[发明专利]一种可控性智能蜘蛛网俘获装置及利用其俘获在轨飞行器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种附着多巴及其衍生物的蜘蛛网俘获装置及利用其黏性而吸附粘接在轨飞行器的方法。

背景技术

随着航天实践的不断深入，对空间快速机动技术的需求日益增强。机动卫星能够在空间多次启动进行快速变换轨道倾角或轨道高度，具备很强的战术能力。因此利用其快速反应能力，执行空间控制任务时，可干扰、撞击、控制在轨飞行器，以达到摧毁或损坏在轨飞行器的目的。吸附粘接技术的应用在不需要完全摧毁在轨飞行器的情况下，对于干扰及损坏在轨飞行器起到了关键作用。将吸附粘接技术应用在“寄生”行为上，像寄生虫那样附着于在轨飞行器，以达到电子、磁场干扰及损坏的目的，使其失灵或无法正常工作。

多巴（3,4-二羟基苯丙氨酸，DOPA）分子瞬间固化并产生黏性的机理是DOPA分子内交联的结果，主要表现为DOPA分子中的二酚官能团通过单电子转移与相邻的DOPA分子芳环的酚氧基偶合交联，以及氨基参与Schiff-base取代反应或者是Michael加成反应。而多巴胺（3,4-二羟基苯丙氨，DA）发生聚合反应形成聚多巴胺（PDA）涂层的机理是在碱性环境及氧气的作用下，首先DA中的儿茶酚氧化为苯醌，再进一步与氨基及其它另一分子的儿茶酚醌类反应形成黏附PDA薄膜层。DA的酚羟基氧化为苯醌的反应是一个平衡反应过程，碱性环境有利于反应正向移动，加速DA氧化聚合。研究结果表明，PDA可通过复杂的物理化学作用如氢键作用、螯合作用、π-π相互作用、共价键作用等，紧密的附着在不同材料表面成膜，形成一层具有永久黏附性能的PDA涂层。而形成的薄膜表面含有大量的活性官能团，能够发生一系列反应，为进一步修饰改性材料表面提供了条件。

发明内容

本发明要解决的问题是针对上述如何俘获在轨飞行器的技术难题，提出一种简单有效的可控性智能蜘蛛网俘获装置及机动卫星发射蜘蛛网俘获在轨飞行器的方法，这种方法简单易操作，成功率高，利于机动卫星及时俘获在轨飞行器。

本发明的可控性智能蜘蛛网俘获装置包括机械臂、可控发射管、蜘蛛网和激光测距仪，机械臂的末端设置有与机械臂同轴心设置的激光测距仪，机械臂末端的内壁上沿圆周方向均匀设置有若干个可控发射管，可控发射管的内部设置有蜘蛛网。

本发明所述蜘蛛网由聚酰胺纤维（PA）编织而成，其表面附着有一层具备永久黏附性的聚多巴胺（PDA）薄膜。

本发明利用仿生物黏附蛋白多巴及其衍生物的强黏附性和普黏性，以及其衍生物DA能够在各种基底自主装成PDA薄膜的特性，将蜘蛛网作为基底使其附上PDA薄膜而具备永久黏附性，并对表面进一步修饰改性而赋予其他性能及功效，即可对在轨飞行器进行吸附粘接控制，具体步骤如下：

a）具有黏附性蜘蛛网的制备：将蜘蛛网作为基底，采用浸渍法将蜘蛛网放置于仿生物黏附蛋白多巴胺碱性溶液中，获得一个稳定厚度的黏附涂层。

b）装备：在机械臂末端安装与机械臂同轴心设置的激光测距仪，然后在机械臂末端沿圆周方向安装若干个可控发射管状装置，将附有黏性的蜘蛛网分别置于其中。

c）展开发射：机动卫星调整姿态向在轨飞行器靠近并以0.6~2 m/s的速度快速展开机械臂，锁定目标后当达到20~30 m的距离时，将蜘蛛网瞬间以5~10 m/s的速度喷射出去包裹住飞行器，利用其自身黏附力进行吸附粘接，将蜘蛛网牢固锚定在飞行器上，将其俘获。

本发明具有如下优点：

1）俘获设备结构简单、设计巧妙。

2）俘获材料体积小、重量轻、方便携带，可一次多携带。

3）操作方式简单、俘获成功率高。

4）仿生物多巴及其衍生物DA几乎适用于任何一种基体材料的表面改性，且对材料的外形和尺寸没有限制。

5）仿生物多巴及其衍生物DA能够紧密附着在蜘蛛丝表面成膜，增大其表面的极性度，提高表面能及其表面黏附性能，使得蜘蛛网具备更好的黏附性和普黏性。

6）经DA涂覆过的材料表面具有邻苯二酚活性官能团，可进行二次反应，实现材料表面的进一步功能化。

7）仿生物多巴及其衍生物PDA具有永久黏附性，且获得的复合表面在干态和湿态均能与许多物体很好地黏合，其干/湿态的黏合/脱黏附可以重复进行千余次。

附图说明

图1为蜘蛛网展开结构俯视图；

图2为机械臂俘获装置正面结构图；

图3为机械臂俘获装置侧面结构图；

图4为机动卫星俘获在轨飞行器工作示意图；

图5为伞状俘获装置结构图（展开前）；