[发明专利]一种同轴对转式地磁储能和释能投送地面实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种同轴对转式地磁储能和释能投送地面实验系统，包括支撑通轴，磁矩生成装置，支撑通轴上同轴转动安装有第一目标投送组件和第二目标投送组件，第一目标投送组件和第二目标投送组件均用于投送目标的安装和释放；其工作方法为，第一目标投送组件和第二目标投送组件被配置成接收磁矩生成装置的开始转动的信号后以支撑通轴为转动轴进行对向转动，并在投送目标处的线速度到达系统设定的线速度时，第一目标投送组件或第二目标投送组件进行投送目标的释放。本发明采用两套投送装置同轴对转的方式，可克服地面实验中空气阻力矩，解除目标线速度有上限的制约，从而更好地用于地磁储能方法地面原理验证。

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种同轴对转式地磁储能和释能投送地面实验系统及方法。

背景技术

主动降低空间碎片的轨道高度是清除空间碎片的较优方式，将其轨道的近地点高度降低至200km以下，受地球大气阻力的影响，它的轨道半长轴迅速减小并最终坠入大气层烧毁。

目前提出的各种空间碎片主动清除方法中，使用化学/电推力的主动拖拽离轨方法最为成熟，但耗费极高；在碎片上安装气囊阻力帆/涂抹泡沫等增加面质比的被动降轨方式，虽然省去了离轨推进工质消耗，但需要消耗安装材料，且碎片降轨所需的时间也数以年计，这无疑极大增加了二次碰撞的概率。

此外，各国均积极的发展无工质消耗型碎片清除方法，一些方法虽然设想很好，但难以实现，比如使用地面/天基高能激光清理碎片，其基本原理是通过高能激光灼烧，使灼烧产物急剧膨胀离开碎片，碎片获得反冲量而降轨，这种方法虽有理论实现的可能性，但如何产生预期的反冲量，如何有效灼烧而非破坏产生新的碎片群等问题均难以解决，因此目前只能用于清除直径10cm以下的微碎片。在无工质消耗型变轨/离轨方法中，空间电动绳系是目前认为可行性和可实现性最高的一种方式。电动绳系通过收集空间的带电粒子，在低轨空间的地球磁场中通过通电绳所受到的安培力进行轨道调整，仅有电力消耗，没有工质消耗。然而，空间电动绳系效能依赖于绳系尺度，数千米至数十千米的巨大尺度使绳系系统在空间稳定运行的可靠性问题非常突出。尽管有多个理论研究和空间试验表明绳系系统具有相当的安全系数，但是也有惨痛经历，美国的SED-2(1994年发射，绳系展开19.7km)绳系在轨展开仅4天便被空间碎片/微流星切断，说明绳系的空间安全问题还需要慎重和细致地考虑和设计。因此，现有无工质消耗型空间碎片主动清除方法均是原理可行，但都存在各自的技术问题。

而，由于地磁场能可无限获取，采用简单、空间尺度小的储能投送机构，可实现地磁场能的获取和储存，实现碎片快速离轨，理论可行且技术可实现(例如：专利申请号为CN201910774236.3的一种地磁蓄能低轨道空间碎片离轨投送轨姿耦合调整方法)，但在现有的理论技术手段中为实现投送目标的投送目和线速度之间的理论关系缺乏具体的验证过程，限制了他们的发展与实际在轨应用。

综上，克服地面空气阻力获取理论来无上限的线速度是现有的地面实验验证系统要突破的难点，因此研究解决该难点的地磁储能-释能投送地面系统与方法对于推动该离轨方法的进一步发展至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴对转式地磁储能和释能投送地面实验系统及方法，解决获得克服地面空气阻力获取理论无上限的线速度的地磁储能和释能投送地面验证系统的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种同轴对转式地磁储能和释能投送地面实验系统，包括：

支撑通轴，通过空气轴承竖直安装在实验场地的固定平台上，且被配置成与实验场地的水平面法线平行；

磁矩生成装置，与所述支撑通轴连接，且磁矩生成装置通入工作电流后在地磁场作用下受到磁力矩开始转动；

所述支撑通轴上同轴转动安装有第一目标投送组件和第二目标投送组件，所述第一目标投送组件和第二目标投送组件均用于投送目标的安装和释放；