带有重物的转缆系统和减旋方法技术方案

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。本发明专利技术提供一种减旋方法，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。

【技术实现步骤摘要】
带有重物的转缆系统和减旋方法
本专利技术属于太空领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的转缆系统的减旋问题，利用一种带有重物的转缆系统，提供了一种减旋的实现方法。这种方法高效、简单易行，消耗燃料很少。一种减旋方法，转缆系统的缆绳末端系着至少一个重物，重物具有一定质量。这种转缆系统的减旋方法，a.转缆系统的缆绳末端牵引重物外移；b.当转动半径到达一定值后，重物脱离缆绳末端，绕地球公转；c.经过数小时乃至数天，转缆系统与重物再次相遇，转缆系统重新接上重物；重物被重新接上时的角动量，小于重物脱离转缆系统时重物的角动量。比如在b步骤里，重物脱离转缆系统时的角动量是3*10^11kg.m^2/s，重物被重新接上时的角动量是0.5*10^11kg.m^2/s，那么整个过程中转缆系统实现了消除2.5*10^11kg.m^2/s的角动量。作为对上述减旋方法的改进，重物自身有动力装置；在脱离转缆系统后，重物产生动力，改变公转速度、轨道，然后才被转缆系统对接上。作为对上述减旋方法的改进，在b步骤里，重物在下点脱离缆绳末端；在公转过程中，重物增加公转速度，使得公转速度比转缆系统的大；在c步骤里重物追上转缆系统，转缆系统在上点重新接上重物。作为对上述减旋方法的改进，在b步骤里重物脱离缆绳末端时，线速度是5-50m/s之间；。作为对上述减旋方法的改进，从重物脱离缆绳末端，到转缆系统就重新接上重物时，转缆系统经过最多100个公转周期；作为对上述减旋方法的改进，在b步骤里，重物在上点脱离缆绳末端；在公转过程中，重物减少公转速度，使得公转速度比转缆系统的小，并被转缆系统追上；在c步骤里转缆系统在下点重新接上重物。作为对上述减旋方法的改进，在b步骤里重物脱离缆绳末端时，线速度是100-600m/s之间。作为对上述减旋方法的改进，从重物脱离缆绳末端，到转缆系统就重新接上重物时，转缆系统经过最多4个公转周期。作为对上述减旋方法的改进，从重物脱离缆绳末端到被转缆系统重新接上，重物、转缆系统公转经过的公转周期数是相同的。作为对上述减旋方法的改进，重新接上重物时的转动半径，小于重物脱离缆绳末端时的转动半径的1/3。附图说明图1，转缆系统的示意图。图2，重物在下点脱离缆绳末端的减旋方法示意图。图3，重物在上点脱离缆绳末端的减旋方法示意图。附图标记1，重物。2，中心站。3，缆绳。4，配重。5，转缆系统。6，地球。9，重物公转轨迹。10，转缆系统公转轨道。有益效果如果转缆系统的缆绳末端是无动力的重物，则重锤被转缆系统重新接上的办法是：电缆桁架比转缆系统多绕地球1个以上公转周期，或少绕地球1个以上公转周期。当重物与转缆系统再次相遇时，重物被转缆系统接上。但是这种方法下，电缆桁架脱离后的公转周期很可能长达2.5-4小时，转缆系统的周期与电缆桁架的不一致，难以再次相遇。这些因素使得转缆系统需要4-15天左右才能够再次接上电缆桁架，耗时太长。如果重物是电缆桁架、自转电缆等重物，利用电缆桁架、自转电缆等的电缆产生安培力，就能够调整自身公转速度。特别是安装有超导电缆的电缆桁架，可以产生500-1000N的安培力，产生0.1m/s^2量级的公转方向的加速度或减速度，能够在0.5-20个小时内调整100-300m/s的公转速度。通过调整公转速度，与转缆系统重新相遇容易得多，因此能够很快地与转缆系统再次相遇，一般可以在转缆系统的1-2个公转周期内再次相遇，时间仅为2-5小时即可。利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减旋方法，转缆系统(9)的缆绳末端系着至少一个重物(1)，重物具有一定质量；/n这种转缆系统的减旋方法，其特征是：/na.转缆系统的缆绳(3)末端牵引重物(1)外移；/nb.当转动半径到达一定值后，重物脱离缆绳(3)末端，绕地球(8)公转；/nc.转缆系统与重物(1)再次相遇，转缆系统重新接上重物；/n重物被重新接上时的角动量，小于重物脱离转缆系统时的角动量。/n

【技术特征摘要】
20190127 CN 20191007671241.一种减旋方法，转缆系统(9)的缆绳末端系着至少一个重物(1)，重物具有一定质量；
这种转缆系统的减旋方法，其特征是：
a.转缆系统的缆绳(3)末端牵引重物(1)外移；
b.当转动半径到达一定值后，重物脱离缆绳(3)末端，绕地球(8)公转；
c.转缆系统与重物(1)再次相遇，转缆系统重新接上重物；
重物被重新接上时的角动量，小于重物脱离转缆系统时的角动量。


2.根据权利要求1所述减旋方法，其特征是：重物自身有动力装置；
在脱离转缆系统后，重物产生动力，改变公转速度、轨道，然后才被转缆系统对接上。


3.根据权利要求2所述减旋方法，其特征是：在b步骤里，重物(1)在下点脱离缆绳(3)末端；
在公转过程中，重物(1)增加公转速度，使得公转速度比转缆系统的大；
在c步骤里重物追上转缆系统，转缆系统在上点重新接上重物(1)。


4.根据权利要求1、2或3所述减旋方法，其特征是：在b步骤里重物(1)脱离缆绳(3)末端时，线速度是5-50m/s之间；。

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，
申请(专利权)人：珠海达理宇航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44