[发明专利]一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台

说明书

本发明公开了一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台，利用太空碎片制作储能飞轮，由太阳能驱动高速电机带动储能飞轮高速旋转，使储能飞轮获得动能，相切布置的两只储能飞轮连接脉冲电源，相切处产生电火花电弧，产生的高温使飞轮外缘金属熔化、气化，飞轮物质脱离飞轮在惯性和气化压力下高速喷射，从而获得推力。本发明将太空碎片转变为推进物质，并在产生推力的同时飞轮物质被电火花粉碎，变为细小的微粒，不再对航天器产生危害，具有太空碎片粉碎简单高效、总体积重量小、推力范围大、推力精确可控、可在轨长期工作的技术特点。

技术领域

本发明属于太空垃圾清理技术领域，尤其涉及一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台。

背景技术

地球近地轨道和同步轨道上有数千吨太空垃圾碎片，这会对空间飞行器的安全构成威胁，清理太空碎片刻不容缓。太空碎片清理技术被列入2020中国宇航领域十大技术难题，急需一种高效推进装置用于对太空碎片进行清理。

大部分碎片是航天器解体后形成的，采用的都是航天器最常用的材料，如铝、镁、钛等轻合金，可以作为新型推进的工质来源。目前太空碎片清理主要靠推进装置把碎片推入大气层烧毁或推离工作轨道，但是会耗费大量的推进剂，而一些机构已在研究利用太空碎片制作金属粉末高速抛射产生推力的方法，以节约常规推进剂的方法，但制取粉末和加速粉末的装置较复杂，重量较重。例如由太空碎片制取金属粉末作为弹丸由电磁炮推进的碎片再利用的方案，其电磁炮本体和所需的高功率电源体积和重量较大，再例如太空碎片制作粉末采用静电加速喷射推进的方案，但其静电加速需要超细粉末，制取难度较大。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种飞轮烧蚀太空推进器，包括：高速飞轮组、脉冲电源、间隙调整装置；

高速飞轮组至少包括一对储能飞轮、以及用于驱动储能飞轮高速旋转的飞轮电机，其中，同一对储能飞轮相向旋转且轮廓之间设有放电间隙；

脉冲电源的正极与同一对储能飞轮中的一储能飞轮电连接，脉冲电源的负极与同一对储能飞轮中的另一储能飞轮电连接，用于在储能飞轮之间的放电间隙进行脉冲电弧放电烧蚀，以烧蚀产生推进所需的微粒；

间隙调整装置用于根据储能飞轮的损耗实时调整放电间隙，以维持脉冲电弧放电烧蚀所需的间隙大小。

根据本发明一实施例，间隙调整装置包括固定底座、活动底座、调节电机，固定底座与活动底座转动连接或滑动连接，其中，在同一对储能飞轮中，一储能飞轮及对应电机安装于固定底座上，另一储能飞轮及对应电机安装于活动底座上，调节电机用于调节固定底座与活动底座之间的相对位置，以调整放电间隙。

根据本发明一实施例，间隙调整装置包括导轨滑台、调节电机，其中，在同一对储能飞轮中，不同的储能飞轮安装于导轨滑台的不同滑台上，调节电机用于调节导轨滑台的滑台位置，以调整放电间隙。

根据本发明一实施例，调节电机用于根据储能飞轮之间的放电电流实时调整放电间隙。

根据本发明一实施例，沿烧蚀产生的微粒喷射方向还设有约束磁场，用于约束微粒喷射的射流发散角。

根据本发明一实施例，储能飞轮的轮面沿周向方向上开设有凹槽，在同一对储能飞轮中，两个储能飞轮之间的凹槽交错相交，形成多个渐扩喷管，渐扩喷管用于约束定向喷射烧蚀产生的微粒。

一种太空碎片清理平台，包括：太阳能发电装置、太空碎片捕捉装置、飞轮再生装置、以及如上述实施例中任意一项所述的飞轮烧蚀太空推进器；

太阳能发电装置用于收集太阳能为飞轮烧蚀太空推进器的高速飞轮组、脉冲电源提供电能，其中，高速飞轮组中的储能飞轮还用于存储能量、以及为飞轮再生装置提供电源；