[發明專利]一種模塊化太陽帆可組裝重構的天基碎片清除平臺和方法

有效

• 申請號: 201810997551.8
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109279050B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 成正愛;黃小琦;劉宇飛;王立;侯欣賓
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44;B64G1/66;B64G4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種模塊化太陽帆可組裝重構的天基碎片清除平臺，能夠改變針對單一尺度碎片清除任務的現狀，通過靈活的在軌重構，覆蓋高軌十厘米級以上的大尺度空間碎片和廢棄衛星、低軌失效立方星等小型衛星以及低軌大量的毫米級的微小空間碎片等多種清除任務。針對特定碎片清除任務，首先確定需要的帆體面積，通過面積確定單元模塊的數量，一定數量的單元模塊從平臺釋放后進行在軌對接重構，并在軌展開后執行相應任務。

技術領域

本發明涉及一種模塊化太陽帆可組裝重構的天基碎片清除平臺和方法，適用于低、高軌不同碎片尺寸的清除任務，屬于總體系統設計技術領域。

背景技術

隨著航天事業的蓬勃發展，人類的航天活動日益增多。近年來，空間碎片對空間活動的威脅已越來越突顯，空間碎片環境日益惡化。為此各航天大國都在加強對空間碎片的跟蹤監測和防護研究。研究人員發現現有碎片減緩措施在一定程度上能夠減緩空間碎片的增長趨勢，但不能改變空間碎片總量繼續增長的趨勢。空間碎片之間的相互碰撞成為未來碎片數量增長的主要因素，只有采取主動清除措施，清除影響比較大的碎片，才能從根本上阻止空間碎片的增長趨勢，進而改善空間碎片環境。

目前的空間碎片主動清除分為包括飛網抓捕技術、可附著離軌裝置、激光清除、碎片收集裝置等。一個完整的空間碎片清除過程包括發射、推進、精確跟蹤導航控制、軌道交會、穩定、捕獲以及降軌或拖入墳墓軌道等過程。上述清除技術關鍵技術難度較大，目前還處于理論研究和關鍵技術驗證階段，距離實用還有一定距離。雖然現有技術已經能滿足部分清除階段的要求，但航天器造價較高、能源需求較大，故最主要的問題是如何最大限度地降低成本。

越來越多碎片清除任務航天器方案采用無工質消耗的軌道保持、軌道機動以及離軌技術，以此來降低消耗降任務成本。通過利用空間環境降低軌道運行成本，基于持續性、重復性碎片捕獲技術，提高捕獲技術的壽命長度，可重復捕獲碎片效率。包括NASA提出的利用繩系系統的MXER項目、DAPPA提出的利用電力繩系自旋系統的EDDE項目，這兩個項目采用低工質消耗的軌道保持、機動及離軌技術，但在捕捉碎片是依然采用飛網類抓捕機構。在此類任務中，存在以下問題：(1)飛網類抓捕機構依然比較復雜。(2)任務較為單一，針對十厘米及以上的大型空間碎片進行捕獲。(3)繩系系統較大，相對空間碎片靈活性較差。除了繩系系統外還有大型薄膜系統包括日本在2001年提出的名為“Furoshiki”的新型空間繩網系統，用來構建未來輕質巨型結構。該繩網系統首先由人造衛星攜帶進入預定軌道，四個角衛星和靠拉力連接的巨大的繩網或薄膜來打撈軌道內的太空垃圾。以及近期剛剛由NASA自助研究的薄膜航天器，具備通過調整光壓來實現無工質消耗的在軌運行，通過整體控制包覆住目標空間碎片來對其進行清除等。在此類任務中，存在以下問題：(1)巨型繩網系統的在軌展開是非常困難的，極易產生大面積的纏繞和自鎖。(2)且巨大繩網和薄膜的控制姿態軌道控制全部由四個角衛星來完成，難度較高且需要大量燃料消耗支持。(3)同時，任務較為單一，只能夠攔截特定軌道相對速度較低的空間碎片。(4)對于相對速度較高的空間碎片，則容易對超薄的帆面造成損傷，輕則失去有效面積，重則造成薄膜撕裂后整個失效，可靠性較低。(5)系統軌道維持、軌道轉移的燃料消耗較大，成本較高，且長時間在軌執行多次碎片清除任務需要燃料加注等輔助操作。

故現在并沒有一個碎片清除平臺能夠解決不同軌道高度不同尺寸大小的空間碎片清除任務，并能夠高效率低成本的長時間在軌運行。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種模塊化太陽帆可組裝重構的天基碎片清除平臺和方法，提供低成本的面向多種任務模式的以米級太陽帆為基本單元的可組裝重構的薄膜結構空間碎片清除平臺方案。

本發明的技術解決方案是：一種模塊化太陽帆可組裝重構的天基碎片清除平臺，包括平臺信息處理模塊、平臺無線通信模塊和太陽帆單元模塊；

所述平臺信息處理模塊識別目標任務，將識別出的任務信息通過所述平臺無線通信模塊發送至所述太陽帆單元模塊；所述任務信息包括目標所需的太陽帆單元模塊的數量、組裝方式以及任務軌道位置；