[发明专利]一种利用飞轮储能和再利用的小卫星在轨释放及回收装置

说明书

本发明公开了一种利用飞轮储能和再利用的小卫星在轨释放及回收装置，包括小卫星存储机构、运动导轨和接收爪，其中，所述运动导轨设置在所述小卫星存储机构内，通过滑动关节与所述小卫星存储机构连接，用于进入工作状态时能够从所述小卫星存储机构中滑出，所述接收爪通过滑动关节设置在所述运动导轨上，能够沿所述运动导轨移动，用于回收/释放小卫星，所述小卫星存储机构内设置有能量转换机构和控制电机，用于给整个装置提供能量供给和存储利用。本发明采用机械方式传递和储存能量，工作过程中小卫星的平动动能与飞轮转动动能相互转化，提高了能量转化效率。

技术领域

本发明属于航天设备技术领域，具体涉及一种利用飞轮实现能量储存和再利用的小卫星在轨释放和回收装置。

背景技术

20世纪80年代以来，随着计算机、新材料、新工艺等现代科学技术的发展，功能密度高，技术性能强的现代小卫星成为各国研究的热点。现代小卫星不仅具有体积小、重量轻、技术含量高和研制周期短等一系列优点，还可以采用标准化星体及模块化设计技术，能够在流水线上批量生产并储存。另外还可以组成分布式的星座，引入人工智能等新技术成果，用智能星群完成复杂的任务。然而，小卫星的应用也存在许多问题，比如寿命短、轨道衰减快、输出功率低、承载荷能力小、资源有限，此外还容易产生空间碎片。所以，将现代小卫星作为大卫星平台的补充，二者并行发展，才能充分利用各自的技术优势。

利用大卫星对小卫星实施在轨释放和回收便是实现这一目标的关键技术之一。如果能够利用大卫星对小卫星进行快速有效的在轨回收和释放，不仅可以对其维护，延长其寿命，还可以进行燃料的补充，此外能够再次作为载体将释放的大量小卫星集体运载至下一任务点，再次进行释放，合作完成特定任务。

实现小卫星的在轨回收本质上是实现两个航天器交会对接的过程。传统的交会技术根据两航天器的相对距离和控制、制导方式的不同，通常将交会对接飞行过程主要划分为远程导引、近程导引、平移靠拢和对接等阶段。传统的交会对接技术需要在近程导引阶段施加一定的脉冲或者连续推力，来减小相对速度，以完成最终的对接。如果以较大的相对速度进行交会对接，可以减小近程导引段的燃料消耗。但是目前的实际应用中并没有有效的装置可以实现相对速度较大的航天器之间直接进行交会对接。

另外，小卫星的在轨释放对大型航天器上的分离机构也有很高的要求，其难点在于实现足够大的最大释放速度，并对实际释放速度进行精确的控制。实现高速小卫星的回收和释放关键是要使小卫星平稳地减速或加速，避免在回收或释放过程中由于小卫星过载过大造成损坏。小卫星在轨释放的方法之一是采用压缩弹簧弹射。例如，2000年瑞典发射了用于极光研究的MUNIN科研卫星，卫星的分离机构即为压缩弹簧系统，释放后卫星被弹射出去。这种压缩弹簧系统将弹簧的弹性势能转化为小卫星的动能，转化效率低，最大释放速度非常有限且难以精确控制，释放速度较大时小卫星瞬时过载大，容易造成任务的失败。

总之，目前国际上还没有一种既快速又节能的在轨释放和回收小卫星的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种利用飞轮实现能量储存和再利用的小卫星在轨释放和回收装置，能够高速回收和释放小卫星，且能够充分弥补外太空燃料不足的缺点。

本发明采用以下技术方案：

一种利用飞轮储能和再利用的小卫星在轨释放及回收装置，包括小卫星存储机构、运动导轨和接收爪，其中，所述运动导轨设置在所述小卫星存储机构内，通过滑动关节与所述小卫星存储机构连接，用于进入工作状态时能够从所述小卫星存储机构中滑出，所述接收爪通过滑动关节设置在所述运动导轨上，能够沿所述运动导轨移动，用于回收/释放小卫星，所述小卫星存储机构内设置有能量转换机构和控制电机，用于给整个装置提供能量供给和存储利用。

进一步的，所述能量转换机构包括储能飞轮，所述储能飞轮经过离合器、减速器与所述控制电机连接，用于进行能量储存和转换。