[发明专利]一种具有能量吸收功能的空间碎片抓捕装置

说明书

本发明涉及空间碎片抓捕领域，具体是指一种具有能量吸收功能的空间碎片抓捕装置，包括空间碎片抓捕机构以及振动冲击能量吸收装置。所述空间碎片抓捕机构是三指爪型机构，该机构在抓捕过程中，通过形成固定的空间包络限制空间碎片的运动，因此不需要固定的抓捕点；振动冲击能量吸收装置是由三点对称X构型连接的振动能量吸收装置。抓捕装置在抓捕碎片的过程中，能最大程度上吸收振动能量，减小碎片抓捕对本体基座的振动影响。与主动振动控制相比，该装置采用被动振动能量吸收的方法来消除振动，其过程中不消耗燃料，易于组装，能够实现空间碎片抓捕以及振动能量吸收。

技术领域

本发明涉及空间碎片抓捕清理领域，具体是一种具有能量吸收功能的空间碎片抓捕装置。

背景技术

由于外界的扰动，大多数空间碎片在空间中漂浮自旋。因此在抓捕过程中，空间碎片和抓捕机构之间会有相对运动，因而无法确定空间碎片的抓捕点。而传统的采用指端抓捕方式无法对空间碎片实施有效抓捕。另外，在抓捕过程中，机械臂会受到冲击振动。而这种振动会直接传递到航天器本体，可能会导致航天器故障。目前针对该问题，主要采用主动控制方法来解决。将在抓捕过程中对本体的产生的振动视为扰动，通过本体航天器主动控制来抵消干扰力。主动振动控制方法存在以下的弊端：其一，主动振动抑制需要消耗燃料，无论是对振动力矩的主动控制抑制，还是对振动力的主动控制抑制，都需要本体航天器执行机构产生相反的力或者力矩来抵消，因此会消耗本体航天器的燃料。其二，由于执行机构的限制，主动振动抑制往往无法完全抵消本体航天器振动扰动。

针对空间碎片抓捕过程中所存在的问题，本专利提出一种具有被动振动能量吸收的抓捕装置。首先，本专利提出的抓捕机构，通过对空间碎片形成一个外包络，进而限制空间碎片运动范围，随着外包络的收缩，最终实现抓捕。其次，通过设计抓捕机构结构参数，增大整个系统非线性阻尼，将抓捕过程振动能量吸收存储。该方法不仅可完全吸收振动能量，抵消振动对本体航天器的影响，而且不需要消耗任何能量，因此明显优于主动振动控制方法。

发明内容

本发明目的是提供一种具有能量吸收功能的空间碎片抓捕装置，在实施空间碎片抓捕过程中，能够吸收冲击振动的能量，从而减小冲击对主动航天器的扰动影响。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具有能量吸收功能的空间碎片抓捕装置，包括空间碎片抓捕机构和振动冲击能量吸收装置；所述的空间碎片抓捕机构设置在振动冲击能量吸收装置上，空间碎片抓捕机构由能够抓捕空间碎片的三指爪型结构组成，每只爪型结构均有两个关节，三指爪型结构围成固定的包络空间用于约束空间碎片运动，实现空间碎片抓捕；所述的振动冲击能量吸收装置为三点对称的X构型；三点对称的X构型在空间碎片抓捕机构抓捕碎片时发生形变产生非线性阻尼用于减弱或消除空间碎片抓捕过程中对抓捕航天器的振动能量。

所述的X构型包括两个面板，上面板与抓捕手爪固连，下面板与机械臂固连，两个面板之间为X减震构型。

所述的X减震构型包括中心对称的多个减震组件，每个减震组件包括由四根杆件围成菱形结构，菱形的一组相对的端点分别与上、下面板连接，菱形的两个对角线上分别设置有水平弹簧和竖向弹簧。

X构型的两个面板均为等边三角形结构，减震组件数量为3个，3个菱形的固定点为两个面板的三个顶点处。

所述的三指爪型结构在上面板上中心对称设置。

所述的X构型的上面板中心处设置有通孔。

所述的X构型上面板的结构参数满足振动抑制比为零，振动抑制比表述为：