[发明专利]动量自适应隔离缓释型空间抓捕装置

说明书

动量自适应隔离缓释型空间抓捕装置，涉及空间碎片抓捕装置及相关航天技术领域。解决现有抓捕装置无法有效隔离空间碎片的复杂运动以及由空间碎片自身质量产生的动量对抓捕装置的影响的问题；本发明包括基座、伸缩臂、抓捕机构；基座包括基座内框和基座外框，二者通过转轴连接，且基座内框可相对于基座外框转动，基座外框固定在航天器上；抓捕机构包括磁悬轴承和多个可伸缩抓捕头；多个可伸缩抓捕头沿着轴承内环的内壁上周向均匀布设；伸缩臂的首端与基座内框转动连接；伸缩臂的末端与轴承外环转动连接；通过控制多个可伸缩抓捕头的伸缩，实现对空间碎片的抓捕或释放。本发明主要用于对空间碎片进行捕获。

技术领域

本发明涉及空间碎片抓捕装置及相关航天技术领域。

背景技术

人类太空探索任务日益增加，环绕地球飞行的人造飞行器的数量也越来越多，而报废的飞行器往往会在轨道上继续长时间运行。报废的不受控制的飞行器造成了大量自身解体或与别的飞行器相撞的情况，导致空间碎片不断产生。空间碎片极大地威胁了正常的在轨飞行器的飞行安全，且占据了宝贵的空间轨道，因此有必要设计一套装置高效地抓捕以清理空间碎片。

现有技术多采用空间机械臂配合机械臂末端手爪抓捕碎片，或者采用柔性的网状装置包裹住碎片。这两种装置都是安装在空间飞行机器人上，飞行机器人运动至碎片的周围，之后装置工作抓捕碎片。碎片被捕获后，飞行机器人拖动碎片将其拖离轨道。

分析以上两种空间碎片的抓捕技术，发现存在以下问题：不受控的空间碎片往往处于自旋状态，且自旋运动所围绕的旋转轴在空间中的指向也可能始终在变化，即碎片是在绕运动的轴旋转，碎片的旋转运动比较复杂。空间碎片的质量是未知的，当碎片自旋时，动量可能极大。考虑到碎片可能存在的复杂的运动以及自身巨大产生的动量，如果抓捕装置没有能力有效处理这两个问题，那么当碎片被捕获之后，碎片将极大地改变抓捕装置以及飞行机器人的运动姿态，严重的情况下将造成飞行机器人和抓捕装置失控，致使抓捕任务失败，使得抓捕任务成功率低，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有抓捕装置无法有效隔离空间碎片的复杂运动以及由空间碎片自身质量产生的动量对抓捕装置的影响的问题；本发明提供了一种动量自适应隔离缓释型空间抓捕装置。

动量自适应隔离缓释型空间抓捕装置，包括基座、伸缩臂、抓捕机构；

基座包括基座内框和基座外框，二者通过转轴连接，且基座内框可相对于基座外框转动，基座外框固定在航天器上；

抓捕机构包括磁悬轴承和多个可伸缩抓捕头；其中，磁悬轴承包括轴承内环和轴承外环；多个可伸缩抓捕头沿着轴承内环的内壁上周向均匀布设；

伸缩臂的首端与基座内框转动连接，且伸缩臂的首端相对于基座内框转动；伸缩臂的末端与轴承外环转动连接，且轴承外环相对于伸缩臂的末端转动；

通过控制多个可伸缩抓捕头的伸缩，实现对空间碎片的抓捕或释放。

优选的是，每个可伸缩抓捕头包括1号直线电机、推杆和摩擦头；

1号直线电机固定在轴承内环的内壁上，1号直线电机的输出轴与推杆的一端连接，推杆的另一端与摩擦头固定连接。

优选的是，伸缩臂包括1个首端连接组件、N个中间连接组件和1个末端连接组件，N为大于或等于2的整数；

N个中间连接组件顺次连接组成中间伸缩部，且相邻的两个中间连接组件通过齿啮合转动连接；沿基座指向抓捕机构的方向上，N个中间连接组件依次被定义为第一个至第N个中间连接组件；

第一个中间连接组件的首端与首端连接组件的末端通过齿啮合转动连接，首端连接组件的首端与基座内框通过齿轮啮合转动连接；

第N个中间连接组件的末端与末端连接组件的首端通过齿啮合转动连接，末端连接组件的末端与轴承外环的外壁之间通过齿轮啮合转动连接。