本發(fā)明屬于航天器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間碎片自動(dòng)移除裝置及其移除方法。

背景技術(shù)：

近些年發(fā)展起來(lái)的太空拖船技術(shù)以及柔性飛網(wǎng)捕捉技術(shù)。

太空拖船：太空拖船是利用成熟的衛(wèi)星控制技術(shù)，通過(guò)繩系使任務(wù)航天器和捕獲裝置相連，在捕獲目標(biāo)后，通過(guò)衛(wèi)星拖拽捕獲裝置以及目標(biāo)碎片，最終使空間碎片和衛(wèi)星一同墜毀的技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)在于容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟。缺點(diǎn)在于一個(gè)衛(wèi)星一次發(fā)射只能進(jìn)行一次任務(wù)，缺乏可重復(fù)性。

柔性飛網(wǎng)捕捉技術(shù)：隨著空間非合作目標(biāo)的增多和對(duì)非合作目標(biāo)清理工作的開展，一種利用航天器攜帶飛網(wǎng)并在捕獲時(shí)釋放飛網(wǎng)最終捕獲目標(biāo)的柔性飛網(wǎng)捕捉技術(shù)被提出。柔性飛網(wǎng)捕捉技術(shù)是一種新型的非合作目標(biāo)捕捉裝置，相比于的機(jī)械臂捕捉，飛網(wǎng)具有安全性高，消耗能量少，捕獲范圍大的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于柔性飛網(wǎng)捕獲空間碎片這一過(guò)程來(lái)說(shuō)，捕獲后對(duì)空間碎片無(wú)法有效處理，只能通過(guò)衛(wèi)星攜帶碎片和捕獲裝置墜毀，而不能自動(dòng)墜毀，銷毀碎片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種空間碎片自動(dòng)移除裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中太空拖船技術(shù)可重復(fù)性差、以及柔性飛網(wǎng)捕獲技術(shù)中捕獲后對(duì)空間碎片處理難的問(wèn)題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，空間碎片自動(dòng)移除裝置，包括由記憶合金制成的飛網(wǎng)，所述飛網(wǎng)為一端設(shè)有開口以捕捉空間碎片的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述飛網(wǎng)上設(shè)置有加熱器，所述飛網(wǎng)通過(guò)信號(hào)處理板連接有用于使空間碎片減速的主發(fā)動(dòng)機(jī)，所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口方向與所述飛網(wǎng)的開口方向位于同一條直線且相互背離，所述信號(hào)處理板還連接有用于調(diào)整所述空間碎片自動(dòng)移除裝置飛行姿態(tài)的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，所述信號(hào)處理板的邊緣設(shè)有用于接收外部控制信號(hào)的光電探測(cè)裝置，所述信號(hào)處理板上還設(shè)置有電源裝置；

所述的信號(hào)處理板，用于接收由所述光電探測(cè)裝置發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)，以控制飛網(wǎng)的收縮與展開、控制活塞的推出與收回、控制微型發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止、以及控制主發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。

進(jìn)一步的，信號(hào)處理板的上下兩側(cè)分別設(shè)置有的微型發(fā)動(dòng)。

進(jìn)一步的，信號(hào)處理板上位于所述飛網(wǎng)內(nèi)部安裝有活塞，所述活塞可相對(duì)于所述信號(hào)處理板伸縮，以頂住或放開位于所述飛網(wǎng)內(nèi)的空間碎片。

進(jìn)一步的，電源裝置為鋰電池環(huán)，所述鋰電池環(huán)套裝于所述主發(fā)動(dòng)機(jī)靠近所述信號(hào)處理板的一端。

進(jìn)一步的，電源裝置為電池板，設(shè)置在所述信號(hào)處理板的內(nèi)部。

進(jìn)一步的，信號(hào)處理板的邊緣對(duì)稱布置有四個(gè)所述光電探測(cè)裝置，每個(gè)所述光電探測(cè)裝置均朝向所述主發(fā)動(dòng)機(jī)的方向設(shè)置。

進(jìn)一步的，飛網(wǎng)上纏繞有用于對(duì)其進(jìn)行加熱以使得飛網(wǎng)收縮的電阻絲。

本發(fā)明還提供了一種空間碎片自動(dòng)移除裝置的移除方法，按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、當(dāng)所述空間碎片自動(dòng)移除裝置靠近空間碎片時(shí)，由信號(hào)處理板控制加熱器加熱飛網(wǎng)，使得飛網(wǎng)收縮，并將空間碎片捕獲；

步驟2、飛網(wǎng)收縮完成后，由信號(hào)處理板控制活塞推向空間碎片，使得空間碎片與空間碎片自動(dòng)移除裝置之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

步驟3、由信號(hào)處理板控制兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，通過(guò)兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)使得空間碎片自動(dòng)移除裝置無(wú)自轉(zhuǎn)，在主發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下，使得主發(fā)動(dòng)機(jī)的推力方向與空間碎片環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的切向速度方向一致，然后兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作；

步驟4、由信號(hào)處理板啟動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)，空間碎片在主發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下減速，隨后空間碎片自動(dòng)移除裝置與碎片通過(guò)與大氣層的摩擦最終銷毀。

進(jìn)一步的，光電探測(cè)裝置接收外部控制信號(hào)，并將外部控制信號(hào)發(fā)送至所述信號(hào)處理板，以通過(guò)所述信號(hào)處理板來(lái)控制飛網(wǎng)的收縮與展開、控制活塞的推出與收回、控制微型發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止、以及控制主發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。

進(jìn)一步的，由任務(wù)航天器攜帶所述空間碎片自動(dòng)移除裝置到達(dá)預(yù)定捕獲的地點(diǎn)，并利用彈射裝置將其彈出并接近空間碎片。

本發(fā)明的有益效果是，結(jié)合太空拖船和柔性飛網(wǎng)捕捉技術(shù)，給出一種有效的、安全的空間碎片清除方案；同時(shí)，提高了任務(wù)航天器的可重復(fù)性，使一個(gè)任務(wù)航天器可以多次進(jìn)行空間碎片捕獲工作，解決了太空拖船技術(shù)的可重復(fù)性差以及柔性飛網(wǎng)捕獲技術(shù)中捕獲后對(duì)空間碎片處理的難題。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明空間碎片自動(dòng)移除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明空間碎片自動(dòng)移除裝置的立體圖。

其中：1.主發(fā)動(dòng)機(jī)；2.鋰電池環(huán)；3.光電探測(cè)裝置；4.信號(hào)處理板；5.活塞；6.飛網(wǎng)；7.微型發(fā)動(dòng)機(jī)。

【具體實(shí)施方式】

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種空間碎片自動(dòng)移除裝置，如圖1所示，包括由記憶合金制成的飛網(wǎng)6，飛網(wǎng)6為一端設(shè)有開口以捕捉空間碎片的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。飛網(wǎng)6上設(shè)置有加熱器，該加熱器可以為在飛網(wǎng)6上纏繞著的用于對(duì)其進(jìn)行加熱的電阻絲，或者其他的加熱器件。記憶合金采用NiTi記憶合金，根據(jù)碎片的軌道選擇最為合適的捕獲地點(diǎn)，該地點(diǎn)的溫度變化梯度較小，確定這一溫度后，經(jīng)過(guò)對(duì)記憶合金的處理，使空間上指定點(diǎn)的溫度等于或高于記憶合金的變形溫度。此外，針對(duì)不同的空間碎片，記憶合金變形后的形狀會(huì)有所改變，以適用于不同碎片的抓捕。

飛網(wǎng)6通過(guò)信號(hào)處理板4連接有用于使空間碎片減速的主發(fā)動(dòng)機(jī)1，主發(fā)動(dòng)機(jī)1的軸線方向與信號(hào)處理板4垂直。主發(fā)動(dòng)機(jī)1的作用是實(shí)現(xiàn)空間碎片的變軌，因此不同軌道不同質(zhì)量的空間碎片所選擇的主發(fā)動(dòng)機(jī)的總沖量也會(huì)不同，以假設(shè)的理想空間碎片為例，主發(fā)動(dòng)機(jī)所需提供的總沖量為5.5kN·s，主發(fā)動(dòng)機(jī)1為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，且發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣成分中不含氧化鋁等可以成為新的空間碎片的物質(zhì)。

飛網(wǎng)6的形狀可以根據(jù)不同的空間碎片進(jìn)行調(diào)整，可以是如圖1所示的捕獲后呈完全封閉裝，也可以在捕獲后僅僅做到了讓空間碎片與裝置無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并沒(méi)有將碎片完全封在飛網(wǎng)6內(nèi)，此時(shí)，可以不安置活塞5，但是，飛網(wǎng)6的材料必須包含有記憶合金。

信號(hào)處理板4的邊緣設(shè)有用于接收外部信號(hào)的光電探測(cè)裝置3，該外部信號(hào)為來(lái)自于任務(wù)航天器發(fā)出的光電信號(hào)。任務(wù)航天器向光電探測(cè)裝置3發(fā)出光電信號(hào)，光電探測(cè)裝置3收集航天器發(fā)出的光電信號(hào)，然后將光電信號(hào)傳遞給信號(hào)處理板4，信號(hào)處理板4再根據(jù)任務(wù)航天器傳出的指令來(lái)分別控制飛網(wǎng)6的收縮與展開、控制活塞5的推出與收回、控制微型發(fā)動(dòng)機(jī)7的啟動(dòng)與停止、以及控制主發(fā)動(dòng)機(jī)1的啟動(dòng)。

信號(hào)處理板4的邊緣對(duì)稱布置有四個(gè)光電探測(cè)裝置3，每個(gè)光電探測(cè)裝置3均朝向主發(fā)動(dòng)機(jī)1的方向設(shè)置。主發(fā)動(dòng)機(jī)1與信號(hào)處理板4的連接方式為可拆卸連接，這樣可以根據(jù)不同的空間碎片選取不同的主發(fā)動(dòng)機(jī)1，并且主發(fā)動(dòng)機(jī)1的外殼經(jīng)過(guò)隔熱處理。

光電探測(cè)裝置3的位置也可以變化，但是其朝向必須向后，即指向主發(fā)動(dòng)機(jī)1方向，背向飛網(wǎng)6方向，而且光電探測(cè)裝置3必須安放在信號(hào)處理板4的外沿，以便接受四周傳來(lái)的信號(hào)。光電探測(cè)裝置3可以選擇以固定連接的方式放在信號(hào)處理板4上，如圖1中所示，也可以通過(guò)連接裝置與信號(hào)處理板4相連，類似于衛(wèi)星的太陽(yáng)能板與衛(wèi)星的關(guān)系，不管采用哪種方式光電探測(cè)裝置3必須為四個(gè)，且均勻分布在裝置四周。

信號(hào)處理板4上還設(shè)置有電源裝置。電源裝置可以為鋰電池環(huán)2，鋰電池環(huán)2套裝于主發(fā)動(dòng)機(jī)1靠近信號(hào)處理板4的一端。主發(fā)動(dòng)機(jī)1外圍的鋰電池環(huán)2與信號(hào)處理板4采用固定連接的方式，鋰電池環(huán)2的主要作用是為裝置提供所需能源，因此位置可以變化，它也可以做成板狀結(jié)構(gòu)放置在信號(hào)處理板4的中間，即將信號(hào)處理板4設(shè)計(jì)成兩塊放在鋰電池的正反面，然后放置在圖示的信號(hào)處理板4的位置。

信號(hào)處理板4的連接有用于阻止空間碎片自動(dòng)移除裝置隨著空間碎片一起自轉(zhuǎn)的微型發(fā)動(dòng)機(jī)7。可以采用一個(gè)或兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)7，與信號(hào)處理板4采用固定連接的方式，其點(diǎn)火裝置就是信號(hào)處理板4上的線路。

信號(hào)處理板4上位于飛網(wǎng)6內(nèi)部安裝有活塞5，活塞5可關(guān)于信號(hào)處理板4伸縮，以頂住或放開位于飛網(wǎng)6內(nèi)的空間碎片?；钊?位于飛網(wǎng)6的軸線位置，與信號(hào)處理板4之間為活動(dòng)連接，在信號(hào)處理板4的作用下可以沿飛網(wǎng)6的軸線運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例：

下面以設(shè)想的在880km軌道上的質(zhì)量為24kg，邊長(zhǎng)為20cm的正方體空間碎片(材質(zhì)假定為鋁合金)舉例來(lái)描述本發(fā)明空間碎片自動(dòng)移除裝置的移除方法：

步驟1、由任務(wù)航天器攜帶空間碎片自動(dòng)移除裝置依次到達(dá)預(yù)定捕獲的地點(diǎn)，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)利用彈射裝置將其彈出，借助彈射裝置所提供的能量接近空間碎片；

步驟2、當(dāng)空間碎片自動(dòng)移除裝置與空間碎片距離達(dá)到預(yù)定要求時(shí)，由信號(hào)處理板4發(fā)出指令，通過(guò)纏繞在記憶合金上的電阻絲或是其他方式對(duì)飛網(wǎng)6進(jìn)行加熱，同時(shí)借助空間上溫度的熱量傳遞，使得飛網(wǎng)6收縮，將空間碎片捕獲到飛網(wǎng)6內(nèi)；其中，空間碎片自動(dòng)移除裝置與空間碎片的預(yù)定距離，受碎片的運(yùn)行軌道限制，并根據(jù)捕獲地點(diǎn)周圍的情況和碎片的大小形狀來(lái)確定。

步驟3、飛網(wǎng)6收縮完成后，將活塞5推向空間碎片，使得空間碎片與空間碎片自動(dòng)移除裝置之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

步驟4、由于空間碎片具有較高的自轉(zhuǎn)速度，因此當(dāng)活塞5固定住空間碎片后，空間碎片自動(dòng)移除裝置會(huì)隨之自轉(zhuǎn)；啟動(dòng)兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)7來(lái)阻止空間碎片自動(dòng)移除裝置的自轉(zhuǎn)，可以根據(jù)情況使用微型發(fā)動(dòng)機(jī)7中不同的發(fā)動(dòng)機(jī)單元，在不發(fā)生自轉(zhuǎn)的情況下，主發(fā)動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)空間碎片自動(dòng)移除裝置運(yùn)動(dòng)至其推力方向與空間碎片環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的切向速度方向一致后，兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)7可以停止工作；

步驟5、空間碎片在主發(fā)動(dòng)機(jī)1的作用下減速，進(jìn)而由圓軌道變成橢圓軌道，按照設(shè)定，橢圓軌道的近地點(diǎn)高度為200km，隨后裝置與碎片通過(guò)與大氣層的摩擦最終銷毀。

本發(fā)明空間碎片自動(dòng)移除裝置將飛網(wǎng)捕獲裝置改裝成一種由主發(fā)動(dòng)機(jī)1，信號(hào)處理板4和飛網(wǎng)6三部分組成的一個(gè)完整裝置，其中信號(hào)處理板4帶有用于調(diào)整飛行姿態(tài)的兩個(gè)微型發(fā)動(dòng)機(jī)7，這樣在飛網(wǎng)6完成捕獲后可以通過(guò)信號(hào)處理板4調(diào)整飛行姿態(tài)，最終通過(guò)主發(fā)動(dòng)機(jī)1點(diǎn)火，使本發(fā)明的空間碎片自動(dòng)移除裝置攜帶空間碎片墜毀。

本發(fā)明空間碎片自動(dòng)移除裝置在采用太空拖船技術(shù)基礎(chǔ)上，使一個(gè)任務(wù)航天器攜帶多個(gè)空間碎片自動(dòng)移除裝置，每次捕獲完成，完成調(diào)整姿態(tài)過(guò)程后，裝置就與任務(wù)航天器脫離，使任務(wù)航天器可以繼續(xù)安裝下一個(gè)裝置進(jìn)行下一次空間碎片清除任務(wù)，提高了任務(wù)航天器的可重復(fù)性。