[发明专利]大型充气式防逃逸空间碎片清理装置及空间碎片释放方法

权利要求书

1.一种大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：包括夹持端、收纳箱箱体、单向门和开关门；所述收纳箱箱体为两端开口的充气式腔体结构，通过其外周面设置的夹持端与服务航天器机械臂的末端臂连接；所述单向门和开关门分别同轴固定于所述收纳箱箱体的两端开口处，作为空间碎片的收纳入口和释放出口；

所述单向门包括支撑框架、分段式刚性凸台、扇形组合件和液压合页；所述支撑框架为充气式环形结构，密封安装于收纳箱箱体的的收纳入口处；所述分段式刚性凸台是由多个圆弧段组成的圆环结构，沿周向固定于所述支撑框架的内环面；所述扇形组合件的外轮廓为扇形结构，若干扇形组合件沿周向拼接为一个完整的圆形结构，组成圆形密闭门；每个扇形组合件的圆弧端均与所述分段式刚性凸台的内环面通过液压合页铰接；所述单向门的扇形组合件包括多个沿径向排布的组合单元，所述组合单元为扇环形硬质钛合金片，从扇形组合件的圆弧端到圆心端所述扇环形硬质钛合金片的圆弧逐渐递减至圆心，组成完整的独立扇形；相邻所述硬质钛合金片之间均通过液压合页铰接，且所有液压合页的安装方向相同，使得所有的组合单元都只能向单向门内侧弯曲，形成由中心向内侧打开的蛛网结构；

所述开关门为由电机驱动的抽绳式收口结构，通过控制系绳的收紧与释放并辅以气囊的收缩与膨胀，实现开关门的开合状态转换。

2.根据权利要求1所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述收纳箱箱体还包括锥形套、环形支撑圈和条形支撑柱，多个所述环形支撑圈沿轴向均布于收纳箱箱体的外周面，多个所述条形支撑柱沿周向均布于收纳箱箱体的外周面，用于增强充气后收纳箱箱体结构的稳定性；所述锥形套为喇叭结构，小径端同轴固定于所述单向门的外侧，用于空间碎片的导向。

3.根据权利要求1所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述收纳箱箱体内壁上、靠近所述单向门的支撑框架处，沿周向均布若干朝向可活动的冷气式喷嘴，在必要情况下通过气流控制收纳箱箱体内空间碎片的流向。

4.根据权利要求1所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述收纳箱箱体内沿轴向均布多道所述单向门，且每道单向门的内侧、收纳箱箱体内周壁上都均布若干冷气式活动喷嘴。

5.根据权利要求4所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述开关门包括充气式支撑框架、电机轮毂机构、绳系、圆柱形织物、环形储线槽、金属环、环形气囊、条形气囊，所述圆柱形织物为两端开口的口袋式结构，其一侧开口端通过所述充气式支撑框架密封安装于所述收纳箱箱体的释放出口，另一侧开口处设置有环形储线槽；两个所述电机轮毂机构对称安装于充气式支撑框架上，所述绳系两端沿所述储线槽分别绕过所述收纳箱箱体的周向，分别与两个电机轮毂机构连接；服务航天器控制系统通过控制电机轮毂机构驱动系绳的收紧与释放，辅以气囊的收缩与膨胀，共同实现所述圆柱形织物另一侧开口的开放或收紧，进而控制开关门的开合；

所述金属环设置于所述环形储线槽的槽口处，所述绳系从金属环穿入环形储线槽；所述环形气囊和条形气囊分别沿周向和轴向方向设置于圆柱形织物内，在开关门处于打开状态时用于支撑圆柱形织物。

6.根据权利要求1所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述夹持端、锥形套和收纳箱均由充气式材料制成，外表面附有隔热、防辐射的高强度纳米级kevlar纤维层。

7.根据权利要求1所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置，其特征在于：所述夹持端内部设有与服务航天器供气系统相连接的电气对接接口。

8.一种根据权利要求5所述大型充气式防逃逸空间碎片清理装置的空间碎片释放方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：空间碎片填满所述收纳箱箱体时，由服务航天器运载到空间碎片坟墓轨道；

步骤二：通过服务航天器储气系统对所述开关门的环形气囊和条形气囊供气，同时所述电机轮毂机构随动地释放系绳，使得所述开关门的开口逐渐变大；直到完全开启；

步骤三：供气系统停止供气，并维持所述环形气囊和条形气囊供气内的压强；所述电机轮毂机构进行制动停止释放系绳，此时的整个开关门呈开口圆柱状，环形储线槽和环形气囊呈完整圆环状；

步骤四：在所述冷气式活动喷嘴的作用下，将收纳箱箱体内的空间碎片快速清出；

步骤五：所述收纳箱箱体清空后，所述环形气囊和条形气囊的供气系统卸荷，同时所述电机轮毂机构收紧系绳；所述储线槽和圆柱形织物在系绳挤压下出现褶皱，开关门的开口逐渐减小；直到开关门完全封闭；

步骤六：所述电机轮毂机构制动，停止收紧绳系；电机轮毂机构抱闸锁定，维持开关门关闭状态。