[发明专利]基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统

说明书

本发明公开了一种基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统，该系统包括服务航天器、飞网弹射装置、系绳、阻尼器和飞网；阻尼器的阻尼系数可调，连接于系绳与飞网之间。飞网成功捕获目标后，系绳拉力作用下飞网的主要承力绳段将对目标施加消旋阻力矩实现消旋。通过对阻尼器阻尼系数的调节实现快速减振吸能的效果。本发明解决了现有技术的消旋与捕获分步进行的问题，以及绳系卫星消旋效率低的问题，可用于废弃卫星、空间碎片、敌对卫星等非合作目标的捕获。

技术领域

本发明涉及航空航天领域与机械工程技术领域，具体涉及一种基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统。

背景技术

近年来，随着航天活动日益频繁以及空间发射任务日益增多，废弃卫星、空间碎片等非合作目标已经对在轨航天器形成不容忽视的威胁。根据Kessler定律的描述，空间碎片在轨撞击极有可能引发一系列连锁反应，进而使得空间碎片的数量呈指数式增长，进一步占据宝贵的轨道资源，威胁航天器的安全，甚至于宇航员的生命。此外，由于残余动量矩的存在，空间碎片目标往往以一定角速度作自旋运动，这给空间捕获过程以及捕获后组合体的控制增加了难度和挑战。

飞网捕获法由于其对目标的形状、体积、是否存在捕获接口以及目标自由运动的容忍性较高，而备受学者及工程师的青睐。当利用飞网捕获法成功捕获旋转目标时，若不加以控制，旋转目标将缠绕系绳，最终与服务航天器相撞。因此，有必要在捕获目标后对其进行消旋处理。目前已知的方案中，绳系卫星消旋策略往往需要增加多余的卷扬结构或绳驱动结构，导致系统极为复杂且对控制系统要求较高。此外，由于太空环境中大气密度稀薄，目标的转动动能不能很快耗散，导致绳系卫星捕获目标后的消旋效率较低。

综上所述，目前的绳系卫星消旋方案存在结构复杂，对控制系统要求过高，消旋效率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统，能够在简化消旋系统结构的同时提高消旋效率。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统，包括服务航天器、飞网弹射装置、系绳和飞网；优选地，该系统还包括阻尼器；

阻尼器安装于飞网弹射装置和飞网之间的系绳上，阻尼器的套筒和活塞中的一端通过系绳连接飞网，另一端通过系绳连接飞网弹射装置；飞网弹射装置安装在服务航天器上。

在发射阶段，系绳、阻尼器和飞网贮存在飞网弹射装置的内部；触发飞网弹射装置后，系绳、阻尼器和飞网一并弹出。

优选地，阻尼器的阻尼系数可调。

优选地，系绳为导电系绳，用于为阻尼器施加电信号进而调节阻尼系数。

阻尼器的阻尼系数根据系绳的拉力大小进行调节。阻尼系数与所述拉力的关系为：拉力越大，阻尼系数越大；拉力越小，阻尼系数越小。

优选地，服务航天器一侧的系绳根部设置拉力传感器，用于感知系绳拉力大小。

优选地，阻尼器采用磁流变阻尼器、电流变阻尼器或粘滞变阻尼器。

有益效果：

(1)本发明提供了一种基于阻尼器的空间碎片捕获及消旋系统，通过阻尼器的活塞与套筒之间的相互运动产生热量，使得旋转目标的旋转动能转化为热能耗散掉，从而达到阻尼器吸能的效果；阻尼器的引入无需传统消旋系统中复杂的卷扬机构与绳驱动力控制装置，使结构大大简化。

(2)在一优先实施例中，阻尼器采用阻尼系数可调节的阻尼器，在旋转目标初始转速很大的时候，通过电信号的调节，阻尼器的阻尼系数增大，从而加快旋转动能的消耗速率，从而达到本发明所说的减振效果，进而实现平稳消旋；同时也可以防止旋转目标转速过大时，旋转目标与系绳缠绕甚至撞击服务航天器的现象发生。