CN106976571B - 一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其包含：发射平台，用于搭载两颗纳星，并在抓捕空间碎片时向空间碎片发射该两颗纳星；两颗纳星，每颗纳星表面分别附着缓冲材料；系绳，其两端分别与两颗纳星连接；两颗纳星发射前系绳收纳状于发射平台中，两颗纳星发射后系绳展开并在纳星牵引下缠绕或包拢空间碎片以抓捕空间碎片。其优点是：其采用绳系纳星系统抓捕目标，通过柔性系绳，可以对任意形状的目标进行抓捕；且纳星上设置有缓冲材料，可以避免纳星与目标发生碰撞造成纳星和目标损坏；系绳具有粘扣功能、磁吸功能、记忆形状功能以及自动收紧功能，可防止目标逃脱；绳系纳星抓捕系统相对于其他抓捕方式而言经济效益更高。

Description

一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统

技术领域

本发明涉及空间碎片抓捕与回收技术领域，具体涉及一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统。

背景技术

随着航天事业的发展，空间中航天器的数量也越来越多，随之而来的，失效或故障航天器的数量也越来越多。这些航天器占据了宝贵的轨道资源，对正常航天器的运行产生威胁；同时这些航天器上的非故障部件具有十分重要的经济价值，这使得对于这些失效或者故障航天器的回收工作变得特别有意义。由于空间碎片清理的难度较高，目前对于空间碎片的清理处于概念设计阶段，包括飞网抓捕、机械臂抓捕等方式。

考虑到空间碎片多为报废航天器、故障航天器、自由运动的陨石等，对于抓捕航天器来说属于非合作目标。对于非合作目标的抓捕，飞网抓捕、机械臂抓捕等传统方法面临抓捕时的碰撞与能量交换问题，容易造成抓捕航天器或者抓捕机构的损伤，从而导致抓捕任务失败。

采用绳系纳星实现空间碎片的抓捕，纳星本体的体积小，结构简单，表面涂有一层缓冲材料，与空间碎片碰撞不会造成纳星损伤；系绳属于弹性材料，与空间碎片接触时产生的碰撞与能量交换不会损坏系绳，对于抓捕任务更加容易实现；另外纳星星体质量小，作用单一，造价便宜，近几年得到了很大发展，采用纳星作为抓捕载体，在完成任务的基础上能极大的节省回收成本，获得更大的经济效益。

随着航天事业的发展，空间中航天器的数量也越来越多，随之而来的，失效或故障航天器的数量也越来越多。这些航天器占据了宝贵的轨道资源，对正常航天器的运行产生威胁；同时这些航天器上的非故障部件具有十分重要的经济价值，这使得对于这些失效或者故障航天器的回收工作变得特别有意义。纳星由于星体质量小，作用单一，造价便宜，近几年得到了很大发展，采用纳星作为抓捕载体，在完成任务的基础上能极大的节省回收成本，获得更大的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其采用绳系纳星系统抓捕目标，通过柔性系绳，可以对任意形状的目标进行抓捕；且纳星上设置有缓冲材料，可以避免纳星与目标发生碰撞造成纳星和目标损坏；系绳具有粘扣功能、磁吸功能、记忆形状功能以及自动收紧功能，可防止目标逃脱；绳系纳星抓捕系统相对于其他抓捕方式而言经济效益更高。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其特征是，包含：

发射平台，用于搭载两颗纳星，并在抓捕空间碎片时向空间碎片发射该两颗纳星；

两颗纳星，每颗纳星表面分别附着缓冲材料；

系绳，其两端分别与两颗纳星连接；两颗纳星发射前系绳处于收纳状于发射平台中，两颗纳星发射后系绳展开并在纳星牵引下缠绕或包拢空间碎片以抓捕空间碎片。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

所述系绳具有粘扣功能或磁吸功能或形状记忆功能。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

所述系绳具有粘扣功能，在系绳的正反两面分别粘贴正反双面带状粘扣；系绳处于收纳状态时 ，粘扣同面相接触，不发生粘接，当系绳完成对空间碎片的缠绕后，系绳的正面粘扣和反面粘扣相互接触并搭接。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

所述系绳具有磁吸功能，系绳采用经编的空芯系绳，绳长方向对半，一半内置铁磁性芯线，另一半内置耐高温钕铁硼磁珠，钕铁硼磁珠之间同名磁极相向；系绳处于收纳状态时 ，钕铁硼磁珠之间同名磁极相斥，避免发生相吸，当系绳完成对空间碎片的缠绕后，系绳的铁磁性芯线段和钕铁硼磁珠段相互吸引并搭接。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

所述系绳具有形状记忆功能，系绳采用超弹性材料制成，使其在自由态时形成曲率半径的螺旋包拢结构；当系绳完成对空间碎片的缠绕后，凭借系绳的曲率半径的螺旋包拢结构的抱持力包拢空间碎片。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

纳星发射前系绳被收纳于纳星端部。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中：

所述超弹性材料为类铍青铜或碳纤维。

上述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其中，还包含：

弹性系绳收紧器，配置在每颗纳星与系绳的连接部，用于将系绳收紧，确保系绳紧紧缠绕空间碎片。

本发明与现有技术相比具有以下优点：其采用绳系纳星系统抓捕目标，通过柔性系绳，可以对任意形状的目标进行抓捕；且纳星上设置有缓冲材料，可以避免纳星与目标发生碰撞造成纳星和目标损坏；系绳具有粘扣功能、磁吸功能、记忆形状功能以及自动收紧功能，可防止目标逃脱；绳系纳星抓捕系统相对于其他抓捕方式而言经济效益更高。

附图说明

图1为本发明的系统捕捉目标示意图；

图2为本发明的纳星表面吸附缓冲材料示意图；

图3为本发明的粘扣功能系绳与纳星的连接结构示意图；

图4为发射后粘扣功能系绳在纳星牵引下缠绕目标的结构示意图；

图5为本发明的磁吸功能系绳与纳星的连接结构示意图；

图6为发射后磁吸功能系绳在纳星牵引下缠绕目标的结构示意图；

图7为本发明形状记忆功能系绳的结构示意图；

图8为本发明的形状记忆功能系绳与纳星的连接结构示意图；

图9为发射后形状记忆功能系绳在纳星牵引下缠绕目标的结构示意图；

图10为本发明中弹性系绳收紧器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明公开了一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其包含：发射平台1，用于搭载两颗纳星2，并在抓捕空间碎片4时向空间碎片4发射该两颗纳星22；两颗纳星2，如图2所示，每颗纳星2表面可分别附着缓冲材料21，以避免纳星2与目标（即空间碎片4）发生碰撞造成纳星2和目标损坏；系绳3，其两端分别与两颗纳星2连接；两颗纳星2发射前系绳收纳状于发射平台1中，两颗纳星2发射后系绳3展开并在纳星2牵引下缠绕或包拢空间碎片4以抓捕空间碎片4。所述系绳3可以是具有粘扣功能或磁吸功能或形状记忆功能的系绳，其具有柔性，可以对任意形状的目标进行抓捕。

本发明的一实施例中，系绳3具有自动收紧功能，确保抓捕任务完成，如图10所示，其实现方法是，在每颗纳星2与系绳3的连接部配置一弹性系绳收紧器5，弹性系绳收紧器5为纳星2的一部分，用于将系绳3收紧，确保系绳3紧紧缠绕空间碎片4，将松弛的系绳3收紧，避免其飘飞。弹性系绳收紧器5具体可以由壳体51、扭簧52、锁扣53、收线装置54组成，本实施例中，使用前扭簧52处于扭紧状态，且由锁扣53锁紧，在纳星2与目标空间碎片4表面粘合之后，锁扣52打开，扭簧52带动收线装置53转动，收回外部松弛段系绳3，提供系绳3一定张力，确保系绳3紧紧缠绕于目标空间碎片4表面。弹性系绳收紧器5由纳星2控制，在纳星2与目标空间碎片4表面粘合之后，纳星2发出控制指令，弹性系绳收紧器5锁扣打开，扭簧52带动收线装置53运动。

本发明的工作原理是，当发射平台1发现并接近抓捕目标时，对其发射两颗纳星2，同时发射平台1释放系绳3以解锁系绳3，在纳星2的拖拽下，系绳3自然展开，并对抓捕目标形成缠绕，通过系绳3的吸附和收紧，实现对目标的抓捕任务。

实施例一

如图3所示，是一种具有粘扣功能的系绳3，在系绳3的正反两面分别粘贴正反双面带状粘扣；系绳3处于收纳状态时，粘扣同面相接触，不发生粘接，如图4所示，当系绳3完成对空间碎片4的缠绕后，系绳3的正面粘扣和反面粘扣相互接触并搭接。粘接强度与粘接材料及扣结构、粘接时压紧程度、粘接区域面积相关。

实施例二

如图5所示，是一种具有磁吸功能的系绳3，系绳3采用经编的空芯系绳，绳长方向对半，一半内置铁磁性芯线31，另一半内置耐高温钕铁硼磁珠32，钕铁硼磁珠32之间同名磁极相向（图中黑白为两个磁极），较佳的，绳子的中段33保留空心，以免收纳时铁磁性芯线31与耐高温钕铁硼磁珠32发生缠绕；系绳3处于收纳状态时，钕铁硼磁珠32之间同名磁极相斥，避免发生相吸，如图6所示，当系绳3完成对空间碎片4的缠绕后，系绳3的铁磁性芯线段31和钕铁硼磁珠32段提供了绳间吸合力相互吸引并搭接。

实施例三

如图7、8所示，是一种具有形状记忆功能的系绳3，系绳3采用超弹性材料制成，超弹性材料可以是类铍青铜或碳纤维，使其在自由态时形成曲率半径的螺旋包拢结构；如图9所示，当系绳3完成对空间碎片4的缠绕后，凭借系绳3的曲率半径的螺旋包拢结构的抱持力包拢空间碎片4。纳星2发射前系绳3被收纳于纳星2端部。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其特征在于，包含：

发射平台(1)，用于搭载两颗纳星(2)，并在抓捕空间碎片(4)时向空间碎片(4)发射该两颗纳星(2)；

两颗纳星(2)，每颗纳星(2)表面分别附着缓冲材料(21)；

系绳(3)，其两端分别与两颗纳星(2)连接；两颗纳星(2)发射前系绳(3)收纳于发射平台(1)中，两颗纳星(2)发射后系绳(3)展开并在纳星牵引下缠绕或包拢空间碎片(4)以抓捕空间碎片(4)；

所述系绳(3)具有粘扣功能或磁吸功能或形状记忆功能；

所述系绳(3)具有粘扣功能时，在系绳(3)的正反两面分别粘贴正反双面带状粘扣；系绳(3)处于收纳状态时，粘扣同面相接触，不发生粘接，当系绳(3)完成对空间碎片(4)的缠绕后，系绳(3)的正面粘扣和反面粘扣相互接触并搭接；

所述系绳(3)具有磁吸功能时，系绳(3)采用经编的空芯系绳，绳长方向对半，一半内置铁磁性芯线(31)，另一半内置耐高温钕铁硼磁珠(32)，钕铁硼磁珠(32)之间同名磁极相向；系绳(3)处于收纳状态时，钕铁硼磁珠(32)之间同名磁极相斥，避免发生相吸，当系绳(3)完成对空间碎片(4)的缠绕后，系绳的铁磁性芯线(31)和钕铁硼磁珠(32)段相互吸引并搭接；

所述系绳(3)具有形状记忆功能时，系绳(3)采用超弹性材料制成，使其在自由态时形成曲率半径的螺旋包拢结构；当系绳(3)完成对空间碎片(4)的缠绕后，凭借系绳(3)的曲率半径的螺旋包拢结构的抱持力包拢空间碎片(4)。

2.如权利要求1所述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其特征在于：

纳星(2)发射前系绳(3)被收纳于纳星(2)端部。

3.如权利要求1所述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其特征在于：

所述超弹性材料为类铍青铜或碳纤维。

4.如权利要求1所述的用于空间碎片抓捕的绳系纳星系统，其特征在于，还包含：

弹性系绳收紧器(5)，配置在每颗纳星(2)与系绳(3)的连接部，用于将系绳(3)收紧，确保系绳(3)紧紧缠绕空间碎片(4)。