[发明专利]适于捕获空间对象特别是回收或脱离轨道目的的捕获系统

说明书

描述了一种适于捕获目标空间对象(SO)的捕获系统(100)，其包括多个铰接臂(100A‑100D)，铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行对目标空间对象(SO)的捕获。每个铰接臂(100A‑100D)包括多个铰接臂段(101、102、103)，铰接臂段包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，第一铰接臂段在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101J)联接到航天器(1000)或联接到可从所述航天器(1000)展开的平台，第二铰接臂段在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102J)联接到第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)。根据本发明的一个方面，在收起配置中，多个铰接臂段(101、102、103)能够以一个在另一个内的方式嵌套，使得第一和第二铰接臂段(101、102)相互交错。

技术领域

本发明总体上涉及适于捕获空间对象(space objects)的捕获系统，该捕获空间对象特别是绕地球运行的空间对象，诸如卫星、航天器、运载火箭部件或空间碎片。这个捕获系统特别旨在用于回收此类空间对象或使此类空间对象脱离轨道。

发明背景

轨道碎片正成为卫星发射和空间任务中日益棘手的问题，并且在过去几十年来许多注意力都集中在碎片避免预测和碎片监测上。除此之外，大多数(如果不是所有的话)主要太空机构现在都声称需要主动碎片清除(ADR)。

在2011年，约有14000个大于10cm的碎片在近地轨道(LEO)上被分类，并且这些碎片中约2000个是运载火箭的残骸，并且10000个来自非操作卫星。近年来一个特别引人注目的事件是两颗人造卫星(分别于1997年和1993年发射的铱星33和Kosmos-2251通信卫星)之间于2009年2月10日的意外碰撞。在碰撞发生时，铱星33仍在运行，而Kosmos-2251据报道在其发射两年后于1995年退役。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，并产生了相当大量的轨道碎片。NASA在2011年估计，仅这一特殊的卫星碰撞就产生了多于2000个大于10cm的碎片和许多较小碎片(例如，参见Orbital Debris，Quarterly News，第15卷，第3期，2011年7月)。

近年来，已经发起了几项倡议来研究对于主动碎片清除(ADR)的可能解决方案。欧洲航天局(ESA)于2019年12月宣布了最近的一项举措，目标是在2025年发射代号为“ClearSpace-1”的第一次太空任务，以从轨道上清除ESA拥有的碎片项。ClearSpace作为第一次太空任务的示范者，选择捕获所谓的“Vespa”(织女星辅助有效载荷适配器)的上部，该“Vespa”在2013年5月7日用于在地球轨道上运送多个有效载荷，作为ESA的织女星运载火箭的第二次飞行的一部分。

本领域已经设想了各种类型的捕获解决方案和概念，其中捕获系统依赖于使用两个或更多个铰接臂，该铰接臂协作以夹持或抓住目标空间对象。

国际(PCT)公布第WO 2014/195468 A1号公开了一种类型的捕获系统，其包括多个(例如四个)铰接臂，铰接臂各自机械地联接到被配置成与待捕获的空间对象直接机械接触的公共压力元件。在与空间对象直接机械接触时，压力元件导致铰接臂闭合到空间对象上。该捕获系统被设想用于例如捕获运载火箭的标准上面级(诸如“Ariane 4”火箭的上面级)或卫星或其一部分。虽然具有相当简单的结构，但这种捕获概念并不完全足够，特别是因为捕获系统的整个机械配置限制了以紧凑方式将铰接臂定位在捕获系统打算集成到其上的相关服务航天器上的能力。这种解决方案尤其有害，因为在相关服务航天器发射期间，机械臂不能以紧凑方式收起。此外，捕获系统的机械配置使得所有铰接臂同时从打开配置移动到闭合配置，这意味着捕获系统没有主动适应待捕获的目标空间对象的实际形状的特殊能力。此外，使用机械联接到铰接臂的公共压力元件是有害的，因为该公共压力元件占据了服务航天器的前表面(或X+表面)的很大一部分，这意味着该部分不能用于定位用来与目标空间对象交会操作(rendezvous operations)和/或在捕获目标空间对象期间的所需传感部件。