[发明专利]适于捕获轨道物体的捕获系统，特别是出于脱离轨道的目的

说明书

描述了一种捕获系统(100)，其适于捕获轨道物体(2000)，特别是出于脱离轨道的目的。捕获系统(110)包括：(i)可展开的捕获结构(110)，该可展开的捕获结构(110)被设计成可在待机构型和完全展开的打开构型之间展开，在完全展开的打开构型中捕获结构(110)限定具有开口(110A)的捕获体积，开口(110A)的尺寸被设计成接纳和捕获选定轨道物体(2000)，(ii)展开平台(200)，该展开平台(200)被设计成展开该捕获结构(110)，以及(iii)闭合机构(300)，该闭合机构(300)被设计成使捕获结构(110)围绕位于所述捕获体积内的选定轨道物体(2000)闭合。捕获结构(110)由捕获封套构成，该捕获封套包括多个可折叠片状结构(115、115.1‑115.3)，每个可折叠片状结构被构造成根据捕获结构(110)的展开的功能而可逆地折叠和解开。每个可折叠片状结构(115、115.1‑115.3)被设计成采用第一构型以及至少第二构型，在第一构型，可折叠片状结构(115、115.1‑115.3)自身折叠以形成捕获结构(110)的待机构型，在第二构型，可折叠片状结构(115、115.1‑115.3)被解开和延伸以形成捕获结构(110)的完全展开的打开构型。每个可折叠片状结构(115、115.1‑115.3)展现折叠模式(MF、VF)，该折叠模式在第二构型限定了交替的凸形节段和凹形节段，该凸形节段和凹形节段适于在缩回捕获结构(110)时自动地将一个折叠在另一个之上。

技术领域

本发明总体上涉及捕获系统，其适于捕获轨道物体，即绕地球运行的物体，特别是出于脱离轨道的目的。

发明背景

对于卫星发射和空间任务来说，轨道碎片正成为一个越来越为难的问题。过去几十年间的大部分工作侧重于预测避免碎片和监测碎片，但大多数(如果不是所有的话)主要空间机构现在都声称需要主动清除碎片(ADR)。2011年，约有14000个大于10厘米的碎片被记录为处于近地轨道(LEO)上，并且其中约2000个是运载火箭残骸以及10000个源自非运行卫星。

近年来一个特别引人注目的事件是2009年2月10日两颗人造卫星(分别于1997年和1993年发射的Iridium 33通信卫星和Kosmos-2251通信卫星)之间的意外碰撞。碰撞发生时，Iridium 33仍在运行，而Kosmos-2251已于发射两年后在1995年报告退役。这是首次报道的两颗人造卫星之间的超高速碰撞。碰撞摧毁了两颗卫星，并产生了相当大数量的轨道碎片。在2011年美国航天局估计，仅这一次卫星碰撞就产生了超过2000个大于10厘米的碎片，以及许多更小的碎片(例如，参见《Orbital Debris(轨道碎片)》，季刊，第15卷，第3期，2011年7月)。

近年来发起了若干倡议，研究主动清除碎片(ADR)的可能解决方案，其中有由Polytechnique Fédérale de Lausanne(EFPL)负责的CleanSpace One(CSO)项目。CSO项目背后的动机是提高技术准备水平(technology readiness level)，并开始通过负责任的行动和主动从轨道清除碎片来减轻对空间环境的影响。CSO项目的主要目标是提升对轨道碎片问题的意识，开发和测试用于非合作交会的技术，并作为示范，使SwissCube-1(一颗由EPFL运行至2011年12月的瑞士卫星)脱离轨道。SwissCube-1是单一单元CubeSat(立方卫星，U级航天器)，重量不到1千克，且具有100x100x113.5mm³的尺寸，以及展开的长度分别为约等于610mm和180mm的甚高频(VHF)和超高频(VHF)通信天线。

作为2012年发起的CSO项目的一部分，EPFL开发了一种原型捕获系统，以提供能够捕获SwissCube-1并将其清除出轨道的航天器(或“CSO驱逐器”)。