[發明專利]一種預旋電纜裝置和減旋方法

在審

• 申請號: 201910077077.1
• 申請日: 2019-01-27
• 公開（公告）號: CN111483616A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 珠海達理宇航科技有限公司
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B66D1/74;B66D1/26
• 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、系統減旋困難的問題。本發明提供一種預旋電纜裝置的轉纜系統，它利用預旋電纜裝置帶走角動量，從而消除航天器上行過程中給系統帶來的角動量。預旋電纜裝置經過數個公轉周期后，再次與系統相遇，被系統對接上，重復利用。預旋電纜裝置脫離變徑繩末端時，已經有自轉速度，無需增旋，減少了步驟。利用這種辦法，系統的減旋過程非常簡單，容易實現。

技術領域

本發明是太空領域，涉及卷揚機、制動器、轉纜系統、運載火箭，尤其涉及一種預旋電纜裝置及其在轉纜系統上的減旋方法，利用預旋電纜裝置實現轉纜系統的減旋，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。

卷揚機是由電機、卷筒組成，卷揚機卷繞著纜繩，能夠提供拉力。

卷存筒是由電機、卷筒組成，外觀根卷揚機差不多，但是這種卷筒的壁很薄，只能夠起到卷繞、存放的作用，不能夠提供牽引拉力。

轉纜系統是由中心站、兩個配重、多股繩、變徑繩等組成，繞地球公轉，公轉速度是7.9km/s左右，總質量可達100噸以上。轉纜系統一邊公轉一邊自轉，中心站位于系統的質心附近，兩個配重在中心站的兩側、圍繞質心轉動。變徑繩等也圍繞質心轉動，變徑繩末端用于牽引設備、衛星等。變徑繩的其中一根稱為主繩，主繩用于對接衛星等載荷，主繩一般是長度最大、末端線速度最高的變徑繩。運載火箭帶著一個1噸重的衛星到太空，并加速到一定的公轉速度，如5km/s，然后主繩的末端對接上衛星。

然后轉纜系統的變徑繩牽引衛星內移或外移，改變衛星的線速度、轉動半徑。當衛星內移時，兩個配重外移，使得角速度不變，由v=w*r可知，線速度降低。當衛星外移時，兩個配重也外移，由角動量守恒定律L=m*r*v可知，線速度降低。由角動量計算公式L=m*r*v可知，改變r值、線速度v，可以改變衛星的角動量。

除此之外，通過轉纜系統的變徑繩牽引配重或衛星內移、外移，可以增加或減少衛星的線速度、角動量、r值。轉纜系統是專利2018111758340、201811406250X所述的內容。

對接技術是書本《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，當衛星和網狀籠相遇時，網狀籠套住衛星，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，并在預定地點與主繩末端的網狀籠相遇，就可以了?；蛘呤悄┒税惭b一個鉤子，勾住衛星即可。利用這種技術，轉纜系統可以接上衛星等。

載荷主要是衛星、宇宙飛船或者其他太空貨物。

r值是指變徑繩末端、載荷、重錘或其他設備繞轉纜系統質心轉動的半徑。R是指轉纜系統對接載荷或其他設備的額定對接半徑，數值上通常是數十千米。

上點是指部件在繞轉纜系統質心的自轉過程中的最高的點，也就是部件自轉軌跡的質心正上方的點。下點是指部件在繞轉纜系統質心的自轉過程中最低的點，也就是部件自轉軌跡的質心正下方的點。

上行：是指載荷從地球進入太空的過程。

減旋，也就是減少自轉角動量，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。轉纜系統的纜繩、多股繩長達數十千米以上，又無支點提供扭矩，很難消除角動量。

max是指一組數的最大值。

關于產生安培力的過程，超導電纜、利用電纜減旋的辦法，在專利2018111244421有介紹。利用電纜增減公轉速度的辦法在專利2018113700664有說明。

發明內容