[发明专利]应用于中低轨道火箭末级的大气阻力被动离轨装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于空间碎片的防治和治理领域，具体来说，是一种应用于中低轨道火箭末级的大气阻力被动离轨装置及其被动离轨方法。 

背景技术

随着航天技术的迅速发展，空间环境日益恶化，微流星体及空间碎片超高速碰撞成为威胁航天器安全在轨运行的重要因素。空间碎片与在轨航天器发生碰撞时，巨大的碰撞动能足以导致航天器结构破坏、功能失效甚至灾难性事故的发生。在完成轨道发射任务后，运载火箭末级将仍在原轨道上运行，并且轨道寿命可能相当长因为轨道发射任务已经完成，所以它此时转变成为空间碎片。为了维护空间环境，减少轨道碎片存留及降低二次碎片的发生机率，需要降低火箭末级的轨道寿命。 

降低火箭末级轨道寿命的方法主要有两种：回收和离轨。 

回收是指利用有能力顺利返回地面的航天器将轨道上的空间碎片带回到地面，达到清除的目的。此种方法不仅代价昂贵，而且对交会对接技术要求很高，技术复杂。 

离轨指废弃的航天器等脱离原来的运行轨道，或直接下降，进行大气层烧毁；或转移到一条短寿命(25年以下)的轨道上去。离轨的办法主要分为主动离轨和被动离轨。 

主动离轨主要利用火箭末级或卫星的推进系统进行变轨机动。其缺点是：要求轨道物体具有控制姿态和推进的能力。实现起来成本高而且技术复杂。 

对于中低轨道航天器，被动离轨装置主要有系绳离轨和大气阻力离轨。其中，电动系绳离轨：在轨道上以速度v运动的导体系绳切割强度为B的地磁场磁力线，在系绳上产生了电动势。如果此时导体系绳能够实现与电离层中等离子体的电接触，也就是利用等离子接触器实现了电子的收集和发射，那么导体系绳就可与电离层形成闭合回路，从而在导体系绳中产生电流。系绳电流与地球磁场的相互作用，产生了作用于电动系绳的洛仑兹力，这个力与系绳的运动方向相反，因此可以用来进行废弃航天器的离轨。电动系绳离轨装置由系绳、伸展机构、等离子接触器及系绳控制部件组成。其缺点为：技术要求高，结构复杂，造价高，稳定性差，实现起来相对复杂。 

大气阻力离轨：大气阻力离轨主要通过增加废弃航天器的有效面积来增加大气阻力，达到快速离轨的目的。例如大面积的帆板或充气伞，使用前折叠存储在火箭末级或卫星内，工作时将其展开或充气，形成很大的迎风面积，大气阻力增加，迫使卫星速度降低，脱离运行轨道，最后再入大气层烧毁。常用的方法有两种，一种是利用空间展开机构撑起一张巨大的薄膜；但是，此种方法对于展开机构的控制需要引入控制结构，如果控制系统过于简单，就存在稳定性差的缺点；如果要求稳定性强，就存在结构复杂的缺点。另一种是利用对充气结构进行充气，产生大的迎风面积。质量轻、占用发射体积小、费用低、可靠性高。但是，由于充气结构需要维持一定的形状，所以，充气结构材料要求高；而且，需要建立可靠的充气系统，由此结构非常复杂，实施比较困难。 

发明内容

本发明为了很好的实现中低轨道火箭末级的大气阻力被动离轨，提供了一种应用于中低轨道火箭末级的利用充气体进行被动离轨的大气阻力被动离轨装置及其被动离轨方法。 

本发明一种应用于中低轨道火箭末级的大气阻力被动离轨装置，安装在火箭仪器舱段上的闲置空间，包括控制系统、充气系统、弹射系统以及充气体，充气体设置在弹射系统中，且与充气系统相连，控制系统与火箭上的电源、弹射系统以及充气体相连。 

所述弹射系统包括盛放桶、桶盖、拔销器、挡板、驱动电机、和压缩弹簧；其中，盛放桶为筒状结构，用来盛放充气体。桶盖与盛放桶的桶口处通过转轴轴接。盛放桶的桶口处外侧壁上设置有拔销器，拔销器通过连接件与桶盖相连。