[发明专利]一种清除空间碎片的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种清除空间碎片的方法和装置。

背景技术

空间碎片，专指人类在太空活动中产生的废弃物及其衍生物。空间碎片有多种来源。没人能够数清空间碎片的确切数目。人类目前只能对直径10厘米以上的碎片进行跟踪监测，截至2013年4月，这类碎片共有16649多个。其中，开展空间活动时间较长的美、俄两国，所产生的空间碎片约占总数的29.7%和37.6%，我国产生的约占22.5%。小于1厘米的碎片据估计有数千万乃至数亿，航天器已经根本无法避免与其相撞，只能通过加强自身的防护能力来应对。

空间碎片特别是微小空间碎片（1厘米以下）由于数量众多、分布广泛，难以有效监测跟踪，其对空间环境造成的污染已威胁到在轨航天器的安全。如何有效减缓和清除微小空间碎片正成为当前国际上研究的热点和前沿领域。

现有技术中清除空间碎片的方法和装置主要是通过脉冲式激光清除空间碎片。该技术的基本思想是利用高能脉冲激光束照射碎片表面，产生类似于火箭推进的“热物质射流”，为碎片提供一定的速度负增量来降低近地点高度，达到缩短碎片轨道寿命的目的。文献《强激光清除空间碎片的力学行为初探》（彭玉峰,盛朝霞等，应用激光，2004.24(1)：24-26）对脉冲式激光清除空间碎片技术的理论进行了初步分析，计算了在理想情况下清除近地轨道（LEO）小于10cm空间碎片所需的激光器参数。利用脉冲式激光的作用力改变空间碎片运行轨道；脉冲式激光清除碎片技术需要的是点对点的推力，这就意味着对碎片位置探测与瞄准发射的精度要求非常高，因此，对微小空间碎片（1厘米以下）几乎无法有效地清除。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种清除空间碎片的方法，使用该方法无需对空间碎片位置探测的精度要求很高，可有效地清除微小空间碎片（1厘米以下）。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种清除空间碎片的装置，该装置无需对空间碎片位置探测的精度要求很高，可有效地清除微小空间碎片（1厘米以下）。

就清除空间碎片的方法而言，为解决上述技术问题，本发明提供了一种清除空间碎片的方法，对在原轨道运行的空间碎片施加电磁力；所述电磁力包括电场力或磁场力或电场力和磁场力的结合；所述电场力和磁场力的结合是先对空间碎片施加电场力再对空间碎片施加磁场力，或先对空间碎片施加磁场力再对空间碎片施加电场力，或对空间碎片施加电场力的同时还对空间碎片施加磁场力；空间碎片在电磁力的作用下速度的大小和/或方向发生改变；改变速度后的空间碎片在地球引力的作用下改在新轨道运行；空间碎片至少在新轨道的近地点高度比该空间碎片在原轨道的近地点高度低；在新轨道运行的空间碎片在大气阻力的作用下最终坠入地球稠密大气层。

所述电场力的方向与空间碎片速度的方向之间的夹角大于或等于63.4°且小于或等于243.4°。

所述电场力的方向与空间碎片速度的方向之间的夹角大于或等于150°且小于或等于160°。

所述电磁力中的电场力是脉冲电场力。

本发明清除空间碎片的方法相对于现有技术具有以下有益效果。

1、本技术方案由于采用了对在原轨道运行的空间碎片施加电磁力的技术手段，空间碎片通常带有负电荷，所以，空间碎片在电磁力的作用下速度的大小和/或方向发生改变，改变速度后的空间碎片在地球引力的作用下改在新轨道运行；空间碎片至少在新轨道的近地点高度比该空间碎片在原轨道的近地点区高度低；在新轨道运行的空间碎片在大气阻力的作用下最终坠入地球大气层。又由于电磁力是通过电场和磁场实现的，而电场和磁场可在较大范围内产生，空间碎片与电场和磁场相比，好似一个小球体和一个大空间相比一样，因为空间碎片的数量很多，所以，空间碎片很容易进入电场和磁场的作用范围。使用该方法无需对空间碎片位置探测的精度要求很高，可有效地清除微小空间碎片（1厘米以下）。

2、本技术方案由于采用了电场力的方向与空间碎片速度的方向之间的夹角大于或等于63.4°且小于或等于243.4°的技术手段，所以，可确保空间碎片向地心方向运行。

3、本技术方案由于采用了电场力的方向与空间碎片速度的方向之间的夹角大于或等于150°且小于或等于160°的技术手段，所以，可确保空间碎片更显著地向地心方向运行。

4、本技术方案由于采用了电磁力中的电场力是脉冲电场力的技术手段，脉冲电场力对空间碎片具有很大的冲击作用，所以，可进一步提高对空间碎片的作用效果。