[发明专利]一种组合式空间碎片清理装置及方法

说明书

本发明公开了一种组合式空间碎片清理装置及方法，装置包括捕获机构和阻力帆机构，捕获机构包括第一箱体和折叠存储在第一箱体内的机械爪，第一箱体内设置有绳索释放组件，机械爪与绳索释放组件之间连接有钢丝绳；阻力帆机构包括第二箱体，第二箱体内设置有转动轴和多个帆膜储箱，每个帆膜储箱内折叠存储有帆膜，转动轴的一端设置有第一法兰盘，转动轴的另一端设置有第二法兰盘，转动轴上缠绕有位于第一法兰盘与第二法兰盘之间的弹簧卷尺，第二箱体的箱盖上设置有阻力帆解锁组件。本发明的空间碎片清理装置结构简单，设计合理，实现方便，结合空间碎片清理方法，能够高效清理空间碎片，节能环保，使用效果好，便于推广使用。

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种组合式空间碎片清理装置及方法。

背景技术

航天技术的飞速发展，特别是微小卫星技术突飞猛进的发展，世界各国发射微小卫星的数量成井喷式增长，微小卫星具有体积小，功能单一，工作寿命短等特点，微小卫星工作寿命结束后成为空间碎片，空间碎片的存在严重威胁着在轨运行航天器的安全，碎片与航天器的碰撞能够损坏航天器表面，甚至破坏航天器的主要部件，严重影响航天器的正常工作，为了减少空间碎片，如何有效清除空间碎片已成为当前国际上研究的热点和前沿领域。

空间碎片的危害程度与空间碎片的直径密切相关，应该优先清理直径大的空间碎片，空间碎片的清理方式按照是否耗能可以分为三种：(1)主动清理方式，需要消耗能源；(2)被动清理方式，不需要消耗能源，仅靠外界环境因素来加速空间碎片的离轨；(3)混合清理方式，将主动清理方式和被动清理方式两种方式结合起来。具体方法包括捕捉、激光清理、电动力缆绳、气动阻力离轨、太阳辐射压力离轨等。

捕抓方式通过飞网、机械爪、机械臂来捕抓空间碎片，然后将碎片储存起来通过轨道转移飞行器进行统一处理，捕抓系统分为捕抓飞行器和轨道转移飞行器，通过捕抓飞行器来捕抓空间碎片，然后将碎片储存起来通过轨道转移飞行器进行统一处理，由于轨道转移飞行器空间和能量的限制，这种方式所能清理的空间碎片数目极为有限。

激光清理主要分烧蚀和推进两种方式，烧蚀是利用具有较高能量的激光连续性的照射空间碎片，使碎片的温度升高直至其升华；推进是用高能脉冲激光照射碎片表面，使空间碎片获得一个速度增量来降低其飞行轨道，从而缩短其在轨飞行的时间，这种方式对空间碎片位置探测与瞄准发射的精度要求非常高，无法有效清除1厘米以下的空间碎片；此外由于产生高能激光需要消耗大量能量，清理碎片成本高，因此采用空基和天基激光清理方式无法完成大量空间碎片的清理。

电动力缆绳清理空间碎片的原理为给空间碎片附着一条带电导线，碎片在轨飞行时，带电导线切割地球磁场的磁力线产生洛仑兹力，碎片在洛仑兹力的作用下脱离原先的运行轨道，最终进入大气层烧毁。缆绳的长度越长，产生的洛仑兹力越大，卫星进入大气层的时间越短，通常缆绳的长度为数千米到数十千米。其不足之处是由于带电导线电流非常小，通常所设计的缆绳长度需为数千米甚至数十千米，在工程中难以实现。

气动阻力离轨方式是依靠展开帆膜结构，增大卫星的面质比，从而提高卫星在轨飞行时所受到的阻力，使得卫星能够快速离轨，这种方式需要卫星自身携带阻力帆结构，在卫星工作任务结束后由星载计算机或地面控制站发出指令展开帆膜，其缺点是无法针对已存在的空间碎片进行清理。

太阳辐射压力离轨方式主要是利用太阳辐射压完成卫星变轨，展开太阳帆后，利用太阳帆指向太阳，在太阳辐射压力长时间的作用下，实现卫星的变轨，这种方法一般由地面控制站来实现操作，需要足够长的操作时间来保证太阳辐射压的长时间作用，从而使得卫星变轨。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种组合式空间碎片清理装置，其装置结构简单，设计合理，实现方便，结合空间碎片清理方法，能够高效清理空间碎片，节能环保，使用效果好，便于推广使用。