一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器制造技术

本发明专利技术一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器，属于航天器服务技术领域；包括测量分系统、弹射分系统、系绳收放分系统、综合电子分系统；所述弹射分系统包括依次同轴设置的顶板、旋转挡板、质量块、弹簧和弹仓，通过电机驱动主动齿轮，带动旋转挡板转动，当旋转挡板的通孔与弹仓的凹槽相对时，由弹簧的恢复力作用质量块，达到释放质量块的目的；所述系绳收放分系统中由电机驱动电机带轮，带动线轴带轮、线轴转动，实现系绳的收放；所述测量分系统包括单目相机和激光测距仪，在捕获前提供目标与自身的状态信息；发明专利技术可以在距目标10m以外弹射初速为10m/s的质量块对目标进行捕获。本发明专利技术通过系绳与碎片间摩擦力进行锁紧，对空间碎片的锁紧效果强于空间飞网。效果强于空间飞网。效果强于空间飞网。

【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器


[0001]本专利技术属于航天器服务
，具体涉及一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器。

技术介绍

[0002]伴随着人类70多年来的航天活动，以星箭残骸、失效、故障航天器、卫星碰撞衍生物为代表的空间碎片日趋增多。空间碎片不仅会挤占轨道资源，还威胁其他航天器的在轨运行安全。空间碎片问题的严重性和迫切性已受到各国家和组织的广泛关注，诸多机构都在积极探索可行的解决方案，研发各种捕获器进行空间碎片的捕获。
[0003]空间碎片多为非合作目标，先验信息未知，表面无通用的机械接口，此外空间碎片一般处于姿态失控的旋转状态，一般刚性捕获手段难以完成捕获。为清理LEO与GEO轨道的空间碎片，北京理工大学提出一种用于废弃航天器捕获的飞网弹射捕获器(CN102991731A)，通过火工品弹射系有飞网的质量块，利用质量块将飞网带出。当飞网包络目标后，通过质量块残余动能将网口收紧实现目标捕获。该方案具有质量轻、体积小的优点，便于实现模块化的设计，但是上述方案有明显缺陷：1)采用火工品弹射，安全性低，难以进行重复使用。2)通过包络实现目标捕获，当目标较大时，需大尺寸飞网，增加捕获器重量。3)通过质量块惯性收紧，轨道机动时碎片容易脱落。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题：
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器，通过减少飞网的经线，取消飞网的纬线，将捕获装置简化为两根系有质量块的系绳。通过弹簧弹射带有系绳的质量块，质量块运动带动系绳离开捕获器，并按预定弹道飞行，当系绳长度达到极限或系绳与空间碎片接触后，在质量块的惯性下，系绳绕系绳末端或接触点旋转缠绕空间碎片，实现空间碎片捕获；同时实现捕获器的轻量化，减少捕获结构自身的重量。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器，安装于空间操作平台，其特征在于：包括测量分系统、弹射分系统、系绳收放分系统、综合电子分系统；
[0007]所述弹射分系统包括依次同轴设置的顶板、旋转挡板、质量块、弹簧和弹仓；所述弹仓为开有中心通孔的长方体结构，在其上端面沿周向均布有多个凹槽，凹槽的数量为偶数，所述凹槽为柱状空腔用于放置质量块；所述中心通孔的内周面分别与各个凹槽侧壁相通；多个所述质量块一一对应放置于弹仓的各凹槽内，每组对称设置的两个质量块通过系绳一端的两头连接；多个所述弹簧分别同轴设置于各凹槽的底部，通过对弹簧的压缩和释放实现质量块的弹射；所述旋转挡板的端面上开有第一中心孔，并相对第一中心孔对称开有两个通孔，作为质量块的弹射通道，两个通孔的的侧壁均与第一中心孔的侧壁连通，作为系绳的通道；旋转挡板为圆柱结构，其一端通过轴承与顶板转动连接，另一端为齿轮结构，
与对称设置于其两侧的主动齿轮、从动齿轮啮合，所述主动齿轮通过电机驱动；多个牛眼轴承沿周向通过螺纹安装于旋转挡板齿轮结构一端的端面上，其滑动端安装于所述弹仓端面的环形凹槽中，将旋转挡板与弹仓之间的滑动摩擦转为为滚动摩擦，并限制弹仓的径向位移；所述顶板固定于空间操作平台，其端面上沿周向均布有多个通孔，各通孔位置与弹仓的凹槽一一对应，作为质量块的弹射出口，多个通孔的的侧壁均与顶板中心孔的侧壁连通，作为系绳的出口；
[0008]所述系绳收放分系统包括线轴支架、线轴、电机支架、电机、电机带轮、同步带、线轴带轮、单向轴承、轴套、法兰轴承；所述线轴用于缠绕系绳的另一端，其两端分别通过法兰轴承安装于线轴支架上，实现转动连接，所述线轴支架安装于空间操作平台上；所述线轴带轮通过轴套和单向轴承同轴安装于线轴的一端；所述电机通过电机支架固定于空间操作平台上，其轴向与线轴平行；所述电机带轮同轴安装于电机的输出轴上；所述电机带轮和线轴带轮通过同步带连接，由电机驱动电机带轮，依次带动线轴带轮、线轴转动，进而实现系绳的收放；
[0009]所述测量分系统包括单目相机和激光测距仪，在捕获前为分别为弹射分系统提供目标与自身的状态信息；所述激光测距仪通过激光测距仪固定座固定于顶板上，所述激光测距仪固定座一端固定于顶板上，另一端平行于顶板设置、并位于弹仓底面，用于限制弹仓的轴向位移；所述单目相机通过定位凹槽与螺栓固定于顶板上；
[0010]所述综合电子分系统用于捕获器的数据管理、控制、通信、数传以及电能分配和电源管理。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述弹仓的端面上凹槽的数量为6个，用于放置3组质量块。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述顶板为平板结构，其下端面与中心孔同轴设置有圆形凹槽，所述圆形凹槽的内径大于多个通孔所在圆周的外周面直径；所述顶板与旋转挡板之间的轴承为薄壁轴承，薄壁轴承的外圈安装于圆形凹槽内，内圈同轴套装于旋转挡板上。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述系绳收放分系统的电机输出截面为D型，用于与电机带轮的中心孔配合安装。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述系绳收放分系统还包括束线板，所述束线板位于弹射分系统与系绳收放分系统之间，其上开有通孔作为导线孔；所述系绳的一端穿过导线孔与质量块连接，束线板用于限制系绳的移动位置，防止系绳因振动导致失稳。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述质量块的弹射初速度为10m/s。
[0016]有益效果
[0017]本专利技术的有益效果在于：为改进现有装置的不足，克服通用性较差、捕获目标大小受限、捕获器体积较大等缺点，本专利技术提出了基于惯性的空间碎片绳系捕获方案，以系绳缠绕物体为灵感，利用机构/结构一体化技术，设计并研制了针对大型高速目标的低成本捕获器。捕获器搭载多套捕获结构，可以在一次任务中对多块碎片进行清除，降低碎片清除成本。采用系绳缠绕捕获方式代替飞网捕获，不通过包络方式进行碎片捕获,对碎片轴向尺寸不敏感，因此通用性较高，对捕获目标尺寸要求较小,可以捕获尺寸在0.5m
‑
2m的空间碎片。空间环境为微重力环境，弹出的质量块不会发生明显下坠，因此本专利技术可以在较远的距离
上以较低的弹射速度实现对目标的捕获，提高了捕获的安全性，降低了弹射结构的设计难度。本专利技术可以在距目标10m以外弹射初速为10m/s的质量块对目标进行捕获。本专利技术通过系绳与碎片间摩擦力进行锁紧，对空间碎片的锁紧效果强于空间飞网。
附图说明
[0018]图1为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器目标捕获概念图；
[0019]图2为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器结构示意图；
[0020]图3为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器在平台上应用情况；
[0021]图4为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器弹射器剖面图；
[0022]图5为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器系绳收放装置剖面图；
[0023]图6为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器进行碎片捕获的仿真结果；
[0024]图7为本专利技术基于惯性的空间碎片绳系捕获器弹射分系统爆炸图；
[0025]图8为本专利技术基于惯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性的空间碎片绳系捕获器，安装于空间操作平台，其特征在于：包括弹射分系统、系绳收放分系统、测量分系统和综合电子分系统；所述弹射分系统包括依次同轴设置的顶板、旋转挡板、质量块、弹簧和弹仓；所述弹仓为开有中心通孔的长方体结构，在其上端面沿周向均布有多个凹槽，凹槽的数量为偶数，所述凹槽为柱状空腔用于放置质量块；所述中心通孔的内周面分别与各个凹槽侧壁相通；多个所述质量块一一对应放置于弹仓的各凹槽内，每组对称设置的两个质量块通过系绳一端的两头连接；多个所述弹簧分别同轴设置于各凹槽的底部，通过对弹簧的压缩和释放实现质量块的弹射；所述旋转挡板的端面上开有第一中心孔，并相对第一中心孔对称开有两个通孔，作为质量块的弹射通道，两个通孔的的侧壁均与第一中心孔的侧壁连通，作为系绳的通道；旋转挡板为圆柱结构，其一端通过轴承与顶板转动连接，另一端为齿轮结构，与对称设置于其两侧的主动齿轮、从动齿轮啮合，所述主动齿轮通过电机驱动；多个牛眼轴承沿周向通过螺纹安装于旋转挡板齿轮结构一端的端面上，其滑动端安装于所述弹仓端面的环形凹槽中，将旋转挡板与弹仓之间的滑动摩擦转为为滚动摩擦，并限制弹仓的径向位移；所述顶板固定于空间操作平台，其端面上沿周向均布有多个通孔，各通孔位置与弹仓的凹槽一一对应，作为质量块的弹射出口，多个通孔的的侧壁均与顶板中心孔的侧壁连通，作为系绳的出口；所述系绳收放分系统包括线轴支架、线轴、电机支架、电机、电机带轮、同步带、线轴带轮、单向轴承、轴套、法兰轴承；所述线轴用于缠绕系绳的另一端，其两端分别通过法兰轴承安装于线轴支架上，实现转动连接，所述线轴支架安装于空间操作平台上；所述线轴带轮通过轴套和单向轴承同轴安装于线轴的一端；所述电机通过电机支...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，文思捷，张帆，孟中杰，张夷斋，马志强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：