[发明专利]一种缠绕式空间捕获装置

说明书

本发明公开了一种缠绕式空间捕获装置，涉及空间捕获装置领域，能够在刚性与柔性状态之间切换，准确捕获航天器。本发明包括：软绳、卡口、弹簧、柱状节、质量块。柱状节为圆柱状，并沿中心轴设置通孔，柱状节的两端一端为凸台，另一端设置与所述凸台形状大小相匹配的沉孔。软绳穿过若干柱状节中心的通孔，相邻柱状节的凸台和沉孔首尾相接，软绳上还串连弹簧，软绳的两端一端穿过卡口，另一端连接质量块。柱状节、弹簧、软绳共同组成用于缠绕目标物的缠绕体。本发明在不同的运动状态时采取不同的外形状态，综合了刚性装置和柔性装置的优点，在空间目标捕获作业中能够准确捕捉到物体，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及空间捕获装置领域，尤其涉及一种缠绕式空间捕获装置。

背景技术

太空中存在太空垃圾，主要包括失效航天器等，随时间推移，太空垃圾越来越多，占用轨道资源并威胁其他航天器的安全，因此需要对这些目标进行捕获从而实现回收的目的。目前主要的捕获方案有机械臂捕获目标航天器特定结构，飞网或飞爪捕获目标航天器以及利用电磁对接机构捕获等方案。

1997年，日本发射了工程试验卫星-7（ETS-VII），进行空间自主交会对接和机械臂操作关键技术验证，通过安装于服务星上的六自由度的空间机械臂，成功实现了服务星和目标星的分离和在轨捕获。美国国防预先研究计划局（DARPA）发起了全能轨道操纵飞行器（SUMO）项目，采用多支机械臂与视频立体成像相互配合，利用目标卫星的星箭连接口（如适配器对接环及其螺栓孔）进行捕获。英国萨里大学开展了Remove Debris计划，该计划使用名为Remove Debris的卫星平台，该平台分别搭载飞网和飞爪装置，对空间碎片的捕获关键技术进行验证。2018年，Remove Debris卫星成功发射飞网捕获了一立方星，2019年，成功进行了“鱼叉”飞爪的试验，利用该飞爪成功击中并刺入一个系在卫星伸杆末端的乒乓球拍大小的铝板。

然而，上述捕获方式存在一些缺点。机械臂为刚性机械装置，机械臂捕获方式对接触条件要求较高，容易产生碰撞问题，不适合对自旋或翻滚中的目标航天器直接进行捕获。飞网与飞爪为柔性绳系装置，在空间失重环境下释放与回收控制难度较高。电磁捕获方式依赖电磁力，随着距离的增加，电磁力迅速衰减，需要较大电流，耗电量较大。

发明内容

本发明提供一种缠绕式空间捕获装置，能够在刚性与柔性状态之间切换，准确捕获航天器。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种缠绕式空间捕获装置，包括：软绳、卡口、弹簧、柱状节、质量块。

柱状节为圆柱状，并沿中心轴设置通孔，柱状节的两端一端为凸台，另一端设置与所述凸台形状大小相匹配的沉孔。软绳穿过若干柱状节中心的通孔，相邻柱状节的凸台和沉孔首尾相接，软绳上还串连弹簧，软绳的两端一端穿过卡口，另一端连接质量块。柱状节、弹簧、软绳共同组成用于缠绕目标物的缠绕体。

软绳靠近卡口的一端拉动柱状节和弹簧向卡口方向移动，当卡口将其卡住时，相邻的柱状节相互挤压，最终通过凸台和沉孔的配合相互连接，串在软绳上的柱状节从柔性状态变成了直线的刚性状态。同时，串联在软绳上的弹簧压缩。

当软绳末端释放时，压缩的弹簧释放，带动软绳向远离卡口的方向运动，同时柱状节重新变为柔性状态。

完成缠绕后，软绳再次拉动柱状节和弹簧向卡口方向移动，串在软绳上的柱状节再次从柔性状态展开为直线形的刚性状态，以解除缠绕。

进一步的，所述缠绕式的空间捕获装置还包括收纳舱，软绳穿过收纳舱，收纳舱靠近质量块的一侧开口，远离质量块的一侧上安装卡口。当柱状节处于柔性状态时，收纳在收纳舱中。

进一步的，软绳靠近卡口的一端固定缠绕在电机的输出轴上，由电机控制软绳的收紧或释放。

进一步的，柱状节的外表面上设置花纹。