[发明专利]带有重物的转缆系统和减旋方法

说明书

太空中工作的转缆系统面临着宇宙飞船的角动量过大、系统减旋困难的问题。本发明提供一种减旋方法，利用转缆系统携带的重物来消除转缆系统的角动量。转缆系统抛出重物，从而损失重物部分的角动量，维持转缆系统的角动量在较低水平，避免角动量过大，实现了减旋的目的。重物一般是有动力的装置，动力装置能够产生动力，从而使得重物能够调整公转速度，尽快被转缆系统重新接上。

技术领域

本发明属于太空领域，涉及卷扬机、制动器、转缆系统、运载火箭，尤其涉及一种带有重物的转缆系统，以及这种转缆系统的减旋方法，帮助航天器进入太空。

背景技术

多数卫星的公转轨道是椭圆轨道。椭圆轨道最靠近地心的点是近地点，离地球最远的点是远地点。近地点、远地点统称拱点。

转缆系统是由中心站、两个配重、缆绳等组成，绕地球公转，公转速度是7.9km/s左右，总质量可达100吨以上。转缆系统一边公转一边自转，中心站位于系统的质心附近，两个配重在中心站的两侧、围绕质心转动。缆绳等也围绕质心转动，缆绳末端用于牵引设备、卫星等。缆绳的其中一根称为主绳，主绳用于对接卫星等载荷，主绳一般是长度最大、末端线速度最高的缆绳。运载火箭带着一个1吨重的卫星到太空，并加速到一定的公转速度，如5km/s，然后主绳的末端对接上卫星。

然后转缆系统的缆绳牵引卫星内移或外移，改变卫星的线速度、转动半径。当卫星内移时，两个配重外移，使得角速度不变，由v=w*r可知，线速度降低。当卫星外移时，两个配重也外移，由角动量守恒定律L=m*r*v可知，线速度降低。由角动量计算公式L=m*r*v可知，改变转动半径r、线速度v，可以改变卫星的角动。也就是说，通过转缆系统的缆绳牵引配重或卫星内移、外移，可以增加或减少卫星的v、L、r。转缆系统是专利2018111758340、201811406250X所述的内容。

MXER技术力包含一种对接技术。该抓捕机构是一个大的轻质网状笼，当卫星和网状笼相遇时，网状笼套住卫星，就完成了抓捕。设系统的公转速度是7.5km/s，末端的网状笼的自转线速度是2km/s，则运载火箭只需要达到7.5-2=5.5km/s的速度，并在预定地点与主绳末端的网状笼相遇，就可以了。

上点是指部件在绕转缆系统质心的自转过程中的最高的点，也就是部件自转轨迹的质心正上方的点。下点是指部件在绕转缆系统质心的自转过程中最低的点，也就是部件自转轨迹的质心正下方的点。

上行：是指载荷从地球进入太空的过程。

载荷主要是卫星、宇宙飞船或者其他太空货物。

转缆系统一边公转，部件一边绕系统质心自转，都是逆时针公转、自转。所谓部件包括缆绳末端、配重、重物等绕系统质心转动的物体。在公转轨道的任一处的自转圆周里，有一个点是海拔高度最高、离地球最远的，该点是上点；有一个点是海拔高度最低、离地球最近的，该点是下点。设公转速度是v1，自转线速度是v2，则上点相对地球的速度是v1+v2，下点相对地球的速度是v1-v2。

航天器上行时，会给转缆系统带来1*10^11kg.m^2/s量级的角动量，是普通车轮的数千万倍以上。角动量过大，会引起转缆系统自转速度过大，离心力过大，使得安全性降低，甚至有系统崩溃的风险。

减旋，也就是减少转缆系统的角动量，是转缆系统最困难的方面。转缆系统的缆绳长达数十千米以上，很难消除角动量。转缆系统的缆绳越长，对接时带来的角动量就越多。

有动力装置的重物是能够改变自身公转速度的航天器，包括电缆桁架、自转电缆装置，或者是其他能够改变自身公转速度的有一定质量的设备。电缆桁架是一种长数千米的桁架，桁架上有一根电缆，桁架可以折叠，能够产生数百牛顿的安培力。电缆桁架是专利2019100634692所述的内容。自转电缆装置是专利2019100770714所披露的内容，这种装置有自身动力，能够一边自转、公转，一边改变公转速度、轨道高度等。

发明内容