CN114394264A - 一种太空垃圾清理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种太空垃圾清理系统及方法，属于太空垃圾处理技术领域。本发明的目的是为了解决传统太空垃圾清理措施效率低、成本高等问题，所述太空垃圾清理系统包括飞行控制系统以及与飞行控制系统机械连接的供电系统、火控雷达、发射机构及自毁弹体；所述供电系统与飞行控制系统、飞行控制系统与发射机构、火控雷达与发射机构之间均为电连接和信号连接，所述供电系统为飞行控制系统、火控雷达和发射机构供电，所述飞行控制系统处理供电系统、火控雷达及发射机构之间的信号交互，并通过供电系统电流通断实现飞行姿态调整、火控雷达定向与发射机构运行。本发明采用动能弹药高速撞击的方式对太空碎片进行快速降轨处理，机构简单、反应快、精准度高。
Description
技术领域
本发明属于太空垃圾处理技术领域，具体涉及一种太空垃圾清理系统及方法。
背景技术
太空垃圾又称空间碎片或轨道碎片，是宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体，包括运载火箭和航天器在发射过程中产生的碎片与报废的卫星，航天器表面材料的脱落，表面涂层老化掉下来的油漆斑块；航天器逸漏出的固体、液体材料；火箭和航天器爆炸、碰撞过程中产生的碎片。太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患，而且还污染了宇宙空间，给人类带来灾难。随着微小卫星技术的成熟，拥有一颗卫星的门槛越来越低，地球轨道上航天器数量持续快速增长，使太空垃圾带来的潜在风险进一步增大。
目前，人们已经提出多种清除太空垃圾的技术路线，比如机械臂捕捉、电磁系绳、激光烧蚀等清理方案，其中利用航天器将太空垃圾抓取后带离轨道的主动清除技术发展相对成熟。但由于太空碎片形状各异、自旋速度快，上述方法存在风险高、清除效率低、维护成本高、清理不彻底等弊端，亟待研究新型高效的太空垃圾清理方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统太空垃圾清理措施效率低、成本高等问题，提供一种太空垃圾清理系统及方法，该系统采用高速可自毁弹药对太空碎片进行动能攻击，将太空碎片小尺度化，并将碎片飞行轨道降低至大气层坠毁轨道，完成太空垃圾清理。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种太空垃圾清理系统，所述太空垃圾清理系统包括飞行控制系统以及与飞行控制系统机械连接的供电系统、火控雷达、发射机构及自毁弹体；
所述供电系统与飞行控制系统、飞行控制系统与发射机构、火控雷达与发射机构之间均为电连接和信号连接，
所述供电系统为飞行控制系统、火控雷达和发射机构供电，
所述飞行控制系统处理供电系统、火控雷达及发射机构之间的信号交互，并通过供电系统电流通断实现飞行姿态调整、火控雷达定向与发射机构运行。
一种利用上述的太空垃圾清理系统进行太空垃圾清理的方法，所述方法具体为：
步骤一：将球形储气罐、弹匣一、弹匣二装填完毕的太空垃圾清理系统发射至工作轨道，太阳能发电帆板展开后开始储能，开启预警雷达，搜寻目标，所述清理系统主动探测识别、捕获太空垃圾；
步骤二：启动主喷管，将清理系统移动至射程内；启动微调姿喷管一、微调姿喷管二、微调姿喷管三、微调姿喷管四、姿态感知计算机、激光瞄准雷达、弹道计算机，调整发射轨道方向，对准目标；
步骤三：启动发射机构的动力装置，从弹匣一或弹匣二中获取自毁弹体发射，利用高速喷出的自毁弹药向低轨道太空垃圾实施精准攻击；
步骤四：太空垃圾获得向地心方向的高速惯性，高速飞向低轨道。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)本发明采用动能弹药高速撞击的方式对太空碎片进行快速降轨处理，机构简单、反应快、精准度高；
(2)本发明采用自毁材料进行弹药制备，完成太空垃圾清理后自毁材料迅速分解为气体，不产生新太空垃圾，不产生二次污染；
(3)本发明实用范围广，对不同形状、尺寸、运动状态的太空垃圾均可进行清理，应用前景广泛、成本低廉。
附图说明
图1为整体结构图；
图2为飞行控制系统结构图；
图3为供电系统结构示意图；
图4为火控雷达结构示意图；
图5为发射机构结构示意图；
图6为自毁弹体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种太空垃圾清理系统，所述太空垃圾清理系统包括飞行控制系统1以及与飞行控制系统1机械连接的供电系统2、火控雷达3、发射机构4及自毁弹体5(各部分采用模块化独立设计)；
所述供电系统2与飞行控制系统1、飞行控制系统1与发射机构4、火控雷达3与发射机构4之间均为电连接和信号连接，
所述供电系统2为飞行控制系统1、火控雷达3和发射机构4供电，
所述飞行控制系统1处理供电系统2、火控雷达3及发射机构4之间的信号交互，并通过供电系统2电流通断实现飞行姿态调整、火控雷达3定向与发射机构4运行。
所述飞行控制系统1的两个相对侧面分别安装有供电系统2和发射机构4，所述发射机构4与飞行控制系统1相背的侧面安装有自毁弹体5，所述发射机构4上端安装有火控雷达3。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种太空垃圾清理系统，所述飞行控制系统1包括球形储气罐101、远程通讯机构103、姿态感知计算机104、外壳箱体106及五根喷管；所述五根喷管分别是微调姿喷管一112、微调姿喷管二122、微调姿喷管三132、微调姿喷管四142及主喷管105；
所述球形储气罐101设置在外壳箱体106内，所述球形储气罐101侧壁的上下端中部均设有螺纹孔一，所述微调姿喷管一112及微调姿喷管三132与球形储气罐101位于上下端中部的螺纹孔一螺纹密封连通，且微调姿喷管一112及微调姿喷管三132均穿出外壳箱体106；
所述球形储气罐101侧壁与外壳箱体106的一侧面对角相对应位置设有两个螺纹孔二，所述微调姿喷管二122与球形储气罐101位于对角上方的螺纹孔二螺纹密封连接，所述微调姿喷管四142与球形储气罐101位于对角下方的螺纹孔二螺纹密封连接，微调姿喷管二122及微调姿喷管四142均穿出外壳箱体106；
所述远程通讯机构103和姿态感知计算机104均安装在外壳箱体106侧面上，且远程通讯机构103与微调姿喷管四142位于同侧；
所述姿态感知计算机104与全部喷管电连接，控制全部喷管的开启或关闭；所述主喷管105安装在球形储气罐101上且与球形储气罐101相通，主喷管105位于远程通讯机构103的对面方向。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种太空垃圾清理系统，所述供电系统2包括两个太阳能发电帆板201和电源管理箱202；所述两个太阳能发电帆板201对称安装在电源管理箱202的对侧，所述太阳能发电帆板201与电源管理箱202为电连接和信号连接。
具体实施方式四：具体实施方式三所述的一种太空垃圾清理系统，所述火控雷达3包括弹道计算机301、预警雷达302、激光瞄准雷达303；所述预警雷达302和激光瞄准雷达303通过螺纹紧固方式并排连接在弹道计算机301表面，所述预警雷达302和激光瞄准雷达303与弹道计算机301均为电连接和信号连接，且均位于发射机构4所在发射方向。
具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种太空垃圾清理系统，所述发射机构4包括弹匣一401、动力装置402、弹匣二403、子弹填装自动门405、轨道404；所述弹匣一401、动力装置402与弹匣二403依次相贴形成三明治结构，所述弹匣一401和弹匣二403的侧面分别设有一个子弹填装自动门405；所述轨道404与动力装置402的侧面螺纹紧固方式连接，所述轨道404与动力装置402为电连接和信号连接。子弹填装自动门405为现有技术。
供电系统2中的电源管理箱202与飞行控制系统1中的外壳箱体106以螺纹紧固方式连接，所述发射机构4的动力装置402与飞行控制系统1中的外壳箱体106以螺纹紧固方式连接，所述发射机构4的动力装置402与火控雷达3的激光瞄准雷达303以螺纹紧固方式连接。
具体实施方式六：具体实施方式五所述的一种太空垃圾清理系统，所述动力装置402为火药发射机构、高压储气发射机构、电磁弹射机构、高压气体弹射机构、高速离心发射机构、弓弩发射机构中的一种。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种太空垃圾清理系统，所述自毁弹体5包括主体501、壳体502，所述壳体502包覆在主体501表面。自毁弹体5在发射后可分解为气体，不产生固体残留物。
具体实施方式八：具体实施方式七所述的一种太空垃圾清理系统，所述主体501的材料结构为易升华物质浇筑结构、易升华物质粘接复合结构中的一种或者复合；所述壳体502的材料为环氧树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、不饱和树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或者多种复合而成。
具体实施方式九：具体实施方式八所述的一种太空垃圾清理系统，所述易升华物质粘接复合结构指将易升华物质颗粒采用胶黏剂粘接成型的方式；所述易升华物质为水冰、硫、干冰、碘、萘中的一种或者多种复合而成。
具体实施方式十：一种利用具体实施方式五至九中任一项所述的太空垃圾清理系统进行太空垃圾清理的方法，所述方法具体为：
步骤一：将球形储气罐101、弹匣一401、弹匣二403装填完毕的太空垃圾清理系统发射至工作轨道，太阳能发电帆板201展开后开始储能，开启预警雷达302，搜寻目标，所述清理系统主动探测识别、捕获太空垃圾；
步骤二：启动主喷管105，将清理系统移动至射程内；启动微调姿喷管一112、微调姿喷管二122、微调姿喷管三132、微调姿喷管四142、姿态感知计算机104、激光瞄准雷达303、弹道计算机301，调整发射轨道404方向，对准目标；
步骤三：启动发射机构4的动力装置402，从弹匣一401或弹匣二403中获取自毁弹体5发射，利用高速喷出的自毁弹药向低轨道太空垃圾实施精准攻击；
步骤四：太空垃圾获得向地心方向的高速惯性，高速飞向低轨道。自毁弹药分解并升华为气体；太空垃圾进入大气层坠毁，完成攻击。
步骤五：驻轨期间，可通过货运飞船对太空垃圾清理系统进行重复补给。利用主喷管105进行反向气体补给，利用子弹填装自动门405进行弹药补给，实现长期驻轨工作。
步骤六：到达使用寿命后，调整姿态，启动主喷管105，沿地心方向推动太空垃圾清理系统至坠毁轨道，不留任何垃圾。
Claims (10)
1.一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述太空垃圾清理系统包括飞行控制系统(1)以及与飞行控制系统(1)机械连接的供电系统(2)、火控雷达(3)、发射机构(4)及自毁弹体(5)；
所述供电系统(2)与飞行控制系统(1)、飞行控制系统(1)与发射机构(4)、火控雷达(3)与发射机构(4)之间均为电连接和信号连接，
所述供电系统(2)为飞行控制系统(1)、火控雷达(3)和发射机构(4)供电，
所述飞行控制系统(1)处理供电系统(2)、火控雷达(3)及发射机构(4)之间的信号交互，并通过供电系统(2)电流通断实现飞行姿态调整、火控雷达(3)定向与发射机构(4)运行。
2.根据权利要求1所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述飞行控制系统(1)包括球形储气罐(101)、远程通讯机构(103)、姿态感知计算机(104)、外壳箱体(106)及五根喷管；所述五根喷管分别是微调姿喷管一(112)、微调姿喷管二(122)、微调姿喷管三(132)、微调姿喷管四(142)及主喷管(105)；
所述球形储气罐(101)设置在外壳箱体(106)内，所述球形储气罐(101)侧壁的上下端中部均设有孔一，所述微调姿喷管一(112)及微调姿喷管三(132)与球形储气罐(101)位于上下端中部的孔一密封连通，且微调姿喷管一(112)及微调姿喷管三(132)均穿出外壳箱体(106)；
所述球形储气罐(101)侧壁与外壳箱体(106)的一侧面对角相对应位置设有两个孔二，所述微调姿喷管二(122)与球形储气罐(101)位于对角上方的孔二密封连接，所述微调姿喷管四(142)与球形储气罐(101)位于对角下方的孔二密封连接，微调姿喷管二(122)及微调姿喷管四(142)均穿出外壳箱体(106)；
所述远程通讯机构(103)和姿态感知计算机(104)均安装在外壳箱体(106)侧面上；
所述姿态感知计算机(104)与全部喷管电连接，控制全部喷管的开启或关闭；所述主喷管(105)安装在球形储气罐(101)上且与球形储气罐(101)相通。
3.根据权利要求2所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述供电系统(2)包括两个太阳能发电帆板(201)和电源管理箱(202)；所述两个太阳能发电帆板(201)对称安装在电源管理箱(202)的对侧，所述太阳能发电帆板(201)与电源管理箱(202)为电连接和信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述火控雷达(3)包括弹道计算机(301)、预警雷达(302)、激光瞄准雷达(303)；所述预警雷达(302)和激光瞄准雷达(303)并排设置在弹道计算机(301)表面，所述预警雷达(302)和激光瞄准雷达(303)与弹道计算机(301)均为电连接和信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述发射机构(4)包括弹匣一(401)、动力装置(402)、弹匣二(403)、子弹填装自动门(405)、轨道(404)；所述弹匣一(401)、动力装置(402)与弹匣二(403)依次相贴形成三明治结构，所述弹匣一(401)和弹匣二(403)的侧面分别设有一个子弹填装自动门(405)；所述轨道(404)与动力装置(402)的侧面螺纹紧固方式连接，所述轨道(404)与动力装置(402)为电连接和信号连接。
6.根据权利要求5所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述动力装置(402)为火药发射机构、高压储气发射机构、电磁弹射机构、高压气体弹射机构、高速离心发射机构、弓弩发射机构中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述自毁弹体(5)包括主体(501)、壳体(502)，所述壳体(502)包覆在主体(501)表面。
8.根据权利要求7所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述主体(501)的材料结构为易升华物质浇筑结构、易升华物质粘接复合结构中的一种或者复合；所述壳体(502)的材料为环氧树脂、有机硅树脂、酚醛树脂、不饱和树脂、聚酰亚胺树脂中的一种或者多种复合而成。
9.根据权利要求8所述的一种太空垃圾清理系统，其特征在于：所述易升华物质粘接复合结构指将易升华物质颗粒采用胶黏剂粘接成型的方式；所述易升华物质为水冰、硫、干冰、碘、萘中的一种或者多种复合而成。
10.一种利用权利要求5～9中任一项所述的太空垃圾清理系统进行太空垃圾清理的方法，其特征在于：所述方法具体为：
步骤一：将球形储气罐(101)、弹匣一(401)、弹匣二(403)装填完毕的太空垃圾清理系统发射至工作轨道，太阳能发电帆板(201)展开后开始储能，开启预警雷达(302)，搜寻目标，所述清理系统主动探测识别、捕获太空垃圾；
步骤二：启动主喷管(105)，将清理系统移动至射程内；启动微调姿喷管一(112)、微调姿喷管二(122)、微调姿喷管三(132)、微调姿喷管四(142)、姿态感知计算机(104)、激光瞄准雷达(303)、弹道计算机(301)，调整发射轨道(404)方向，对准目标；
步骤三：启动发射机构(4)的动力装置(402)，从弹匣一(401)或弹匣二(403)中获取自毁弹体(5)发射，利用高速喷出的自毁弹药向低轨道太空垃圾实施精准攻击；
步骤四：太空垃圾获得向地心方向的高速惯性，高速飞向低轨道。
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| CN105966643A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-09-28 | 中国西安卫星测控中心 | 一种使用地基电磁发射器的空间碎片低成本清除方法 |
| CN106428653A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-22 | 西北工业大学 | 一种空间碎片特定轨道清除装置及其使用方法 |
| CN107263495A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-20 | 广东工业大学 | 一种太空垃圾清理智能机器人 |
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-
2022
- 2022-01-14 CN CN202210044883.0A patent/CN114394264A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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