适于捕获空间对象特别是回收或脱离轨道目的的捕获系统的制作方法

1.本发明总体上涉及适于捕获空间对象(space objects)的捕获系统，该捕获空间对象特别是绕地球运行的空间对象，诸如卫星、航天器、运载火箭部件或空间碎片。这个捕获系统特别旨在用于回收此类空间对象或使此类空间对象脱离轨道。
2.发明背景
3.轨道碎片正成为卫星发射和空间任务中日益棘手的问题，并且在过去几十年来许多注意力都集中在碎片避免预测和碎片监测上。除此之外，大多数(如果不是所有的话)主要太空机构现在都声称需要主动碎片清除(adr)。
4.在2011年，约有14000个大于10cm的碎片在近地轨道(leo)上被分类，并且这些碎片中约2000个是运载火箭的残骸，并且10000个来自非操作卫星。近年来一个特别引人注目的事件是两颗人造卫星(分别于1997年和1993年发射的铱星33和kosmos-2251通信卫星)之间于2009年2月10日的意外碰撞。在碰撞发生时，铱星33仍在运行，而kosmos-2251据报道在其发射两年后于1995年退役。这是首次报道的两颗人造卫星之间的超高速碰撞。碰撞摧毁了两颗卫星，并产生了相当大量的轨道碎片。nasa在2011年估计，仅这一特殊的卫星碰撞就产生了多于2000个大于10cm的碎片和许多较小碎片(例如，参见orbital debris，quarterly news，第15卷，第3期，2011年7月)。
5.近年来，已经发起了几项倡议来研究对于主动碎片清除(adr)的可能解决方案。欧洲航天局(esa)于2019年12月宣布了最近的一项举措，目标是在2025年发射代号为“clearspace-1”的第一次太空任务，以从轨道上清除esa拥有的碎片项。clearspace作为第一次太空任务的示范者，选择捕获所谓的“vespa”(织女星辅助有效载荷适配器)的上部，该“vespa”在2013年5月7日用于在地球轨道上运送多个有效载荷，作为esa的织女星运载火箭的第二次飞行的一部分。
6.本领域已经设想了各种类型的捕获解决方案和概念，其中捕获系统依赖于使用两个或更多个铰接臂，该铰接臂协作以夹持或抓住目标空间对象。
7.国际(pct)公布第wo 2014/195468 a1号公开了一种类型的捕获系统，其包括多个(例如四个)铰接臂，铰接臂各自机械地联接到被配置成与待捕获的空间对象直接机械接触的公共压力元件。在与空间对象直接机械接触时，压力元件导致铰接臂闭合到空间对象上。该捕获系统被设想用于例如捕获运载火箭的标准上面级(诸如“ariane 4”火箭的上面级)或卫星或其一部分。虽然具有相当简单的结构，但这种捕获概念并不完全足够，特别是因为捕获系统的整个机械配置限制了以紧凑方式将铰接臂定位在捕获系统打算集成到其上的相关服务航天器上的能力。这种解决方案尤其有害，因为在相关服务航天器发射期间，机械臂不能以紧凑方式收起。此外，捕获系统的机械配置使得所有铰接臂同时从打开配置移动到闭合配置，这意味着捕获系统没有主动适应待捕获的目标空间对象的实际形状的特殊能力。此外，使用机械联接到铰接臂的公共压力元件是有害的，因为该公共压力元件占据了服务航天器的前表面(或x+表面)的很大一部分，这意味着该部分不能用于定位用来与目标空间对象交会操作(rendezvous operations)和/或在捕获目标空间对象期间的所需传感部
件。
8.国际(pct)公布第wo 2016/030890 a1号公开了一种类型的捕获系统，其包括多个(例如四个)可调节夹持臂，每个夹持臂设置有适于且被配置成捕获和夹持卫星的专用目标部分(即用于将卫星与运载火箭对接的接口环)的夹持端部。每个夹持臂由连杆形成，该连杆包括操作杆，该操作杆的远侧端部设置有夹持端部，该操作杆在沿其长度的两个位置处枢转地连接到两个曲柄的第一端部。两个曲柄的第二端部枢转地连接到服务航天器的一侧，从而允许每个夹持臂在沿着服务航天器的相关侧的收起配置和展开配置之间移动，在展开配置中曲柄枢转远离服务航天器的相关侧，并在远离服务航天器且在服务航天器前方一定距离处移动相关联的操作杆。应当理解，可调节夹持臂本身并不被设计或被配置为通过将夹持臂定位在目标卫星周围来抓住目标卫星，而是通过使用夹持臂的夹持端部来夹持和接合卫星的专用目标部分(即前述接口环)来抓住目标卫星。实际上，可以注意到，夹持臂仅被设计成借助于夹持端部来夹持接口环的相关部分，而本身不能被定位或被设计成定位成围绕目标卫星。这也意味着交会操作必须以这样一种方式进行，即携带捕获系统的服务航天器相对于目标卫星精确定位，以确保夹持端部被精确地移动成与目标接口环接合，从而与目标卫星正确对接。
9.中国专利公布第cn 106882402 a号公开了一种类型的捕获系统，其包括多个(例如四个)铰接指状物，铰接指状物具有通过旋转关节(joints)联结的多个铰接指骨，每个旋转关节配备有扭转弹簧。每个铰接指状物由公共绳索或缆线致动，该公共绳索或缆线沿着旋转关节并围绕沿铰接指骨的长度设置的导向轮被引导，从而允许围绕待捕获的空间对象的铰接指状物的打开或闭合。铰接指状物围绕可旋转壳体的圆周定位和分布，该可旋转壳体被配置成围绕固定壳体旋转。铰接指状物可以定位成紧凑的收起配置，指状物在可旋转壳体的前面和侧面上相互交叉。
10.中国实用新型第cn 205854540 u号公开了一种类型的捕获系统，该捕获系统包括多个(例如四个)铰接臂和设置在服务航天器的面向待捕获的目标空间对象的正面(或x+面)上的中央突出平台。每个铰接臂由通过关节马达驱动的两个臂段组成。面向目标空间对象的中央突出平台的表面和臂段的内表面的每一个表面都设置有缓冲层和力传感器，该力传感器被设计成在铰接臂闭合到目标空间对象上时检测与目标空间对象的接触并相应地控制服务航天器。
11.仍然存在对改进的解决方案的需要。
12.发明概述
13.本发明的总体目的是弥补现有技术的上述缺点。
14.更准确地说，本发明的目的是提供一种捕获系统，该捕获系统在收起配置中占据相对较小的体积，并且具有轻质但稳健的结构。
15.本发明的另一个目的是提供这样一种捕获系统，该捕获系统在操作上是稳健且可靠的，同时保持合理简单且成本有效的结构。
16.本发明的又一个目的是提供这样一种捕获系统，该捕获系统理想地适合于执行对空间对象的捕获，特别是用于回收或脱离轨道目的。
17.本发明的一个目的还在于提供这样一种捕获系统，该捕获系统可以为了执行回收或脱离轨道任务的目的而适当地固定到航天器。
18.本发明的又一个目的是提供一种捕获系统，该捕获系统能够充分地抑制和吸收在捕获空间对象时产生的冲击。
19.这些目的由于权利要求中限定的解决方案而得以实现。
20.因此，根据本发明的第一方面，提供了一种捕获系统，其特征如权利要求1所述，即适于捕获目标空间对象的捕获系统，该捕获系统包括多个铰接臂，铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行目标空间对象的捕获，其中每个铰接臂包括多个铰接臂段，该多个铰接臂段包括第一铰接臂段和至少第二铰接臂段，第一铰接臂段在近侧端部处经由第一枢转关节联接到航天器或可从所述航天器展开的平台，第二铰接臂段在近侧端部处经由第二枢转关节联接到第一铰接臂段的远侧端部的。根据本发明的该第一方面，在收起配置中，多个铰接臂段能够以一个在另一个内的方式嵌套，使得第一铰接臂段和第二铰接臂段相互交错。
21.优选地，第二铰接臂段在收起配置中被接收在第一铰接臂段的容纳空间内。在这种情况下，第一铰接臂段可以特别地包括具有u形横截面的纵向框架元件，第一纵向框架元件被配置和设定尺寸成在收起配置中接收第二铰接臂段。在后一种情况下，纵向框架元件可以特别地由通过折叠或模制而成形以呈现u形横截面的平面的材料片或材料板制成。甚至更优选地，每一个铰接臂段可以包括具有u形横截面的纵向框架元件，并且每个纵向框架元件可以有利地由通过折叠或模制而成形以呈现u形横截面的平面的材料片或材料板制成。在其他实施例中，纵向框架元件可以例如通过对坯料进行机加工、通过注射模制、通过烧结或通过3d打印技术或类似的增材打印工艺来生产。
22.根据特别优选的实施例，每个第一枢转关节位于或靠近航天器的面向待捕获的对象的前表面。此外，在收起配置中，铰接臂段从航天器的前表面向后收起，并且铰接臂在航天器的前表面的前方展开，以执行对目标空间对象的捕获。
23.后一个优选特征实际上形成了本发明的另一个方面，该方面独立于本发明的前述第一方面而适用。根据本发明的第二方面，提供了一种捕获系统，其特征如独立权利要求8所述，即适于捕获目标空间对象的捕获系统，该捕获系统包括多个铰接臂，该铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行对目标空间对象的捕获，其中每个铰接臂包括多个铰接臂段，该多个铰接臂段包括第一铰接臂段和至少第二铰接臂段，第一铰接臂段在近侧端部处经由第一枢转关节联接到航天器，第二铰接臂段在近侧端部处经由第二枢转关节联接到第一铰接臂段的远侧端部。根据本发明的第二方面，每个第一枢转关节位于或靠近航天器的面向待捕获的对象的前表面。此外，在收起配置中，铰接臂段从航天器的前表面向后收起，并且铰接臂在航天器的前表面的前方展开，以执行对目标空间对象的捕获。
24.有利地，在收起配置中，每个铰接臂段在航天器的侧边旁边纵向地排列。
25.后一个有利特征同样形成了本发明的另一个方面，其独立于本发明的前述第一方面和第二方面而可应用。根据本发明的第三方面，提供了一种捕获系统，其特征如独立权利要求10所述，即适于捕获目标空间对象的捕获系统，该捕获系统包括多个铰接臂，铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行对目标空间对象的捕获，其中每个铰接臂包括多个铰接臂段，该多个铰接臂段包括第一铰接臂段和至少第二铰接臂段，第一铰接臂段在近侧端部处经由第一枢转关节联接到航天器，第二铰接臂段在近侧端部处经由第二枢转关节联接到第一铰接臂段的远侧端部。根据本发明的第三方面，在收起配置中，每个铰接臂段
在航天器的侧边旁边纵向地排列。
26.甚至更有利的是，在收起配置中，每个铰接臂段沿着航天器的相应纵向边缘排列。每个纵向边缘可以特别地被配置为凹入式区部(recessed section)，凹入式区部被设定尺寸成在收起配置中容纳铰接臂段的至少一部分。在其他实施例中，每个铰接臂段可以沿着航天器的相应纵向侧面或在航天器的侧边旁边的任何其他适当位置排列。
27.根据特别优选的实施例，在收起配置中，铰接臂段以一个折叠在另一个上的方式折叠成紧凑的折叠配置。在后一种情况下，第一枢转关节和第二枢转关节中的每一个可以特别被配置成使得第一铰接臂段和第二铰接臂段在从收起配置展开到展开配置时沿相同方向枢转。第一枢转关节和第二枢转关节中的每一个可以替代地被配置成使得第一铰接臂段和第二铰接臂段在从收起配置展开到展开配置时沿相反方向枢转。
28.优选地，铰接臂段中的至少一个设置有减震元件，该减震元件被配置成与待捕获的空间对象接触。
29.后一个优选特征同样形成了本发明的又一个方面，其独立于本发明的前述第一方面至第三方面而可应用。根据本发明的第四方面，提供了一种捕获系统，其特征如独立权利要求17所述，即适于捕获目标空间对象的捕获系统，该捕获系统包括多个铰接臂，铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行对目标空间对象的捕获，其中每个铰接臂包括多个铰接臂段，该多个铰接臂段包括第一铰接臂段和至少第二铰接臂段，第一铰接臂段在近侧端部处经由第一枢转关节联接到航天器或可从所述航天器展开的平台，第二铰接臂段在近侧端部处经由第二枢转关节联接到第一铰接臂段远侧端部。根据本发明的该第四方面，铰接臂段中的至少一个设置有被配置成与待捕获的空间对象接触的减震元件。
30.优选地，减震元件被配置成是能够可逆地变形的。
31.减震元件可以特别地包括可变形构件，该可变形构件固定到铰接臂段并从铰接臂段突出。有利地，可变形构件包括在相对纵向端部处固定到铰接臂段的纵向元件。特别地，纵向元件的相对纵向端部中的每一个可以包括固定突片，该固定突片插入穿过设置在铰接臂段上的相应安装槽，并通过保持元件保持在所述安装槽中。
32.可变形构件特别地可以是凸形弯曲的材料片或材料板。
33.第一铰接臂和第二铰接臂段中的每一个可以有利地设置有一个所述减震元件。
34.所述减震元件尤其可以由可弹性变形材料制成或包括可弹性变形材料，诸如聚合物或复合材料。替代地，减震元件可以由可塑性变形材料制成或包括可塑性变形材料。
35.根据本发明的特别优选的实施例，每个铰接臂还包括第三铰接臂段，该第三铰接臂段在近侧端部处经由第三枢转关节联接到第二铰接臂段的远侧端部。
36.在该后一种情况下，参考本发明的第一方面，第二铰接臂段和第三铰接臂段两者在收起配置中可以是可嵌套的，以与第一铰接臂段相互交错。优选地，第三铰接臂段可以在收起配置中被接收在第二铰接臂段的容纳空间内，这导致铰接臂在收起配置中的特别紧凑的布置。
37.参考前述实施例，其中铰接臂段以一个在一个之上的方式折叠成紧凑的折叠配置，在收起配置中，第三枢转关节优选地配置成使得第三铰接臂段在从收起配置展开到展开配置时沿与第一铰接臂段和第二铰接臂段相同的方向枢转。铰接臂的这种特定配置和相关联的致动运动学确保了铰接臂在折叠配置中的特别紧凑的布置。然而，在其他实施例中，
第三枢转关节可以配置成使得第三铰接臂段在与第一铰接臂段相同的方向上枢转，并且在与第二铰接臂段枢转的方向相反的方向上枢转。
38.参考前述减震元件的设置，第二铰接臂段和第三铰接臂段(以及优选地，第一铰接臂段)中的每一个可以有利地设置有一个所述减震元件。
39.优选地，第三枢转关节被配置成具有大于180
°
的枢转移动幅度。第二枢转关节可以有利地配置成具有大于180
°
或相反地小于180
°
的枢转移动幅度，这取决于铰接臂的相关的致动运动学。相比之下，第一枢转关节优选地被配置成具有小于180
°
的枢转移动幅度。
40.有利地，每个铰接臂段包括镂空结构。
41.优选地，每个铰接臂段由轻质材料制成，轻质材料例如是铝，或其合金或复合材料。铰接臂段中的每一个尤其可以由夹层材料的复合材料制成。
42.根据特别优选的实施例，每个枢转关节配备有致动器，该致动器允许每个铰接臂段的独立致动，这确保了捕获系统相对于待捕获的空间对象的实际整体形状具有很大的灵活性和可调节性，并进一步提供更大的能力来应对捕获系统和待捕获的空间对象之间多种多样的相对姿态。
43.优选地，每个铰接臂设置有一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器选自由接近传感器、接触传感器、电流传感器和力传感器组成的组。
44.还要求保护的是包括本发明的捕获系统的航天器及其用于回收空间对象或使空间对象脱离轨道的用途。
45.捕获系统可以特别地联接到航天器的主体。在这种情况下，航天器可以特别包括具有沿相同方向延伸的多个基本平行的纵向边缘的主要主体，每个铰接臂沿着纵向边缘中的相应一个定位。
46.替代地，捕获系统可以联接到可从航天器展开的平台，诸如可单独展开的空间交通工具或单元。例如，本发明的捕获系统可以设置在机械臂的一端处，或者可以是从服务航天器展开的自主或遥控交通工具的一部分。
47.航天器还可以包括传感器系统，该传感器系统被设计成辅助跟踪待捕获的目标空间对象和/或与待捕获的目标空间对象交会操作。传感器系统尤其可以沿着捕获系统的中心线定位。
48.还要求保护一种使用本发明的捕获系统捕获空间对象的方法，该方法包括以下步骤：
[0049]-将捕获系统的铰接臂从收起配置展开到打开的展开配置；
[0050]-相对于待捕获的空间对象定位捕获系统，使得空间对象被置于捕获系统的操作范围内；
[0051]-使捕获系统的铰接臂围绕空间对象的至少一部分闭合；以及
[0052]-将捕获系统的铰接臂锁定到空间对象上，以防止捕获系统与空间对象之间的任何相对移动。
[0053]
本发明的其他有利实施例形成了从属权利要求的主题内容并在下面讨论。
[0054]
附图简述
[0055]
根据阅读对仅通过非限制性示例提供并通过附图示出的本发明的实施方案的以下详细描述，本发明的其它特征和优点将更清楚地显现，在附图中：
[0056]
图1a是配备有根据本发明实施例的捕获系统的航天器的示意性透视图，该捕获系统显示为处于收起配置；
[0057]
图1b是图1a的航天器的示意性透视图，其中捕获系统以展开配置显示，准备捕获目标空间对象；
[0058]
图2是“vespa”(织女星辅助有效载荷适配器)的照片图示，其被用于在2013年5月7日在地球轨道上运送多个有效载荷，作为esa的织女星运载火箭的第二次飞行的一部分；
[0059]
图3a是配备有根据本发明的实施例的捕获系统的航天器的说明性图像渲染图，该航天器被示出具有展开的捕获系统，该捕获系统执行与待捕获的目标空间对象的交会操作；
[0060]
图3b是图3a的航天器在捕获目标空间对象的过程中的说明性图像渲染图，所示的航天器的捕获系统部分地闭合在目标空间对象上；
[0061]
图4a是配备有根据本发明的优选实施例的捕获系统的航天器的示意性透视图，该捕获系统显示为处于收起配置；
[0062]
图4b是图4a的航天器和捕获系统的前视图；
[0063]
图4c是图4a的航天器和捕获系统的侧视图；
[0064]
图4d是图4a-图4c的捕获系统的其中一个铰接臂的第一部分的局部截面图，其显示了铰接臂的第一铰接关节和第三铰接关节；
[0065]
图4e是图4d的铰接臂的剩余部分的局部截面图，其显示了铰接臂的第二铰接关节；
[0066]
图5a是图4a-图4e的捕获系统的每个铰接臂的第一铰接臂段的上部的透视图，第一铰接臂段包括u形纵向框架元件和固定到其上的减震元件；
[0067]
图5b是图5a的第一铰接臂段的下部的透视图；
[0068]
图5c是图5a-图5b的第一铰接臂段的前视图；
[0069]
图5d是图5a-图5b的第一铰接臂段的底视图；
[0070]
图6是在通过折叠成图5a-图5d的u形纵向框架元件而成形之前的平面材料片或材料板的透视图；
[0071]
图7a是图4a-图4e的捕获系统的每个铰接臂的第二铰接臂段的上部的透视图，第二铰接臂段包括u形纵向框架元件和固定到其上的减震元件；
[0072]
图7b是图7a的第二铰接臂段的下部的透视图；
[0073]
图8a是图4a-图4e的捕获系统的每个铰接臂的第三铰接臂段的上部的透视图，第三铰接臂段包括u形纵向框架元件和固定到其上的减震元件；
[0074]
图8b是图8a的第三铰接臂段的下部的透视图；以及
[0075]
图9是图4a-图4e的捕获系统的一个铰接臂的示意性侧视图，以部分展开状态显示。
[0076]
发明实施例的详细描述
[0077]
将结合多个说明性实施例来描述本发明。应当理解，本发明的范围包括本文公开的实施例的特征的所有组合和子组合。
[0078]
如本文所述，当两个或更多个零件或部件被描述为彼此连接、附接、固定或联接时，它们可以直接彼此连接、附接、固定或联接，或者通过一个或更多个中间零件连接、附
接、固定或联接。
[0079]
下文将在捕获“vespa”(织女星辅助有效载荷适配器)的一部分(即有效载荷适配器的锥形上部)的特定上下文中特别描述本发明的实施例，vespa用于在2013年5月7日在第二次织女星飞行vv02期间在地球轨道上运送多个有效载荷，其中包括esa的proba-v卫星。图2是在安装在vega vv02整流罩内之前运载proba-v有效载荷的vespa适配器的照片图示。此处图中的proba-v有效载荷位于vespa适配器的锥形上部(由参考so指定)的顶部。vespa适配器的锥形上部so在vv02任务后被留在大约800km乘660km高度的绕地球轨道上。同样在图3a和图3b中示出的该锥形上部so具有的质量约为100kg，外径约为940mm，并且下文将参考图1a-图1b和图3a-图3b至图9描述的捕获系统已经考虑到上述特性而设计。然而，应当理解，本发明的捕获系统可以用于捕获其他类型的空间对象，而决不仅限于捕获vespa适配器的前述锥形上部。
[0080]
图1a和图1b是根据本发明实施例的配备有捕获系统的航天器(也称为“追逐器”)1000的示意图，该捕获系统通常由参考数字100表示。图1a和图1b实质上示出了本发明的捕获系统100的基本原理，图1a显示了处于收起配置(例如在航天器1000发射期间采用该收起配置)的捕获系统100，而图1b显示了处于打开的展开配置(该展开配置特别是在接近空间对象并执行捕获尝试之前采用，如例如图3a所示)的捕获系统100。
[0081]
在图示的实施例中，捕获系统100包括联接到航天器1000的四个铰接臂100a、100b、100c、100d。在其他实施例中，捕获系统可以联接到可从航天器1000展开的专用平台。然而，可以设想任意数量的铰接臂，即两个或更多个铰接臂，这取决于任务要求和待捕获的空间对象的类型。在一些情况下，两个铰接臂可能足以实现对空间对象的充分捕获。考虑到上述设想的应用，优选使用四个铰接臂，因为待捕获的空间对象so呈现出圆柱对称，即由围绕主纵向轴线的基本上圆锥形旋转体组成(见图2、图3a和图3b)。
[0082]
航天器1000在这里有利地包括基本上平行六面体形状的主要主体，每个铰接臂100a、100b、100c、100d分别沿着航天器1000的相应的纵向边缘1000a、1000b、1000c、1000d定位。更具体地，每个铰接臂100a、100b、100c、100d包括多个铰接臂段101、102、103，这些铰接臂段包括至少第一铰接臂段101(或“近侧臂段”)和第二铰接臂段102(或“中间臂段”)。在所示实施例中，每个铰接臂100a、100b、100c、100d有利地进一步包括第三铰接臂段(或“远侧臂段”)。
[0083]
更具体地，第一铰接臂段101在近侧端部处经由第一枢转关节101j联接到航天器1000，并且第二铰接臂段102在近侧端部处经由第二枢转关节102j联接到第一铰接臂段101的远侧端部。同样地，第三铰接臂段103在近侧端部处经由第三枢转关节103j联接到第二铰接臂段102的远侧端部。
[0084]
在所示实施例中，航天器1000的前表面x+实质上用作铰接臂100a-100d的展开平台，并且第一枢转关节101j中的每一个位于该前表面x+上。第一枢转关节101j可以沿着纵向边缘1000a-1000d定位在前表面x+上或靠近前表面x+，从而允许利用航天器主体的基本上所有纵向长度来收起铰接臂100a-100d(如下文所述)。然而，如果需要，也可以将第一枢转关节101j定位在远离航天器100的前表面x+的一定距离处。然而，将第一枢转关节101j定位在航天器1000的前表面x+上或靠近该前表面x+仍然是优选的解决方案。
[0085]
如从图1a-图1b的示意图中已经明显的，在收起配置中(图1a)，铰接臂段101-103
在这里从前表面x+向后收起，并且铰接臂100a-100d在航天器1000的前表面x+的前方展开(图1b)以执行捕获操作(也参见图3a-图3b)。更具体地，在收起配置中，每个铰接臂100a、100b、100c、100d有利地收起，使得铰接臂段101-103一个折叠到另一个上，形成高度紧凑的折叠配置。在图示的实施例中，折叠配置使得第一铰接臂段101相对于第二铰接臂段102和第三铰接臂段103定位在最外侧位置处，第二铰接臂段102和第三铰接臂段103最终以相互交错的方式分别插入航天器1000的第一铰接臂段101和相关的纵向边缘1000a、1000b、1000c、1000d之间。
[0086]
在收起配置中，高紧凑性尤其可以通过以呈现容纳空间的方式设计第一铰接臂段101来实现，在所示实施例中，该容纳空间被配置和设定尺寸成接收第二铰接臂段102和第三铰接臂段103两者。
[0087]
根据本发明的特别优选的实施例，每个枢转关节101j、102j、103j分别配备有致动器101m、102m、103m(例如适合的马达)，以允许对每个铰接臂段101、102和103分别进行独立致动，这在铰接臂的致动和可实现的臂几何形状方面提供了高灵活性和多功能性。然而，铰接臂100a-100d的致动可以通过不同方式实现，诸如通过使用公共驱动器经由缆线致动相关的臂段101-103。
[0088]
虽然没有具体示出，但铰接臂100a-100d中的每一个可以设置有一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器选自由接近传感器、接触传感器、电流传感器和力传感器组成的组。力传感器可以特别地集成在每个枢转关节中，以测量例如在每个枢转关节处产生的扭矩。电流传感器可以类似地集成在每个致动器中，以测量每个枢转关节处的实际功耗。接触传感器和/或接近传感器也可以集成在每个铰接臂段101、102、103上，以检测与待捕获的空间对象so的接触或接近度。
[0089]
在所示实施例中，可以进一步注意到，四个铰接臂100a-100d有利地围绕指定为cl的中心线均匀分布，该中心线与航天器1000的主纵向轴线重合。尽管在图1a-图1b中没有具体示出，但是应当理解，航天器1000的前表面x+特别地为合适的传感器系统的设置提供了空间，该传感器系统被设计成例如辅助追踪目标空间对象和/或与该目标空间对象的交会操作(参见例如图4a-图4c，其中这样的传感器系统被示出并由参考数字500表示)。
[0090]
图3a和图3b是配备有捕获系统100的航天器1000的说明性图像渲染图，该捕获系统100遵循已经参考图1a-图1b讨论的原理，在图3a中示出了处于展开状态的捕获系统100，该捕获系统100执行与待捕获的目标空间对象so的交会操作。图3b显示了处于展开、部分闭合状态的捕获系统100，其中铰接臂100a-100d处于围绕目标空间对象so闭合的过程中，以便环绕或包围目标空间对象。图3a-图3b示出了在展开配置中由捕获系统100覆盖的相对大的操作体积。
[0091]
虽然没有具体示出，但应当理解，铰接臂100a-100d闭合到目标空间对象so上，以便在捕获系统100和空间对象so之间建立紧密且稳健的连接，从而防止捕获系统100和空间对象so之间的任何相对移动。实际上，在完成捕获操作时，铰接臂100a-100d优选地锁定到空间对象so上，以防止空间对象so从捕获系统100的任何移位或释放。
[0092]
图4a-图4e是配备有根据本发明的优选实施例的捕获系统100的航天器1000的示意图，该捕获系统100被显示为收起配置。图4a-图4e中描绘的捕获系统100同样遵循与图1a-图1b通常示出的相同原理，相同的参考数字用于指定上文讨论的航天器1000和捕获系
统100的相同特征和部件。
[0093]
每个铰接臂100a、100b、100c、100d显示为收起配置，分别沿着航天器1000的相应的纵向边缘1000a、1000b、1000c、1000d定位，其中铰接臂段101-103以相互交错的方式从航天器1000的前表面x+向后收起。第一枢转关节101j中的每一个同样定位在航天器1000的前表面x+上。如从图4d和图4e的以下描述将更加清楚明显地看出这一点，在收起配置中，铰接臂段101-103中的每一个在航天器的侧边旁边排列，即沿着前述纵向边缘1000a-1000d中的每一个排列。
[0094]
在图4a-图4d所示的图示实施例中，每个纵向边缘1000a-1000d有利地配置为凹入式区部，凹入式区部被设定尺寸成容纳在收起配置中的铰接臂段101-103的至少一部分。以这种方式，航天器1000的侧边被释放，并且可以最佳地用于定位合适的太阳能电池板以及用于控制航天器姿态的个体姿态推进器，铰接臂100a-100d理想地定位在航天器1000周围，以避免对前述太阳能电池板和/或姿态推进器的操作的任何干扰。
[0095]
图4a和图4b还示出了前述传感器系统500，该传感器系统500被设计成辅助追踪待捕获的目标空间对象和/或与该待捕获的目标空间对象交会操作，该传感器系统500沿着捕获系统100的中心线cl理想地定位在航天器1000的前表面x+上。
[0096]
图4d和图4e是在收起配置中的铰接臂100a-100d的前部和后部的横截面图，铰接臂段101-103被示出为一个折叠到另一个上以形成紧凑的折叠配置。在图4d中可见的分别是第一枢转关节101j和第三枢转关节103j(以及相关联的致动器101m、103m)，第一枢转关节101j和第三枢转关节103j分别设置在第一铰接臂段101和第三铰接臂段103的近侧端部处。同样，在图4e中可见的是设置在第二铰接臂段102的近侧端部处的第二枢转关节102j(和相关联的致动器102m)。
[0097]
图4d和图4e进一步显示出，第二铰接臂段102和第三铰接臂段103在收起配置中至少部分地接收在第一铰接臂段101的容纳空间101a内，因此导致铰接臂段101-103在收起配置中的相互交错。在这方面，至少第一铰接臂段101包括具有u形横截面的纵向框架元件111(在图5a-图5d中单独示出)，该第一纵向框架元件111被配置和设定尺寸成接收处于收起配置的第二铰接臂段102和第三铰接臂段103。在所示实施例中，第二铰接段102和第三铰接臂段103中的每一个同样分别包括具有u形横截面的纵向框架元件112、113(在图7a-图7b和图8a-图8b中分别示出)，该第二纵向框架元件112被类似地配置和设定尺寸成接收处于收起配置的第三铰接臂段103。可以考虑其他横截面形状和几何形状，同时仍然实现铰接臂段101-103在收起配置中的相互交错。
[0098]
现在将参考图5a-图5d至图8a-图8b更详细地描述图4a-图4e的捕获系统100的其他有利特征。
[0099]
图5a-图5d是图4a-图4e中可见的包括前述纵向框架元件111的第一铰接臂段101的各种视图。图5a-图5c中的参考符号101a、101b分别指代第一铰接臂段101的近侧端部和远侧端部，这些端部101a、101b分别与第一枢转关节101j和第二枢转关节102j的相关枢转轴线重合。如已经提到的，纵向框架元件111呈现u形横截面，该u形横截面形成容纳空间101a，容纳空间101a被适当地配置和设定尺寸以容纳处于收起配置的第二铰接臂段102。
[0100]
图7a-图7b是例如在图4d-图4e中可见的包括前述纵向框架元件112的第二铰接臂段102的两个透视图。图7a-图7b中的参考符号102a、102b分别指代第二铰接臂段102的近侧
端部和远侧端部，这些端部102a、102b分别与第二枢转关节102j和第三枢转关节103j的相关枢转轴线重合。如已经提到的，纵向框架元件112呈现u形横截面，该u形横截面形成容纳空间102a，容纳空间102a被适当地配置和设定尺寸以容纳处于收起配置的第三铰接臂段103。
[0101]
图8a-图8b是例如在图4d-图4e中可见的包括前述纵向框架元件113的第三铰接臂段103的两个透视图。图8a-图8b中的参考符号103a指代第三铰接臂段103的近侧端部，其与第三枢转关节103j的枢转轴线重合。纵向框架元件113同样呈现形成容纳空间103a的u形横截面。
[0102]
纵向框架元件111、112、113呈现出基本相同的整体构造，并且优选地由成形为表现出u形横截面的平面材料片或材料板制成。可以通过折叠或模制方便地实现成形为u形构造。在所示实施例中，每个纵向框架元件111、112、113优选地由平面的冲压材料板(例如铝板)折叠而形成，现在将参考图6结合纵向框架元件111进行描述。应当理解，纵向框架元件112、113以类似的方式制造。
[0103]
在其他实施例中，纵向框架元件111、112、113可以通过其他方式制造，例如通过机加工材料坯料、通过烧结、通过注射模制或通过3d打印技术或类似的增材打印工艺。
[0104]
图6是在成形为u形纵向框架元件111之前由参考符号111*指代的平面材料片或材料板的透视图。平面片或板111*可以方便地通过冲压来生产，然后经受折叠操作以将平面片或板111*成形为期望的纵向框架元件111。这不仅具有生产成本效益，而且产生轻质但稳健的构造。
[0105]
优选地，铰接臂段101、102、103中的每一个，或者更准确地说，纵向框架元件111、112、113中的每一个，由轻质材料(诸如铝或其合金或复合材料)制成。尤其可以考虑使用夹层材料的复合材料。
[0106]
如图5a-图5d至图8a-图8b中进一步所示，通过将框架元件111、112、113配置成呈现镂空结构来进一步改进轻质结构，该镂空结构即具有孔口和/或通孔的结构，该孔口和/或通孔被设计成在不损害结构完整性或稳健性的情况下减轻重量。这可以通过在折叠之前在相关的材料片或材料板上冲压一系列孔和孔口来方便地实现。冲压还可以以这样的方式进行，即允许形成进一步的结构特征，诸如安装槽和保持元件，如下文进一步描述的。
[0107]
根据本发明的特别优选的实施例，至少一个(优选多个或全部)铰接臂段还设置有减震元件，该减震元件被配置成与待捕获的空间对象接触。在图4a-图4e至图8a-图8b所示的实施例中，铰接臂段101、102、103中的每一个实际上分别设置有由参考数字201、202和203指代的这种减震元件。
[0108]
在所示实施例中，每个减震元件特别配置成是能够可逆地变形的。有利地，每个减震元件包括可变形构件201、202、203，可变形构件201、202、203固定到相关联的铰接臂段101、102、103并从相关联的铰接臂段101、102、103突出。在所示实施例中，每个可变形构件201、202、203包括纵向元件，该纵向元件在相对的纵向端部处方便地固定到铰接臂段101、102、103，即固定到相关的纵向框架元件111、112、113。在所示实施例中，可变形构件201、202、203采用凸形弯曲的材料片或材料板的形状，但是在确保减震功能的同时可以设想其他实施例。
[0109]
优选地，减震元件201、202、203分别由可弹性变形材料制成或包括可弹性变形材
料，该可弹性变形材料诸如是聚合物或复合材料(其它材料也是可能的)。在其他实施例中，减震元件201、202、203分别可以由可塑性变形材料制成或包括可塑性变形材料。如图5a-图5d、图7a-图7b和图8a-图8b所示，减震元件201、202、203中的每一个同样可以包括镂空结构。
[0110]
参考图5a-图5d、图7a-图7b和图8a-图8b的图示，纵向元件201、202、203的相对纵向端部中的每一个分别包括固定突片201a、202a、203a，该固定突片插入穿过设置在铰接臂段101、102、103上的相应安装槽。这些固定突片201a、202a、203a分别由一系列保持元件111a-111b、112a-112b、113a-113b固定并保持在相关的安装槽中，如图5a-图5d、图7a-图7b和图8a-图8b所示，从而导致特别简单的整体结构。
[0111]
再次参考图6和第一铰接臂段101的说明性示例(其原理类推适用于第二铰接臂段102和第三铰接臂段103)，将理解，突片111a*、111b*形成在相关的平面材料片或材料板111*中，这些突片111a*、111b*最终分别成形为期望的保持元件111a、111b。同样将理解，孔口111c*形成在相关的平面材料片或材料板111*中，这些孔口111c*最终成形为期望的安装槽，该安装槽被设定尺寸成允许附接纵向元件201的相关固定突片201a。
[0112]
图9是图4a-图4e的捕获系统的相应一个铰接臂100a、100b、100c、100d处于部分展开状态的示意性侧视图。
[0113]
参见图9，特别地可以认识到，第一枢转关节101j和第二枢转关节102j中的每一个被配置成使得第一铰接臂段101和第二铰接臂段102在从收起配置展开到展开配置时沿相同方向(即在所示配置中沿顺时针方向)枢转。实际上，参照所示实施例，第三枢转关节103j同样被配置成使得第三铰接臂段103在与其他铰接臂段101、102相同的方向上枢转。
[0114]
还可以认识到，在所示实施例中，第二枢转关节102j和第三枢转关节103j都被配置成具有大于180
°
的枢转移动幅度，而第一枢转关节101j被配置成具有小于180
°
的枢转移动幅度。然而在其他实施例中，枢转关节的相关枢转移动幅度可以不同。
[0115]
铰接臂100a-100d的该特定配置和相关联的致动运动学确保铰接臂100a-100d在如图4a-图4e的图示所示的折叠配置中的特别紧凑的布置，而不以任何方式损害捕获系统100的操作能力。
[0116]
然而，在本发明的框架内可以考虑铰接臂的其他配置和致动运动学。特别地，所有枢转关节不一定需要被配置成使得相关联的铰接臂段在从收起配置展开时在相同方向上枢转。例如，铰接臂可以被配置成使得第一(近侧)臂段在收起配置中被置于最里面的位置(这需要第一臂段的结构的相应适应)，其中第二臂段和例如第三臂段以z形折叠模式折叠到第一臂段的外部上。在这种情况下，第二枢转关节将被配置成使得第二铰接臂段在从收起配置展开时在与第一铰接臂段和第三铰接臂段枢转的方向相反的方向上枢转。在后一种情况下，且与所示实施例相反，第二枢转关节优选地被配置成具有小于180
°
的枢转移动幅度。
[0117]
基于以上描述，将理解，可设想本发明的各个方面，这些方面彼此独立地或优选地组合地适用。所有方面都涉及适于捕获目标空间对象的捕获系统，该捕获系统包括多个铰接臂，该铰接臂被配置成可从收起配置展开到展开配置，以执行对目标空间对象的捕获。根据本发明，每个铰接臂包括多个铰接臂段，该多个铰接臂段包括第一铰接臂段和至少第二铰接臂段，该第一铰接臂段在近侧端部处经由第一枢转关节联接到航天器(或联接到可从
所述航天器展开的平台，视情况而定)，该第二铰接臂段在近侧端部处经由第二枢转关节联接到第一铰接臂段的远侧端部。
[0118]
根据本发明的第一方面，捕获系统使得多个铰接臂段在收起配置中以一个在另一个内的方式嵌套，使得第一铰接臂段和第二铰接臂段相互交错。
[0119]
根据本发明的第二方面，捕获系统使得第一枢转关节中的每一个位于航天器的面向待捕获的对象的前表面上或靠近该前表面，在收起配置中，铰接臂段从航天器的前表面向后收起，并且铰接臂在航天器的前表面前方展开以执行对空间对象的捕获。
[0120]
根据本发明的第三方面，捕获系统使得在收起配置中每个铰接臂段在航天器的侧边旁边纵向地排列。
[0121]
根据本发明的第四方面，捕获系统使得至少一个铰接臂(优选多个铰接臂)设置有减震元件，该减震元件被配置成与待捕获的空间对象接触。
[0122]
可以对上述实施例做出各种修改和/或改进，而不偏离本发明的如由所附权利要求限定的范围。例如，应当理解，本发明的捕获系统可以包括任何数量的铰接臂，并且本发明决不具体限于使用四个铰接臂。可以设想最少两个铰接臂，铰接臂的数量在实践中优选在三个到五个的范围内。
[0123]
类似地，尽管所示实施例显示了各自包括三个铰接臂段的铰接臂，但是每个铰接臂可以包括任何合适数量的铰接臂段，如果需要或合适，铰接臂包括至少两个臂段和多于三个臂段。
[0124]
此外，尽管本文公开的实施例显示了适于捕获vespa适配器的锥形上部的捕获系统，但是捕获系统可以适于捕获任何其他空间对象。
[0125]
此外，尽管附图中所示的航天器包括呈现具有四个纵向边缘的基本平行六面体形状的主要主体，但是可以设想任何其他合适的形状。特别地，根据本发明的实施例，航天器可以包括具有沿相同方向延伸的多个基本平行的纵向边缘的主要主体，每个铰接臂沿着相应的一个纵向边缘定位。可以设想任何数量的纵向边缘和铰接臂，特别是范围从两个到五个或更多个的铰接臂。
[0126]
还应当认识到，为了使铰接臂段相互交错，可以设想u形横截面以外的其他横截面形状，包括但不限于任何l形和t形横截面，只要铰接臂段呈现出相互补充的构造、几何形状和尺寸。在这方面，一个铰接臂段与另一个铰接臂段的相关横截面形状可能不同。
[0127]
本文使用的参考数字和符号的列表
[0128]
100 捕获系统(本发明的实施例)
[0129]
100a 捕获系统100的第一铰接臂
[0130]
100b 捕获系统100的第二铰接臂
[0131]
100c 捕获系统100的第三铰接臂
[0132]
100d 捕获系统100的第四铰接臂
[0133]
101 分别是铰接臂100a、100b、100c、100d的第一铰接臂段
[0134]
101a 第一铰接臂段101的近侧端部(枢转地联接到航天器1000)
[0135]
101b 第一铰接臂段101的远侧端部(枢转地联接到第二铰接臂段102的近侧端部102a)
[0136]
101a 第一铰接臂段101的容纳空间(被配置和设定尺寸成接收处于收起配置的第
二铰接臂段102和第三铰接臂段103)
[0137]
101j 第一枢转关节，其提供第一铰接臂段101的近侧端部到航天器1000上的铰接
[0138]
101m 第一致动器(例如电动马达)，其在第一枢转关节101j处提供对第一铰接臂段101的致动
[0139]
102 分别是铰接臂100a、100b、100c、100d的第二铰接臂段
[0140]
102a 第二铰接臂段102的近侧端部(枢转地联接到第一铰接臂段101的远侧端部101b)
[0141]
102b 第二铰接臂段102的远侧端部(枢转地联接到第三铰接臂段103的近侧端部103a)
[0142]
102a 第二铰接臂段102的容纳空间(被配置和设定尺寸成接收处于收起配置的第三铰接臂段103)
[0143]
102j 第二枢转关节，其提供第二铰接臂段102的近侧端部到第一铰接臂段101的远侧端部上的铰接
[0144]
102m 第二致动器(例如电动马达)，其在第二枢转关节102j处提供对第二铰接臂段102的致动
[0145]
103 分别是铰接臂100a、100b、100c、100d的第三铰接臂段
[0146]
103a 第三铰接臂段103的近侧端部(枢转地联接到第二铰接臂段101的远侧端部102b)
[0147]
103a 第三铰接臂段103的容纳空间
[0148]
103j 第三枢转关节，其提供第三铰接臂段103的近侧端部到第二铰接臂段102的远侧端部上的铰接
[0149]
103m 第三致动器(例如电动马达)，其在第三枢转关节103j处提供对第三铰接臂段103的致动
[0150]
111 第一铰接臂段101的(第一)纵向框架元件
[0151]
111a 用于固定突片201a的保持元件
[0152]
111b 用于固定突片201a的保持元件
[0153]
111* 在(例如通过折叠)成形成纵向框架元件111之前的平面的材料片/板
[0154]
111a* 在(例如通过折叠)成形成保持元件111a之前在平面的材料片/板111*中的突片
[0155]
111b* 在(例如通过折叠)成形成保持元件111b之前在平面的材料片/板111*中的突片
[0156]
111c* 在(例如通过折叠)成形成用于固定突片201a的安装槽中之前在平面的材料片/板111*中的孔口
[0157]
112 第二铰接臂段103的(第二)纵向框架元件
[0158]
112a 用于固定突片202a的保持元件
[0159]
112b 用于固定突片202a的保持元件
[0160]
113 第三铰接臂段103的(第三)纵向框架元件
[0161]
113a 用于固定突片203a的保持元件
[0162]
113b 用于固定突片203a的保持元件
[0163]
201 设置在第一铰接臂段101上的(第一)减震元件/固定到纵向框架元件111的例如由凹形弯曲的材料片/板制成的(第一)纵向元件
[0164]
201a 固定突片，其从纵向元件201的纵向侧突出以用于安装在纵向框架元件111上
[0165]
202 设置在第二铰接臂段102上的(第二)减震元件/固定到纵向框架元件112的例如由凹形弯曲的材料片/板制成的(第二)纵向元件
[0166]
202a 固定突片，其从纵向元件202的纵向侧突出以用于安装在纵向框架元件112上
[0167]
203 设置在第三铰接臂段103上的(第三)减震元件/固定到纵向框架元件113的例如由凹形弯曲的材料片/板制成的(第三)纵向元件
[0168]
203a 固定突片，其从纵向元件203的纵向侧突出以用于安装在纵向框架元件113上
[0169]
500 传感器系统
[0170]
1000 配备有捕获系统100的航天器(或“追逐器”)
[0171]
1000a 沿航天器1000的侧边的第一纵向边缘，其在收起配置中提供用于放置第一铰接臂100a的空间
[0172]
1000b 沿航天器1000的侧边的第二纵向边缘，其在收起配置中提供用于放置第二铰接臂100b的空间
[0173]
1000c 沿航天器1000的侧边的第三纵向边缘，其在收起配置中提供用于放置第三铰接臂100c的空间
[0174]
1000d 沿航天器1000的侧边的第四纵向边缘，其在收起配置中提供用于放置第四铰接臂100d的空间
[0175]
so 待捕获的空间对象
[0176]
x+ 航天器1000的面向待捕获的空间对象so的前表面
[0177]
cl 捕获系统100的中心线。

技术特征：
1.一种捕获系统(100)，其适于捕获目标空间对象(so)，所述捕获系统(100)包括多个铰接臂(100a-100d)，所述铰接臂(100a-100d)被配置为能够从收起配置展开到展开配置以执行对所述目标空间对象(so)的捕获，其中，每个铰接臂(100a-100d)包括多个铰接臂段(101、102、103)，所述多个铰接臂段(101、102、103)包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，所述第一铰接臂段(101)在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101j)联接到航天器(1000)或联接到能够从所述航天器(1000)展开的平台，所述第二铰接臂段(102)在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102j)联接到所述第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)，其特征在于，在所述收起配置中，所述多个铰接臂段(101、102、103)能够以一个在另一个内的方式嵌套，使得所述第一铰接臂段(101)和所述第二铰接臂段(102)相互交错。2.根据权利要求1所述的捕获系统(100)，其中，在所述收起配置中，所述第二铰接臂段(102)被接收在所述第一铰接臂段(101)的容纳空间(101a)内。3.根据权利要求2所述的捕获系统(100)，其中，所述第一铰接臂段(101)包括具有u形横截面的纵向框架元件(111)，所述第一纵向框架元件(111)被配置和设定尺寸成在所述收起配置中接收所述第二铰接臂段(102)。4.根据权利要求3所述的捕获系统(100)，其中，所述纵向框架元件(111)由平面的材料片或材料板(111*)制成，所述材料片或材料板(111*)通过折叠或模制成形以呈现u形横截面。5.根据权利要求3所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个包括具有u形横截面的纵向框架元件(111、112、113)。6.根据权利要求5所述的捕获系统(100)，其中，每个纵向框架元件(111、112、113)由平面的材料片或材料板(111*)制成，所述材料片或材料板(111*)通过折叠或模制成形以呈现u形横截面。7.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第一枢转关节(101j)中的每一个位于所述航天器(1000)的面向待捕获的空间对象(so)的前表面(x+)上或靠近所述前表面(x+)，其中，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)从所述航天器(1000)的所述前表面(x+)向后收起，并且其中，所述铰接臂(100a-100d)在所述航天器(1000)的所述前表面(x+)的前方展开以执行对所述目标空间对象(so)的捕获。8.一种捕获系统(100)，其适于捕获目标空间对象(so)，所述捕获系统(100)包括多个铰接臂(100a-100d)，所述铰接臂(100a-100d)被配置为能够从收起配置展开到展开配置以执行对所述目标空间对象(so)的捕获，其中，每个铰接臂(100a-100d)包括多个铰接臂段(101、102、103)，所述多个铰接臂段(101、102、103)包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，所述第一铰接臂段(101)在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101j)联接到航天器(1000)，所述第二铰接臂段(102)在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102j)联接到所述第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)，其特征在于，所述第一枢转关节(101j)中的每一个位于所述航天器(1000)的面向待捕
获的空间对象(so)的前表面(x+)或靠近所述前表面(x+)，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)从所述航天器(1000)的所述前表面(x+)向后收起；并且，所述铰接臂(100a-100d)在所述航天器(1000)的所述前表面(x+)的前方展开以执行对所述目标空间对象(so)的捕获。9.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个在所述航天器(1000)的侧边旁边纵向地排列。10.一种捕获系统(100)，其适于捕获目标空间对象(so)，所述捕获系统(100)包括多个铰接臂(100a-100d)，所述铰接臂(100a-100d)被配置为能够从收起配置展开到展开配置以执行对所述目标空间对象(so)的捕获，其中，每个铰接臂(100a-100d)包括多个铰接臂段(101、102、103)，所述多个铰接臂段(101、102、103)包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，所述第一铰接臂段(101)在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101j)联接到航天器(1000)，所述第二铰接臂段(102)在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102j)联接到所述第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)，其特征在于，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个在所述航天器(1000)的侧边旁边纵向地排列。11.根据权利要求7至10中任一项所述的捕获系统(100)，其中，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个沿所述航天器(1000)的相应纵向边缘(1000a-1000d)排列。12.根据权利要求11所述的捕获系统(100)，其中，每个纵向边缘(1000a-1000d)被配置为凹入式区部，所述凹入式区部被设定尺寸成在所述收起配置中容纳所述铰接臂段(101、102、103)的至少一部分。13.根据权利要求7至12中任一项所述的捕获系统(100)，其中，在所述收起配置中，所述铰接臂段(101、102、103)以一个折叠到另一个上的方式折叠成紧凑的折叠配置。14.根据权利要求13所述的捕获系统(100)，其中，所述第一枢转关节(101j)和所述第二枢转关节(102j)中的每一个被配置成使得所述第一铰接臂段(101)和所述第二铰接臂段(102)在从所述收起配置展开到所述展开配置时在相同方向上枢转。15.根据权利要求13所述的捕获系统(100)，其中，所述第一枢转关节(101j)和所述第二枢转关节(102j)中的每一个被配置成使得所述第一铰接臂段(101)和所述第二铰接臂段(102)在从所述收起配置展开到所述展开配置时在相反方向上枢转。16.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂段(101、102、103)中的至少一个设置有减震元件(201、202、203)，所述减震元件(201、202、203)被配置成与待捕获的空间对象(so)接触。17.一种捕获系统(100)，其适于捕获目标空间对象(so)，所述捕获系统(100)包括多个铰接臂(100a-100d)，所述铰接臂(100a-100d)被配置为能够从收起配置展开到展开配置以执行对所述目标空间对象(so)的捕获，其中，每个铰接臂(100a-100d)包括多个铰接臂段(101、102、103)，所述多个铰接臂段(101、102、103)包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，所述第一铰接臂段
(101)在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101j)联接到航天器(1000)或联接到能够从所述航天器(1000)展开的平台，所述第二铰接臂段(102)在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102j)联接到所述第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)，其特征在于，所述铰接臂段(101、102、103)中的至少一个设置有减震元件(201、202、203)，所述减震元件(201、202、203)被配置成与待捕获的空间对象(so)接触。18.根据权利要求16或17所述的捕获系统(100)，其中，所述减震元件(201、202、203)被配置成是能够可逆地变形的。19.根据权利要求16至18中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述减震元件包括可变形构件(201、202、203)，所述可变形构件(201、202、203)被固定到所述铰接臂段(101、102、103)并从所述铰接臂段(101、102、103)突出。20.根据权利要求19所述的捕获系统(100)，其中，所述可变形构件(201、202、203)包括在相对的纵向端部处固定到所述铰接臂段(101、102、103)的纵向元件。21.根据权利要求20所述的捕获系统(100)，其中，所述纵向元件的相对的纵向端部中的每一个包括固定突片(201a、202a、203a)，所述固定突片(201a、202a、203a)插入穿过设置在所述铰接臂段(101、102、103)上的相应安装槽，并通过保持元件(111a-111b、112a-112b、113a-113b)保持在所述安装槽中。22.根据权利要求19至21中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述可变形构件(201、202、203)是凸形弯曲的材料片或材料板。23.根据权利要求16至22中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第一铰接臂段(101)和所述第二铰接臂段(102)中的每一个设置有一个所述减震元件(201、202)。24.根据权利要求16至23中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述减震元件(201、202、203)由可弹性变形材料制成或包括可弹性变形材料，例如聚合物或复合材料。25.根据权利要求16至23中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述减震元件(201、202、203)由可塑性变形材料制成或包括可塑性变形材料。26.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，每个铰接臂(100a-100d)还包括第三铰接臂段(103)，所述第三铰接臂段(103)在近侧端部(103a)处经由第三枢转关节(103j)联接到所述第二铰接臂段(102)的远侧端部(102b)。27.根据权利要求1至7中任一项所述的捕获系统(100)，其中，每个铰接臂(100a-100d)还包括第三铰接臂段(103)，所述第三铰接臂段在近侧端部(103a)处经由第三枢转关节(103j)联接到所述第二铰接臂段(102)的远侧端部(102b)，并且其中，所述第二铰接臂段(102)和所述第三铰接臂段(103)两者在所述收起配置中是可嵌套的，以与所述第一铰接臂段(101)相互交错。28.根据权利要求27所述的捕获系统(100)，其中，所述第三铰接臂段(103)在所述收起配置中被接收在所述第二铰接臂段(102)的容纳空间(102a)内。29.根据权利要求14所述的捕获系统(100)，其中，每个铰接臂(100a-100d)还包括第三铰接臂段(103)，所述第三铰接臂段在近侧端部(103a)处经由第三枢转关节(103j)联接到所述第二铰接臂段(102)的远侧端部(102b)，并且其中，所述第三枢转关节(103j)被配置成使得所述第三铰接臂段(103)在从所述收起配置展开到所述展开配置时在与所述第一铰接臂段(101)和所述第二铰接臂段(102)
相同的方向上枢转。30.根据权利要求15所述的捕获系统(100)，其中，每个铰接臂(100a-100d)还包括第三铰接臂段(103)，所述第三铰接臂段(103)在近侧端部(103a)处经由第三枢转关节(103j)联接到所述第二铰接臂段(102)的远侧端部(102b)，并且其中，所述第三枢转关节(103j)被配置成使得所述第三铰接臂段(103)在从所述收起配置展开到所述展开配置时在与所述第一铰接臂段(101)相同的方向上枢转。31.根据权利要求16至25中任一项所述的捕获系统(100)，其中，每个铰接臂(100a-100d)还包括第三铰接臂段(103)，所述第三铰接臂段(103)在近侧端部(103a)处经由第三枢转关节(103j)联接到所述第二铰接臂段(102)的远侧端部(102b)，并且其中，所述第二铰接臂段(102)和所述第三铰接臂段(103)中的每一个都设置有一个所述减震元件(202、203)。32.根据权利要求26至31中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第三枢转关节(103j)被配置成具有大于180
°
的枢转移动幅度。33.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第二枢转关节(102j)被配置成具有大于180
°
的枢转移动幅度。34.根据权利要求1至32中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第二枢转关节(102j)被配置成具有小于180
°
的枢转移动幅度。35.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述第一枢转关节(101j)被配置成具有小于180
°
的枢转移动幅度。36.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个包括镂空结构。37.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个由轻质材料制成，所述轻质材料例如是铝，或其合金或复合材料。38.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂段(101、102、103)中的每一个由夹层材料的复合材料制成。39.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，每个枢转关节(101j、102j、103j)配备有致动器(101m、102m、103m)，所述致动器(101m、102m、103m)允许独立致动每个铰接臂段(101、102、103)。40.根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)，其中，所述铰接臂(100a-100b)中的每一个设置有一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器选自由接近传感器、接触传感器、电流传感器和力传感器组成的组。41.一种航天器(1000)，包括根据前述权利要求中任一项所述的捕获系统(100)。42.根据权利要求41所述的航天器(1000)，其中，所述捕获系统(100)联接到所述航天器(1000)的主体。43.根据权利要求42所述的航天器(1000)，其中，所述航天器(1000)包括具有沿着相同方向(cl)延伸的多个基本平行的纵向边缘(1000a-1000d)的主要主体，每个铰接臂(100a-100d)沿着所述纵向边缘(1000a-1000d)中的相应一个定位。44.根据权利要求41所述的航天器(1000)，其中，所述捕获系统(100)联接到能够从所述航天器(1000)展开的平台。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的航天器(1000)，还包括传感器系统(500)，所述传感器系统(500)被设计成辅助跟踪待捕获的目标空间对象(so)和/或与待捕获的目标空间对象(so)交会操作。46.根据权利要求45所述的航天器(1000)，其中，所述传感器系统(500)沿着所述捕获系统(100)的中心线(cl)定位。47.一种根据权利要求1至40中任一项所述的捕获系统(100)或根据权利要求41至46中任一项所述的航天器的用途，用于回收空间对象(so)。48.一种根据权利要求1至40中任一项所述的捕获系统(100)或根据权利要求41至46中任一项所述的航天器的用途，用于使空间对象(so)脱离轨道。49.一种使用权利要求1至40中任一项所述的捕获系统(100)捕获空间对象(so)的方法，包括以下步骤：将所述铰接臂(100a-100d)从所述收起配置展开到打开的展开配置；相对于待捕获的空间对象(so)定位所述捕获系统(100)，使得所述空间对象(so)被置于所述捕获系统(100)的操作范围内；使所述铰接臂(100a-100d)围绕所述空间对象(so)的至少一部分闭合；以及将所述铰接臂(100a-100d)锁定到所述空间对象(so)上，以防止所述捕获系统(100)和所述空间对象(so)之间的任何相对移动。

技术总结
描述了一种适于捕获目标空间对象(SO)的捕获系统(100)，其包括多个铰接臂(100A-100D)，铰接臂被配置为可从收起配置展开到展开配置以执行对目标空间对象(SO)的捕获。每个铰接臂(100A-100D)包括多个铰接臂段(101、102、103)，铰接臂段包括第一铰接臂段(101)和至少第二铰接臂段(102)，第一铰接臂段在近侧端部(101a)处经由第一枢转关节(101J)联接到航天器(1000)或联接到可从所述航天器(1000)展开的平台，第二铰接臂段在近侧端部(102a)处经由第二枢转关节(102J)联接到第一铰接臂段(101)的远侧端部(101b)。根据本发明的一个方面，在收起配置中，多个铰接臂段(101、102、103)能够以一个在另一个内的方式嵌套，使得第一和第二铰接臂段(101、102)相互交错。102)相互交错。102)相互交错。


技术研发人员：诺米
受保护的技术使用者：清洁太空股份公司
技术研发日：2020.10.29
技术公布日：2023/7/17