[发明专利]利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置和消旋方法，该装置包括安装有太阳能帆板的服务航天器主体，服务航天器主体表面上分布有吸附式质量块和弹射装置；吸附式质量块位于弹射装置顶部并能够被弹出；所述的吸附式质量块的各个表面均匀地分布着用于和目标连接的吸附组件。通过向目标上特定位置发射吸附式质量块，改变目标的转动惯量分布，从而改变目标的角加速度，进而改变目标的角速度，在尽可能地减小对服务航天器影响的要求下，实现对目标的快速消旋。

技术领域

本发明涉及航天技术，具体涉及一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法。

背景技术

人类对外太空的探索活动逐渐增加，带来效益的同时也对空间环境也产生了持续深远的影响，太空中残留的火箭末级、失效卫星、航天器任务抛弃物、航天器解体及碰撞衍生物等大量空间碎片对人类航天事业的发展已构成了巨大威胁。因此，空间碎片的主动移除技术已成为目前航天领域研究的热点。空间碎片主动移除的首要关键是实施在轨捕获，而空间碎片大多是非合作目标，由于目标已失去姿态调整能力，且长期处于失控状态运行，受太阳光压、重力梯度等摄动力矩及失效前自身残余角动量的影响，往往会出现复杂的旋转运动，乃至最终趋向于自由翻滚运动。若能做到抓捕前将其转速减慢或直至静止，即消旋处理，将有利于后续的直接捕获及回收处理。

对翻滚非合作目标消旋是指利用外部控制力矩来衰减目标角速度，实现方式按作用力是否与目标接触分为接触式和非接触式两种。基于减速刷或机械脉冲等接触式消旋方法适用于质量较大目标的快速消旋，但是对提供支撑的服务航天器影响大，在消旋过程中对服务航天器的控制能力要求较高；利用气体冲击、静电力、电磁力、激光等非接触力进行消旋有效减少碰撞风险，在安全间距离外衰减目标三轴转速，但是消旋过程持续时间较长。

结合目前空间技术的发展现状：在轨服务航天器精确控制能力有限，尚没有实际针对非合作/失效目标开展机械臂精密操作的在轨任务；受航天器控制弧长和任务周期的限制，消旋时间不能过长。因此，需要提出一种既对服务航天器本体控制要求低、能耗低，同时消旋时间短、消旋过程可控的消旋方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置及方法。当服务航天器到达目标附近时，通过向目标上特定位置发射吸附式质量块，改变目标的转动惯量分布，从而改变目标的角加速度，进而改变目标的角速度，在尽可能地减小对服务航天器影响的要求下，实现对目标的快速消旋。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置，包括安装有太阳能帆板的服务航天器主体，服务航天器主体表面上分布有吸附式质量块和弹射装置；吸附式质量块位于弹射装置顶部并能够被弹出；所述的吸附式质量块的各个表面均匀地分布着用于和目标连接的吸附组件。

所述的弹射装置包括设置在壳体内的弹簧和传动杆件，传动杆件支撑吸附式质量块，传动杆件与弹簧接触并压缩弹簧。

所述的吸附式质量块的各个表面均匀地分布着吸附组件；所述的吸附组件为吸盘。

一种利用吸附式质量块改变转动惯量分布的空间碎片消旋装置的消旋方法，当服务航天器到达目标附近时，通过向目标上特定位置发射吸附式质量块，改变目标的转动惯量分布，从而改变目标的角加速度，进而改变目标的角速度，实现对目标的快速消旋。

作为本发明的进一步改进，具体包括如下步骤：

步骤1：对目标运动进行分析，使目标的角速度ω→0：