[发明专利]一种低轨道地磁蓄能地面实验系统及方法

说明书

本发明实施例公开了一种低轨道地磁蓄能地面实验系统，包括现场端和工作端，其特征在于，所述现场端包括三轴气浮台、安装在所述三轴气浮台上的气浮台电源，以及用于低轨道地磁蓄能过程的模拟测试系统，所述模拟测试系统与所述工作端无线通讯连接，所述工作端接收所述模拟测试系统的数据并进行任务仿真模拟。本发明采用模块化的设计，积木式结构实现对低轨道地磁蓄能的地面实验，实验系统的设备通用性和可更换性强，系统整体设计成本低，能够有效的验证低轨道地磁储能方法，为未来进一步研究发展低轨道地磁蓄能方法及其相关关键技术提供实验支持平台。

技术领域

本发明实施例涉及空间碎片离轨技术领域，具体涉及一种低轨道地磁蓄能地面实验系统及方法。

背景技术

10cm直径大小的太空垃圾就可以给航天器和宇航员带来严重威胁，哈勃望远镜、航天飞机以及国际空间站均受到过太空碎片的撞击；随着人类太空活动的日益活跃和Kessler效应太空垃圾造成威胁的几率快速增加，(Kessler效应：由于太空碎片的撞击，导致更多太空碎片的产生)。

Kessler效应进一步加重太空碎片的威胁，如2009年，俄罗斯废弃的Comos卫星和美国的Iridum卫星相撞，产生2000多个太空碎片，如果不能主动的有效清除现有空间碎片，空间碎片仍会持续大幅增加，这将严重影响人类的太空开发进程。

目前在轨的近20000余个大于10cm的空间碎片，有近70％分布在500km～1000km不同倾角的近地轨道上，这些碎片如仅靠自身的大气阻力衰减轨道高度，在数十年内都无法进入地球大气层，相比于地球同步轨道(36000km，轨道唯一，资源稀缺)低轨空间碎片分布散、数量多兼具高威胁和低价值特点，尽管可以主动清除，但清除低轨道太空碎片的效率性和经济性问题却难以解决。

空间碎片处理的较优方式是通过人为改变其运行的轨道高度，并将其轨道的近地点高度降低至200km以下，使得碎片受地球大气阻力的影响迅速减小轨道半长轴并坠入大气层烧毁。

目前提出的各种方法中，使用化学/电推力的主动拖拽离轨方法最为成熟，但耗费极高；在碎片上安装气囊阻力帆/涂抹泡沫等增加面质比的被动降轨方式，虽然省去了离轨推进工质消耗，但需要消耗安装材料，且碎片降轨所需的时间也数以年计，这无疑极大增加了二次碰撞的概率。

此外，各国均积极的发展无工质消耗型碎片清理方法，有的方法虽然设想很好，但难以实现，比如使用地面/天基高能激光清理碎片，其基本原理是通过高能激光灼烧，使灼烧产物急剧膨胀离开碎片，碎片获得反冲量而降轨，这种方法虽有理论实现的可能性，但如何产生预期的反冲量，如何有效灼烧而非破坏产生新的碎片群等问题均难以解决，因此目前只能用于清除10cm以下的微物体。

在无工质消耗型变轨和离轨方法中，电动绳系是目前认为可行性和可实现性最高的一种方式，电动绳系通过收集空间的带电粒子，在低轨空间的地球磁场中通过通电绳所受到的安培力进行轨道调整，仅有电力消耗，没有工质消耗，不论是电动绳系效能依赖于绳系尺度，数千米至数十千米的巨大尺度使得绳系系统在空间稳定运行的可靠性问题非常突出。

尽管有多个理论研究和空间试验表明绳系系统具有相当的安全系数，但是也有惨痛经历，美国的SED-2(1994年发射，绳系展开19.7km)绳系展开仅4天便被空间碎片/微流星切断，说明绳系的空间安全问题尚待解决，为此，采用地磁蓄能低轨道空间碎片离轨方法可以有效解决该问题，对于低轨道地磁储能进行地面实验验证对未来进一步研究发展低轨道地磁蓄能方法及其相关关键技术具有重要意义。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种低轨道地磁蓄能地面实验系统及方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：