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原文传递一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统

专利名称：	一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统
摘要：	本发明公开了一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，包括低轨卫星以及碎片清除机构，碎片清除机构包括总控制系统、投放装置、跟瞄装置以及多个不同类型的捕获装置，碎片清除机构安装在所述低轨卫星的搭载平台上，所述低轨卫星装载所述碎片清除机构进入轨道，捕获装置由投放装置推射进入不同空间碎片的转移轨道，捕获装置包括网捕组件、降轨过程以及能控制网捕组件和降轨组件运行的捕获控制系统，跟瞄装置获取目标碎片的位置参数并传输至总控制系统，总控制系统根据预设程序进行计算并输出控制指令至投放装置以及捕获控制系统。所述清除系统及其清除方法的捕获装置体积小、质量轻，高度模块化、标准化，成本低，可大量投放，捕获效率高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中国人民解放军国防科技大学
发明人：	杨跃能;闫野;徐博婷;刘二江;李超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910257341.X
公开号：	CN109969433A
代理机构：	长沙国科天河知识产权代理有限公司
代理人：	邱轶
分类号：	B64G4/00(2006.01);B;B64;B64G;B64G4
申请人地址：	410073 湖南省长沙市开福区德雅路109号
主权项：	1.一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，其特征在于：包括低轨卫星以及碎片清除机构，所述碎片清除机构包括总控制系统、投放装置、跟瞄装置以及多个不同类型的捕获装置，所述碎片清除机构安装在所述低轨卫星的搭载平台上，所述低轨卫星装载所述碎片清除机构进入轨道，所述捕获装置包括网捕组件、降轨组件以及能控制网捕组件和降轨组件运行的捕获控制系统，所述跟瞄装置包括能实现对空间碎片持续跟踪探测的探测设备，所述跟瞄装置获取目标碎片的位置参数并传输至总控制系统，总控制系统根据预设程序进行计算并输出控制指令至投放装置以及捕获控制系统，所述捕获装置安装于投放装置上，投放装置根据控制指令推射捕获装置进入不同空间碎片的转移轨道。 2.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，其特征在于：所述投放装置设置为电磁推射机构，其采用电磁推射方式推射捕获装置进入转移轨道。 3.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统，其特征在于：所述网捕组件设置为柔性网捕组件。 4.应用权利要求1-3任一项所述的基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，根据空间碎片的大小预设多种带有不同网体尺寸的网捕组件，首先通过在现有的碎片跟踪数据库内获取待清除的多个目标碎片的尺寸参数，然后根据目标碎片的尺寸选配相应类型的捕获装置安装于低轨卫星的搭载平台上；步骤二，采用弹载方式将低轨卫星以及碎片清除机构快速发射入轨，碎片清除机构在低轨卫星的支持下进行轨道机动，跟瞄装置上的探测设备完成对第一个待捕获的目标碎片的探测过程，并将探测目标的精确位置参数传输至总控制系统，由总控制系统计算出对应的清除参数，然后低轨卫星调整至预先选定的轨道高度的太阳同步轨道上；步骤三，总控制系统根据计算出的清除参数，发出控制指令至投放装置以及捕获控制系统，投放装置根据清除参数通过电磁推射方式推射相应的捕获装置进入由总控制系统计算出的转移轨道，捕获装置在捕获控制系统的控制下在转移轨道上独立运行；步骤四，捕获装置在转移轨道上运行时，当目标碎片进入探测范围后，捕获装置根据自带的可见光成像器，获取目标碎片更精确的位置参数并传输至捕获控制系统，捕获控制系统根据参数信息输出控制指令至捕获装置的动力系统，控制捕获装置不断进行位置修偏，捕获控制系统根据总控制系统计算出的清除参数控制捕获装置的网捕组件在计算出的时间节点启动并捕获目标，由捕获装置上所带的传感器系统检测到目标被成功捕获并传输信号至捕获控制系统，捕获控制系统控制降轨组件启动，降轨组件控制碎片同捕获装置一起不断降轨并最终坠入大气层烧毁，继而完成第一个目标碎片的清除过程；步骤五，低轨卫星在太阳同步轨道上继续飞行，跟瞄装置所带的探测设备继续完成对其它目标碎片的探测过程，重复上述步骤三、四的碎片捕获和降轨过程，如此往复循环，完成一次任务中多个目标碎片的批量捕获过程。 5.根据权利要求4所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：所述步骤二中，所述清除参数包括最优的捕获装置推射时刻、推射初速度以及捕获时刻。 6.根据权利要求5所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：计算确定最优的捕获装置推射时刻和捕获装置捕获时刻的方法包括以下步骤，步骤a，设推射捕获装置时刻t1＝n(s),n为大于0小于86400的任意整数,捕获装置捕获时刻t2＝m(s),m为大于0的任意整数，且t2大于t1，选取X组(t1，t2)，X的取值范围是1至86400；步骤b，根据二体轨道初值理论以及拉格朗日系数的真近点角差值得到捕获装置在转移轨道初始时刻速度v1关于变量t1、t2的表达式，上式(x)中，μ为万有引力常数，Δf为在t1时刻转移轨道的初始点的真近点角和t2时刻转移轨道的终止点的真近点角之间的角差，r1为在t1时刻转移轨道的初始点的位置矢量，r2为在t2时刻转移轨道的终止点的位置矢量，p为转移轨道半通径，F、G为拉格朗日函数；步骤c，根据投放时刻的速度增量Δv的计算公式，Δv＝v1-v10(y)，式(y)中v10为投放平台在t1时刻的速度矢量，再结合式(x)，继而可得到速度增量Δv关于t1、t2的计算公式；步骤d，将X组(t1，t2)代入步骤c中的投放时刻的速度增量Δv关于t1、t2的计算公式中，确定得到X个投放时刻的速度增量Δv，然后通过粒子群优化算法迭代搜索，得到使得推射速度增量Δv最小时所对应的推射捕获装置时刻t1和捕获装置捕获时刻t2。 7.根据权利要求4所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：所述步骤四中，所述捕获控制系统内设有轨控程序，在转移轨道运行时，捕获装置按轨控程序进行星光修正。 8.根据权利要求4所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：所述步骤四中，捕获控制系统内还设置有控制捕获装置的动力系统运行的飞控程序，通过飞控程序控制动力系统开启，使捕获装置整体进行粗精度的三轴对地飞行。 9.根据权利要求4所述的一种基于低轨卫星的空间碎片批量清除系统的清除方法，其特征在于：所述步骤四中，捕获装置捕获空间碎片后，捕获控制系统控制控制降轨组件启动，并采用微型电推进方式结合气动增阻的复合降轨方式进行降轨。
所属类别：	发明专利