[发明专利]一种子母星空间碎片清除平台及清除方法

说明书

本发明公开了一种子母星空间碎片清除平台，包括多个用于清除空间碎片的子星，每个子星均可拆卸连接至同一母星，母星用于带动子星在多个空间碎片之间移动，每个子星上均安装有空间碎片清除装置，空间碎片清除装置包括用于测量空间碎片位姿的子星测量装置和子星抓捕装置；通过一颗微小卫星作为母星，多个微纳卫星作为子星，协同完成多碎片清除任务中的轨道转移、抵近详查、抓捕离轨等操作，具有成本低、相应速度快、可靠性高等特点；释放子星后，组成的空间碎片观测网可通过协同观测获得更精确的碎片位姿信息；子星独立完成离轨操作，母星可直接前往下一个待清除的空间碎片，节省时间与能量，提高空间碎片清除效益，降低成本。

【技术领域】

本发明属于航空航天技术领域，尤其涉及一种子母星空间碎片清除平台及清除方法。

【背景技术】

广义上的空间碎片可以分为微流星体(Micrometeoroid)和人造空间碎片(Space/Orbital Debris)两类，而人造空间碎片的运行区域与在轨服务航天器运行区域重合，对人类航天探索造成巨大障碍，引起了广泛关注。由于近地轨道最易开发且用途广泛，其可用轨道数不断减少，卫星空间密度已经达到警戒值，无法预测的空间碰撞开始发生，所以保护近地轨道资源不受空间碎片危害势在必行。

根据近几十年人类对近地轨道的使用情况，从第一颗人造地球卫星至今，近地轨道已逐渐不堪重负。有研究预测如果人类按照当前科技发展速度不加节制地使用轨道资源，那么到2210年，近地轨道物体(>10cm)将到达约70000个，但实际观测显示截至2014年空间碎片数量已经超过预测的200年后的水平。

当下并没有强制性空间碎片减缓政策(mandatory space debris mitigationpolicies)，无法缓解轨道拥挤的现状。并且空间碎片的数量也在逐年增加，两次激增分别发生在07年风云1C实验和09年美国Iridium 33与俄罗斯Cosmos 2251碰撞，这与北美防空联合司令部(NORAD)检测到的碎片数量变化一致。空间碎片失控地在轨道中飞行，会极大地影响到现役航天器的安全，Kessler效应(Kessler syndrome)便描述了空间碎片对空间环境爆炸式的影响。面对如此恶劣的形势，想要彻底治理空间碎片和改善空间环境，完全依靠稀薄大气阻力使空间碎片轨道衰减离轨已经无法完成。而主动碎片清除技术(ActiveDebris Removal，ADR)是一种有效减少空间碎片的方法，它依靠航天器抓捕、拖拽等方式来主动地清理空间碎片，彻底治理空间环境。

现有的主动碎片清除方法主要包括：激光太阳帆推移离轨方法、航天器捕获离轨方法和电动绳系离轨方法等。其中多数离轨方式都需要ADR航天器作为平台完成碎片清除操作，这也正是本发明讨论的对象。

目前，ADR技术主要考虑通过ADR航天器对特定单一碎片进行引导、抵近、消旋、抓捕和拖曳离轨，最终实现碎片的再入烧毁。但是，碎片清除航天器往往具备一定的广域碎片感知、清除和轨道变换能力，而当下多数研究由于任务局限，无法完成多个碎片的交会与抓捕，使得现有ADR技术没有最大限度地发挥ADR航天器及其载荷的多碎片捕获能力，无法满足大量低轨空间碎片清除任务低成本、高可靠和高能效的需求。有研究表明，如果人类在2020年实现每年清理5个大型空间碎片，则轨道环境有望得到控制。所以如果ADR航天器在一次飞行中能完成多颗碎片的清除，那么ADR任务将更加高效。

针对大型空间碎片，采用抓捕的碎片清除方法只适用于一次任务清除一个碎片，航天器寿命短，成本高，且航天器随空间碎片一同再入大气层烧毁。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种子母星空间碎片清除平台及清除方法，以解决现有技术中无法实现同时清除大量低轨空间碎片问题。