[发明专利]一种绳网框架组合式太空垃圾捕获消旋系统

说明书

技术领域

本发明属于电磁技术、工程力学和空间技术的交叉领域，具体涉及一种绳网框架组合式太空垃圾捕获消旋系统。

背景技术

自前苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来，世界各国共执行了超过4000次的发射任务，因此，在太空中产生了大量的太空垃圾。截至2012年还有超过4500吨的太空垃圾残留在轨道上。根据美国战略司令部下属空间网(SSN)的数据显示，近十年来，特别是近5年来空间碎片数量急剧增加。太空垃圾的清理工作刻不容缓。

对此，科学家提出了一种天基激光清除空间碎片的方案，这种方案主要依托于高功率激光器技术，实现难度大。而欧洲空间局则选择采取网捕的方式，这种方式捕捉时不需考虑目标的尺度和姿态，但目的是与目标一起降低高度，并最终在大气中受控焚毁，不利于太空垃圾的回收。

中国专利CN102658873A提出了“一种用于捕获太空垃圾的绳网系统”，这是一种很巧妙的绳网系统设计,利用抛射和回收装置对太空垃圾进行捕捉，但太空垃圾多为磁性材料，会与其绳网装置中的永磁体相互作用，使设计之初的收口无法正常完成。

卫星等飞行器利用高自旋角动量的陀螺定轴性在轨道上保持自身方向的稳定，当卫星超出使用寿命或无法正常工作后，高自旋角速度使其在被捕捉后难以稳定。故太空垃圾捕捉的关键在于如何降低目标的旋转角速度使其稳定可控，在捕捉过程中如何避免与太空垃圾的磁性材料产生相互作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种绳网框架组合式太空垃圾捕获消旋系统，解决了太空垃圾的捕获及降低旋转角速度的问题。

为实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种绳网框架组合式太空垃圾捕获消旋系统，该系统包括：框架，固定在框架前端的柔绳收口装置，固定在框架后端的刚架消旋装置和与刚架消旋装置相连的组合牵引装置；

所述的柔绳收口装置包括四个电磁球、四个非磁性轻质球和四根柔绳，第一电磁球、第二电磁球、第三电磁球和第四电磁球分别固定在柔绳收口装置的四个定点上；第一柔绳穿过第一非磁性轻质球的直径轴孔连接在第一电磁球和第二电磁球间，第一非磁性轻质球固定在第一柔绳的中点；第二柔绳穿过第二非磁性轻质球的直径轴孔连接在第二电磁球和第三电磁球间，第二非磁性轻质球固定在第二柔绳的中点；第三柔绳穿过第三非磁性轻质球的直径轴孔连接在第三电磁球和第四电磁球间，第三非磁性轻质球固定在第三柔绳的中点；第四柔绳穿过第四非磁性轻质球的直径轴孔连接在第四电磁球和第一电磁球间，第四非磁性轻质球固定在第四柔绳的中点；四个电磁球的位置分布在正方形的四个顶点，第一电磁球和第四电磁球异名磁极相对放置在一条直线上，第二电磁球和第三电磁球异名磁极相对放置在一条直线上，第一电磁球和第四电磁球与第二电磁球和第三电磁球关于正方形重心中心对称；所述的第一电磁球、第二电磁球、第三电磁球和第四电磁球均采用遥控方式触发磁性的启动或消除；

所述的刚架消旋装置包括四个非磁性重球、四个快速伸缩装置和正方形刚架；所述的正方形刚架与框架固连，四个连接点分别固定在正方形刚架的四个顶点上；所述的四个连接点用于固定快速伸缩装置的位置和伸缩方向；四个快速伸缩杆装置的一端分别沿着正方形刚架对角线的方向放置，并与正方形刚架四个顶点上的四个连接点相固连，四个非磁性重球分别固定在四个快速伸缩装置的另一端；所述的快速伸缩装置是由双筒体和装在筒体内的蓄力弹簧构成；刚架消旋装置的正方形刚架同时也是框架的后端；所述的快速伸缩装置使用遥操作进行控制；

所述的框架包括内层活动架、外层绳网结构和四条刚性杆，由前端柔绳收口装置至后端刚架消旋装置连接有n根相互平行的链杆构成内层活动架；所述的链杆是由柔绳和紧密串在柔绳上的锥形套单元组成；所述的锥形套单元轴向有打通的细孔，所述的锥形套单元下半部分的凹槽弧角略大于其上半部分的凸角；所述的外层绳网结构，由前端柔绳收口装置至后端刚架消旋装置，是由在刚架消旋装置的正方形刚架和柔绳收口装置之间以m根柔绳交叉连接所形成的绳网构成；框架外围四条边由四条刚性杆组成，四条刚性杆分别与柔绳收口装置和刚架消旋装置相固连于正方形刚架四个顶点上的四个连接点和第一电磁球、第二电磁球、第三电磁球及第四电磁球上；其中n≥8，m≥8；

在所述的组合牵引装置中，长柔绳一端连接刚架消旋装置，其连接点在刚架消旋装置正方形刚架的绳网中心，长柔绳的另一端连接释放刚架消旋装置的飞行器，长柔绳穿过棱柱条的轴向孔并将棱柱条固定在长柔绳上，两个小型助推器垂直固定在棱柱条上，所述的两个小型助推器互相垂直。