[发明专利]一种用于捕获空间碎片的仿生飞网系统

说明书

本发明提供一种用于捕获空间碎片的仿生飞网系统，包括驱动机构、传动机构、中心刚体与仿生柔性网；中心刚体为柱状结构，中心刚体上设有轴向贯穿中心刚体的轴孔，中心刚体的一端通过传动机构与驱动机构转动相连，仿生柔性网连接在中心刚体的另一端；仿生柔性网包括若干呈放射状分布的第一捕捉索，每相邻的两个第一捕捉索之间通过若干间隔的第二捕捉索相连以使得仿生柔性网构成蜘蛛网结构；各第一捕捉索朝内的一端呈环形间隔连接在中心刚体对应端，朝外的一端均连接有质量块。能够有效地提高网体结构的稳定性并加快捕获空间碎片后的能量耗散，同时解决了仿生柔性网展开过程中的网体缠绕问题以及展开后的构型保持问题。本发明应用于空间绳网系统。

技术领域

本发明涉及空间绳网系统，尤其涉及一种用于捕获空间碎片的仿生飞网系统。

背景技术

空间碎片是指轨道上的或重返大气层的无功能人造物体，包括其残块和组件。截止2017年4月4日，美国空间监测网编目的10cm以上的空间碎片数量为16888个，其中，低轨空间的空间碎片数量约为12000个。

在低地球轨道中，空间碎片的运行速度范围为6.9～7.7km/s，与航天器的碰撞速度可达10km/s以上，将严重毁伤航天器甚至导致结构解体等灾难性后果。2007年6月7日，国际空间站(International Space Station，ISS)FGB舱遭受碎片撞击，导致热毯表面损伤面积达30mm×60mm。截止2016年底，国际空间站ISS共进行了20次针对空间碎片的规避机动，每次约耗费数十千克燃料。2009年2月11日，美国“铱星33”与俄罗斯失效卫星“宇宙2251”在西伯利亚上空发生碰撞，导致卫星解体。近年来，空间碎片日益增多，增长速度加快，严重威胁航天器的安全运行。美国空间监测网采用低轨-静止轨道空间碎片环境模型(LEO-to-GEOEnvironment Debris，LEGEND)预测，若不采取任何主动清除或减缓措施，100年后低轨空间碎片数量将翻一番。

技术成熟度较高，可操控性较强，然而这种捕获方式存在以下不足：1)机械臂在进行大量低价值目标捕获任务时需要进行多次机动，燃料消耗大、所需成本高；2)机械臂捕获通常适用于有对接抓捕接口的合作目标，且难以捕获自旋或翻滚目标，通用性受限。激光清除是指利用激光束照射碎片表面，使辐照区材料产生热物质射流并向外喷出，从而产生反向作用力而改变碎片轨道。激光清除的应用局限是：1)激光器耗能高，地基激光在大气中传播时能量损耗大，天基激光的能量来源和存储都难以解决；2)激光清除空间碎片需要极高精度的对准能力，目前相关技术难题尚未突破。绳网捕获是当前的国际研究热点，其工作过程为：首先空间拖船机动接近空间碎片；然后向目标抛射展开绳网，绳网包裹目标并形成复合体；最后利用空间拖船推力器实现复合体离轨。与机械臂捕获和激光清除方式相比，绳网式捕获具有安全性高、容错性强等优点，但是传统的绳网捕获一般是通过质量块牵引抛射的方式实现网体展开，其系统结构为“柔性网+质量块+系绳+网体弹射装置”，质量块由网体弹射装置弹出，利用质量块的惯性运动牵引系绳展开柔性网，这种结构配置虽然简单易实现，但是存在以下不足：1)网体展开过程中易发生缠绕；2)网体展开后难以保持其空间构型。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于捕获空间碎片的仿生飞网系统，根据蜘蛛网的几何构型、联结方式和力学特性仿生设计，通过第一捕捉索与第二捕捉索组成类似于蜘蛛网结构的仿生柔性网，能够有效地提高网体结构的稳定性并加快捕获空间碎片后的能量耗散，同时以旋转的方式释放仿生柔性网，解决了仿生柔性网展开过程中的网体缠绕问题以及展开后的构型保持问题。

本发明采用的技术方案是：一种用于捕获空间碎片的仿生飞网系统，包括驱动机构、传动机构、中心刚体与仿生柔性网；

所述中心刚体为柱状结构，所述中心刚体内设有轴向贯穿中心刚体的轴孔，所述中心刚体的一端通过传动机构与驱动机构转动相连，所述仿生柔性网连接在中心刚体的另一端；