[发明专利]一种空间碎片清除系统构型及其设计方法

说明书

本发明提供一种空间碎片清除系统构型及其设计方法，结构简单，设计合理，体积小巧，操作简单，工作范围大，控制方便。上述清除系统构型包括六自由度的基座，基座上对称设置的太阳帆板，沿基座垂直于太阳帆板方向运动的第一伸缩杆，嵌套于第一伸缩杆内部的第二伸缩杆，能够绕伸缩杆轴方向转动的第一关节，绕垂直于第一关节轴方向转动的第二关节，绕第二关节轴方向转动的第三关节，以及末端抓捕装置。其设计方法包括：建立空间碎片清除系统，并建立三维模型，进行动力学建模，对所提出的空间碎片清除系统对于抓捕任务进行轨迹规划；根据得到的轨迹规划，完成对整个系统的虚拟现实仿真，验证空间碎片清除系统的正确性，完成构型的设计。

技术领域

本发明涉及空间碎片清除系统的结构设计，具体为一种空间碎片清除系统构型及其设计方法。

背景技术

采用主动碎片清除技术可以快速有效地减少空间碎片的数量。对于空间碎片清除系统，美国、欧洲和日本研究起步较早，已提出各自的碎片清除方案，部分关键技术已开展在轨演示验证。

2010年8月，美国国防部高级研究计划局(DARPA)公布了正在研制的空间碎片清除技术演示验证项目——电动碎片清除器(EDDE)。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)正在研究一种演示验证主动清除空间碎片技术的微小卫星系统——空间碎片微型清除器(SDMR)。采用机械臂捕获目标，然后将固定在机械臂上的电动力缆绳展开，自动调节缆绳倾角，以控制推力并避免缆绳失稳，携带碎片离轨。2010年，德国制动火箭空间(RetroSpace)公司提出了“制动火箭星(RetroSats)”方案

针对具体的清除系统，很多文献已经做了研究。现有的空间碎片清除系统主要包括刚性连接式抓捕、柔性连接式抓捕、非接触式移除方法以及其他新式方法。现有技术中的各种空间碎片清除系统构型相对较为复杂，稳定性相对较低，加之技术本身的限制，在民用方面的空间碎片的清除难以开展。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种空间碎片清除系统构型及其设计方法，结构简单，设计合理，体积小巧，操作简单，工作范围大，控制方便。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种空间碎片清除系统构型，包括六自由度的基座，基座上对称设置的太阳帆板，沿基座垂直于太阳帆板方向运动的第一伸缩杆，嵌套于第一伸缩杆内部的第二伸缩杆，能够绕伸缩杆轴方向转动的第一关节，绕垂直于第一关节轴方向转动的第二关节，绕第二关节轴方向转动的第三关节，以及末端抓捕装置；

所述末端抓捕装置由分别铰接在第三关节上的四个爪组成，每一个爪由三根能够独立运动的连杆依次铰接组成，每个连杆分别能够绕垂直于连杆的方向转动，每一个爪上连杆的铰接轴方向均平行设置。

优选的，每一个爪由依次铰接的第一连杆、第二连杆和第三连杆组成，第一连杆的长度等于第一关节、第二关节和第三关节的长度总和。

进一步的，在初始时刻，第一伸缩杆收缩于基座内部，第二伸缩杆位于第一伸缩杆内部，每一个爪均贴附于第一关节、第二关节和第三关节，每一个爪的部分收于第一伸缩杆内部。

再进一步的，在初始状态时，每一个爪的第二连杆和第三连杆位于第一伸缩杆内部。

优选的，第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一关节、第二关节和第三关节的最大总长度为5.2m。

优选的，所述的第三关节呈八边形板状设置，四个抓对称设置在八边形的四个边上，其余四个边呈内陷的弧形设置。

一种空间碎片清除系统构型的设计方法，包括，

步骤一，建立如上述任意一空间碎片清除系统，并对其建立三维模型；

步骤二，对所提出的空间碎片清除系统进行动力学建模；