[发明专利]一种基于伸缩技术和拉伸薄膜面板的空间碎片清除拖曳帆

说明书

本发明一种基于伸缩技术和拉伸薄膜面板的空间碎片清除拖曳帆，属于空间碎片清除技术领域。拖曳帆包含可伸缩梁框架和由拉伸薄膜板制成的拖曳表面以及拖曳帆膨胀过程；将拉伸箔片面板折叠到一个面板上；面板展开以及面板膨胀到最终拖曳面。拖曳帆框架结构包括在拐角处连接在一起对称且有中心筒的四个双作用气密伸缩梁，其余阶段伸缩梁各段被包围在中心筒中；拖曳帆表面结构包括由高度可拉伸的拉伸膜制成的九个主面板，再通过相同高伸缩性拉伸膜制成的接合面板连接在一起；拖曳帆处于紧凑模式时，九个主面板被折叠到一个面板上；在中间相位，九个主面板展开直到最后的拖曳表面。所述拖曳帆具有高的包装效率且允许展开大的拖曳表面。

技术领域

本发明涉及拖曳帆增强系统的被动碎屑去除方法，尤其涉及一种基于伸缩技术和拉伸薄膜面板的空间碎片清除拖曳帆，属于空间碎片清除技术领域。

背景技术

所有发送到太空的航天器都具有有限的有效使用寿命。在它们的有效寿命之后，航天器和卫星变得无用并且在空间中累积，产生大量碎片。除非它们在大气中被拆除或烧毁，否则航天器和卫星保持在其轨道上，随着碎片数量的增加，它们之间的碰撞会产生更多碎片。

目前，有几种方法可以使生命周期结束的航天器脱轨。所有方法的目的是将近地点高度降低到空气动力足够大以致最终重新进入的点。在这一点上，施加到航天器或卫星的空气动力加热和压力将增加，并且航天器或卫星将在大气中被大量地破坏。

如今，领先的脱轨策略涉及使用小火箭发动机，电动系绳或空气动力拖曳增强来防止在进入导致的破坏目标碎片。微小的火箭发动机可用于以特定的角度和速度将卫星推向地球，以便在重新进入时确保破坏。火箭发动机可用于降低卫星的速度，引起其坠落并因此在大气中燃烧。此项技术利用了目前已达到商业水平的导弹技术的发展。火箭的主要优点是通过精确的角度射击来控制拆卸过程。然而，火箭技术非常昂贵的、非常重且技术复杂：例如，包括在使用火箭燃料之前使火箭燃料处于压力下长达10年。

电动系绳是在脱轨航天器和部署的端部质量之间延伸一段距离以下的导电带，这段距离有可能是数公里。系绳技术因此涉及通过地球磁场部署和拖曳来自卫星的导电线。系绳和地球磁场之间的相互作用产生推进力，可以用于升高和降低卫星高度轨道。通常，系绳系统的部署单元在其附接的主航天器活动寿命期间将保持大部分休眠。当需要脱轨时，系统将部署端质量以开始脱轨过程。电动系绳具有潜力，但在部署时和在脱轨过程本身期间需要高度的主动控制。

气动拖曳增强涉及空气阻力的增加。空气阻力或拖曳随着高度而减小，随着高度的增加，大气逐渐变薄。这种解轨道策略仅限于LEO。在该区域中的卫星经历相当有限的气动阻力，并且由于空气阻力导致的卫星速度的减小非常小。能够增强空气动力的拖曳系统增加空气阻力，使得卫星速度在期望时间内与卫星解除轨道的速率降低。

在阻力增强系统中，拖曳帆受到特别的关注。到目前为止，所提出的概念包括由航天器运输到接近目标碎片位置的紧凑拖曳帆，然后紧凑拖曳帆被附接到目标碎片，最后它扩展到其最终表面。该最终表面将负责产生阻力以从其初始位置移除目标碎片。该拖曳表面越大，装置将越快解除目标碎片。考虑到航天器内有限的空间，拖曳帆必须以其压缩形式加载，这限制了拖曳帆的最大拖曳表面。

通常提出的拖曳帆概念是指释放和扩展是将装置的压缩形式加载到航天器。因此，拖曳装置将精力从压实状态转变到其扩展状态的中间相位，且是有利的。这些特征的拖曳帆将允许更高的包装效率，这将导致更大拖曳表面的拖曳帆。

可伸缩梁和拉伸箔的制造是成熟的技术，已经在许多工业领域应用。使用这些技术的拖曳帆包括扩展过程中的中间相位，有利于形成更大的最终拖曳表面。

发明内容

本发明的目的是解决具有中间相位的拖曳帆的扩展过程，允许更高的包装效率和更大的拖曳表面，提出一种基于伸缩技术和拉伸薄膜面板的空间碎片清除拖曳帆。