[發明專利]一種轉纜系統編隊及其上行方法

在審

• 申請號: 201811511761.8
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN112193442A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 張明
• 申請（專利權）人: 珠海達理宇航科技有限公司
• 主分類號: B64G1/66
• 分類號: B64G1/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

太空中工作的轉纜系統面臨著宇宙飛船的角動量過大、轉纜系統減旋困難的問題。外移轉纜系統的工作過程很快，但是放出主繩非常長，占用空域過大，有觸地的可能性。本發明提供一種轉纜系統編隊，把兩個或以上的轉纜系統組合，能夠大大減少宇宙飛船上行過程中帶來的角動量，并且大幅降低了減旋的難度，同時大大減少了空域的占用。利用這種技術，編隊能夠高效、快速地實現上行過程。

技術領域

本發明涉及火箭發射、航空航天、衛星等領域，特別是涉及一種轉纜系統編隊，利用編隊幫助火箭發射，幫助航天器進入太空。

背景技術

多數衛星的公轉軌道是橢圓軌道。橢圓軌道最靠近地心的點是近地點，離地球最遠的點是遠地點，遠地點、近地點的連線經過地心。

差異率，是指一組數值的“最大值/最小值－1”的百分比，比如三個數字88、92、90的差異率是：92/88-1=4.546%。

轉纜系統包括外移轉纜系統、太空轉纜系統。轉纜系統的質心是在中心站附近。

一種外移轉纜系統，工作于太空當中，是由兩個配重、中心站、兩根多股繩、消能卷揚機組成，其中多股繩分別連接質心和配重，多股繩和配重圍繞質心轉動。消能卷揚機是內部帶有多盤式制動器的卷揚機，具有吸熱能力大、制動能力強的特點。消能卷揚機安裝在中心站處或其中一個配重處；消能卷揚機上卷繞著主繩，主繩由消能卷揚機收回或放出。主繩末端牽引著載荷或其他設備。外移轉纜系統7是專利201811406250X的內容。

一種快速變徑裝置，涉及卷揚機，卷揚機是由卷筒、電機組成，快速變徑裝置是由傳動裝置、電池和至少兩個卷揚機組成；電池與卷揚機之間、各個卷揚機之間通過傳動裝置進行傳遞動力和能量；各個卷揚機可以相互驅動，或者是卷揚機的電機產生電能儲存在電池內，或者是電池釋放電能驅動卷揚機；

傳動裝置是變流器，電池以及各個卷揚機的電機分別有電線連接變流器；卷揚機與卷揚機之間、卷揚機與電池之間，通過變流器實現電傳動，傳遞動力和能量。

一種太空轉纜系統，太空轉纜系統是由中心站、兩個配重、兩根多股繩組成，中心站在中間，兩個配重在兩邊圍繞質心轉動；同時太空轉纜系統圍繞地球公轉；中心站安裝有快速變徑裝置，快速變徑裝置的每個卷揚機的卷筒纏繞一根纜繩，纜繩用于連接配重、載荷；快速變徑裝置通過卷筒放出或者收回纜繩，控制配重、載荷的內移和外移；配重繩末端有滑輪分別扣著對應的多股繩。其中牽引載荷的纜繩稱為主繩。太空轉纜系統、快速變徑裝置是專利2018111758340的內容。

對接技術可以參見NASA的資料，或者是書本《航天器編隊飛行導論》 孟云鶴 著，第207頁“抓捕機構”的內容。該抓捕機構是一個大的輕質網狀籠，當航天器和網狀籠相遇時，網狀籠套住航天器，就完成了抓捕。設系統的公轉速度是7.5km/s，末端的網狀籠的自轉線速度是2km/s，則運載火箭只需要達到7.5-2=5.5km/s的速度，并在預定地點與末端的網狀籠相遇，就可以了。或者是末端安裝一個鉤子，勾住航天器即可。

載荷主要是宇宙飛船或者其他太空貨物。

上行：是指載荷從地球進入太空的過程。

r值是指主繩末端、載荷、減旋裝置或其他設備繞轉纜系統質心轉動的半徑，由于主繩要放出、收回，所以r值是變化的。R是指轉纜系統對接載荷的額定對接半徑，數值上通常是數十千米。

外移倍數：每個轉纜系統接上載荷后，主繩放出，轉動半徑增大。設對接時的轉動半徑是r，主繩放出到轉動半徑是x*r處，然后把載荷拋離，x就是外移倍數。在減旋任務里，減旋設備工作時的轉動半徑是R值的x倍，x也是外移倍數。

減旋是轉纜系統最困難的方面。載荷對接時，會給轉纜系統帶來1*10^11kg.m^2/s量級的角動量，是普通車輪的數千萬倍以上。轉纜系統的主繩、多股繩長達數十千米以上，很難消除角動量。轉纜系統的主繩越長，對接時帶來的角動量就越多。