[发明专利]一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕方法

说明书

本发明公开了一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法，包括主星和若干依次可分离连接的子星系统，位于连接末端的子星系统与主星可分离连接；主星上设置控制系统、通信雷达、遥测装置和若干姿控装置，通信雷达、遥测装置和若干姿控发动机均与控制系统连接；子星系统包括若干子星和抓捕绳网，若干子星与抓捕绳网边缘均匀连接。通过控制子星之间的相对运动以及抓捕绳网的张合实现待捕获空间碎片的抓捕；基于多个子星相对运动的灵活性，通过协同控制，采用抓捕绳网对待捕获空间碎片进行包裹，可适用于具有几何外形多样、几何尺寸不一的待捕获空间碎片，且不需要提前精确知晓待捕获空间碎片的信息，就能实现对待捕获空间碎片的抓捕。

技术领域

本发明属于航空航天领域，涉及一种空间碎片的捕获系统及方法，尤其是一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法。

背景技术

伴随着人类对空间资源的不断探索与利用，由故障失效卫星、各种爆炸以及碎片等各种原因造成的大量空间垃圾，不仅占据着宝贵的轨道资源，还对正常在轨运行的航天器的安全造成了严重威胁。尤其是以失效卫星等为代表的大型空间碎片，一旦发生碰撞，将会产生更多的次生碎片。所以，对失效航天器等空间碎片清理迫在眉睫。

然而，由于空间碎片几何外形多种多样、几何尺寸大小不一，运动参数不确定(大多数空间碎片呈现足有翻滚运动状态)，且无专门的抓捕对接机构、无合作测量装置等，使得空间碎片的抓捕极具挑战性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于多子星协同的空间碎片绳网抓捕系统，包括主星和若干子星系统；若干子星系统依次可分离连接，位于连接末端的子星系统与主星可分离连接；主星上设置控制系统、通信雷达、遥测装置和若干姿控装置，通信雷达、遥测装置和若干姿控发动机均与控制系统连接；子星系统包括若干子星和抓捕绳网，若干子星与抓捕绳网边缘均匀连接；遥测装置用于测量主星与待捕获空间碎片的状态信息，并发送至控制系统和若干子星；控制系统用于根据遥测装置发送的状态信息和/或通信雷达发送的子星状态信息生成子星控制指令并发送至通信雷达，生成姿控控制指令发送至姿控装置；通信雷达用于接收子星发送的子星状态信息并发送至控制系统，接收控制系统发送的子星控制指令并发送至子星；子星用于发送子星状态信息至通信雷达，接收通信雷达发送的子星控制指令，并根据子星控制指令、子星状态信息和待捕获空间碎片的状态信息生成子星姿控控制指令，根据子星姿控控制指令进行子星姿态机动；姿控装置用于根据姿控控制指令进行主星的姿态机动；抓捕绳网用于在子星姿态机动的牵引下抓捕并收容待捕获空间碎片。

本发明进一步的改进在于：

每个子星上均设置天线、子星姿控装置、子星测量装置和子星控制系统，天线和子星姿控装置均与子星控制系统连接，天线与通信雷达连接；天线用于接收子星姿控装置发送的子星状态信息并发送至通信雷达，接收通信雷达发送的子星控制指令并发送至子星控制系统；子星测量装置用于测量待捕获空间碎片的运动信息，并发送至子星控制系统；子星控制系统用于根据子星控制指令、子星状态信息和待捕获空间碎片的运动信息生成子星姿控控制指令并发送至子星姿控装置；子星姿控装置用于测量子星状态信息并发送至天线和子星控制系统，根据子星姿控控制指令进行子星的姿态机动。

抓捕绳网包括上层网、下层网、牵引绳和若干条电动系绳；上层网和下层网连接；上层网上开设开口，开口边缘均布若干引导环和若干单向收线器；牵引绳位于引导环内部且与单向收线器和上层网连接；每条电动系绳一端均连接牵引绳，另一端均连接子星。

上层网、下层网、牵引绳和引导环均采用凯夫拉材质，单向收线器采用钛合金或PVC材质，电动系绳采用铝线。

主星上还设置若干减震连接装置；减震连接装置包括榫接单元和若干弹簧减震单元；榫接单元和若干弹簧减震单元均与子星连接。