[發明專利]一種用于廢棄航天器捕獲的飛網彈射捕獲裝置

無效

• 申請號: 201210547962.X
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102991731A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 翟光;張景瑞;張堯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于廢棄航天器捕獲的飛網彈射捕獲裝置，特別涉及用于廢棄航天器在軌捕獲與軌道重置的飛網彈射捕獲裝置，屬于空間機構設計領域。

技術背景

近年來，隨著在軌廢棄航天器相互撞擊事件的不斷發生，空間碎片問題越來越受到各國的重視?？臻g碎片是指宇宙空間當中除了正常工作的航天器以外的滯留與空間的人造物體?？臻g碎片處于不可控的高速飛行狀態，對正常工作的航天器構成致命的威脅。

空間碎片產生模式分析表明，廢棄航天器(包括使用壽命耗盡以及故障航天器、火箭末級等)在空間碎片總數當中所占的比例雖小，但卻是空間碎片增長的關鍵源頭。為了有效降低廢棄航天器對空間碎片數量增長的推動作用，從源頭上抑制空間碎片數量的增長，各國航天機構主要采取了以下措施：a、航天器的鈍化。即運載火箭和衛星在任務結束時排凈剩余的燃料，避免發生燃料儲筒爆炸。b、航天器自主離軌。自主離軌會增加航天器的燃料消耗。c、航天器軌道重置。航天器在壽命末期采取軌道機動策略，使自身軌道降低到一定高度，使其在較短時間內自然隕落。但軌道機動措施會使衛星機動能力和燃料方面付出過高的代價，事實上難以實施。為減少廢棄航天器在軌滯留的數量，有效抑制空間環境的惡化趨勢，就必須尋求和發展一種廢棄航天器主動清理技術，而空間機器人系統則因其具備的目標抓捕功能受到了高度的關注。

空間機器人是指一類具備在軌自主操作功能的航天器的總稱，一般由飛行平臺和在軌操作執行機構組成，世界各國已經發射升空和在研的空間機器人系統在軌操作執行機構以空間機械臂為主，空間機械臂的末端裝有具備目標抓捕功能的空間機械手，依靠自由飛行基座空間機器人系統能夠完成對在軌目標的近距離交會與?？勘３?，進而依靠空間機械臂及其末端空間機械手實現對在軌目標的抓捕。然而，若將空間機械手應用于廢棄航天器的在軌捕獲與清理任務，則存在著極高的難度風險。這是因為廢棄航天器為非合作目標，無法與空間機器人系統進行通信協同，且其結構特征呈多樣性，找到適于空間機械手抓捕的通用機械接口十分困難，此外廢棄航天器一般處于姿態失控的翻滾狀態，相對姿態的運動使空間機械手無法實現對廢棄航天器特定部位的抓捕。

上述分析表明，以空間機械臂為抓捕執行機構的空間機器人系統難以適應廢棄航天器在軌抓捕任務的要求，因此必須設計新型抓捕執行機構替代空間機械臂。為了降低廢棄航天器抓捕操作的技術難度和任務風險，新型抓捕執行機構應該具備抓捕距離遠、誤差冗余能力強，無需特定的抓捕機械接口等特點。

為了清理地球靜止軌道的失效衛星，德國EADS在“Roger”項目當中提出了一種彈簧式飛網彈射捕獲裝置的構想方案。該裝置可以分為飛網和飛網彈射裝置兩部分，其中飛網主要由本體和四個質量塊組成(兩個質量塊為纏繞電機)，彈射裝置主要由飛網儲筒，本體結構和儲能彈簧組成。飛網在彈射前以壓緊狀態存儲在飛網儲筒內，彈簧壓緊并儲備一定的彈性勢能，飛網彈射時彈簧將其勢能轉換為質量塊的動能，使質量塊以一定的速度彈出并將飛網帶出展開。當飛網包絡目標后，纏繞電機啟動并開始纏繞網口繩以收緊網口，最終完成目標的捕獲?！癛oger”的飛網彈射裝置優點在于實現了飛網和彈射裝置同軸式設計，結構緊湊，便于系統的整體布局。但上述方案仍然存在以下明顯缺陷：1)上述方案并沒有給出如何判斷飛網已經完全包絡目標。2)纏繞電機收口速度慢，容易造成目標脫靶。3)在空間微重力的條件下，電機的轉動會造成自身的翻滾，從而造成飛網的纏繞。4)彈簧壓緊釋放裝置的設計較為復雜，且任何一個發生故障都會導致捕獲失敗，因此可靠性較低。

發明內容

本發明為進一步提高廢棄航天器捕獲裝置的可靠性及安全性，提出一種用于廢棄航天器在軌捕獲的飛網彈射捕獲裝置。

所述飛網彈射捕獲裝置，包括飛網、飛網彈射裝置和繩索釋放與控制機構。

1)所述飛網采用多面體設計，網口為一多邊形，飛網的尺寸大小根據待捕獲輪廓尺寸進行調整。飛網的組成包括飛網本體、多個單向通卡(四個以上)、多個連接起爆器、多條緊口繩和多個質量塊；其中，連接起爆器、緊口繩和質量塊的數量相同；飛網本體采用高強度，高韌性纖維材料編織而成；多個緊口繩相互獨立，分別通過單向通卡與飛網本體的網口連接，緊口繩與網口的連接點安裝一個連接起爆器，另一端安裝一個質量塊，單向通卡固定安裝在網口上，每邊數量相同且均勻分布。

單向通卡保證緊口繩收緊行程的單向性，且網口收緊后不再松開；具體組成包括緊口繩導向管、多個限位卡釘和多個限位彈簧；緊口繩導向管中空部分為緊口繩通孔，外壁上設有網口繩通孔，每個限位卡釘分別和一個限位彈簧連接，安裝在導向管一端。