[发明专利]一种预旋电缆装置和减旋方法

说明书

太空中工作的转缆系统面临着宇宙飞船的角动量过大、系统减旋困难的问题。本发明提供一种预旋电缆装置的转缆系统，它利用预旋电缆装置带走角动量，从而消除航天器上行过程中给系统带来的角动量。预旋电缆装置经过数个公转周期后，再次与系统相遇，被系统对接上，重复利用。预旋电缆装置脱离变径绳末端时，已经有自转速度，无需增旋，减少了步骤。利用这种办法，系统的减旋过程非常简单，容易实现。

技术领域

本发明是太空领域，涉及卷扬机、制动器、转缆系统、运载火箭，尤其涉及一种预旋电缆装置及其在转缆系统上的减旋方法，利用预旋电缆装置实现转缆系统的减旋，帮助航天器进入太空。

背景技术

多数卫星的公转轨道是椭圆轨道。椭圆轨道最靠近地心的点是近地点，离地球最远的点是远地点。

卷扬机是由电机、卷筒组成，卷扬机卷绕着缆绳，能够提供拉力。

卷存筒是由电机、卷筒组成，外观根卷扬机差不多，但是这种卷筒的壁很薄，只能够起到卷绕、存放的作用，不能够提供牵引拉力。

转缆系统是由中心站、两个配重、多股绳、变径绳等组成，绕地球公转，公转速度是7.9km/s左右，总质量可达100吨以上。转缆系统一边公转一边自转，中心站位于系统的质心附近，两个配重在中心站的两侧、围绕质心转动。变径绳等也围绕质心转动，变径绳末端用于牵引设备、卫星等。变径绳的其中一根称为主绳，主绳用于对接卫星等载荷，主绳一般是长度最大、末端线速度最高的变径绳。运载火箭带着一个1吨重的卫星到太空，并加速到一定的公转速度，如5km/s，然后主绳的末端对接上卫星。

然后转缆系统的变径绳牵引卫星内移或外移，改变卫星的线速度、转动半径。当卫星内移时，两个配重外移，使得角速度不变，由v=w*r可知，线速度降低。当卫星外移时，两个配重也外移，由角动量守恒定律L=m*r*v可知，线速度降低。由角动量计算公式L=m*r*v可知，改变r值、线速度v，可以改变卫星的角动量。

除此之外，通过转缆系统的变径绳牵引配重或卫星内移、外移，可以增加或减少卫星的线速度、角动量、r值。转缆系统是专利2018111758340、201811406250X所述的内容。

对接技术是书本《航天器编队飞行导论》 孟云鹤 著，第207页“抓捕机构”的内容。该抓捕机构是一个大的轻质网状笼，当卫星和网状笼相遇时，网状笼套住卫星，就完成了抓捕。设系统的公转速度是7.5km/s，末端的网状笼的自转线速度是2km/s，则运载火箭只需要达到7.5-2=5.5km/s的速度，并在预定地点与主绳末端的网状笼相遇，就可以了。或者是末端安装一个钩子，勾住卫星即可。利用这种技术，转缆系统可以接上卫星等。

载荷主要是卫星、宇宙飞船或者其他太空货物。

r值是指变径绳末端、载荷、重锤或其他设备绕转缆系统质心转动的半径。R是指转缆系统对接载荷或其他设备的额定对接半径，数值上通常是数十千米。

上点是指部件在绕转缆系统质心的自转过程中的最高的点，也就是部件自转轨迹的质心正上方的点。下点是指部件在绕转缆系统质心的自转过程中最低的点，也就是部件自转轨迹的质心正下方的点。

上行：是指载荷从地球进入太空的过程。

减旋，也就是减少自转角动量，是转缆系统最困难的方面。载荷对接时，会给转缆系统带来1*10^11kg.m^2/s量级的角动量，是普通车轮的数千万倍以上。转缆系统的缆绳、多股绳长达数十千米以上，又无支点提供扭矩，很难消除角动量。

max是指一组数的最大值。

关于产生安培力的过程，超导电缆、利用电缆减旋的办法，在专利2018111244421有介绍。利用电缆增减公转速度的办法在专利2018113700664有说明。

发明内容