[发明专利]一种基于绳系对接的星间能量传输装置

说明书

技术领域

本发明属于卫星技术领域，尤其是分布式可重构等新概念卫星系统，涉及一种用于空间的能量传输装置，可直接用于卫星集群内的能量传输，也可拓展应用于卫星间的燃料加注等在轨操作。

背景技术

目前，卫星的能源主要来自于太阳能，大面积的太阳能电池阵是卫星系统不可或缺的重要组成部分。但是太阳电池阵是一个大型的挠性结构，电池阵的存在会对卫星平台的控制精度、稳定性、敏捷能力等产生不利影响。如果具有高效的星间能量传输方式，就可以实现卫星上太阳电池阵与平台、载荷等其他功能的物理分离，大幅提高卫星平台的性能。另外卫星间的能量传输也是很多新概念空间系统的关键支撑技术之一。

目前开展的星间能量传输主要集中在激光无线能量传输和微波无线能量传输两种方式。但是由于技术成熟度低，能量传输效率也低(一般在10％左右)，而且微波能量传输需要大口径的天线，激光能量传输需要大功率的激光器和高精度的跟瞄装置等，距实际工程应用尚有一定差距。

采用对接方式进行星间能量交换，可以克服无线能量传输效率低的缺点，但是空间的交会对接需要调相、交会、对接等复杂过程，一次交会对接花费时间周期较长，系统结构复杂，而且需要一定的燃料消耗。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于绳系对接的星间能量传输装置，解决目前近距离卫星编队或卫星集群内的能量传输时无线能量传输系统结构复杂、效率低，卫星交会对接能量传输周期长、燃料消耗大的问题，实现近距离运行的两颗卫星间高效的能量传输。

本发明的技术解决方案是：一种基于绳系对接的星间能量传输装置，包括母星部分和子星部分，母星部分包括绳索回收电机、离合与阻尼器、系绳存储装置、弹射弹簧、回收锥套、发射终端器，其中绳索回收电机安装于母星上，提供绳索回收的动力，离合与阻尼器控制绳索回收电机的输出轴与系绳存储装置的分离和贴合，对绳索进行具有阻尼的回收和释放；弹射弹簧在绳索的拉力下被压缩，当离合与阻尼器控制绳索回收电机与系绳存储装置分离后，将与绳索末端固连的发射终端器从回收锥套中弹出，回收锥套内侧壁中设有与母星电源系统正负极相连的弹片；发射终端器包括推进器、充电电池，正负极导电环、电磁铁、输能耦合线圈、对接传感器，其中推进器安装于发射终端器的两侧并通过推力大小控制发射终端器的运动方向和运动速度，充电电池的正负极与正负极导电环电气连接，电磁铁通过充电电池供电产生磁力与子星部分的对接结构锥套对接锁定；电磁耦合线圈与充电电池相连并在与子星部分对接后通过电磁耦合的方式与子星部分的电能接收耦合线圈共同配合对子星部分的电池组充电，对接传感器为安装于发射终端器前端的视觉传感器，在对接时获取子星部分的位置信息；子星部分包括对接结构锥套、电能接收耦合线圈以及电池组，其中对接结构锥套为与发射终端器的外形对应一致的锥形结构，电能接收耦合线圈安装于对接结构锥套的内侧壁上。

所述的对接结构锥套的内侧壁上还设置有与电池组正负极相连的弹片，当发射终端器与对接结构锥套对接后，对接结构锥套内侧壁上的正负极相连的弹片与发射终端器的正负极导电环电气连接进行直接电能传输。

所述的离合与阻尼器包括第一摩擦片、第二摩擦片、滑环、贴合电磁铁和衔铁，第一摩擦片和第二摩擦片相对布置，贴合电磁铁和绳索回收电机的输出轴固定安装在第一摩擦片的另一侧，衔铁和系绳存储装置的转动轴固定安装在第二摩擦片的另一侧，滑环位于贴合电磁铁的上方，滑环的一端与电源连接，另一端与贴合电磁铁连接，在电源电流的控制下贴合电磁铁提供不同大小的磁场，衔铁与贴合电磁铁间的吸引力实现第一摩擦片和第二摩擦片的摩擦阻尼，从而改变绳索回收电机与系绳存储装置的传动比。

所述的绳索为凯夫拉绳索。所述的系绳存储装置为滚轮式，排线部分采用丝杠排线机构实现绳索的均匀排列。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用绳系交会对接的方式进行近距离卫星集群内的能量传输。由于采用了对接后的直接充电或近距离电磁耦合充电，与无线能量传输方式相比具有结构简单、传输效率高的优点。由于采用了绳系终端器的交会对接，与两颗卫星直接交会对接相比，具有燃料消耗低、对接周期短的优点；

(2)本发明采用发射绳系终端器的方式进行对接，与两颗卫星直接交会对接相比，对接机构简单、对接过程燃料和能源消耗少、交会对接周期短；