CN116039973B - 一种分布式索勾结构及绳网捕获装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空间目标清理领域，具体涉及一种分布式索勾结构及绳网捕获装置。将分布式索勾装置安装在牵引绳上，位于牵引体附近，分布式索勾装置包括半球壳形端盖，第一筒，第二筒，第一倒刺和第二倒刺；第一筒和第二筒卡和设置，牵引绳依次穿过位于同一铅锤面上的端盖上的第一穿绳孔、第二穿绳孔、以及第二筒上的第三穿绳孔、第四穿绳孔；在受到惯性作用对空间目标进行缠绕包覆的牵引体此时具有较高的速度，分布于其附近的分布式索勾装置在被拉开时，内部的倒刺结构也可以获得较高的侵彻速度，从而对空间目标形成可靠附着，提高捕获可靠性和成功率。

Description

一种分布式索勾结构及绳网捕获装置

技术领域

本发明属于空间目标清理领域，具体涉及一种分布式索勾结构及绳网捕获装置。

背景技术

随着人类探索太空的步伐逐步加快，使得空间碎片的数量呈现爆炸式增长，这极大地威胁了在轨航天器的运行安全。因此，为了保证空间轨道资源的可利用性和可持续性，必须采取合理的手段清除空间碎片。

目前，空间碎片捕获的方法主要有机械臂捕获和空间绳网捕获。利用机械臂捕获结合空间交会技术来进行空间目标的捕获是当前空间捕获技术的主流。然而利用机械臂进行空间捕获仍然存在一些不足：1)接触高速运动的目标时机械臂存在一定的安全隐患；2)捕获非合作目标很困难；3)难以捕获带自旋角速度的空间目标。考虑到以上问题，空间绳网则可以完成一些机械臂难以完成的捕获任务，在空间捕获方面具有极大的应用潜力。

空间绳网捕获过程一般是在接近目标后，通过一定的发射方式，在空间展开一张由柔性细绳编制而成的绳网，形成特定构型覆盖包裹目标，并利用连接到绳网上的系绳完成对目标的回收或离轨销毁。利用空间绳网进行抓捕，具有抓捕距离远、容错性强、抓捕载荷体积小和载荷质量轻等优点。

尽管空间柔性捕获装置能够可靠应用于空间垃圾的清理，但还需要解决目标自旋以及绳网自碰撞、缠绕导致捕获可靠性降低等核心理论问题。相较于粘附性绳网为了提高绳网的包覆能力，需要在捕获目标前向其喷涂黏附性物质，复杂了工作流程且效费比不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式索勾结构及绳网捕获装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种分布式索勾结构，所述分布式索勾结构设置在牵引体和绳网之间的牵引绳上；包括半球壳形端盖，第一筒，第二筒，第一倒刺和第二倒刺；

所述半球壳形端盖顶部中心设有第一穿绳孔，半球壳形端盖一侧设有与第一穿绳孔位于同一铅锤面上的径向的第二穿绳孔；所述第一筒和第二筒均包括相配合的圆形板和弧形侧壁，第一筒圆形板上端和半球壳形端盖下部卡接，且第一筒上表面和半球壳形端盖内部形成用于存储部分牵引绳的存储腔，第一筒和第二筒内侧壁分别设有位于同一水平面且不同铅锤面的第一倒刺和第二倒刺；第二筒侧壁底部设有第三穿绳孔，第二筒圆形板中心设有第四穿绳孔，第一筒和第二筒卡合；牵引绳依次穿过位于同一铅锤面上的第一、二、三、四穿绳孔；牵引绳通过固定机构固定第一穿绳孔和第四穿绳孔之间的牵引绳的长度；牵引绳通过保险机构保证在非缠绕绑定阶段存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔逃逸，且在缠绕绑定阶段存储在存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔中得到伸展，使得第一筒和第二筒分离。

进一步的，第一筒的圆形板的上表面外周设有环形凸起，半球壳形端盖设有与圆形板上的环形凸起相配合的环形臂。

进一步的，第一筒的弧形侧壁设有卡爪，第二筒的圆形板的外周对称设有与卡爪相配合的配合面为楔形的凸起，通过卡爪和凸起的配合实现第一筒和第二筒的安装。

进一步的，第一筒和第二筒的弧形侧壁的端面为锯齿形，第一筒弧形侧壁的锯齿和第二筒弧形侧壁的锯齿相配合设置，且矩形用于对目标的侵彻附着。

进一步的，第一筒的弧形侧壁上设有与第二筒的圆形板上的第二凹槽相配合的第一凸起；第一筒的圆形板上设有与第二筒的弧形侧壁上的第二凸起相配合的第一凹槽。

进一步的，“牵引绳通过固定机构固定第一穿绳孔和第四穿绳孔之间的牵引绳的长度”中的固定机构具体为牵引绳在半球壳形端盖第一穿绳孔内壁，以及第二筒的圆形板的第四穿绳孔的内壁对应的位置处打绳结，绳结的大小设置的标准为：在第一筒和第二筒分离时，保证牵引绳不在第一穿绳孔和第四穿绳孔中逃逸。

进一步的，保险机构具体为在半球壳形端盖第二穿绳孔的内壁设置绳结，绳结大小设置的标准为：保证在非缠绕绑定阶段存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔逃逸，且在缠绕绑定阶段存储在存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔中得到伸展，使得第一筒和第二筒分离。

一种绳网捕获装置，包括与牵引体数量相匹配的上述的分布式索勾结构，还包括绳网和牵引体；所述分布式索勾结构设置的牵引体和绳网相连接的牵引绳上。

进一步的，还包括网包，网包由内向外分为第一网包和第二网包；

根据牵引体的个数，将第一网包平均分为多个牵引绳包，每一个牵引绳包用于收纳牵引绳以及安装在牵引绳上的分布式索勾装置；

根据牵引绳长度，将每一个牵引绳包分为三层，在第一层的两侧设有第一分布式索勾装置仓和第二分布式索勾装置仓，用来竖直放置分布式索勾装置；装置之间的牵引绳段以及其余牵引绳则在第一牵引绳包的三层内由内向外、由左向右呈“S”形均布。

进一步的，第二网包自内向外均匀分布若干同心圆隔离件，隔离件材质与网包材质相同；绳网中心网目最大，中心套在第二网包的内壁，之后按照“U”形由内向外、由下向上依次折叠，第二网包内的同心圆隔离件将折叠好的每一层绳网隔离，防止绳网相互缠绕。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1.本发明采用的分布式索勾装置安装在牵引体附近，因此在缠绕绑定空间目标时具有一定的侵彻速度，能够对其附着一定的深度，最终与绳网的包覆作用相结合，从而防止目标逃逸，成功将空间目标回收或拖曳离轨销毁。

2.分布式索勾装置在拉开后内部的倒刺结构及其外部的锯齿结构都会对空间目标造成一定的侵彻附着效果，提过了捕获可靠性和成功率。

3.相较于粘附性绳网为了提高绳网的包覆能力，需要在捕获目标前向其喷涂黏附性物质，本发明的分布式索勾装置更加灵活方便，只需按照需求将其安装在牵引绳上，便可以实现提高传统绳网覆盖包裹空间目标的能力。

附图说明

图1为分布式索勾结构整体剖视图。

图2为分布式索勾结构的穿绳孔分布示意图。

图3为倒刺结构分布示意图。

图4为第一筒三维示意图。

图5为第二筒三维示意图。

图6为网包收纳示意图。

图7为绳网折叠方式示意图。

附图标记说明：

1-第一筒，2-端盖，3-第一倒刺，4-第二倒刺，5-第二筒，6-第一穿绳孔，7-第二穿绳孔，8-第三穿绳孔，9-第四穿绳孔，10-第一凸台，11-卡爪，12-第一凹槽，13-锯齿，14-第二凸台，15-第二凹槽，16-第一网包，17-第二网包，18-第一牵引绳包，19-第一分布式索勾装置仓，20-第二分布式索勾装置仓，21-绳网，22-同心圆隔离件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明所述的一种分布式索勾装置主要由端盖2、第一筒1、第二筒5、第一倒刺3和第二倒刺4组成。端盖2和第一筒1通过螺纹连接，其上方正中心开有第一穿绳孔6，侧方和第一穿绳孔6位于同一铅锤面沿径向开有第二穿绳孔7。端盖2的上表面为半球形，因此内部形成了一个较大的腔室，用以储存一定长度的牵引绳。在过第二筒5轴心的铅锤面的下方开有第三穿绳孔8，在其底面正中心则开有第四穿绳孔9。

在第一筒1上设有第一凸台10和第一凹槽12，在第二筒5上设有第二凸台14和第二凹槽15。第一凸台10和第二凸台14，第一凹槽12和第二凹槽15外形尺寸完全相同。在安装时，第一凸台10和第二凹槽15相配合，第一凹槽12和第二凸台14相配合，以保证装置的径向限位。同时还在第一筒1上设有卡爪11，以保证装置的轴向限位。

第一倒刺3固定在第一筒1上，第二倒刺4固定在第二筒5上，并且位于同一水平面，在铅锤面上则错开一定的距离，防止在安装时发生干涉。第一筒1和第二筒5上还设有外形尺寸相同的锯齿13，起到和第一倒刺3与第二倒刺4一样的作用，增强对空间目标的侵彻附着作用，提高捕获可靠性。

网包由两个部分构成，由内向外可分为第一网包16和第二网包17。根据牵引绳所连的飞矛个数，将第一网包平均分为8份，依次为第一牵引绳包18、第二牵引绳包、第三牵引绳包、第四牵引绳包、第五牵引绳包、第六牵引绳包、第七牵引绳包和第八牵引绳包。每一个牵引绳包都负责收纳牵引绳以及安装在牵引绳上的分布式索勾装置。以第一牵引绳包18为例，根据牵引绳长度，将其分为三层，在第一层的两侧设有第一分布式索勾装置仓19和第二分布式索勾装置仓20，用来竖直放置分布式索勾装置。装置之间的牵引绳段以及其余牵引绳则在第一牵引绳包18的三层内由内向外、由左向右呈“S”形零散均布。第二网包17自内向外均匀分布若干同心圆隔离件22，隔离件22材质与网包材质相同。绳网21中心网目最大，可直接套在第二网包17的内壁，之后按照“U”形由内向外、由下向上依次折叠，第二网包17内的同心圆隔离件22可以将折叠好的每一层绳网隔离，防止绳网相互缠绕。

本发明的工作原理和具体实施过程为：

在牵引绳上安装该分布式索勾装置时，牵引绳需要依次从第一穿绳孔6、第二穿绳孔7、第三传穿绳孔8和第四穿绳孔9穿过，并在端盖2内的腔室中储存一定长度的牵引绳，用以保证第一筒1和第二筒5在受力被拉开后，能分开一定的距离，使得其内部的第一倒刺3、第二倒刺4和自身的锯齿13都能最大程度接触到目标表面，对其造成侵彻附着效果。因此，在安装时需要在位于分布式索勾装置内部的第一穿绳孔6和第四穿绳孔9处打两个较大的绳结，确保第一筒1和第二筒5受到拉力能分开；在第二穿绳孔7靠近端盖2腔室内侧的位置打一个较小的绳结，确保在牵引体飞行时，端盖2腔室内的牵引绳不会逃逸，在牵引体缠绕绑定空间目标且第一筒1和第二筒5分开后牵引绳能顺利从第二穿绳孔7中得到伸展，使得第一筒1和第二筒5分开的距离增大，充分暴露内部的第一倒刺3和第二倒刺4，最终与绳网的包覆能力相结合进而成功捕获空间目标。

将分布式索勾装置安装在牵引绳上，位于牵引体附近，这是因为在受到惯性作用对空间目标进行缠绕包覆的牵引体此时具有较高的速度，分布于其附近的分布式索勾装置在被拉开时，内部的倒刺结构也可以获得较高的侵彻速度，从而对空间目标形成可靠附着，提高捕获可靠性和成功率。

在收纳时，则需要对网包进行分隔处理，内层放置牵引绳和分布式索勾装置，外层放置绳网。内层的分布式索勾装置为了防止和牵引绳发生缠绕干涉，还需要为其设置单独的放置隔层，实现牵引体在飞行时牵引绳能顺利抽出、分布式索勾装置能成功拉开以及绳网能完成对空间目标的包覆。

Claims (4)

1.一种分布式索勾结构，其特征在于，所述分布式索勾结构设置在牵引体和绳网之间的牵引绳上；包括半球壳形端盖(2)，第一筒(1)，第二筒(5)，第一倒刺(3)和第二倒刺(4)；

所述半球壳形端盖(2)顶部中心设有第一穿绳孔(6)，半球壳形端盖(2)一侧设有与第一穿绳孔(6)位于同一铅锤面上的径向的第二穿绳孔(7)；所述第一筒(1)和第二筒(5)均包括相配合的圆形板和弧形侧壁，第一筒(1)圆形板上端和半球壳形端盖(2)下部卡接，且第一筒(1)上表面和半球壳形端盖(2)内部形成用于存储部分牵引绳的存储腔，第一筒(1)和第二筒(5)内侧壁分别设有位于同一水平面且不同铅锤面的第一倒刺(3)和第二倒刺(4)；第二筒(5)侧壁底部设有第三穿绳孔(8)，第二筒(5)圆形板中心设有第四穿绳孔(9)，第一筒(1)和第二筒(5)卡合；牵引绳依次穿过位于同一铅锤面上的第一、二、三、四穿绳孔；牵引绳通过固定机构固定第一穿绳孔和第四穿绳孔之间的牵引绳的长度；牵引绳通过保险机构保证在非缠绕绑定阶段存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔逃逸，且在缠绕绑定阶段存储在存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔(7)中得到伸展，使得第一筒(1)和第二筒(5)分离；

第一筒(1)的圆形板的上表面外周设有环形凸起，半球壳形端盖(2)设有与圆形板上的环形凸起相配合的环形臂；

第一筒(1)的弧形侧壁设有卡爪(11)，第二筒(5)的圆形板的外周对称设有与卡爪(11)相配合的配合面为楔形的凸起，通过卡爪和凸起的配合实现第一筒和第二筒的安装；

第一筒和第二筒的弧形侧壁的端面为锯齿形，第一筒弧形侧壁的锯齿和第二筒弧形侧壁的锯齿相配合设置，且矩形用于对目标的侵彻附着；

第一筒的弧形侧壁上设有与第二筒的圆形板上的第二凹槽(15)相配合的第一凸起(10)；第一筒的圆形板上设有与第二筒的弧形侧壁上的第二凸起(14)相配合的第一凹槽(12)；

所述固定机构具体为牵引绳在半球壳形端盖(2)第一穿绳孔内壁，以及第二筒的圆形板的第四穿绳孔的内壁对应的位置处打绳结，绳结的大小设置的标准为：在第一筒和第二筒分离时，保证牵引绳不在第一穿绳孔和第四穿绳孔中逃逸。

2.根据权利要求1所述的分布式索勾结构，其特征在于，保险机构具体为在半球壳形端盖(2)第二穿绳孔的内壁设置绳结，绳结大小设置的标准为：保证在非缠绕绑定阶段存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔逃逸，且在缠绕绑定阶段存储在存储腔内的牵引绳从第二穿绳孔(7)中得到伸展，使得第一筒(1)和第二筒(5)分离。

3.一种绳网捕获装置，其特征在于，包括与牵引体数量相匹配的权利要求1-2任一项所述的分布式索勾结构，还包括绳网和牵引体；所述分布式索勾结构设置的牵引体和绳网相连接的牵引绳上；

还包括网包，网包由内向外分为第一网包(16)和第二网包(17)；

根据牵引体的个数，将第一网包平均分为多个牵引绳包，每一个牵引绳包用于收纳牵引绳以及安装在牵引绳上的分布式索勾装置；

根据牵引绳长度，将每一个牵引绳包分为三层，在第一层的两侧设有第一分布式索勾装置仓(19)和第二分布式索勾装置仓(20)，用来竖直放置分布式索勾装置；装置之间的牵引绳段以及其余牵引绳则在第一牵引绳包(18)的三层内由内向外、由左向右呈“S”形均布。

4.根据权利要求3所述的绳网捕获装置，其特征在于，第二网包(17)自内向外均匀分布若干同心圆隔离件(22)，隔离件(22)材质与网包材质相同；绳网(21)中心网目最大，中心套在第二网包(17)的内壁，之后按照“U”形由内向外、由下向上依次折叠，第二网包(17)内的同心圆隔离件(22)将折叠好的每一层绳网隔离，防止绳网相互缠绕。