[发明专利]绳网式空间碎片抓捕与清除系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种绳网式空间碎片抓捕与清除系统，属航天技术领域，可用于空间碎片（废弃卫星、轨道垃圾）的抓捕与清理，也可用于其它非合作目标的捕获和在轨服务。

背景技术

空间碎片起源于人类的航天活动，随着空间技术的飞速发展，空间碎片的数量也随之高速增长，根据美国空间监测网公布的数据，截至2012年1月，可监测并记录到的空间物体接近22000个，其中90%以上属于空间碎片，其潜在的碰撞风险日益威胁着航天器的在轨运行安全，已成为一个引人瞩目的环境问题。目前，国际上对空间碎片的减缓措施主要有钝化、系留、垃圾轨道和重复利用等四种策略，现有碎片减缓措施在一定程度上能够减缓空间碎片的增长趋势，但不能改变空间碎片总量继续增长的趋势。空间碎片之间的相互碰撞成为未来碎片数量增长的主要因素，只有采取主动清除措施，清除影响比较大的碎片，才能从根本上阻止空间碎片的增长趋势，进而改善空间碎片环境。

绳网式抓捕技术是当前国际上研究比较热门的一种空间碎片主动清除技术，通过向被捕获目标方向展开一张由细绳编织成的网,通过绳网包裹住空间碎片,实现对碎片的回收与清除。与传统的机械手抓捕方式相比,绳网式抓捕方式具有安全性高、对载体航天器影响小、消耗能量少、抓捕容错范围大等优点。

目前，在绳网式空间目标抓捕系统研究方面国外也开展了多个项目研究，其中包括欧洲的ROGER(Robotic Geostationary Orbit Restorer)项目，美国的EDDE项目和日本的Furoshiki项目。ROGER(Robotic Geostationary Orbit Restorer)项目主要研究卫星服务系统的可行性，该系统用于清除同步轨道上的废弃卫星和运载器上面级，用发射器发射质量块，带动飞网展开，飞网捕获目标后收口主要靠装在质量块内部的电机来完成收口绳的缠绕。ROGER项目给出了发射器的构型，其发射系统存在以下不足：(1)四个质量块采取弹簧弹射的方式，难以精确控制发射的同步性，可能导致绳网中心偏置，无法包覆目标；(3)采用边拉出、边展开的飞网展开方式，对于大型稀疏绳网，难以避免飞网展开过程的网绳间的干涉穿透现象，从而导致打结、缠绕，无法顺利展开。

EDDE是一种依靠带电导体与地球磁场相互作用产生推力的绳系卫星，其系绳长度在数千米量级，其绕地球轨道飞行，利用携带的200个绳网来捕获太空垃圾，EDDE项目中的绳网仅重50g，可知飞网规模较小，不适合抓捕废弃卫星等大型目标。

Furoshiki系统由四个角卫星和靠拉力连接的巨大的绳网或薄膜组成，同时利用像蜘蛛一样趴在绳子上的空间飞网机器人来安装定向天线和太阳能部件。Furoshiki项目是利用四颗角卫星将绳网（或薄膜）展开，可在空间展开宽达数公里的巨网，但其抓捕系统由四颗小卫星+绳网组成，系统复杂，成本较高，只适合抓捕高价值的重要目标。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种绳网式空间碎片抓捕与清除系统，采用二级发射和质量块同步发射方式，实现了空间大小碎片的抓捕与清理。

本发明的技术解决方案是：

绳网式空间碎片抓捕与清除系统，包括发射子系统和飞网子系统，发射子系统又包括发射器、网舱、网舱盖弹射装置、缓冲装置、系绳张力控制装置和系绳切割器，飞网子系统又包括绳网和质量块；

当卫星发现目标飞行器后，卫星自主控制网舱盖弹射装置工作，将网舱盖从网舱出口弹射出去，绳网在网舱盖的带动下从网舱内依次倒序拉出，随着绳网被拉出，绳网和系绳张力控制装置中的系绳逐渐被拉直；

在绳网和系绳拉直的瞬间，卫星自主控制发射器开始工作，发射器推动四个质量块按照预设的发射张角运动，质量块带动绳网从后向前边飞行边展开，并达到张满的状态，待绳网将目标飞行器完全包覆后，质量块控制绳网收紧网口完成对目标的捕获；

系绳张力控制装置中的系绳将捕获后的目标飞行器强制拉离轨道，拉离轨道后，系绳切割器切断系绳将目标飞行器与卫星平台分离；

所述发射器用于推动四个质量块按照预设的发射张角运动，推动质量块牵引绳网从后向前展开达到张满状态，实现对目标的捕获；

所述网舱用于放置绳网；

所述网舱盖弹射装置用于将网舱盖弹开后带动绳网中心部位将绳网从网舱中依次倒序拉出；

所述缓冲装置安装在发射器底部，用于减缓发射器发射时产生的冲击和反推力；

所述系绳张力控制装置与飞网子系统连接，在飞网子系统完成目标的捕获收口锁定后通过收放系绳实现张力控制；