[發明專利]一種以空間固體物質為工質的太空推進裝置及其方法

在審

• 申請號: 201510959693.1
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105620793A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 李國華;李鑫郡;寧雷鳴;趙彧;黃根勇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40;B64G4/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及航空宇航推進技術領域，具體是一種以空間固體物質為工質的太空推進裝置及其方法。

背景技術

2007年10月24日18時05分(UTC+8時)左右，中國首顆深空探測衛星嫦娥一號衛星于在西昌衛星發射中心升空。在經過494天的飛行之后，嫦娥一號衛星于2009年3月1日下午15時36分開始減速,經過37分鐘的減速，衛星以撞擊月球的方式成功落在月球的豐富海區域，結束了它的工作使命。

2006年1月19日，美國國家航空航天局從佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發射升空冥王星探測器新---地平線號，其主要任務是探測冥王星及其最大的衛星卡戎和探測位于柯伊柏帶的小行星群?？疾熠ね跣侨蝿战Y束后，“新地平線”會繼續向離地球更遠的宇宙空飛，在2017至2020年抵達一個由彗星和其他宇宙碎片構成的中間環帶——柯伊柏帶，探測至少兩個直徑為40至90千米的柯伊伯帶天體，這一階段最多可能會持續5至10年。

上述兩個探測器均以深空探測為目的，使用化學火箭發動機作為推進方式。這種推進方式的效果是需要攜帶大量燃料進入近地軌道，對實際應用帶來兩個問題：

1.入軌重量巨大，對火箭運載能力要求很高；現有火箭的運載能力也限制了航天器任務載荷的重量。

2.需要在任務開始之前精確計算出所需燃料，任務完成后燃料基本耗盡，失去進一步機動的能力，難以接受其他任務。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種以空間固體物質為工質的太空推進裝置及其方法，在進入近地軌道時不必攜帶大量燃料，而是在太空中獲得工質，具備任意機動、遂行多種任務的能力。

本發明提供的推進裝置包括捕獲系統、存儲加工系統、彈射系統和電力系統，所述的捕獲系統包括支撐臂和柔性機械臂，柔性機械臂的固定端與支撐臂連接，活動端設有機械爪，機械爪將捕獲的物質送向存儲加工系統；所述的彈射系統為電磁加速軌道系統，包括貫通式長軌道，軌道內兩側沿軌道分別分布有一對長條同軸線圈，每對線圈中間穿入有一塊金屬板，兩塊金屬板中間連接有碗裝發射體，發射體的發射材料為存儲加工系統中加工的工質塊。

進一步改進，推進裝置還包括熱控系統，所述熱控系統一面朝陽，朝陽面上敷設電力系統，背陽面上設有輻射板，輻射板上排布有若干熱管，熱管延伸到線圈和受熱面之間。

進一步改進，所述的電力系統為薄膜太陽能電池。

本發明還提供了一種以空間固體物質為工質的太空推進方法，包括以下步驟：

1）捕獲系統的柔性機械臂定位并捕獲一顆太空中的金屬碎塊或者巖石碎塊，輸送向存儲加工系統；

2）存儲加工系統將其加工成大小形狀合適的小塊工質塊，輸送向彈射系統；

3）彈射系統將加工好的小塊工質塊加速拋出，從而獲得推力。

本發明有益效果在于：

1、本發明可以不斷地獲得新的工質，從而具備了機動性和使用靈活性。

2、可以銷毀太空垃圾。在利用太空垃圾作為工質的時候，垃圾本身被減速，從而墜落回地球燒毀。

3、新發射的火箭可以不必進行鈍化處理，從而節省運力。入軌的第二級或者第三級火箭可以被本發明捕獲，作為工質使用。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為彈射系統結構示意圖。

圖3為本發明提供的推進裝置從低軌道爬升至同步軌道高度軌跡圖。

圖4為本發明提供的推進裝置從低軌道爬升至同步軌道過程總質量隨時間變化圖。

圖5為本發明提供的推進裝置從低軌道爬升至同步軌道過程高度隨時間變化圖。

圖6為本發明提供的推進裝置從低軌道爬升至同步軌道過程速度隨時間變化圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明結構如圖1所示，包括捕獲系統、存儲加工系統5、彈射系統4和電力系統3。系統具體結構如下：

1、捕獲系統：