[发明专利]一种变径装置、太空转缆系统及其运用方法

说明书

本发明提供一种快速变径装置和一种太空转缆系统及其运用方法。太空转缆系统工作于近地轨道，近地点高度低于200km，并且逆时针自转、公转。系统是由中间舱、两个配重组成，每个配重在一头，配重绕中间舱转动。系统利用变径装置，变径装置有数个卷扬机，能够在各个卷扬机之间传动，利用一个卷扬机发出的电力来驱动另外一个卷扬机。卷扬机卷绕的缆绳牵引着A配重、B配重、载荷等进行变径，变径速度可达10‑50m/s，比利用太阳能供电的方式快数倍以上，大幅减少了高离心力阶段的时间。并且通过变径可以实现线速度的调整，实现系统的上行、上下行、前抛等方法。

技术领域

本发明是太空技术领域，特别涉及一种变径装置和太空转缆系统，及其运用方法。

背景技术

普通的运载火箭要把载荷加速到第一宇宙速度7.7km/s以上，才能够把载荷送入太空轨道，吨成本平均在数百万美元之间，非常高昂。载荷是指卫星、飞船等航天器。

系绳卫星是得到试验的一种技术，已经有多次航天试验。一种系绳装置是如捕获载荷并抛出的装置(MXER装置)。该装置由一个配重和多根缆绳组成。运载火箭带着载荷上到太空，载荷对接上缆绳末端，同时火箭分离、丢弃、坠落地球。该装置让载荷在缆绳的末端转动半个圆周后，向前抛出。该装置能够取代运载火箭的部分功能，减少运载火箭的燃料消耗。但是这种装置的效率低，执行1次任务需要45天才能够恢复正常。另外，这种装置用途单一，装置的公转速度是7.9km/s，自转线速度是1.2km/s，载荷在转动半个圆周后得到的公转速度是装置的公转速度加上自转线速度，也就是7.9+1.2=9.1km/s，只能够是这个数值而不能获得其他公转速度。装置也没有调整自转速度的功能。

在发明201811124442.1里公开了一种超导电缆，以及利用这种超导电缆产生推力的办法。

上行、下行、上下行：载荷从地面进入太空的任务称为上行，载荷从太空返回地面的任务称为下行。既有载荷上行、又有第2个载荷下行的任务，称为上下行，比如宇宙飞船的轮班。

电机既可以发电，又可以做电动机。双转子电机是由两个转子、一个定子组成，两个转子分别驱动不同的负荷，能够代替两个电机。

变流器是使电流的电压、电流强度、频率、相数或其他特性发生变化的电力设备。变流器包括变频器、换流器、整流器。比如青岛中加特变频电机公司的AC3300V变频器，可以实现多路输出输入、开关、功率分配功能。

在太空中利用太阳能帆板来获得电力是非常低效的，太阳能帆板太重、面积太大，获得100kw电力需要2000平方米的太阳能帆板，重量可达2吨。

发明内容

太空转缆系统是一边公转、一边自转的。系统有一根长缆绳，缆绳末端系着载荷，载荷绕中心站转动。卷扬机通过卷绕或者放出缆绳，就可以改变载荷的转动半径，这种设备称为变径装置。由公式v=w*r可知，线速度也会变化。当系统把载荷牵引至转动中心时，此时载荷的线速度为0，于是能够达到与系统相同的公转速度，实现了进入太空的目的。

一种简单的变径方法是，变径装置是由太阳能帆板、电机、卷扬机组成，电机由太阳能供电，并驱动卷扬机收回缆绳。在线速度大于1000m/s的情况下，把一个载荷从转动半径r大于20000米以上牵引至转动中心，需要的电能可能达到(1-10)*10^9J。问题是太阳能帆板的功率难以超过100kw，用太阳能供电则需要数小时乃至数天。通常地r值越大，离心加速度越大，甚至高达5g。对于人员而言，长时间忍受高离心力，是非常难的，尤其是r值大的阶段。然而r值大的阶段正是离心力大，牵引很慢，这样使得高离心力阶段的时间很长。

上点：重物在绕中心站1转动的轨迹里，中心站1正上方的点，也是轨迹的离地球最远的点。下点：重物在绕中心站1转动的轨迹里，中心站1正下方的点，也就是轨迹的离地球最近的点。