一种空间碎片防护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空间碎片防护系统，所述防护系统包括充气单元和气囊单元，所述气囊单元包括多层气囊，所述充气单元向所述多层气囊充气并使其展开。本申请防护系统中的多层气囊可在充气单元作用下快速展开部署，形成大间距的多层柔性防护结构，可提高对大尺寸空间碎片的防御能力。

【技术实现步骤摘要】
一种空间碎片防护系统
本专利技术涉及空间碎片防护
，具体涉及一种空间碎片防护系统。
技术介绍
当前空间碎片防护设计主要基于“Whipple”刚性防护结构原理，其应用主要集中在载人飞船、空间站等大型航天器，受防护结构的质量、体积、发射成本等因素限制，只能有效防御毫米级碎片撞击。然而，近年来空间碎片环境日益恶化，厘米级碎片超过50万个。因此，如何设计一种能提高对大尺寸空间碎片的防御能力的空间碎片防护系统成为必要。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种空间碎片防护系统，目的为解决传统被动防护结构不能防御大尺寸空间碎片的问题。本申请提供了一种空间碎片防护系统，包括：充气单元和气囊单元，所述气囊单元包括多层气囊，所述充气单元向所述多层气囊充气并使其展开。进一步的，所述多层气囊包括防护层、气密层和至少两个填充层，所述防护层位于所述多层气囊的外侧，所述气密层位于所述防护层的内侧并与所述防护层粘连，所述至少两个填充层位于所述多层气囊的内侧。进一步的，所述充气单元为储箱充气系统、或化学反应气体生成系统或所述储箱充气系统和所述化学反应气体生成系统的混合系统。进一步的，还包括缸体，所述充气单元和所述气囊单元均固定安装于所述缸体内。进一步的，所述缸体内还设有气室，所述气室上设有与所述多层气囊相连通的泄气孔，所述充气单元中的气体通过所述泄气孔后使得所述防护层、所述气密层和所述至少两个填充层充气并展开以形成所述多层气囊。进一步的，所述防护层采用陶瓷纤维布制成。进一步的，所述填充层采用陶瓷纤维布与芳纶纤维布制成，或采用陶瓷纤维布与凯夫拉纤维布制成。进一步的，所述防护层和所述至少两个填充层的总面密度不小于2.78g/cm2。进一步的，所述多层气囊充气后并处于展开状态时，所述防护层与每个所述填充层的间距大于10cm，所述填充层与所述填充层的间距大于10cm。进一步的，所述多层气囊由折叠状态到充气后完全展开状态需要的时间小于100ms。本申请提供的空间碎片防护系统，包括充气单元和气囊单元，充气单元用于向气囊单元中的多层气囊进行充气，并能使多层气囊实现快速展开部署，以形成多层、大间距的柔性防护结构，该防护结构以气体填充代替传统防护结构支撑构件，具有体积小、重量轻、效费比高的特点，展开后的高强度柔性多层气囊可促进空间碎片的充分破碎并减速，展开后形成的大防护间距可促进碎片云的充分扩散，多层气囊内气体与碎片云间的摩擦还可促进碎片烧蚀并减速，从而大幅提升对大尺寸空间碎片的防御能力。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的空间碎片防护系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的气体压力分别为0Mpa、1.05Mpa条件下碎片云的轴向平均速度变化情况。附图标记：1缸体、2充气单元、3防护层、4填充层、5气密层、6气室、7泄气孔、8气囊单元。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。本申请提出了一种空间碎片防护系统，该空间碎片防护系统具体包括：充气单元2和气囊单元8，所述气囊单元8包括多层气囊，所述充气单元2向所述多层气囊充气并使其展开。需要说明的是，这里的气囊单元8至少包括了多层气囊，多层气囊为具有多层结构构成的气囊；这里的充气单元2与气囊单元8是相互连通的，充气单元2用于同时向多层气囊中的每层气囊充气，充气后多层气囊均会迅速展开，多层气囊具有的高强度柔性特性使得空间碎片充分碰碎并减速，多层气囊内的气体使得相邻两层之间形成大间距，该大间距可促进碎片云的充分扩散。具体的，本实施例中的气囊单元8必须具备足够的强度，同时也要易于折叠和缝纫，这样的气囊单元8才能使得多层气囊结构迅速膨胀展开后而不发生破裂，能够在弹丸、动能武器等入射瞬间使其充分破碎且自身不会发生爆炸。该多层气囊结构一般处于未充气状态，即折叠收缩状态时，一旦受到空间碎片的撞击威胁后，该多层气囊根据航天器探测系统指令控制充气单元向多层气囊快速充气并使其展开，整个过程中该防护系统灵活机动，不受航天器总体布局、包络尺寸和火箭发射等诸多瓶颈因素的限制，且该防护系统在快速充气展开过程中不需要额外的支撑结构，避免了采用传统固定外挂式柔性防护结构支撑构件带来的体积大、重量大和效费比低的缺点。本实施例提供的空间碎片防护系统，包括充气单元2和气囊单元8，充气单元2用于向气囊单元8中的多层气囊进行充气，并能使多层气囊实现快速展开部署，以形成大间距、多层高强度的柔性防护结构，该防护结构以气体填充代替传统防护结构支撑构件，具有体积小、重量轻、效费比高的特点，多层气囊具有高强度柔性特性，在展开后可促进空间碎片的充分破碎并减速，同时，相邻两层之间形成大防护间距，可促进碎片云的充分扩散，另外，多层气囊内的气体与空间碎片云之间间的摩擦还可促进碎片烧蚀并进一步减速，从而大幅提升对大尺寸空间碎片的防御能力，对保证未来我国高价值航天器的空间安全具有重要意义。进一步的，如图1所示，所述多层气囊包括防护层3、气密层5和至少两个填充层4，所述防护层3位于所述多层气囊的外侧，所述气密层5位于所述防护层3的内侧并与所述防护层3粘连，所述至少两个填充层4位于所述多层气囊的内侧。具体的，防护层3位于多层气囊的最外侧，充气单元2给防护层3充气后，防护层3在充气条件下迅速膨胀展开，该防护层3用于对弹丸、动能武器等超高速撞击物进行初次破碎并形成空间碎片云，同时还承受内侧气密层5的内部压力载荷，也可称防护层3为增强层，能够尽可能地使对防护层3自身产生的二次碎片的破坏程度变小，与现有技术相比，本实施例中的防护层3不需要综合考虑温度防护、辐射防护等多重防护性能，大幅简化了柔性防护层的本身材料组成，进而降低了整个工程设计的难度。优选的，本实施例中的防护层3采用陶瓷纤维布制成，这里的陶瓷纤维布为高强度的陶瓷纤维布，例如可以为Nextel布、玄武岩纤维布、Beta布，当然，也可以是其它具有高的比强度和比模量的材料。其中，当采用Nextel布时，其面密度优选的取0.6g/cm2。具体的，气密层5位于防护层3的内侧并与防护层3粘连，防护层3相当于包裹在气密层5的外表面。本实施例中的气密层5采用具有低渗透率、耐用性和可伸缩性的材料，其中，选择的主要标准是合适的渗透率和伸缩性，这样可保证气密层5充气膨胀后的气密性，但膨胀展开后又不会爆炸。优选的，本实施例中的气密层5采用Combitherm材料。具体的，至少两个的填充层4均位于多层气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间碎片防护系统，其特征在于，包括：/n充气单元和气囊单元，所述气囊单元包括多层气囊，所述充气单元向所述多层气囊充气并使其展开。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间碎片防护系统，其特征在于，包括：
充气单元和气囊单元，所述气囊单元包括多层气囊，所述充气单元向所述多层气囊充气并使其展开。


2.根据权利要求1所述的空间碎片防护系统，其特征在于，
所述多层气囊包括防护层、气密层和至少两个填充层，所述防护层位于所述多层气囊的外侧，所述气密层位于所述防护层的内侧并与所述防护层粘连，所述至少两个填充层位于所述多层气囊的内侧。


3.根据权利要求1所述的空间碎片防护系统，其特征在于，
所述充气单元为储箱充气系统、或化学反应气体生成系统或所述储箱充气系统和所述化学反应气体生成系统的混合系统。


4.根据权利要求1所述的空间碎片防护系统，其特征在于，
还包括缸体，所述充气单元和所述气囊单元均固定安装于所述缸体内。


5.根据权利要求4所述的空间碎片防护系统，其特征在于，
所述缸体内还设有气室，所述气室上设有与所述多层气囊相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚自正，武强，李明，田东波，张品亮，曹燕，宋光明，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11