一种基于自锁定绳系结构的离轨球及其部署方法

1.本发明涉及空间碎片离轨技术领域，更具体的说是一种基于自锁定绳系结构的离轨球及其部署方法。


背景技术：

2.空间碎片，主要包括已完成任务的航天器本体、航天器的喷射物、在轨执行航天任务过程中的抛弃物以及空间物体之间碰撞产生的碎片等。空间碎片是空间环境的主要污染物，对在轨运行航天器的安全和可靠性造成严重危险。因此，清除空间碎片并使其离轨对保护空间环境具有重要意义。
3.目前，空间碎片主动离轨装置主要有：姿态轨道控制系统主动控制离轨、气阻离轨和电动力绳离轨。其中气阻离轨主要采用在轨展开薄膜结构以增大气阻截面的方式，从而利用大气阻力实现主动离轨。气阻离轨装置根据帆面形状主要分为平面帆和球帆两种类型。离轨球是一种配置在卫星或其他航天器上，可在太空中实现自主展开的球状薄膜装置。离轨球装置装配于航天器上并随其一同入轨，在航天器寿命结束后启动帆面解锁指令，展开球状薄膜帆面，利用增大的气动阻力，对航天器进行减速降轨，加速航天器轨道衰减，从而进入稠密大气层烧毁，达到空间碎片清除目的。离轨球具有成本低、轻量化、无需燃料等优点，且相对离轨帆装置结构更稳定，是一种便捷、经济的空间碎片清除方式，有望在未来的航天器主动离轨控制中发挥重要作用。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于自锁定绳系结构的离轨球及其部署方法，其有益效果为确保离轨球的变形、定形与保形功能，使离轨球可顺利展开实现其气阻离轨作用。
5.一种基于自锁定绳系结构的离轨球，包括聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜由多片拼接成球形，置于离轨球最外层，可充气乳胶弹力球膜位于聚酰亚胺薄膜的内侧，可充气乳胶弹力球膜的内侧粘接有两个相对设置的连接块，两个连接块之间设置有多个支撑绳系结构。
6.进一步，所述支撑绳系结构由多个棱台支撑块与聚酰亚胺胶带组成，多个棱台支撑块底面依次与聚酰亚胺胶带相粘接形成支撑绳系结构，多个支撑绳系结构的两端分别连接在两个连接块上，多个支撑绳系结构上的聚酰亚胺胶带粘接在可充气乳胶弹力球膜的内侧。
7.进一步，所述连接块为圆环结构，底部的连接块上固定有储粉盒，储粉盒内置可加热产生气体的固体粉末。
8.进一步，导线通过密封件连接到储粉盒内部，导线末端连接电加热丝，密封件与聚酰亚胺薄膜可充气乳胶弹力球膜连接并密封两者构成的密闭空间，密封件内部留有通道供导线通过，通过胶粘剂固定导线并起密封作用。
9.进一步，所述可充气乳胶弹力球膜为耐温乳胶球膜，可充气乳胶弹力球膜内侧与连接块经聚酰亚胺薄膜胶带固连。
10.进一步，所述棱台支撑块优选聚碳酸酯材料制成。
11.进一步，所述固体粉末优选为碳酸氢铵粉末。
12.进一步，所述储粉盒外壳优选为网密度大于1000目的铁丝网。
13.进一步，所述支撑绳系结构为单侧限制结构，该结构在聚酰亚胺胶带所在侧可弯曲以形成折展结构，而向无聚酰亚胺胶带一侧不可弯曲，形成支撑结构。
14.一种基于自锁定绳系结构的离轨球的部署方法，包括以下步骤：
15.s1：航天器发射及按既定任务工作时，离轨球可折叠置于航天器运动方向后端；
16.s2：当航天器完成既定任务需再入大气层时，通过离轨球底部导线通电，加热其储粉盒内部碳酸氢铵粉末并产生气体，产生全部气体使得内部支撑绳系结构展开成体积最大状态，体积最大状态的体积等同支撑结构完全展开状态的体积，此时在可充气乳胶弹力球膜的张力作用下，内部支撑结构处于稳定状态，离轨球保持球体形状，发挥增阻离轨作用。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
18.图1为本发明的离轨球的正视全剖图；
19.图2为本发明图1的a处局部放大图；
20.图3为本发明的离轨球正常工作时的正视图；
21.图4为本发明沿图3所示的折痕折叠后的离轨球折叠示意图；
22.图5为图4中离轨球上半部分进一步折叠的示意图；
23.其中：聚酰亚胺薄膜1；可充气乳胶弹力球膜2；棱台支撑块3；聚酰亚胺胶带4；储粉盒5；连接块6；导线7；密封件8。
具体实施方式
24.如图1至图2所示，一种基于自锁定绳系结构的离轨球，包括聚酰亚胺薄膜1，所述聚酰亚胺薄膜1由多片拼接成球形，置于离轨球最外层，以防止空间高能射线辐射对离轨球内部结构造成损伤，可充气乳胶弹力球膜2位于聚酰亚胺薄膜1的内侧，可充气乳胶弹力球膜2的内侧粘接有两个相对设置的连接块6，两个连接块6之间设置有多个支撑绳系结构。聚酰亚胺薄膜1和可充气乳胶弹力球膜2不粘接在一起，可充气乳胶弹力球膜2未充气状态下是小体积状态，有利于外层聚酰亚胺薄膜1折叠，充气状态下体积略小于外层聚酰亚胺薄膜1形成的密闭空间，展开的支撑绳系结构用于保证聚酰亚胺薄膜1形成的密闭空间不塌陷。
25.所述支撑绳系结构由多个棱台支撑块3与聚酰亚胺胶带4组成，多个棱台支撑块3底面依次与聚酰亚胺胶带4相粘接形成支撑绳系结构，多个支撑绳系结构的两端分别连接在两个连接块6上，多个支撑绳系结构上的聚酰亚胺胶带4粘接在可充气乳胶弹力球膜2的内侧。聚酰亚胺薄膜1和聚酰亚胺胶带4都是聚酰亚胺材料制成，聚酰亚胺薄膜材料最常用的航天器外层防护材料之一，耐高低温，高绝缘，耐酸碱，具有很好的耐辐射性能，能保证内部器件免受空间环境高低温、高能辐射等的影响。
26.所述连接块6为圆环结构，底部的连接块6上固定有储粉盒5，储粉盒5内置可加热
产生气体的固体粉末。
27.导线7经过密封件8连接到储粉盒5内部，导线末端连接电加热丝，用以通过外部电源供电加热储粉盒5内部固体粉末并产生气体，密封件8与聚酰亚胺薄膜1、可充气乳胶弹力球膜2连接并密封两者构成的密闭空间，密封件8内部留有通道供导线7通过，通过胶粘剂固定导线7并起密封作用，防止离轨球内部气体泄漏。
28.所述可充气乳胶弹力球膜2为耐温乳胶球膜，可充气乳胶弹力球膜2内侧与连接块6经粘结剂固连。
29.所述棱台支撑块3优选聚碳酸酯材料制成。采用聚碳酸酯材料是因为该材料适应航空航天极端环境，聚碳酸酯具有很高的韧性与较高的强度，耐高低温，具有较好的阻燃性、抗氧化性。
30.所述固体粉末优选为碳酸氢铵粉末。
31.所述储粉盒5外壳优选为网密度大于1000目的铁丝网，以防止内部固体粉末泄露。
32.所述支撑绳系结构为单侧限制结构，该结构在聚酰亚胺胶带4所在侧可弯曲以形成折展结构，而向无聚酰亚胺胶带4一侧不可弯曲，形成支撑结构。
33.如图3至图5所示，离轨球正常工作时的正视图如图3所示，其表面实线示意为峰折痕，虚线示意为谷折痕，图4所示为沿图3所示的折痕折叠后的离轨球折叠示意图，此时离轨球处于未充气状态，内部支撑绳系结构沿聚酰亚胺胶带4一侧弯曲处于离轨球下半部分，因此上半部分可进一步折叠以形成图5折叠状态，离轨球可折叠成图5状态并贴附与航天器表面，以尽量减小装载空间。
34.一种基于自锁定绳系结构的离轨球的部署方法，包括以下步骤：
35.s1：航天器发射及按既定任务工作时，离轨球可折叠置于航天器运动方向后端；
36.s2：当航天器完成既定任务需再入大气层时，通过离轨球底部导线7通电，加热其储粉盒5内部碳酸氢铵粉末并产生气体，产生全部气体使得内部支撑绳系结构展开成体积最大状态，体积最大状态的体积等同支撑结构完全展开状态的体积，此时在可充气乳胶弹力球膜2的张力作用下，内部支撑结构处于稳定状态，离轨球保持球体形状，发挥增阻离轨作用。

技术特征：
1.一种基于自锁定绳系结构的离轨球，包括聚酰亚胺薄膜(1)，其特征在于：所述聚酰亚胺薄膜(1)由多片拼接成球形，置于离轨球最外层，可充气乳胶弹力球膜(2)位于聚酰亚胺薄膜(1)的内侧，可充气乳胶弹力球膜(2)的内侧粘接有两个相对设置的连接块(6)，两个连接块(6)之间设置有多个支撑绳系结构。2.根据权利要求1所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述支撑绳系结构由多个棱台支撑块(3)与聚酰亚胺胶带(4)组成，多个棱台支撑块(3)底面依次与聚酰亚胺胶带(4)相粘接形成支撑绳系结构，多个支撑绳系结构的两端分别连接在两个连接块(6)上，多个支撑绳系结构上的聚酰亚胺胶带(4)粘接在可充气乳胶弹力球膜(2)的内侧。3.根据权利要求2所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述连接块(6)为圆环结构，底部的连接块(6)上固定有储粉盒(5)，储粉盒(5)内置可加热产生气体的固体粉末。4.根据权利要求3所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：导线(7)通过密封件(8)连接到储粉盒(5)内部，导线末端连接电加热丝，密封件(8)与聚酰亚胺薄膜(1)、可充气乳胶弹力球膜(2)连接并密封两者构成的密闭空间，密封件(8)内部留有通道供导线(7)通过，通过胶粘剂固定导线(7)并起密封作用。5.根据权利要求1所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述可充气乳胶弹力球膜(2)为耐温乳胶球膜，可充气乳胶弹力球膜(2)内侧与连接块(6)经聚酰亚胺薄膜胶带固连。6.根据权利要求2所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述棱台支撑块(3)由聚碳酸酯材料制成。7.根据权利要求3所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述固体粉末为碳酸氢铵粉末。8.根据权利要求3所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述储粉盒(5)外壳为网密度大于1000目的铁丝网。9.根据权利要求2所述的一种基于自锁定绳系结构的离轨球，其特征在于：所述支撑绳系结构为单侧限制结构，该结构在聚酰亚胺胶带(4)所在侧弯曲以形成折展结构，而向无聚酰亚胺胶带(4)一侧不可弯曲，形成支撑结构。10.一种基于自锁定绳系结构的离轨球的部署方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：航天器发射及按既定任务工作时，离轨球可折叠置于航天器运动方向后端；s2：当航天器完成既定任务需再入大气层时，通过离轨球底部导线(7)通电，加热其储粉盒(5)内部碳酸氢铵粉末并产生气体，产生全部气体使得内部支撑绳系结构展开成体积最大状态，体积最大状态时的体积等同支撑结构完全展开状态的体积，此时在可充气乳胶弹力球膜(2)的张力作用下，内部支撑结构处于稳定状态，离轨球保持球体形状，发挥增阻离轨作用。

技术总结
本发明涉及空间碎片离轨技术领域，更具体的说是一种基于自锁定绳系结构的离轨球及其部署方法。一种基于自锁定绳系结构的离轨球，包括聚酰亚胺薄膜，所述聚酰亚胺薄膜由多片拼接成球形，置于离轨球最外层，可充气乳胶弹力球膜位于聚酰亚胺薄膜的内侧，可充气乳胶弹力球膜的内侧粘接有两个相对设置的连接块，两个连接块之间设置有多个支撑绳系结构。部署方法包括以下步骤：S1：离轨球可折叠置于航天器运动方向后端；S2：当航天器完成既定任务需再入大气层时，通过对离轨球底部导线通电，在可充气乳胶弹力球膜的张力作用下，内部支撑结构形成稳定状态，离轨球保持球体形状，发挥增阻离轨作用。其有益效果为使离轨球可控展开实现其气阻离轨作用。气阻离轨作用。气阻离轨作用。


技术研发人员：周德开 张永昌 李朋春 权家乐 张子仪 郑杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/7