一套卫星反绳网捕获系统实现。在探测到绳网靠近时，充气支撑杆展开，阻挡绳网靠近卫星主体，在完成阻挡后电阻丝将充气支撑杆熔断完成与卫星主体的分离，具有结构简单、响应时间短、消耗能量低的优点。
本发明的技术方案是：一种卫星反绳网捕获的装置，包括地面雷达站和卫星，其特征在于：所述卫星的壳体上设置有充气支撑杆、充气装置、充气支撑杆熔断装置和星载传感器系统；所述充气支撑杆为柱状中空充气式薄膜结构，其底部与充气装置连通；充气支撑杆未充气之前折叠收纳于卫星的壳体上，充气展开后轴向垂直于所在卫星壳体的端面；
所述充气支撑杆熔断装置设置于充气支撑杆的底部，包括电阻丝和电源；所述电阻丝缠绕于充气支撑杆的根部周面上，通过与电源连通后发热，将充气支撑杆缠有电阻丝的周面熔断，实现充气支撑杆与卫星的壳体分离；
所述星载传感器系统包括光学拍摄设备和激光雷达，通过光学拍摄设备获取搭载绳网的航天器图像，并利用激光雷达测定所述航天器与卫星的距离；所述地面雷达站通过巡天编目对所述航天器进行监控，对航天器进行提前预警，并提供给卫星。
本发明的进一步技术方案是：所述充气支撑杆的薄膜为聚酰亚胺。
本发明的进一步技术方案是：所述充气支撑杆外表面镀铝，以防护空间原子氧的侵蚀。
本发明的进一步技术方案是：所述卫星壳体上设置有支撑杆储箱，用于收纳折叠状态的充气支撑杆。
本发明的进一步技术方案是：所述充气装置通过控制阀门的开关为充气支撑杆提供氮气。
本发明的进一步技术方案是：所述电阻丝材质为镍铬合金，在充气支撑杆根部缠绕的圈数为5圈。
一种采用卫星反绳网捕获的装置进行反绳网捕获的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一，当所述卫星接收到地面雷达站的预警后，星载传感器系统拍摄监测卫星附近的搭载绳网的航天器作为目标，并对其进行持续测距；
步骤二，根据目标运动方向和充气支撑杆的安装位置，调整卫星姿态，并利用星载传感器系统测定目标与卫星间的距离变化，进行目标分析和预警判断；
步骤三，星载传感器系统监测到目标快速接近后，卫星反绳网捕获的装置开始工作，所述充气装置打开，充气支撑杆充气后弹出，当充气支撑杆完全膨胀后充气装置关闭；
步骤四，充气支撑杆和绳网发生碰撞，阻止绳网进一步靠近；
步骤五，当星载传感器系统监测到充气支撑杆成功抵御绳网时，电源为电阻丝通电，电阻丝将充气支撑杆根部熔断，完成分离。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1.所述的一种卫星反绳网捕获的方法避免了进行大的轨道机动，可以有效减小防碰撞响应时间，并节省卫星的燃料。
2.所述的一种卫星反绳网捕获的方法利用充气支撑杆1阻止绳网靠近卫星主体，充气支撑杆1为薄膜结构，收纳状态下占据空间很小，有效节约了卫星搭载空间，且充气支撑杆1为柔性结构，可以通过弹性变形吸收绳网碰撞的能量以减少对卫星主体的冲击。
3.所述的一种卫星反绳网捕获的方法在阻止绳网9靠近后利用电阻丝4将充气支撑杆1根部熔断，具有结构简单、耗能低、分离可靠的特点。
4.所述的一种卫星反绳网捕获的方法，当充气支撑杆1根部熔断后内部气体溢出，推动充气支撑杆1以及绳网9远离卫星主体，完成充气支撑杆1与卫星的分离并保证了卫星接下来运行的安全。
附图说明
图1：卫星反绳网捕获系统示意图
图2：卫星反绳网捕获装置示意图
图3：卫星反绳网捕获装置工作示意图
图4：充气装置示意图
图5：充气支撑杆熔断装置示意图
图6：卫星反绳网捕获系统工作流程图
附图标记说明：1-充气支撑杆，2-充气装置，3-充气支撑杆熔断装置，4-电阻丝，5-电源，6-地面雷达站，7-星载传感器系统，8-卫星，9-绳网。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，卫星反绳网捕获系统由两个部分组成，一套地面雷达站6以及一套卫星8搭载的反绳网捕获装置。地面雷达站6对空间卫星进行巡天编目，对可疑航天器的逼近进行提前预警，并将信息发送到卫星8。
参照图2，卫星8搭载的反绳网捕获装置包括星载传感器系统7以及折叠后的充气支撑杆1。星载传感器系统7与折叠后的充气支撑杆1均安装于卫星8的表面，星载传感器系统7通过实时摄影将可疑航天器的图像数据传输至卫星8，进而对图像进行识别处理并对可疑的接近航天器进行锁定。锁定目标后，星载传感器系统7利用激光测定可疑航天器的距离，若星载传感器系统7监测到锁定目标快速接近，则激活充气装置2以进行应对；若可疑目标远离，则解除预警并关闭星载传感器系统7以节省能源。
参照图3，充气支撑杆1充气展开后为柱状聚酰亚胺气囊，其顶部形状为一球体，防止因绳网9孔目过大而穿过充气支撑杆1。
参照图4，充气装置2用于为充气支撑杆1提供气体，充气装置2通过阀门组件的开闭完成充气支撑杆1的充气展开使其获得一定的刚度；当充气支撑杆1充气完成后关闭阀门组件以防止过度充气导致充气支撑杆1破损。
参照图5，卫星8与充气支撑杆1通过充气支撑杆熔断装置3分离，充气支撑杆熔断装置3包括围绕充气支撑杆1根部5圈的电阻丝4以及配套的电源5，当充气支撑杆1成功抵御绳网9的靠近后，卫星8控制电源5为电阻丝4供电，使其熔断充气支撑杆1的根部完成卫星8与充气支撑杆1的分离，而充气支撑杆1内储存的气体将从熔断后的尾部喷出，推动充气支撑杆1以及绳网9远离卫星8，防止绳网9和展开后的充气支撑杆1对卫星8的姿态以及后续的运行产生影响。
参照图6，一种卫星反绳网捕获方法的具体工作步骤为：
步骤一，接收到地面雷达站6的预警后，星载传感器系统7拍摄并监测距离卫星附近的可疑航天器并对其进行持续测距；
步骤二，根据目标来袭方向和充气支撑杆1部署位置，调整卫星姿态，并利用星载传感器系统7持续测定目标与卫星间的距离，进行目标分析和预警判断；
步骤三，星载传感器系统7监测到目标快速接近后，反绳网捕获装置开始工作，充气装置2打开，充气支撑杆1充气后弹出，当充气支撑杆1完全膨胀后充气装置2关闭；
步骤四，充气支撑杆1和绳网9发生碰撞，阻止绳网9进一步靠近；
步骤五，当星载传感器系统7监测到支撑杆成功抵御捕获绳网9后，电源5为电阻丝4通电，电阻丝4将充气支撑杆1根部熔断，完成分离。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种卫星反绳网捕获的装置，包括地面雷达站和卫星，其特征在于：所述卫星的壳体上设置有充气支撑杆、充气装置、充气支撑杆熔断装置和星载传感器系统；所述充气支撑杆为柱状中空充气式薄膜结构，其底部与充气装置连通；充气支撑杆未充气之前折叠收纳于卫星的壳体上，充气展开后轴向垂直于所在卫星壳体的端面；
所述充气支撑杆熔断装置设置于充气支撑杆的底部，包括电阻丝和电源；所述电阻丝缠绕于充气支撑杆的根部周面上，通过与电源连通后发热，将充气支撑杆缠有电阻丝的周面熔断，实现充气支撑杆与卫星的壳体分离；
所述星载传感器系统包括光学拍摄设备和激光雷达，通过光学拍摄设备获取搭载绳网的航天器图像，并利用激光雷达测定所述航天器与卫星的距离；所述地面雷达站通过巡天编目对所述航天器进行监控，对航天器进行提前预警，并提供给卫星。
2.根据权利要求1卫星反绳网捕获的装置，其特征在于：所述充气支撑杆的薄膜为聚酰亚胺。
3.根据权利要求1卫星反绳网捕获的装置，其特征在于：所述充气支撑杆外表面镀铝，以防护空间原子氧的侵蚀。
4.根据权利要求1卫星反绳网捕获的装置，其特征在于：所述卫星壳体上设置有支撑杆储箱，用于收纳折叠状态的充气支撑杆。
5.根据权利要求1卫星反绳网捕获的装置，其特征在于：所述充气装置通过控制阀门的开关为充气支撑杆提供氮气。
6.根据权利要求1卫星反绳网捕获的装置，其特征在于：所述电阻丝材质为镍铬合金，在充气支撑杆根部缠绕的圈数为5圈。
7.一种采用权利要求1卫星反绳网捕获的装置进行反绳网捕获的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一，当所述卫星接收到地面雷达站的预警后，星载传感器系统拍摄监测卫星附近的搭载绳网的航天器作为目标，并对其进行持续测距；
步骤二，根据目标运动方向和充气支撑杆的安装位置，调整卫星姿态，并利用星载传感器系统测定目标与卫星间的距离变化，进行目标分析和预警判断；
步骤三，星载传感器系统监测到目标快速接近后，卫星反绳网捕获的装置开始工作，所述充气装置打开，充气支撑杆充气后弹出，当充气支撑杆完全膨胀后充气装置关闭；
步骤四，充气支撑杆和绳网发生碰撞，阻止绳网进一步靠近；
步骤五，当星载传感器系统监测到充气支撑杆成功抵御绳网时，电源为电阻丝通电，电阻丝将充气支撑杆根部熔断，完成分离。
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