在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统技术方案

在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统，它涉及一种抗空间碎片和微流星体的防护系统。针对一次性或多次发射进行空间组装成大尺寸防护屏费用高、难度大及机械式展开防护屏折叠效率低、可靠性低、展开后体积小以及刚性防护屏折叠体积大、折叠不灵活、发射体积大、展开后体积小问题。相邻两层可刚化充气展开平面框架通过可刚化充气展开支撑立管总成连接，可刚化充气展开平面框架内设有待刚化的防护屏，可刚化充气展开平面框架内装有第一、二充气管，可刚化充气展开支撑立管总成内装有竖直充气管。本发明专利技术的结构简单、成本低、可靠性高、重量轻、折叠效率高、折叠体积小、折叠灵活、发射体积小，可在卫星、飞船、空间站等航天器上使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抗空间碎片和微流星体的防护系统。
技术介绍
在卫星等航天器运行的轨道空间内存在着大量高速运动(速度>8km/s) 的微流星体和空间碎片，这些微流星体及空间碎片的撞击会使飞行器损伤、破 坏甚至失效，同时也对航天员的生命安全构成严重威胁。对于lcm以上的空 间碎片，可以通过在轨碎片监视器等给予预警，采取回避等主动防护措施；对 于lcm以下的空间碎片，则只能采用被动防护措施。目前航天器的防护方案 主要有固定式和机械式两种防护屏机构。航天器往往需要较大尺寸的防护区 域，需要有大尺寸的防护屏。受发射体积及费用的限制， 一次性发射或多次发 射进行空间组装成大尺寸的防护屏费用较高，甚至难以实现；而采用机械式展 开的防护屏则存在折叠效率低、展开可靠性低、展开后体积较小、难以构建三 层以上或更多层数的多层防护等缺点。而现有的刚性防护屏还存在折叠体积较 大、折叠方式不灵活、发射体积大及展开后体积小等问题。因此，设计出易于 发射、发射费用较低、大尺寸、防护屏层数多、折叠体积较小、折叠方式灵活、 发射体积小、展开后体积大的抗空间碎片和微流星体撞击的柔性防护机构，将 对卫星、飞船等航天器空间碎片防护，对提高其工作可靠性和生存寿命起着至 关重要的作用(引自张伟，庞宝君,张泽华.航天器微流星体及空间碎片防护结 构性能分析J.哈尔滨工业大学学报，2002，34(5):603.)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决采用一次性发射或多次发射进行空间组装成大尺 寸的防护屏存在费用高、难度大甚至难以实现及采用机械式展开的防护屏存在 折叠效率低、展开可靠性低、展开后体积较小、难以构建三层以上或更多层数 的多层防护的问题，以及解决现有的刚性防护屏存在折叠体积较大、折叠方式 不灵活、发射体积大及展开后体积小等问题，进而提供一种在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是本专利技术的防护系统包括二 二十层可刚化充气展开平面框架、二 二十个待刚化的防护屏、多根可刚化充 气展开支撑立管总成、两个第一充气管、两个第二充气管、四个竖直充气管、四个水平充气控制阀和四个控制阀；所述二 二十层可刚化充气展开平面框架 上下正对且平行设置，相邻两层可刚化充气展开平面框架的四个角端之间通过 四根可刚化充气展开支撑立管总成连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层 可刚化充气展开平面框架内设置有一个待刚化的防护屏，所述每个待刚化的防 护屏与相对应的可刚化充气展开平面框架连接，位于最上层的可刚化充气展开 平面框架的两个对角端上分别设置有一个第一充气管和一个第二充气管，所述 每个第一充气管的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架中的可刚化充气 展开长支撑管连通，所述每个第二充气管的一端与最上层的可刚化充气展开平 面框架中的可刚化充气展开短支撑管连通，位于最上层的可刚化充气展开平面 框架的每个角端上设置有一个竖直充气管，所述每个竖直充气管的下端与相对 应的可刚化充气展开支撑立管总成中的可刚化充气展开支撑立管连通，每个第 一充气管和第二充气管上分别装有一个水平充气控制阀，每个竖直充气管上装 有一个控制阀，相邻两层可刚化充气展开平面框架内的两个待刚化的防护屏之 间的间距为5-100cm，每个待刚化的防护屏的厚度为0.1~5cm。本专利技术具有以下有益效果 一、采用多层待刚化的防护屏，防护效果更好。 二、采用可刚化充气展开平面框架作为本专利技术的框架支撑结构的主体，在所述 框架内装有待刚化的防护屏，且其与可刚化充气展开平面框架相连接，在使用 时可保证所述框架以任意尺寸折叠，折叠效率高，发射体积小。三、所述框架 中的支撑管由于采用可刚化充气展开的结构，支撑管可沿轴线方向以充气压力 作为驱动力展开，展开后支撑管通电固化或通过空间热辐射加热固化或者通过 空间环境中的紫外线辐射固化，从而形成稳定的、满足结构刚度要求的支撑结 构。四、待刚化的防护屏通电固化或通过空间热辐射加热固化或者通过空间环 境中的紫外线辐射固化，保证了待刚化的防护屏的整体强度。五、平面框架由 于采用可刚化充气展开的支撑结构，其结构简单、不易出故障、展开可靠性好、 整体重量轻、折叠效率高。六、本专利技术由于在充气管上装有控制阀，可控制充 气管充入到可刚化充气展开支撑立管内部的气体流量和流速，使密闭充气展开 支撑框架的充气展开过程较为稳定。七、由于可刚化充气展开支撑立管是由多 层薄膜复合材料构成，其抗弯刚度、强度等性能指标可通过改变可刚化充气展开支撑立管的直径、长度、管壁厚度及材料性能等方法进行设计。八、当可刚 化充气展开平面框架为多层时，层与层之间通过充气展开，展开效率更高，更 易控制。九、多层待刚化的防护屏之间采用可刚化充气展开支撑立管展开并支 撑，层与层之间间距能够展开成足够大，有利于空间碎片在与待刚化的防护屏 撞击后碎片云的展开，从而大大提高防护系统的防护效果。十、本专利技术具有结 构简单、成本低、展开可靠性高、整体重量轻的优点，可在卫星、飞船、空间 站等航天器上使用，用作构建卫星、载人飞船等飞行器的防护机构。十一、本 专利技术的待刚化的防护屏与刚性防护屏相比具有折叠体积更小、折叠方式更灵 活、折叠效率更高、发射体积更小等优点。 附图说明图1是本专利技术的整体结构主视图(图上表示三层可刚化充气展开平面框架1)，图2是图1的A部放大图(待刚化的防护屏2未表示)，图3是图1的B 部放大图(待刚化的防护屏2未表示)，图4是图1的C部放大图(待刚化的 防护屏2未表示)，图5是图1的俯视图，图6是本专利技术的整体结构主视图(图 上表示二层可刚化充气展开平面框架l),图7是图6的D部放大图，图8是 本专利技术的整体结构主视图(待刚化的防护屏2通过系带4与可刚化充气展开平 面框架l连接)，图9是图8的俯视图，图10是待刚化的防护屏2与薄膜63 的连接结构图，图11是待刚化的防护屏2由加热固化层50构成的结构示意图， 图12是待刚化的防护屏2由加热固化层50和电加热平面层51构成的结构示 意图，图13是端盖19与密封胶圈21装配在一起的主视图，图14是图13的 E-E剖视图，图15是接盘22与密封橡胶圈24装配在一起的主视图，图16是 图15的F-F剖视图，图17是可刚化充气展开长支撑管14的主视图，图18是 可刚化充气展开短支撑管16的主视图，图19是可刚化充气展开支撑立管12 的主视图。具体实施例方式具体实施方式一结合图l、图6、图8和图9说明本实施方式，本实施 方式的防护系统包括二 二十层可刚化充气展开平面框架1、 二 二十个待刚化 的防护屏2、多根可刚化充气展开支撑立管总成3、两个第一充气管7、两个 第二充气管8、四个竖直充气管9、四个水平充气控制阀10和四个控制阀11; 所述二 二十层可刚化充气展开平面框架i上下正对且平行设置，相邻两层可刚化充气展开平面框架1的四个角端之间通过四根可刚化充气展开支撑立管总成3连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层可刚化充气展开平面框架1 内设置有一个待刚化的防护屏2,所述每个待刚化的防护屏2与相对应的可刚 化充气展开平面框架1连接，从而避免碎片从可刚化充气展开平面框架1的缝 隙进入而破坏被保护的系统，位于最上层的可刚化充气展开平面框架1的两个 对角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统，所述防护系统包括二～二十层可刚化充气展开平面框架（１）、二～二十个待刚化的防护屏（２）、多根可刚化充气展开支撑立管总成（３）、两个第一充气管（７）、两个第二充气管（８）、四个竖直充气管（９）、四个水平充气控制阀（１０）和四个控制阀（１１）；其特征在于：所述二～二十层可刚化充气展开平面框架（１）上下正对且平行设置，相邻两层可刚化充气展开平面框架（１）的四个角端之间通过四根可刚化充气展开支撑立管总成（３）连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层可刚化充气展开平面框架（１）内设置有一个待刚化的防护屏（２），所述每个待刚化的防护屏（２）与相对应的可刚化充气展开平面框架（１）连接，位于最上层的可刚化充气展开平面框架（１）的两个对角端上分别设置有一个第一充气管（７）和一个第二充气管（８），所述每个第一充气管（７）的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架（１）中的可刚化充气展开长支撑管（１４）连通，所述每个第二充气管（８）的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架（１）中的可刚化充气展开短支撑管（１６）连通，位于最上层的可刚化充气展开平面框架（１）的每个角端上设置有一个竖直充气管（９），所述每个竖直充气管（９）的下端与相对应的可刚化充气展开支撑立管总成（３）中的可刚化充气展开支撑立管（１２）连通，每个第一充气管（７）和第二充气管（８）上分别装有一个水平充气控制阀（１０），每个竖直充气管（９）上装有一个控制阀（１１），相邻两层可刚化充气展开平面框架（１）内的两个待刚化的防护屏（２）之间的间距为５～１００ｃｍ，每个待刚化的防护屏（２）的厚度为０．１～５ｃｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苗常青，谭惠丰，曹昱，谢志民，杜星文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]