[發(fā)明專利]碎片移除-小行星防御兩用天基激光系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010418782.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111547271B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔自正;陳川;楊武霖;李明
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/22;B64G4/00
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 郭棟梁

本發(fā)明公開一種碎片移除?小行星防御兩用天基激光系統(tǒng)，主要由多個具有相同參數(shù)的天基激光驅(qū)動平臺組成，每個天基激光驅(qū)動平臺包括衛(wèi)星平臺、激光器、探測跟瞄發(fā)射系統(tǒng)、陣列連接裝置和控制系統(tǒng)，其中陣列連接裝置負(fù)責(zé)在組成激光驅(qū)動陣列時與相鄰衛(wèi)星平臺陣列連接裝置連接，并對接控制線路，控制系統(tǒng)通過總線與各分系統(tǒng)相連接，以控制其工作狀況，探測跟瞄發(fā)射系統(tǒng)探測發(fā)現(xiàn)空間碎片和小行星，對其進行穩(wěn)定跟瞄，并將激光器發(fā)射的激光匯聚到目標(biāo)上。本發(fā)明通過沖量耦合效應(yīng)產(chǎn)生沖量改變其軌道；無威脅時分散部署于LEO軌道各自獨立進行空間碎片主動移除工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種天基激光通過燒蝕驅(qū)動移除空間碎片和防御小行星的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

空間碎片是指人類空間活動所產(chǎn)生的太空垃圾。目前地球周圍的空間碎片總量已經(jīng)接近7000t，其中有43％主要分布在400-2000km的低地軌道上。它們嚴(yán)重威脅著航天器的安全，減緩空間碎片已勢在必行，如何清除空間碎片成為航天領(lǐng)域關(guān)注的熱點和前沿問題。

小行星撞擊地球事件在歷史上頻發(fā)，多次導(dǎo)致地球環(huán)境災(zāi)變和生物滅絕，是可能毀滅人類的重大潛在威脅。防御小行星撞擊地球已經(jīng)成為國際社會普遍關(guān)注的熱點問題和全球航天界面臨的巨大挑戰(zhàn)。

激光燒蝕驅(qū)動技術(shù)在小行星防御方面有很廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)美國專家Phipps等人的研究成果，當(dāng)高強度脈沖激光照射在目標(biāo)表面時，會使表面材料融化氣化，產(chǎn)生等離子體反噴射流射流，從而給目標(biāo)提供速度增量。基于該原理美國Lubin教授等提出了一套基于高能量脈沖激光、可同時用于近地小行星防御的DE-STAR系統(tǒng)和DE-STARLITE系統(tǒng)。該系統(tǒng)部署于地日拉格朗日點或月球軌道，由多個脈沖激光器組成的激光器陣列、跟瞄發(fā)射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。由于小行星質(zhì)量巨大，激光燒蝕驅(qū)動需要長期作用才能產(chǎn)生足夠偏轉(zhuǎn)其軌道的速度改變量。該系統(tǒng)由于研制周期長，生產(chǎn)成本高存在如下問題：當(dāng)發(fā)現(xiàn)為有威脅目標(biāo)才開始準(zhǔn)備防御，需要花費大量時間在平臺的生產(chǎn)、發(fā)射和飛向目標(biāo)上，容易錯失防御機會，而提前在軌道上準(zhǔn)備防御平臺，又會因為長時間閑置浪費其設(shè)計壽命。

根據(jù)美國NASA、歐洲ESA、日本JAXA和國內(nèi)北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所的研究成功，激光燒蝕驅(qū)動技術(shù)還可應(yīng)用于空間碎片主動移除，其所需激光能量比小行星防御低，部署于近地LEO軌道，系統(tǒng)組成包括衛(wèi)星平臺、激光器、探測跟瞄發(fā)射系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題包括：如何解決小行星防御平臺快速反應(yīng)和長時間在軌待命浪費設(shè)備壽命的矛盾。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種碎片移除-小行星防御兩用天基激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)同通過可組合分離式的激光燒蝕驅(qū)動平臺，可實現(xiàn)平時分散部署，每個平臺獨立進行激光驅(qū)動移除空間碎片任務(wù)，有威脅時組合成陣列進行小行星防御任務(wù)，從而兼顧小行星防御的快速反應(yīng)和長期在軌待命時間的有效利用。

本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

碎片移除-小行星防御兩用天基激光系統(tǒng)，主要由多個具有相同參數(shù)的天基激光驅(qū)動平臺組成，每個天基激光驅(qū)動平臺包括衛(wèi)星平臺、激光器、探測跟瞄發(fā)射系統(tǒng)、陣列連接裝置和控制系統(tǒng)，其中衛(wèi)星平臺包括太陽能電池板、熱控系統(tǒng)和姿軌控系統(tǒng)，太陽能電池板負(fù)責(zé)給各部件提供電能，熱控系統(tǒng)負(fù)責(zé)散發(fā)激光器工作產(chǎn)生的熱量，姿軌控系統(tǒng)負(fù)責(zé)維持衛(wèi)星平臺軌道和姿態(tài)穩(wěn)定；陣列連接裝置負(fù)責(zé)在組成激光驅(qū)動陣列時與相鄰衛(wèi)星平臺陣列連接裝置連接，并對接控制線路，控制系統(tǒng)通過總線與各分系統(tǒng)相連接，以控制其工作狀況，探測跟瞄發(fā)射系統(tǒng)探測發(fā)現(xiàn)空間碎片和小行星，對其進行穩(wěn)定跟瞄，并將激光器發(fā)射的激光匯聚到目標(biāo)上；未發(fā)現(xiàn)小行星撞擊威脅時，天基激光系統(tǒng)分散為多個獨立天基激光驅(qū)動平臺進行碎片主動移除，發(fā)現(xiàn)小行星撞擊威脅時，組合成激光燒蝕驅(qū)動陣列以獲得足夠的激光燒蝕驅(qū)動能力實現(xiàn)小行星偏移防御。

其中，陣列連接裝置固定在衛(wèi)星平臺四面，呈十字布局，組成激光陣列時天基激光驅(qū)動平臺通過陣列連接裝置與其四面的其它平臺相連接。