[发明专利]一种用于航天器上释放和回收小卫星的动能转化储存装置

说明书

本发明公开了一种用于航天器上释放和回收小卫星的动能转化储存装置，该装置可以在大型航天器释放和回收小卫星的过程中，实现相对动能的转化，有效的节省燃料，并且可以实现对小卫星的多次释放与回收。该装置由变向离合器、变速系统1和储能飞轮2组成，其任务分为两个大步骤：对于释放小卫星的任务，储能飞轮2处于高速旋转状态，通过变速系统1和变速离合器，将飞轮的转动动能转化为小卫星的运动动能，随着小卫星的速度不断增大，飞轮的转动角速度不断减小，直到小卫星到达预设的速度，脱离发射装置。对于回收小卫星的任务，小卫星以一定的速度进入回收装置后，通过变速系统1和变速离合器，将小卫星的运动动能转化为飞轮的转动动能，随着飞轮的转动角速度不断增大，小卫星的速度不断减小，直到小卫星速度减小为零，即完成回收任务。

【技术领域】

本发明属于航天技术领域，涉及一种用于航天器上释放和回收小卫星的动能转化储存装置。

【背景技术】

随着计算机、新材料、新工艺等现代科学技术的发展，功能密度高，技术性能强的小卫星成为各国研究的热点。小卫星不仅具有体积小、重量轻、技术含量高和研制周期短等一系列优点，将小卫星作为大型航天器平台的补充，二者并行发展，才能充分利用各自的技术优势。

在大型航天器和小卫星的协同完成任务过程中，尤其是面向多项任务的情况下，航天器需要对小卫星进行多次的释放和回收。首先面向所要执行的任务，如在轨跟踪、观测等任务，将载于大型航天器上的小卫星进行释放，在小卫星执行任务完成后，对小卫星进行回收。释放过程要求根据任务需求，使小卫星相对于航天器有一定的相对速度，而在回收过程中需要将小卫星和航天器的相对速度减小为零。一般来说，小卫星因为技术特点的限制，不携带燃料，没有很强的机动能力，因此无论是释放还是回收，都需要航天器提供相对速度或降低相对速度。

现在实际任务中，对小卫星的释放一般采取设计释放装置进行发射。例如，2000年瑞典发射了用于极光研究的MUNIN科研卫星，卫星的分离机构即为压缩弹簧系统，释放后卫星被弹射出去。这种压缩弹簧系统将弹簧的弹性势能转化为小卫星的动能，转化效率低，最大释放速度非常有限且难以精确控制，释放速度较大时小卫星瞬时过载大，容易造成任务的失败。而在回收的方式上，一般都是航天器消耗化学燃料来消除相对速度。

因此，如果利用航天器所携带燃料提供释放和回收的能量，由于较大的相对动能，致使大型航天器需要将过多的燃料消耗在释放和回收小卫星上，将会影响航天器因为任务需要、碰撞规避等因素进行变轨以及维持航天器在太空的飞行。因此为了使航天器维持长时间的在轨服务能力，需要设计在释放和回收小卫星过程中，将相对动能进行转化并储存的装置。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于航天器上释放和回收小卫星的动能转化储存装置，使用该装置可以在大型航天器释放和回收小卫星的过程中，实现相对动能的转化，有效的节省燃料，并且可以实现对小卫星的多次释放与回收。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于航天器上释放和回收小卫星的动能转化储存装置，包括变速系统、储能飞轮、小卫星以及绕绳盘；变速系统与储能飞轮和绕绳盘的传动连接装置相连；传动连接装置包括皮带和减速箱；变速系统通过皮带传动与绕绳盘连接，通过减速箱与储能飞轮相连；绕绳盘上缠绕有用于释放和回收小卫星的细绳。

本发明进一步的改进在于：

变速系统包括变向离合器和无级变速器，变向离合器通过皮带连接绕绳盘，使储能飞轮的旋转方向始终与绕绳盘一致；无级变速器与变向离合器通过齿轮相连，用于控制速度转化比；储能飞轮与无级变速器通过减速箱相连，用于储存能量。

储能飞轮包括两个转动飞轮、两个齿轮连接装置以及控制电机；转动飞轮与齿轮连接装置同轴连接，且两个齿轮连接装置相啮合；控制电机通过齿轮连接装置相连，用于提供飞轮的转动能量和将飞轮储存的转动动能转化为动能。