[發(fā)明專利]一種使用地基電磁發(fā)射器的空間碎片低成本清除方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610339003.7
• 申請(qǐng)日: 2016-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105966643B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯重遠(yuǎn);李恒年;楊開(kāi)忠;楊元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心
• 主分類號(hào): B64G1/66
• 分類號(hào): B64G1/66
• 代理公司: 北京律譜知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11457
• 代理人: 黃云鐸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及航天控制技術(shù)領(lǐng)域，特指一種使用地基電磁發(fā)射器的空間碎片低成本清除方法，適用于解決空間碎片清除領(lǐng)域的降低成本問(wèn)題。

背景技術(shù)

地球附近日益增多的空間碎片，對(duì)人類太空繁榮發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其中，對(duì)航天器飛行安全造成威脅的碎片已超過(guò)50萬(wàn)，對(duì)這些碎片進(jìn)行清除已成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)，然而，高昂的清除成本使得各國(guó)并未開(kāi)展大規(guī)模的空間碎片清除活動(dòng)。可見(jiàn)，要徹底解決空間碎片問(wèn)題，就必須大幅降低清除空間碎片的成本。

傳統(tǒng)的空間碎片清除方法，包括拋射飛網(wǎng)、噴涂增阻劑等，都必須使用費(fèi)用高昂的化學(xué)火箭將碎片清除裝置運(yùn)輸?shù)教眨@是造成空間碎片清除成本非常高昂的根本原因。

電磁發(fā)射是一種利用電磁力給發(fā)射對(duì)象加速的發(fā)射運(yùn)載方式，它直接在地面上給發(fā)射對(duì)象以很大初速度。由于電磁發(fā)射裝置的電磁力密度遠(yuǎn)大于化學(xué)內(nèi)燃發(fā)射裝置燃燒室里的燃?xì)鈮毫γ芏龋裕姶虐l(fā)射的能量密度遠(yuǎn)大于化學(xué)能，這使得其發(fā)射運(yùn)載成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化學(xué)內(nèi)燃發(fā)射。目前，電磁發(fā)射有逐步代替化學(xué)發(fā)射的趨勢(shì)，例如，艦載機(jī)的電磁彈射正在代替蒸汽彈射，電磁炮也正在代替化學(xué)火炮。作為一種新型的發(fā)射方式，電磁發(fā)射具有成本低、可靠性高、控制精確的優(yōu)點(diǎn)。在成本方面，電磁發(fā)射所耗費(fèi)的電能成本與化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)及燃料的成本相比是微不足道的，并且可以重復(fù)使用。

目前，地基電磁發(fā)射裝置是電磁發(fā)射方式中技術(shù)最成熟的裝置，其典型代表是電磁軌道炮。1978年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境將3克彈丸加速到5.9km/s，1980年，西屋公司在實(shí)驗(yàn)室將300克彈丸加速到4km/s，真空發(fā)射則能達(dá)到8～10km/s，這些實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的裝置，已將技術(shù)成熟度推至3，此后，電磁炮的研究旨在在工程實(shí)際環(huán)境中使技術(shù)成熟。2014年1月，美國(guó)海軍研究室主管發(fā)布消息，美國(guó)海軍艦載型地基電磁炮已經(jīng)完成原理樣機(jī)研制，可以將20千克的彈丸加速到2.5km/s，約7馬赫，發(fā)射能量達(dá)到32兆焦，令化學(xué)內(nèi)燃發(fā)射方式(如火炮)難以企及。2016年，美國(guó)海軍啟動(dòng)了電磁炮的實(shí)船實(shí)裝、連續(xù)發(fā)射測(cè)試，即將正式列裝。美軍認(rèn)為，電磁炮不僅可以打擊遠(yuǎn)程目標(biāo)，還可以打擊彈道導(dǎo)彈和衛(wèi)星等大氣層外目標(biāo)，威力巨大。尤其是在反導(dǎo)反衛(wèi)方面，電磁炮與反導(dǎo)反衛(wèi)導(dǎo)彈相比，發(fā)射過(guò)程僅僅耗費(fèi)電能，而反導(dǎo)反衛(wèi)導(dǎo)彈在加速過(guò)程中必須使用一次性的化學(xué)燃燒推進(jìn)器(即火箭發(fā)動(dòng)機(jī))，因此，只要電能充足，電磁炮具有重復(fù)發(fā)射能力，與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其加速裝置不是一次性的。

使用地基電磁發(fā)射裝置來(lái)運(yùn)載空間碎片清除裝置，顯然可以大大降低空間碎片的清除成本。然而，地基電磁發(fā)射的技術(shù)限制決定了它依賴位于地面的發(fā)射裝置，而并不能直接用于空間碎片清除。本發(fā)明通過(guò)解決地基電磁發(fā)射和空間碎片清除這兩者的結(jié)合問(wèn)題，進(jìn)而提出了使用地基電磁發(fā)射的空間碎片清除方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有空間碎片清除技術(shù)存在的成本過(guò)高問(wèn)題，提供一種使用地基電磁發(fā)射器、具有低成本優(yōu)勢(shì)的空間碎片清除方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是一種使用地基電磁發(fā)射器的空間碎片低成本清除方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

1)采用電磁發(fā)射器發(fā)射帶有微粒團(tuán)的運(yùn)載器，運(yùn)載器形成高拋彈道，運(yùn)載器高拋彈道的頂點(diǎn)位于需清除的空間碎片軌道的附近區(qū)域；

2)在運(yùn)載器接近其高拋彈道頂點(diǎn)時(shí)，運(yùn)載器調(diào)姿，在運(yùn)載器位于其高拋彈道頂點(diǎn)時(shí)，運(yùn)載器將其所帶有的微粒團(tuán)彈出，使微粒團(tuán)均勻散布在需清除的空間碎片軌道上，形成微粒云團(tuán)；

3)需清除的空間碎片與散布在其軌道上的微粒云團(tuán)碰撞，損失動(dòng)能，逐步降低軌道，直至墜入大氣層銷毀。

更進(jìn)一步地，所述的運(yùn)載器的發(fā)射速度為2000-16000m/s，發(fā)射高度可覆蓋100-36000km的整個(gè)地球軌道。

更進(jìn)一步地，所述的運(yùn)載器為細(xì)長(zhǎng)圓錐體，運(yùn)載器外表面具有防熱層，防止其出入大氣層時(shí)燒毀。

更進(jìn)一步地，所述的運(yùn)載器高拋彈道的頂點(diǎn)與需清除的空間碎片軌道的距離為10-10000m。

更進(jìn)一步地，所述的微粒團(tuán)為在太陽(yáng)輻射下可逐步揮發(fā)解體的固體、液體、氣體、等離子體或多相混合體材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的方法利用了地基電磁發(fā)射這種新興運(yùn)載方式所具有的低成本、高可靠性、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，從而避免了使用化學(xué)火箭發(fā)射方式所帶來(lái)的成本高昂、可靠性低、難以重復(fù)使用的缺點(diǎn)，從而使碎片清除的成本可以大大降低。

空間碎片清除的成本，主要包含空間碎片清除裝置運(yùn)載到太空的成本，再加上裝置本身的成本。