太空垃圾清理卫星装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种太空垃圾清理卫星装置，包括卫星本体和任务执行模块，卫星本体包括第一结构箱、置于第一结构箱内部的电源模块、导航模块、轨道控制模块、飞行控制模块和无线通信模块、太阳能电池阵列，第一结构箱为立方体，箱体各面通过机械结构固定；任务执行模块包括第二结构箱、置于第二结构箱内部的任务控制模块、探测识别模块、捕获模块、粉碎模块、运送模块和激光烧蚀模块，第二结构箱为立方体，其左侧面为固定面与卫星本体机械锁紧，其余五个面为变形结构，能够在‑60～60°范围内展开和合拢。该装置能够捕获和清理尺寸较小的太空垃圾，并且能够对含导电材料的太空垃圾经过激光烧蚀模块烧蚀后，能够二次利用，为激光烧蚀模块提供能量。

【技术实现步骤摘要】
太空垃圾清理卫星装置
本专利技术属于卫星本体控制技术研究领域，具体涉及太空垃圾清理卫星装置。
技术介绍
太空垃圾也称为空间碎片，来源多种多样。例如各种已经失效的人造卫星，废弃的火箭推进器残骸，各种卫星本体爆炸或者碰撞形成的碎片，微小的机械零部件，甚至是航天员在太空作业时不小心留下的垃圾等等。太空垃圾按照直径可分为三类：10厘米以上的太空垃圾可通过仪器监测到，它们的数量在1.9万块左右；介于1厘米到10厘米之间的垃圾，仪器无法跟踪，据估计在20万块左右，可造成内部敏感元件的感应放电，甚至导致卫星本体结构性损坏；而直径小于1厘米的太空垃圾会造成卫星本体表面坑坑洼洼、伤痕累累，其数量在以千万计。这些垃圾大多处于低轨道，会随着阻力的作用不断的下降，直至进入大气层烧毁，但是却需要长时间的作用。高层轨道的太空垃圾，则能在轨道上留存数万年甚至是数百万年。太空垃圾的飞行速度可高达每小时4万公里，如此高的速度，就算一块小的油漆碎片都会毁坏其他卫星和太空设备及卫星本体-甚至是国际太空站。太空垃圾的数量以每年5％的速度不断增加，近几年更是以每年40％的速度递增，随着太空垃圾数量不断增多，这些碎片之间的碰撞几率也不断增加，从而产生雪崩效应，当碎片的数量累积到一定程度，将会使航天活动无法进行，近地空间则完全失去使用价值。现有技术中公开了利用绳系空间机器人清理太空垃圾的方法，但是这种方法存在以下缺点：一是只能捕获大尺寸太空垃圾，不能捕获较小尺寸碎片；二是只能捕获太空垃圾，没有清理太空垃圾的功能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种太空垃圾清理卫星装置，利用可变形的箱体结构、太空垃圾增压装置、两级清理结构、以及光电检测模块实现对太空垃圾的准确定位和有效清理。本专利技术公开了一种太空垃圾清理卫星装置，所述卫星装置包括卫星本体和任务执行模块，所述卫星本体包括第一结构箱、太阳能电池阵列、置于所述第一结构箱内部的电源模块、导航模块、轨道控制模块、飞行控制模块和无线通信模块，所述第一结构箱为立方体，箱体各面通过机械结构固定，太阳能电池阵列置于第一结构箱顶面的外部，所述电源模块、导航模块、轨道控制模块、飞行控制模块和无线通信模块多层垂直叠放，所述任务执行模块包括第二结构箱、置于第二结构箱内部的任务控制模块、探测识别模块、捕获模块、粉碎模块、运送模块和激光烧蚀模块，所述第二结构箱为立方体，其中第二结构箱左侧面为固定面，与第一结构箱的右侧面机械锁紧，其余五个面能够在60～60°范围内展开和合拢，所述第二结构箱箱体各面通过直流电机推杆连接，其中，任务控制模块固定在所述第二结构箱左侧面、所述探测识别模块置于第二结构箱顶面的内部；在第二结构箱顶面、第二结构箱底面的内侧四角分别安装一个增压装置；探测识别状态下所述第二结构箱展开，捕获状态下所述第二结构箱合拢；任务控制模块与轨道控制模块直接通信，控制任务执行模块内各子模块开展工作。优选地，所述第一结构箱左侧面为拓展面，用于拓展同样规格的任务执行模块。优选地，所述第一结构箱和/或第二结构箱六个面均为铝合金结构板，其内部空间与铝合金结构板之间安装玻璃纤维垫片。优选地，所述电源模块包括电源控制器、锂离子电池组、多个太阳敏感器、以及多个温度传感器阵列；所述电源控制器包括采样阵列、充放电管理模块和配电管理模块。优选地，所述导航模块包括GNSS接收机、IMU惯性测量单元、太阳敏感器、导航信息处理单元、电源接口、信息接口和数据传送接口；其中，电源接口连接电源模块向导航模块供电，信息接口用于连接飞行控制模块并发射导航信息，数据传送接口用于连接地面控制站并发射导航信息。优选地，所述轨道控制模块控制卫星本体的姿态和所在位置，具体包括太阳能电池阵列对日定向控制、天线定向控制、信息控制、共享控制、姿态控制。优选地，所述姿态控制通过反作用飞轮和磁力矩器实现，或者通过任务执行模块中的微推力器实现，所述微推力器设置在第二结构箱前面和第二结构箱后面的外部。优选地，所述微推力器为微型真空弧推力器。优选地，所述飞行控制模块的硬件采用冗余备份结构，其包括二次电源、第一中央处理单元、第二中央处理单元、两个FPGA、第一监控单元和第二监控单元，第一监控单元和第二中央处理单元分别连接AD采集接口；第一中央处理单元与第一监控单元通过第一链路连接，一个FPGA用于检测第一链路的状态；第二中央处理单元与第二监控单元通过第二链路连接，一个FPGA用于检测第二链路的状态。优选地，所述探测识别模块位于第二结构箱顶面的内部，包括三个构成相同的光电检测子模块，每个光电子检测模块包括光电望远镜、大靶面科学级CCD相机和斜轴旋转云台。优选地，所述粉碎模块包括固定在第二结构箱前面和第二结构箱后面内部的两片磨盘，所述两片磨盘上均安装压力传感器。优选地，所述运送模块包括一个柔性连杆、两个舵机和一个曲柄，柔性连杆的两侧分别装有一个金属传感器，所述柔性连杆通过两个舵机、与第二结构箱底面连接。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术的太空垃圾清理卫星装置采用了可变形的第二结构箱，使得较小尺寸太空垃圾被吸引入所述可变形的第二结构箱，该装置简单易行，且能够捕获尺寸较小的太空垃圾；(2)本专利技术的太空垃圾清理卫星装置通过对称型太空垃圾探测识别模块对太空垃圾进行探测、识别和定位，能够准确探测到太空垃圾；(3)本专利技术的太空垃圾清理卫星装置，通过粉碎模块和激光烧蚀模块，实现了各种尺寸太空垃圾的粉碎和清理；同时，粉碎后含导电材料的太空垃圾通过激光烧蚀模块进行烧蚀，能够作为燃料送入阴极，为激光烧蚀模块提供能量，进而实现二次利用。附图说明图1是本专利技术公开的太空垃圾清理卫星装置构成图；图2是本专利技术公开的太空垃圾清理卫星装置3D结构图；图3是本专利技术公开的太空垃圾清理卫星装置卫星本体3D结构图；图4是本专利技术公开的太空垃圾清理卫星装置任务执行模块3D结构图；图5是本专利技术公开的任务执行模块内的探测识别模块结构图；图6是本专利技术公开的机械粉碎装置结构示意图；图7是本专利技术公开的运送模块结构示意图；图8是本专利技术公开的基于卫星装置的太空垃圾清理方法流程图。附图标记说明：1-卫星本体、2-任务执行模块、3-地面控制站、4-第一结构箱、4-1-第一结构箱顶面、4-2-第一结构箱右侧面、4-3-第一结构箱左侧面、5-电源模块、6-导航模块、7-轨道控制模块、8-飞行控制模块、9-无线通信模块、10-太阳能电池阵列、11-第二结构箱、11-1-第二结构箱左侧面、11-2-第二结构箱顶面、11-3-第二结构箱前面、11-4-第二结构箱后面、11-5-第二结构箱底面、11-6-第二结构箱右侧面、12-任务控制模块、13-探测识别模块、13-1-光电望远镜、13-2-大靶面科学级CCD相机、13-3-斜轴旋转云台、14-捕获模块、15-粉碎模块、15-1、15-2-磨盘、16-运送模块、16-1-柔性连杆、16-2、16-3-舵机、16-4-曲柄、16-5、16-6-金属传感器、17-激光烧蚀模块、18-直流电机推杆、19-增压装置、20-微推力器。具体实施方式为了本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。如图1至图4所示，一种太空垃圾清理卫星装置，包括卫星本体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述卫星装置包括卫星本体(1)和任务执行模块(2)，所述卫星本体(1)包括第一结构箱(4)、太阳能电池阵列(10)、置于所述第一结构箱(4)内部的电源模块(5)、导航模块(6)、轨道控制模块(7)、飞行控制模块(8)和无线通信模块(9)，所述第一结构箱(4)为立方体，箱体各面通过机械结构固定，太阳能电池阵列(10)置于第一结构箱顶面(4‑1)的外部，所述电源模块(5)、导航模块(6)、轨道控制模块(7)、飞行控制模块(8)和无线通信模块(9)多层垂直叠放，所述任务执行模块(2)包括第二结构箱(11)、置于第二结构箱(11)内部的任务控制模块(12)、探测识别模块(13)、捕获模块(14)、粉碎模块(15)、运送模块(16)和激光烧蚀模块(17)，所述第二结构箱(11)为立方体，其第二结构箱左侧面(11‑1)为固定面，与第一结构箱右侧面(4‑2)机械锁紧，其余五个面能够在‑60～60°范围内展开和合拢，所述第二结构箱(11)箱体各面通过直流电机推杆(18)连接，其中，任务控制模块(12)固定在所述第二结构箱左侧面(11‑1)、所述探测识别模块(13)置于第二结构箱顶面(11‑2)的内部；在第二结构箱顶面(11‑2)、第二结构箱底面(11‑5)的内侧四角分别安装一个增压装置(19)；探测识别状态下所述第二结构箱(11)展开，捕获状态下所述第二结构箱(11)合拢；任务控制模块(12)与轨道控制模块(7)直接通信，控制任务执行模块(2)内各子模块开展工作。...

【技术特征摘要】
1.一种太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述卫星装置包括卫星本体(1)和任务执行模块(2)，所述卫星本体(1)包括第一结构箱(4)、太阳能电池阵列(10)、置于所述第一结构箱(4)内部的电源模块(5)、导航模块(6)、轨道控制模块(7)、飞行控制模块(8)和无线通信模块(9)，所述第一结构箱(4)为立方体，箱体各面通过机械结构固定，太阳能电池阵列(10)置于第一结构箱顶面(4-1)的外部，所述电源模块(5)、导航模块(6)、轨道控制模块(7)、飞行控制模块(8)和无线通信模块(9)多层垂直叠放，所述任务执行模块(2)包括第二结构箱(11)、置于第二结构箱(11)内部的任务控制模块(12)、探测识别模块(13)、捕获模块(14)、粉碎模块(15)、运送模块(16)和激光烧蚀模块(17)，所述第二结构箱(11)为立方体，其第二结构箱左侧面(11-1)为固定面，与第一结构箱右侧面(4-2)机械锁紧，其余五个面能够在-60～60°范围内展开和合拢，所述第二结构箱(11)箱体各面通过直流电机推杆(18)连接，其中，任务控制模块(12)固定在所述第二结构箱左侧面(11-1)、所述探测识别模块(13)置于第二结构箱顶面(11-2)的内部；在第二结构箱顶面(11-2)、第二结构箱底面(11-5)的内侧四角分别安装一个增压装置(19)；探测识别状态下所述第二结构箱(11)展开，捕获状态下所述第二结构箱(11)合拢；任务控制模块(12)与轨道控制模块(7)直接通信，控制任务执行模块(2)内各子模块开展工作。2.根据权利要求1所述的太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述第一结构箱左侧面(4-3)为拓展面，用于拓展同样规格的任务执行模块(2)。3.根据权利要求1所述的太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述第一结构箱(1)和/或第二结构箱(11)六个面均为铝合金结构板，其内部空间与铝合金结构板之间安装玻璃纤维垫片。4.根据权利要求1所述的太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述电源模块(5)包括电源控制器、锂离子电池组、多个太阳敏感器、以及多个温度传感器阵列；所述电源控制器包括采样阵列、充放电管理模块和配电管理模块。5.根据权利要求1所述的太空垃圾清理卫星装置，其特征在于，所述导航模块(6)包括GNSS接收机、IMU惯性测量单元、太阳敏感器、导航信息处理单元、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨栋，鲁怀伟，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62