[发明专利]不稳定空间碎片的稳定

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张2009年11月25日提出申请的美国临时专利申请案61/264,386的优先权，所述临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

背景技术

在围绕地球的轨道中当前正追踪到超过20,000件人造(人为引入的)空间碎片。一些空间碎片存在于近地轨道(LEO)(例如，在介于200km与2,000km之间的高度处)中。一些空间碎片存在于中地轨道(MEO)(例如，在介于2,000km与35,586km之间的高度处)中。一些空间碎片存在于地球同步地球轨道(GEO)(例如，在35,786km±200km的高度处)中。一些空间碎片存在于超过GEO带的高度处。许多空间碎片(大约40％)集中于介于200km与2,000km之间的稳定圆形或椭圆形轨道中。

发明内容

空间碎片是日益增长的问题，其威胁到在地球轨道中安全地运行空间飞行器的能力。由于空间碎片不受有效的强制控制，因此对于空间飞行器来说其代表着碰撞危险。当前，对空间飞行器进行作用(例如，经操纵以避免碰撞)。然而，操纵以避开碎片成本过高。此因耗用既定用于其它任务重要事件的燃料而人为地减少空间飞行器(例如，卫星或有效载荷)的有用寿命。

或者，可对不稳定空间碎片进行作用-可将其从空间飞行器的轨道路径移除。尽管已证实与空间物体交会且在那些物体的附近进行接近操作的能力，但当前不存在使不稳定空间碎片稳定以便(a)可捕获所述不稳定空间碎片以用于降低轨道或(b)可改变所述碎片的轨道参数以将所述碎片操纵到安全轨道中或用于降低轨道的已证实手段。用以使零重力及零压力环境中的空间碎片稳定的安全技术是尚待空间研究界解决的技术挑战之一。因此，需要使不稳定空间碎片稳定的方法。

在某些实施例中，本文揭示一种使不稳定空间碎片稳定的方法，其包括：在所述不稳定空间碎片上的目标点处向所述不稳定空间碎片施加力，从而产生经稳定空间碎片；其中通过借助由邻近卫星施加的气体羽流对所述不稳定空间碎片的气动冲击来产生所述力；且其中所述力足以在所述不稳定空间碎片上产生将阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的扭矩。在一些实施例中，正施加到所述不稳定空间碎片的力的量为以下各项的函数：所述不稳定空间碎片的运动、所述不稳定空间碎片的质心的状态向量、所述不稳定空间碎片的相互正交旋转轴、所述不稳定空间碎片的惯性矩、所述不稳定空间碎片的所述旋转动量、所述不稳定空间碎片的所述目标点，或其任何组合。在一些实施例中，正施加的力的所述量不损坏所述目标点。在一些实施例中，每一目标点：(a)位于以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的每一者上或附近，及(b)在结构上为足够刚性以吸收所述力而不受损害。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的所述目标点为以下各项的函数：所述质心、所述质心的速度向量的方向与量值、所述惯性矩及绕所述不稳定空间碎片的主体的所述相互正交旋转轴的所述旋转动量，或其任何组合。在一些实施例中，使以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的一者稳定所需的所述气体羽流的脉冲的数目与使另两个旋转轴稳定所需的气体的脉冲的数目无关。在一些实施例中，所述气体羽流包括选自以下各项的气体：氮气；氙气；氩气；氖气；来自氧化剂与推进剂的化学燃烧的高速残余汇流；来自单元推进剂依靠催化剂的放热化学分解的高速残余汇流；氢气；氦气；或其组合。在一些实施例中，所述气体羽流从选自以下各项的喷嘴发出：扩散喷嘴、收缩喷嘴及准直喷嘴。在一些实施例中，所述气体羽流从邻近于至少一个目标点的喷嘴发出。在一些实施例中，所述气体羽流从邻近于所述不稳定空间碎片的所述旋转轴中的一者的喷嘴发出在一些实施例中，所述气体羽流从存在于可以机械方式展开的臂上的喷嘴发出。在一些实施例中，所述方法进一步包括捕获所述经稳定空间碎片。在一些实施例中，所述方法进一步包括改变改变所述经稳定空间碎片的轨道参数。