[发明专利]用于航天器的伞型空间碎片或微流星体防护装置

说明书

本发明公开了一种用于航天器的伞型空间碎片或微流星体防护装置，包括伞型防护罩，可伸缩弹簧以及可控铰链，其中，伞型防护罩由多块三角形防护面板紧密拼接成伞状结构，每块板内侧均通过侧支撑杆与主支撑杆上滑动设置的可控滑筒连接，随着空间碎片或微流星体的撞击，伞型防护罩可沿着可控滑筒在主支撑杆上的滑动而改变防护罩的倾斜方向，降低撞击损伤。本发明大大降低空间碎片对防护罩直接的所用力，增加防护罩对空间碎片缓冲时间，提高了对空间碎片的防护能力，防护能力最高提升40倍以上。

技术领域

本发明属于空间碎片与微流星体环境防护领域技术领域，具体涉及一种航天器的伞型空间碎片或微流星体防护装置。

背景技术

“空间碎片”,亦称太空垃圾,是人类航天活动遗弃在空间的废弃物，是空间环境的主要污染源。从1957年发射第一颗人造地球卫星以来，空间碎片总数已经超过4千万个，总质量已达数百万公斤，地面望远镜和雷达能观测到的空间碎片平均每年增加大约200个，大于10厘米的空间碎片现在已经超过了9200个。空间碎片主要分布在2000公里以下的低轨道区，它们对近地空间的航天器构成严重威胁。

空间碎片尺寸范围包含微米级、毫米级、厘米级，甚至米级，其中，厘米级及其以上空间碎片主要是运载火箭上面级、任务终了的航天器、工作时遗弃的物体、意外的解体碎片、三氧化二铝残渣、钠钾颗粒等；毫米级空间碎片主要是航天器表面剥落碎片、溅射物、三氧化二铝残渣、钠钾颗粒、微流星体、意外的解体碎片等；微米级空间碎片主要包含剥落碎片、溅射物、三氧化二铝粉尘、微流星体等。

大于10厘米的空间碎片将导致航天器毁灭性损坏，由于目前能够通过地基望远镜或雷达测定其轨道，可以采取预警规避的策略有效地防止其伤害；厘米级空间碎片也可以导致航天器彻底损坏，目前尚无切实可行的防护措施，唯一办法是在航天器设计及运营上，设法降低使航天员及航天器发生致命性损害的风险；毫米级空间碎片能够导致航天器表面产生撞坑甚至使舱壁穿孔，撞击部位不同，危害的程度也会有很大差异。其中,表1列出了空间碎片的基本信息。

表1空间碎片的基本信息

对尺寸大于10cm的大空间碎片，主要采取监控和规避的措施；对1cm以下的小空间碎片，主要采取防护的措施；而尺寸超过1cm的空间素片，防护将带来重量的增加而导致成本急剧升高。近地轨道，空间碎片的速度为几千米每秒，与航天器发生碰撞时，相对速度可达10km/s以上，因此风险很大。

微流星体是指起源于彗星和小行星带并在星际空间中运动的固态粒子。微流星体可能与航天器发生撞击并导致航天器的损伤，损伤的种类与程度取决于航天器大小、构型、工作时间以及微流星体质量、密度、速度等特性。这种撞击损伤包括压力容器的破裂、舷窗的退化、热控涂层的层裂、热防护性能的降低和天线系统的损伤等。

目前，针对空间碎片与微流星体防护方法，航天器采用了不同的措施以避免空间碎片与微流星体的超高速撞击，对于尺寸大于10cm的空间碎片，由于其具有的动能很大，撞击航天器时会产生毁灭性破坏，然而这些碎片中的绝大部分可以被地面观测设备跟踪观测，因此，航天器采用主动规避的方式予以躲避；对于尺寸小于1cm的空间碎片，由于其具有的动能较小，撞击航天器时通常不会产生毁灭性破坏，因此航天器采用被动防护的方法予以防护。对于1-10cm之间的碎片，由于其具有的动能较大且观测不到，航天器没有有效的防护措施，因此这些碎片成为危险碎片。

空间碎片的防护目前主要使用Whipple防护结构，即在航天器舱壁前面设置一块缓冲板，将入射弹丸破碎，甚至熔化、汽化，形成碎片云团，从而将空间碎片撞击的点载荷变成面载荷，降低冲击载荷的强度，减小航天器舱壁遭受的损伤。人们把这种结构形式称为Whipple防护结构，见图1。