[发明专利]一种转缆系统编队及其上行方法

说明书

太空中工作的转缆系统面临着宇宙飞船的角动量过大、转缆系统减旋困难的问题。外移转缆系统的工作过程很快，但是放出主绳非常长，占用空域过大，有触地的可能性。本发明提供一种转缆系统编队，把两个或以上的转缆系统组合，能够大大减少宇宙飞船上行过程中带来的角动量，并且大幅降低了减旋的难度，同时大大减少了空域的占用。利用这种技术，编队能够高效、快速地实现上行过程。

技术领域

本发明涉及火箭发射、航空航天、卫星等领域，特别是涉及一种转缆系统编队，利用编队帮助火箭发射，帮助航天器进入太空。

背景技术

多数卫星的公转轨道是椭圆轨道。椭圆轨道最靠近地心的点是近地点，离地球最远的点是远地点，远地点、近地点的连线经过地心。

差异率，是指一组数值的“最大值/最小值－1”的百分比，比如三个数字88、92、90的差异率是：92/88-1=4.546%。

转缆系统包括外移转缆系统、太空转缆系统。转缆系统的质心是在中心站附近。

一种外移转缆系统，工作于太空当中，是由两个配重、中心站、两根多股绳、消能卷扬机组成，其中多股绳分别连接质心和配重，多股绳和配重围绕质心转动。消能卷扬机是内部带有多盘式制动器的卷扬机，具有吸热能力大、制动能力强的特点。消能卷扬机安装在中心站处或其中一个配重处；消能卷扬机上卷绕着主绳，主绳由消能卷扬机收回或放出。主绳末端牵引着载荷或其他设备。外移转缆系统7是专利201811406250X的内容。

一种快速变径装置，涉及卷扬机，卷扬机是由卷筒、电机组成，快速变径装置是由传动装置、电池和至少两个卷扬机组成；电池与卷扬机之间、各个卷扬机之间通过传动装置进行传递动力和能量；各个卷扬机可以相互驱动，或者是卷扬机的电机产生电能储存在电池内，或者是电池释放电能驱动卷扬机；

传动装置是变流器，电池以及各个卷扬机的电机分别有电线连接变流器；卷扬机与卷扬机之间、卷扬机与电池之间，通过变流器实现电传动，传递动力和能量。

一种太空转缆系统，太空转缆系统是由中心站、两个配重、两根多股绳组成，中心站在中间，两个配重在两边围绕质心转动；同时太空转缆系统围绕地球公转；中心站安装有快速变径装置，快速变径装置的每个卷扬机的卷筒缠绕一根缆绳，缆绳用于连接配重、载荷；快速变径装置通过卷筒放出或者收回缆绳，控制配重、载荷的内移和外移；配重绳末端有滑轮分别扣着对应的多股绳。其中牵引载荷的缆绳称为主绳。太空转缆系统、快速变径装置是专利2018111758340的内容。

对接技术可以参见NASA的资料，或者是书本《航天器编队飞行导论》 孟云鹤 著，第207页“抓捕机构”的内容。该抓捕机构是一个大的轻质网状笼，当航天器和网状笼相遇时，网状笼套住航天器，就完成了抓捕。设系统的公转速度是7.5km/s，末端的网状笼的自转线速度是2km/s，则运载火箭只需要达到7.5-2=5.5km/s的速度，并在预定地点与末端的网状笼相遇，就可以了。或者是末端安装一个钩子，勾住航天器即可。

载荷主要是宇宙飞船或者其他太空货物。

上行：是指载荷从地球进入太空的过程。

r值是指主绳末端、载荷、减旋装置或其他设备绕转缆系统质心转动的半径，由于主绳要放出、收回，所以r值是变化的。R是指转缆系统对接载荷的额定对接半径，数值上通常是数十千米。

外移倍数：每个转缆系统接上载荷后，主绳放出，转动半径增大。设对接时的转动半径是r，主绳放出到转动半径是x*r处，然后把载荷抛离，x就是外移倍数。在减旋任务里，减旋设备工作时的转动半径是R值的x倍，x也是外移倍数。

减旋是转缆系统最困难的方面。载荷对接时，会给转缆系统带来1*10^11kg.m^2/s量级的角动量，是普通车轮的数千万倍以上。转缆系统的主绳、多股绳长达数十千米以上，很难消除角动量。转缆系统的主绳越长，对接时带来的角动量就越多。