[发明专利]一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统

说明书

本发明公开了一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，包括低轨卫星以及碎片清除机构，碎片清除机构包括总控制系统、投放装置、跟瞄装置以及多个不同类型的捕获装置，碎片清除机构安装在所述低轨卫星的搭载平台上，所述低轨卫星装载所述碎片清除机构进入轨道，捕获装置由投放装置推射进入不同空间碎片的转移轨道，捕获装置包括网捕组件、降轨过程以及能控制网捕组件和降轨组件运行的捕获控制系统，跟瞄装置获取目标碎片的位置参数并传输至总控制系统，总控制系统根据预设程序进行计算并输出控制指令至投放装置以及捕获控制系统。所述清除系统及其清除方法的捕获装置体积小、质量轻，高度模块化、标准化，成本低，可大量投放，捕获效率高。

技术领域

本发明涉及一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，涉及空间碎片清除技术领域。

背景技术

联合国和平利用外层空间委员会将空间碎片明确定义为：“空间碎片是指位于地球轨道或再入稠密大气层的、所有失效的并且没有理由指望其能继续保有或恢复其原定功能的人造物体及其碎片和零部件，无论是否可以确定这些物体的所有者。”截止至2018年5月13日，美国空间监测网所编目的在轨空间目标总数已达19124个，其中有效载荷4787个(仍在正常工作的约1994个)，火箭箭体和空间碎片共14331个，达到总数的3/4。火箭箭体和空间碎片大多分布在低轨区域(轨道高度低于2000km)，数量达到11139个，占其总数的77％。

近年来，空间碎片日益增多，增长速度加快，严重威胁航天器的安全运行。根据权威机构统计数据显示，若不采取任何主动清除或减缓措施，2210年低轨目标数量将高达60000个，目标总量将增长5倍。

当前，多个国家和组织已开展了多项空间碎片主动清除项目，主要包括：美国的SUMO先进服务航天器计划，其旨在演示验证自主接近和抓捕通用硬件接口航天器能力；2012年，瑞士航天中心宣布将发射“太空清理1号”卫星，采用机械臂/机械手抓捕一颗已经到达寿命终期的瑞士立方星；2013年，法国公布自己的碎片清除系统计划，该系统采用机械手对碎片进行抓捕；欧洲航天局的地球同步轨道清理机器人项目，该项目采用绳系式捕获控制系统，面向大尺寸空间碎片设计飞网抓捕装置，通过绳系装置将碎片拖至废弃轨道；美国的电动碎片清除器项目，清除器主要由长导线、太阳电池阵、电子收集发射器和飞网管理器组成，每个管理器科携带100张飞网进行碎片捕获。

空间碎片主动清除技术手段主要包括机械臂捕获、绳网捕获、激光清除等。机械臂捕获技术成熟度较高，可操控性较强，然而这种捕获方式存在以下不足：1、机械臂在进行大量低价值目标捕获任务时需要进行多次机动，燃料消耗大、所需成本高；2、机械臂捕获通常适用于有对接抓捕接口的合作目标，且难以捕获自旋或翻滚目标，通用性受限。绳网捕获的工作过程为：首先空间拖船机动接近空间碎片；然后抛射展开绳网，捕获目标并形成复合体；最后利用空间拖船推力器实现复合体离轨。该捕获方式存在以下不足：1、完成一次碎片捕获任务所需机动次数多，燃料消耗大、成本高；2、通过质量块抛射牵引方式难以保证绳网有效展开并保持其空间构型；3、实现复合体离轨需要消耗较多能量；激光清除是指利用激光束照射碎片表面，使辐照区材料产生热物质射流并向外喷出，从而产生反向作用力而改变碎片轨道。激光清除的应用局限是：1、激光器耗能高，地基激光在大气中传播时能量损耗大，天基激光的能量来源和存储都难以解决；2、激光清除空间碎片需要极高精度的对准能力，目前相关技术难题尚未突破。

综上所述，由于空间碎片数量多且增长速度逐渐加快，当前大部分的空间碎片清除方法存在成本高、效率低、通用性受限等缺点，单次航天任务难以实现多个空间碎片的有效清除。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种通用性强、模块化、成本低并能实现空间碎片批量清除的碎片清除系统及其清除方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：