[发明专利]一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获装置及方法，包括柱形弹射气囊、锥形捕获气囊及供气系统，外围设备为工作飞行器；柱形弹射气囊和锥形捕获气囊分别固定于工作飞行器的前、后表面，工作前，所述柱形弹射气囊和锥形捕获气囊处于压缩状态；供气系统安装在工作飞行器内，同时供气系统的供气管路分别与柱形弹射气囊和锥形捕获气囊连接；弹射时，柱形弹射气囊充气展开，柱形弹射气囊端面与目标碎片碰撞完成弹射；捕获时，锥形捕获气囊充气展开，大端朝外，此时锥形捕获气囊端面未封闭，当捕获目标碎片后，继续充气将锥形捕获气囊端面封闭完成捕获。本发明能够实现空间碎片的弹射及捕获，对轨道进行柔性清理，减少冲击。

技术领域

本发明涉及航天工程技术领域，具体涉及一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获装置及方法。

背景技术

空间碎片的存在严重地威胁着在轨运行航天器的安全，碎片与航天器的碰撞可直接改变航天器的表面性能，造成器件损伤，导致航天器系统故障，对航天器正常运行带来极大的危害。同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源构成了严重威胁，尤其是当某轨道高度的空间碎片密度达到一个临界密度时，碎片之间的链式碰撞过程将会造成轨道资源的永久性破坏。目前主流的清理方法是采用机械臂与碎片进行位姿匹配、消旋、抓捕，刚性碰撞过程对工作飞行器影响较大，因此需要一种减少冲击的柔性清理方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获装置及方法，能够实现空间碎片的弹射及捕获，对轨道进行柔性清理，减少冲击。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获装置，包括柱形弹射气囊、锥形捕获气囊及供气系统，外围设备为工作飞行器；

柱形弹射气囊和锥形捕获气囊分别固定于工作飞行器的前、后表面，工作前，所述柱形弹射气囊和锥形捕获气囊处于压缩状态；供气系统安装在工作飞行器内，同时供气系统的供气管路分别与柱形弹射气囊和锥形捕获气囊连接；

弹射时，所述柱形弹射气囊充气展开，柱形弹射气囊端面与目标碎片碰撞完成弹射；捕获时，所述锥形捕获气囊充气展开，大端朝外，此时锥形捕获气囊端面未封闭，当捕获目标碎片后，继续充气将锥形捕获气囊端面封闭完成捕获。

进一步地，所述柱形弹射气囊四周采用聚酰亚胺薄膜材料，碰撞端面采用凯夫拉织物材料。

进一步地，所述锥形捕获气囊包括锥形主体和圆环封头，所述圆环封头设置在锥形主体大端，并与锥形主体连通；锥形主体采用聚酰亚胺薄膜材料，圆环封头采用橡胶。

一种基于充气结构的空间碎片弹射与捕获方法，采用上述弹射及捕获装置，方法如下：

弹射时，识别出目标碎片种类、方向、距离及速度，估算碎片质量，确定是否进行弹射，若不进行弹射，则工作飞行器保持状态；若进行弹射，则工作飞行器继续操作；

充气展开柱形弹射气囊，并加压到指定弹射气压；

调整姿态，使目标碎片与柱形弹射气囊在一定的相对速度下正向碰撞，完成弹射；

捕获时，识别出目标碎片种类、方向、距离及速度，判断目标碎片大小是否在锥形捕获气囊的容纳范围内，若目标碎片大小不在锥形捕获气囊的容纳范围内，则工作飞行器保持状态；若目标碎片大小在锥形捕获气囊的容纳范围内，则工作飞行器继续操作；

充气展开锥形捕获气囊，此时锥形捕获气囊端面未封闭；

通过姿态调整，使锥形捕获气囊正向对准目标碎片，当目标碎片完全进入锥形捕获气囊内后，继续加压，使锥形捕获气囊端面封闭，完成捕获。

进一步地，所述柱形弹射气囊四周采用聚酰亚胺薄膜材料，碰撞端面采用凯夫拉织物材料。