本發(fā)明涉及航天技術，具體涉及一種基于雙繩系衛(wèi)星的空間快速旋轉碎片消旋抓捕系統(tǒng)。

背景技術：

大量空間碎片會對在軌的各類航天器造成威脅，因此涌現(xiàn)出了大批針對空間碎片抓捕的研究。由于空間碎片在產(chǎn)生初期會有一定的速度/角速度，因此消旋問題是空間碎片抓捕和移除中的重要一環(huán)。目前常用的消旋方法分為接觸式和非接觸式兩個大類，常用的抓捕方式為接觸式。接觸式包括：(1)剛性接觸：該類中最典型的是采用經(jīng)典的機械臂直接截停，即抓捕后整體穩(wěn)定，這種方式理論最成熟，但是只適用于低速旋轉或相對速度較低的目標，過快的轉速/速度會導致機械臂的損壞；(2)柔性接觸：該類中典型的為繩系和飛網(wǎng)，這類機構不會因為碎片轉速過大而損壞，且抓捕時由于柔性機構的特性，對目標形狀和大小的包容性更強，但是由于模型的復雜以及執(zhí)行機構的不足，對目標的消旋效果并不明顯。非接觸式包括：(1)電磁力消旋：即通過本體上的線圈產(chǎn)生磁場，當目標旋轉時切割磁場產(chǎn)生電磁力，從而降低轉速；(2)激光/氣流消旋：通過本體發(fā)射激光/氣流，使目標上產(chǎn)生與旋轉方向相反的力矩，進而達到消旋目的。但是非接觸式無法對目標進行有效的控制，且消旋所需的時間較長。

綜上所述，接觸式對快速旋轉的空間碎片的消旋來說效果并不太好，但是對于消旋后碎片的抓捕來說效果很好，且理論較成熟，耗時較短，更易實現(xiàn)；非接觸式對快速旋轉的空間碎片的消旋來說效果較好，但是沒有抓捕能力，且耗時過長，成本較高，不易實現(xiàn)。因此需要提出一個既能將快速旋轉的空間碎片消旋并抓捕，又較易實現(xiàn)的方法。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的問題，提供一種基于雙繩系衛(wèi)星的空間快速旋轉碎片消旋抓捕系統(tǒng)，其消旋效果明顯，并且對衛(wèi)星主體的影響較小。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：包括安裝有太陽能帆板的衛(wèi)星主體，衛(wèi)星主體上設有兩個繩子彈射回收系統(tǒng)以及用于消旋后捕獲空間碎片的機械臂；所述的繩子彈射回收系統(tǒng)包括連接在可吸附繩前端的繩頭吸盤，所述的可吸附繩纏繞在繞繩軸上，繞繩軸通過軸承與衛(wèi)星主體轉軸連接，繞繩軸的兩側設有與繩頭吸盤底面活動配合的可伸縮彈射桿，可伸縮彈射桿頂端為能夠將繩頭吸盤彈射的彈力裝置。

所述的繞繩軸上固定有與可吸附繩尾端連接的力傳感器。

所述的可吸附繩在繩頭吸盤后方的繩身上還設置有許多輔助吸盤。

所述的可伸縮彈射桿包括若干節(jié)組合而成的可伸縮桿以及位于頂端一節(jié)的彈力裝置。

所述的彈力裝置采用彈簧。

所述的兩個繩子彈射回收系統(tǒng)分別安裝于衛(wèi)星主體表面兩側，并且繩子彈射回收系統(tǒng)能夠旋轉調整朝向，衛(wèi)星主體表面上開設有能夠收納繩子彈射回收系統(tǒng)的凹槽。

所述的機械臂與繩子彈射回收系統(tǒng)安裝在衛(wèi)星主體的同一個表面上，并且機械臂設置于兩個繩子彈射回收系統(tǒng)之間。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：通過衛(wèi)星主體上的兩個繩子彈射回收系統(tǒng)向空間碎片彈射與可吸附繩相連的繩頭吸盤，當與空間碎片勾連之后，由于空間碎片快速旋轉，可吸附繩將纏繞在空間碎片上并縮短，可吸附繩的尾端纏繞在繞繩軸上，而繞繩軸通過軸承與衛(wèi)星主體的轉軸連接，繼而通過將可吸附繩回拉，在承力臨界值以內放松可吸附繩使其再次纏繞，往復執(zhí)行直到空間碎片消旋，最后通過機械臂將消旋后的空間碎片捕獲。本發(fā)明相比于通過單根繩子勾連目標的作用力大，同時可吸附繩回拉過程中依靠衛(wèi)星主體的轉軸旋轉，這樣能夠有效減小目標消旋過程中對衛(wèi)星主體運行的影響，執(zhí)行可靠性較高。

進一步的，本發(fā)明繞繩軸上固定有與可吸附繩尾端連接的力傳感器，回拉過程中根據(jù)力傳感器的測定數(shù)值平衡兩個繩子彈射回收系統(tǒng)的拉力，同時進行繩子彈射回收系統(tǒng)承力情況的測定，并根據(jù)結果判斷是否開始放松可吸附繩以及兩邊放松的程度，保持系統(tǒng)的平衡。

進一步的，本發(fā)明可吸附繩在繩頭吸盤后方的繩身上還設置有許多輔助吸盤，多個輔助吸盤在可吸附繩纏繞在空間碎片上時，能夠有效地吸附在空間碎片上，保證勾連的可靠性。

附圖說明

圖1本發(fā)明消旋抓捕系統(tǒng)的整體結構示意圖；

圖2本發(fā)明繩子彈射回收系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3本發(fā)明可吸附繩與繩頭吸盤的結構示意圖；

附圖中：1-空間碎片；2-衛(wèi)星主體；3-繩子彈射回收系統(tǒng)；4-機械臂；5-太陽能帆板；6-繩頭吸盤；7-可吸附繩；8-可伸縮彈射桿；9-軸承；10-繞繩軸；11-力傳感器；12-輔助吸盤。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。

參見圖1-3，本發(fā)明在結構上包括安裝有太陽能帆板5的衛(wèi)星主體2，衛(wèi)星主體2為通用衛(wèi)星平臺，包含姿軌控制系統(tǒng)，電源系統(tǒng)及在軌運行所需的有效載荷等。衛(wèi)星主體2上設有兩個繩子彈射回收系統(tǒng)3以及用于消旋后捕獲空間碎片1的機械臂4，兩個繩子彈射回收系統(tǒng)3分別安裝于衛(wèi)星主體2表面的兩側，并且繩子彈射回收系統(tǒng)3能夠旋轉調整朝向，衛(wèi)星主體2表面上開設有能夠收納繩子彈射回收系統(tǒng)3的凹槽，機械臂4與繩子彈射回收系統(tǒng)3安裝在衛(wèi)星主體2的同一個表面上，并且機械臂4設置于兩個繩子彈射回收系統(tǒng)3之間。

繩子彈射回收系統(tǒng)3包括連接在可吸附繩7前端的繩頭吸盤6，可吸附繩7在繩頭吸盤6后方的繩身上還設置有許多輔助吸盤12?？晌嚼K7纏繞在繞繩軸10上，繞繩軸10上固定有與可吸附繩7尾端連接的力傳感器11。繞繩軸10通過軸承9與衛(wèi)星主體轉軸連接，繞繩軸10的兩側設有與繩頭吸盤6底面活動配合的可伸縮彈射桿8，可伸縮彈射桿8包括若干節(jié)組合而成的可伸縮桿以及位于頂端一節(jié)的彈力裝置，彈力裝置采用彈簧。

本發(fā)明空間快速旋轉碎片消旋抓捕系統(tǒng)的工作過程為：首先接近快速旋轉的空間碎片1；由繩子彈射回收系統(tǒng)3自空間碎片1的兩邊彈射可吸附繩7，由繩頭吸盤6、輔助吸盤12吸附至空間碎片1上后，由于空間碎片1的旋轉使可吸附繩7纏繞在空間碎片1上；啟動繩子彈射回收系統(tǒng)3向回拉扯可吸附繩7，通過力傳感器11測定數(shù)值，臨近所設定的承力閾值時放松，如此往復直至目標轉速下降至可容忍區(qū)域，最后由衛(wèi)星主體上的機械臂4將其捕獲。

本發(fā)明能夠針對剛性機械臂無法直接抓捕的快速旋轉目標進行操作。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已經(jīng)以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬本發(fā)明技術方案的范圍內。