一种转缆系统编队及其上行方法技术方案

太空中工作的转缆系统面临着宇宙飞船的角动量过大、转缆系统减旋困难的问题。外移转缆系统的工作过程很快，但是放出主绳非常长，占用空域过大，有触地的可能性。本发明专利技术提供一种转缆系统编队，把两个或以上的转缆系统组合，能够大大减少宇宙飞船上行过程中带来的角动量，并且大幅降低了减旋的难度，同时大大减少了空域的占用。利用这种技术，编队能够高效、快速地实现上行过程。

【技术实现步骤摘要】
一种转缆系统编队及其上行方法
本专利技术涉及火箭发射、航空航天、卫星等领域，特别是涉及一种转缆系统编队，利用编队帮助火箭发射，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，远地点、近地点的连线经过地心。差异率，是指一组数值的“最大值/最小值－1”的百分比，比如三个数字88、92、90的差异率是：92/88-1=4.546%。转缆系统包括外移转缆系统、太空转缆系统。转缆系统的质心是在中心站附近。一种外移转缆系统，工作于太空当中，是由两个配重、中心站、两根多股绳、消能卷扬机组成，其中多股绳分别连接质心和配重，多股绳和配重围绕质心转动。消能卷扬机是内部带有多盘式制动器的卷扬机，具有吸热能力大、制动能力强的特点。消能卷扬机安装在中心站处或其中一个配重处；消能卷扬机上卷绕着主绳，主绳由消能卷扬机收回或放出。主绳末端牵引着载荷或其他设备。外移转缆系统7是专利201811406250X的内容。一种快速变径装置，涉及卷扬机，卷扬机是由卷筒、电机组成，快速变径装置是由传动装置、电池和至少两个卷扬机组成；电池与卷扬机之间、各个卷扬机之间通过传动装置进行传递动力和能量；各个卷扬机可以相互驱动，或者是卷扬机的电机产生电能储存在电池内，或者是电池释放电能驱动卷扬机；传动装置是变流器，电池以及各个卷扬机的电机分别有电线连接变流器；卷扬机与卷扬机之间、卷扬机与电池之间，通过变流器实现电传动，传递动力和能量。一种太空转缆系统，太空转缆系统是由中心站、两个配重、两根多股绳组成，中心站在中间，两个配重在两边围绕质心转动；同时太空转缆系统围绕地球公转；中心站安装有快速变径装置，快速变径装置的每个卷扬机的卷筒缠绕一根缆绳，缆绳用于连接配重、载荷；快速变径装置通过卷筒放出或者收回缆绳，控制配重、载荷的内移和外移；配重绳末端有滑轮分别扣着对应的多股绳。其中牵引载荷的缆绳称为主绳。太空转缆系统、快速变径装置是专利2018111758340的内容。对接技术可以参见NASA的资料，或者是书本《航天器编队飞行导论》孟云鹤著，第207页“抓捕机构”的内容。该抓捕机构是一个大的轻质网状笼，当航天器和网状笼相遇时，网状笼套住航天器，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，并在预定地点与末端的网状笼相遇，就可以了。或者是末端安装一个钩子，勾住航天器即可。载荷主要是宇宙飞船或者其他太空货物。上行：是指载荷从地球进入太空的过程。r值是指主绳末端、载荷、减旋装置或其他设备绕转缆系统质心转动的半径，由于主绳要放出、收回，所以r值是变化的。R是指转缆系统对接载荷的额定对接半径，数值上通常是数十千米。外移倍数：每个转缆系统接上载荷后，主绳放出，转动半径增大。设对接时的转动半径是r，主绳放出到转动半径是x*r处，然后把载荷抛离，x就是外移倍数。在减旋任务里，减旋设备工作时的转动半径是R值的x倍，x也是外移倍数。减旋是转缆系统最困难的方面。载荷对接时，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。转缆系统的主绳、多股绳长达数十千米以上，很难消除角动量。转缆系统的主绳越长，对接时带来的角动量就越多。超导电缆、利用电缆增减公转速度的办法、利用电缆减旋的办法，在专利2018111244421、2018113700664有说明。
技术实现思路
本专利技术为了解决转缆系统的外移倍数难以提高、离心力过大的问题，提供了一种转缆系统编队，利用多级转缆系统逐步降低载荷的线速度，逐步增加载荷的公转速度。通过这种办法，载荷带来的角动量很小，且能够降低单个转缆系统的负荷。而且载荷只停留在最后一个转缆系统内或由最后一个转缆系统抛离，前面所有的转缆系统增加的角动量很少，角动量增加的和也少得多。而最后一个转缆系统的R值、对接线速度都很小，因此对接时产生的角动量很小。转缆编队中有一个转缆系统是用于对接来自地球的运载火箭的载荷，这个转缆系统称为第1个转缆系统。各转缆系统在公转过程中，由于轨道摄动等不可抗力因素，或载荷对接等过程，会使得质心偏离标准轨道0.01-5km，这个属于正常范围。一种转缆编队，涉及转缆系统，转缆系统都有主绳，主绳用于牵引载荷内移或外移；转缆编队是由N个转缆系统组成，2≤N；各转缆系统的公转方向相同；第1个转缆系统的公转、自转方向相同；各转缆系统的公转轨道所在平面，相互之间的最大夹角小于2度；所有转缆系统的在公转过程中在一个相遇区域相遇；在相遇区域，各个转缆系统的质心之间的最大距离小于800km，海拔高度的最大差值小于250km；在相遇区域各转缆系统的公转速度的差异率小于5%；作为对一种转缆编队的改进，各转缆系统的公转轨道所在平面，相互之间的夹角小于1度；各转缆系统的近地点，相互之间最大距离小于1000km；各转缆系统的远地点，相互之间最大距离小于2000km。作为对一种转缆编队的改进，在相遇区域各转缆系统的公转速度的差异率小于0.3%；各转缆系统的公转轨道的近地点的地心连线，相互之间的最大夹角小于4度。作为对一种转缆编队的改进，在相遇区域，相邻两个转缆系统的质心距离小于200km；各个转缆系统的质心的海拔高度之最大差值小于150km。作为对一种转缆编队的改进，各转缆系统的公转平面重合，各转缆系统的自转平面也与公转平面重合。作为对一种转缆编队的改进，各转缆系统的质心的公转轨道重合，各转缆系统是前后排列；相遇区域是各转缆系统公转轨道的近地点。作为对一种转缆编队的改进，第1个转缆系统在编队公转前进方向的前头，第2个转缆系统在第2个位置，如此类推，最后一个转缆系统在公转前进方向的末尾；或者是：第1个转缆系统在编队前进方向的末尾，第2个转缆系统在倒数第2个位置，以此类推，最后一个转缆系统在前头。作为对一种转缆编队的改进，N=2或N=3。作为对一种转缆编队的改进，转缆系统有快速变径装置，快速变径装置有一个卷扬机是消能卷扬机，消能卷扬机卷绕的缆绳牵引载荷。作为对一种转缆编队的改进，相邻两个转缆系统的自转方向相同。作为对一种转缆编队的改进，最后一个转缆系统有人员生活或工作或旅游场所。作为对一种转缆编队的改进，在相遇区域，设相邻两个转缆系统的主绳末端最大转动半径是x1、x2，公转轨道的上下方向的安全距离是x3，前后的安全距离是x4；在公转平面内以一个转缆系统的质心为中心，有一个长方形区域，区域的垂上下方向的长度是2×(x1+x2+x3)、前后的长度是2×(x1+x2+x4)，另外一个转缆系统的质心禁止进入这个区域内。作为对一种转缆编队的改进，在相遇区域，在相遇区域，设相邻两个转缆系统的主绳末端最大转动半径是x1、x2，相邻两个转缆系统的质心之间的距离，大于max{1.3*(x1+x2),x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转缆编队，涉及转缆系统，转缆系统都有主绳（6），主绳（6）用于牵引载荷内移或外移；/n其特征是：/n转缆编队是由N个转缆系统（7）组成，2≤N；/n各转缆系统（7）的公转方向（14）相同；第1个转缆系统的公转、自转方向相同；/n各转缆系统的公转轨道（1）所在平面，相互之间的最大夹角小于2度；/n所有转缆系统的在公转过程中在一个相遇区域（4）相遇；在相遇区域（4），各个转缆系统的质心之间的最大距离小于800km，海拔高度的最大差值小于250km；在相遇区域（4）各转缆系统的公转速度的差异率小于5%。/n

【技术特征摘要】
1.一种转缆编队，涉及转缆系统，转缆系统都有主绳（6），主绳（6）用于牵引载荷内移或外移；
其特征是：
转缆编队是由N个转缆系统（7）组成，2≤N；
各转缆系统（7）的公转方向（14）相同；第1个转缆系统的公转、自转方向相同；
各转缆系统的公转轨道（1）所在平面，相互之间的最大夹角小于2度；
所有转缆系统的在公转过程中在一个相遇区域（4）相遇；在相遇区域（4），各个转缆系统的质心之间的最大距离小于800km，海拔高度的最大差值小于250km；在相遇区域（4）各转缆系统的公转速度的差异率小于5%。


2.根据权利要求1所述的一种转缆编队，其特征是：各转缆系统（7）的公转轨道（1）所在平面，相互之间的夹角小于1度；各转缆系统的近地点（3），相互之间最大距离小于1000km；各转缆系统的远地点，相互之间最大距离小于2000km。


3.根据权利要求1所述的一种转缆编队，其特征是：在相遇区域（4）各转缆系统的公转速度的差异率小于0.3%；各转缆系统的公转轨道（1）的近地点（3）的地心连线，相互之间的最大夹角小于4度。


4.根据权利要求1所述的一种转缆编队，其特征是：在相遇区域（4），相邻两个转缆系统的质心距离小...

【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