专利名称：不稳定空间碎片的稳定的制作方法
技术领域：
背景技术：
在围绕地球的轨道中当前正追踪到超过20，000件人造(人为引入的)空间碎片。一些空间碎片存在于近地轨道(LEO)(例如，在介于200km与2，OOOkm之间的高度处)中。一些空间碎片存在于中地轨道(MEO)(例如，在介于2，OOOkm与35，586km之间的高度处) 中。一些空间碎片存在于地球同步地球轨道(GEO)(例如，在35，786km±200km的高度处)中。一些空间碎片存在于超过GEO带的高度处。许多空间碎片(大约40% )集中于介于200km与2，OOOkm之间的稳定圆形或椭圆形轨道中。
发明内容
空间碎片是日益增长的问题，其威胁到在地球轨道中安全地运行空间飞行器的能力。由于空间碎片不受有效的强制控制，因此对于空间飞行器来说其代表着碰撞危险。当前，对空间飞行器进行作用(例如，经操纵以避免碰撞)。然而，操纵以避开碎片成本过高。此因耗用既定用于其它任务重要事件的燃料而人为地减少空间飞行器(例如，卫星或有效载荷)的有用寿命。或者，可对不稳定空间碎片进行作用-可将其从空间飞行器的轨道路径移除。尽管已证实与空间物体交会且在那些物体的附近进行接近操作的能力，但当前不存在使不稳定空间碎片稳定以便(a)可捕获所述不稳定空间碎片以用于降低轨道或(b)可改变所述碎片的轨道参数以将所述碎片操纵到安全轨道中或用于降低轨道的已证实手段。用以使零重力及零压力环境中的空间碎片稳定的安全技术是尚待空间研究界解决的技术挑战之一。因此，需要使不稳定空间碎片稳定的方法。在某些实施例中，本文揭示一种使不稳定空间碎片稳定的方法，其包括在所述不稳定空间碎片上的目标点处向所述不稳定空间碎片施加力，从而产生经稳定空间碎片；其中通过借助由邻近卫星施加的气体羽流对所述不稳定空间碎片的气动冲击来产生所述力；且其中所述力足以在所述不稳定空间碎片上产生将阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的扭矩。在一些实施例中，正施加到所述不稳定空间碎片的力的量为以下各项的函数所述不稳定空间碎片的运动、所述不稳定空间碎片的质心的状态向量、所述不稳定空间碎片的相互正交旋转轴、所述不稳定空间碎片的惯性矩、所述不稳定空间碎片的所述旋转动量、所述不稳定空间碎片的所述目标点，或其任何组合。在一些实施例中，正施加的力的所述量不损坏所述目标点。在一些实施例中，每一目标点(a)位于以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的每一者上或附近，及(b)在结构上为足够刚性以吸收所述力而不受损害。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的所述目标点为以下各项的函数所述质心、所述质心的速度向量的方向与量值、所述惯性矩及绕所述不稳定空间碎片的主体的所述相互正交旋转轴的所述旋转动量，或其任何组合。在一些实施例中，使以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的一者稳定所需的所述气体羽流的脉冲的数目与使另两个旋转轴稳定所需的气体的脉冲的数目无关。在一些实施例中，所述气体羽流包括选自以下各项的气体氮气；氙气；氩气；氖气；来自氧化剂与推进剂的化学燃烧的高速残余汇流；来自单元推进剂依靠催化剂的放热化学分解的高速残余汇流；氢气；氦气；或其组合。在一些实施例中，所述气体羽流从选自以下各项的喷嘴发出扩散喷嘴、收缩喷嘴及准直喷嘴。在一些实施例中，所述气体羽流从邻近于至少一个目标点的喷嘴发出。在一些实施例中，所述气体羽流从邻近于所述不稳定空间碎片的所述旋转轴中的一者的喷嘴发出在一些实施例中，所述气体羽流从存在于可以机械方式展开的臂上的喷嘴发出。在一些实施例中，所述方法进一步包括捕获所述经稳定空间碎片。在一些实施例中，所述方法进一步包括改变改变所述经稳定空间碎片的轨道参数。
在某些实施例中，本文揭示一种用于使不稳定空间碎片稳定的卫星，其包括(a)用于所述卫星的操作的日常系统及子系统，及(b)用于产生并引导足以阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的气体羽流的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括主动控制系统，所述主动控制系统用于在接近操作期间及在使用气体冲击系统使所述不稳定空间碎片稳定或改变所述不稳定空间碎片的轨道参数时维持所述卫星的位置及姿态。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于分析所述不稳定空间碎片的运动的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括激光追踪系统、雷达(或其它射频)追踪系统、光学追踪系统，或其组合。在一些实施例中，所述卫星进一步包括激光或雷达追踪系统及光学追踪系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于计算所述气体羽流的脉冲的强度以及待施加到所述不稳定空间碎片的所述气体羽流的所述脉冲的数目、持续时间及定时的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括经维护及补给燃料使得其可使多件空间碎片稳定、捕获多件空间碎片或改变多件空间碎片的轨道而不必降低自身轨道或不必向空间中发射新卫星的的构件。在某些实施例中，本文揭示使不稳定空间碎片稳定的方法，其包括向位于以所述不稳定空间碎片的质心(CM)为中心的相互正交轴上的一个或一个以上目标点施加力，其中所述力在所述不稳定空间碎片上产生足以阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的扭矩，且其中通过邻近卫星产生及施加所述力。在一些实施例中，施加力包括借助由所述邻近卫星产生的气体羽流冲击所述不稳定空间碎片。在一些实施例中，气体羽流的一个脉冲冲击于所述不稳定空间碎片上。在一些实施例中，气体羽流的多个脉冲冲击于所述不稳定空间碎片上。在一些实施例中，使所述不稳定空间碎片上的运动轴稳定所需的气体羽流的脉冲的数目与阻尼绕所述不稳定空间碎片的其它运动轴的惯性矩所需的气体羽流的脉冲的数目无关。在一些实施例中，所述气体羽流由以下各项组成氮气；氣气；気气；氖气；气态氨；氟利昂(freon)气体；来自氧化剂与推进剂的化学燃烧的高压残余汇流；来自单元推进剂(例如，联氨、单甲基联氨、其变化形式或过氧化氢)与催化剂之间的化学反应的高压残余汇流；氢气；氦气；电离铯；电离汞；由例如铁氟龙(teflon)的化合物产生的等离子；或其组合。在一些实施例中，通过压缩气体产生所述气体羽流。在一些实施例中，通过氧化剂与推进剂的燃烧产生所述气体羽流。在一些实施例中，通过与催化剂反应的单元推进剂的放热化学分解产生所述气体羽流。在一些实施例中，通过一种或一种以上准进剂的电热、静电或电磁加速来产生所述气体羽流。在一些实施例中，通过计算机分析、人类分析或其组合来确定不稳定空间碎片上的目标点。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的目标点为以下各项的函数(a)所述质心，(b)绕所述不稳定空间碎片的主体的质心的旋转的方向与量值，及(C)所述不稳定空间碎片的主体的质心的速度向量的方向与量值。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的目标点为以质心为中心的三个相互正交运动轴的函数。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的目标点具有充足结构刚性以吸收所施加力而不受损害(即，损坏)。在一些实施例中，所述不稳定空间碎片上的目标点(a)在三个相互正交运动轴中的一者或一者上上或附近，及(b)具有充足结构刚性以吸收所施加力而不受损害(即，损坏)。在一些实施例中，施加到所述不稳定空间碎片的力的量为以下各项的函数(a)所述碎片的运动，(b)所述不稳定空间碎片的质心的状态向量，(C)所述相互正交轴，(d)惯性矩，(e)旋转动量，(f)所述目标点距所述质心的距离，或(g)其任何组合。在一些实施例中，施加到所述不稳定空间碎片的力不超过所述目标点的结构限制。在一些实施例中，通过具有多个以机械方式铰接的臂的单个卫星产生及施加所述力。 在一些实施例中，通过多个邻近卫星产生及施加所述力。在一些实施例中，通过每旋转轴一 个邻近卫星产生及施加所述力。在一些实施例中，通过每旋转轴多个卫星产生及施加所述力。在一些实施例中，所述方法进一步包括更改所述不稳定空间碎片的轨道路径。在一些实施例中，所述方法进一步包括捕获所述不稳定空间碎片以用于降低轨道。在一些实施例中，所述方法进一步包括改变所述不稳定空间碎片的轨道参数。在某些实施例中，本文揭示用于使不稳定空间碎片稳定的卫星，其包括(a)卫星运载舱，其具有标准子系统及接口，(b)用于产生及投射足以阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的力的构件，(c) 一个或一个以上外部传感器(雷达、激光雷达(LIDAR)、光学或成像传感器)，及(d)电子系统，其经设计以分析来自所述传感器的数据并产生包含气动(气体)射流(羽流)的力、持续时间、数目、方向与量值的稳定计划。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于维持所述卫星的位置的主动控制系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括反作用控制系统(RCS)、控制力矩陀螺仪(CMG)、用于姿态控制的磁性扭矩转换器或其组合。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于远程地扫描及分析所述不稳定空间碎片的运动的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括激光追踪系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括雷达追踪系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括光学追踪系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于计算待施加到不稳定空间碎片的力的量(待朝向不稳定空间碎片投射且冲击于其上的目标点上的气动(气体)脉冲(羽流)的数目、持续时间及定时)或其组合的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括星载计算机模块。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于附接到经稳定空间碎片的降低轨道模块。在一些实施例中，所述降低轨道模块包括具有充足推力以将空间碎片置于再入路径中的火箭发动机及燃料以及制导、导航与控制系统。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于收集不稳定空间碎片的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括可展开机器人臂。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于捕获经稳定空间碎片的贮存器。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于储存经捕获空间碎片的构件。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于储存经捕获空间碎片的贮存器。在一些实施例中，所述卫星为可维护的。在一些实施例中，所述卫星为可补给燃料的。在某些实施例中，本文揭示通过本文中所揭示的方法来稳定的空间碎片。在某些实施例中，本文揭示通过本文中所揭示的方法来捕获的空间碎片。在某些实施例中，本文揭示通过本文中所揭示的方法来降低轨道的空间碎片。在某些实施例中，本文揭示通过使用本文中所揭示的卫星来稳定的空间碎片。
本发明的新颖特征特别地阐述于所附权利要求书中。参考阐述其中利用本发明原理的说明性实施例的以下详细描述及附图将会更好地理解本发明的特征及优点，在附图中图I图解说明不稳定空间碎片的坐标系统及运动轴。图2为气体冲击目标点的实例。图3图解说明由冲击系统对空间碎片赋予的力向量(Fx，FY, Fz)。图4图解说明操纵以与空间碎片交会并进行运动分析的空间碎片回收卫星。图5a图解说明参考三个正交轴定向气动射流的单个空间碎片回收卫星。图5b图解说明参考三个正交轴定向气动射流的多个空间碎片回收卫星。图6a图解说明向目标点施加气体羽流以使空间碎片稳定的单个空间碎片回收卫星。图6b图解说明向目标点施加气体羽流以使空间碎片稳定的多个空间碎片回收卫星。
具体实施例方式空间碎片包含不运行的卫星及有效载荷、未降低轨道的已耗用火箭级及来自突发故障的卫星及有效载荷的残余碎片。在正常起作用时，卫星及有效载荷由内部控制系统主动地或被动地控制。在这些系统的“寿命末期”(EOL)，未降低轨道的那些卫星及有效载荷不受控制且因此可能变得不稳定。另外，卫星及有效载荷可能在经设计E0L(在所述时间其可能变得不可控制且不稳定)之前就意外地出故障。因此，其可能开始沿一个或一个以上运动轴翻转或者旋转(从而变得不稳定)。未降低轨道的已耗用火箭级以及来自突发故障的卫星及有效载荷的残余碎片可能不具有控制系统且其旋转运动也可能不稳定。空间碎片是日益增长的问题，其威胁到在地球轨道中安全地运行空间飞行器的能力。由于空间碎片不受有效的强制控制，因此对于其它空间飞行器来说其代表着碰撞危险。当前，对运行的空间飞行器进行作用(例如，经操纵以避免碰撞)。然而，操纵以避开碎片成本过高。此因耗用既定用于其它任务重要事件的燃料而人为地减少运行卫星(及相关联有效载荷)的有用寿命。或者，可对不稳定空间碎片进行作用-可将其从空间飞行器的轨道路径移除。尽管已证实与空间物体交会且在那些物体的附近进行接近操作的能力，但当前不存在使具有不稳定旋转运动的空间碎片(下文中称为“不稳定空间碎片”)稳定以便(a)可捕获空间碎片以用于降低轨道或(b)可改变空间碎片的轨道参数的已证实手段。用以使零重力及零压力环境中的不稳定空间碎片稳定的安全技术是尚待证实的技术挑战之一。因此，需要使不稳定空间碎片稳定的方法。某@术语如本文中所使用，“卫星”意指已通过人类努力放置到轨道中的任何物体。在一些实施例中，卫星能够进行自主控制。在一些实施例中，卫星由基于地面的操作者控制。如本文中所使用，“空间碎片”意指存在于空间中的不运行人造物体及存在于空间中的自然物体。在一些实施例中，空间碎片为发射的残余物(在动力供应操作期间从火箭主体释放的不运行助推器或碎片)；分级的残余物(爆炸螺栓残余物或在分级期间展开或激活的其它硬件)；意外地停止运行或不可控制但在其它方面完好无损的卫星或有效载荷；突发故障的卫星或有效载荷；由于除突发故障以外的原因而分解的卫星或有效载荷；因与其它卫星或有效载荷或者自然物体的撞击而损坏或分解的卫星或有效载荷；以及因军事行动而在物理上受到攻击或停止运行的卫星或有效载荷的碎片。
由于空间碎片不受有效控制，因此其趋向于不稳定。在某些实例中，空间碎片的运动为在沿三个维度耦合时产生不稳定的随机或杂乱(即，不均匀)运动的翻转、摇动与旋转的组合。在较大件的空间碎片的情况下，物体可具有大的惯性矩，且不稳定运动可产生显著的旋转动量。如本文中所使用，“气动冲击”意指用气体羽流冲击物体。在一些实施例中，所述气体羽流具有充足力以在空间碎片上产生扭矩。在一些实施例中，所述物体为不稳定空间碎片。如本文中所使用，“稳定”意指其中绕三个主运动轴中的至少两者将空间中的物体的相对于固定参考系测量的动态运动减小到约零(或大致为零)且围绕第三主运动轴的动态运动未在加速或正减速到零的状态。如本文中所使用，“使…稳定”意指向空间中的处于无约束运动的物体施加力以便绕三个主运动轴中的至少两者将所述物体的相对于固定参考系测量的动态运动减小到约零(或减小到大致零)且围绕第三主运动轴的动态运动未在加速或正减速到约零。如本文中所使用，“经稳定”意指具有相对于固定参考系测量的减小的动态运动的空间碎片。在一些实施例中，已绕三个主运动轴中的至少两者将动态运动减小到约零(或减小到大致零)且围绕第三主运动轴的动态运动未在加速或正减速到零。如本文中所使用，术语“气体羽流”、“气体射流”及“气体流”可互换使用且意指经由开口以高速喷出的一团气体。所述气体在(大体)相同时间沿相同方向移动。所述术语中的任一者并不暗示所述团气体具有特定形状。在一些实施例中，气体羽流为扩散的、线性的(即，不扩散的)或收缩的(即，会聚的)。如本文中所使用，“轨道参数”意指界定位置的三个空间维度、参考惯性参考系测量的沿这些维度中的每一者的速度及参考惯性参考系测量的沿这些维度中的每一者的加速度。如本文中所使用，“阻入空间”意指为了确保本文中所揭示的卫星的安全而在不稳定空间碎片与所述卫星之间的最小间隔。在一些实施例中，阻入空间由不稳定空间碎片在其中旋转、摇动及/或翻转的空间的体积界定。如本文中所使用，“站位保持操作”意指用于将空间飞行器保持于经指派轨道中或距空间中的另一物体指定距离及方向处的操纵。如本文中所使用，短语“旋转运动大致为零”意指旋转运动为零、为原始旋转运动的约I %、原始旋转运动的约2 %、原始旋转运动的约3 %、原始旋转运动的约4 %、原始旋转运动的约5 %、原始旋转运动的约6 %、原始旋转运动的约7 %、原始旋转运动的约8 %、原始旋转运动的约9 %或原始旋转运动的约10 %。空间碎片稳定的当前方法空间碎片包含不运行卫星及有效载荷、未降低轨道的已耗用火 箭级及来自突发故障的卫星及有效载荷的残余碎片。在正常起作用时，卫星及有效载荷由内部控制系统主动地或被动地控制。在这些系统的“寿命末期”(EOL)，未降低轨道的那些卫星及有效载荷不受控制且因此可能变得不稳定。另外，卫星及有效载荷可能在经设计EOL(在所述时间其可能变得不可控制且不稳定)之前就意外地出故障。因此，其可能开始沿一个或一个以上运动轴翻转或者旋转(从而变得不稳定)。未降低轨道的已耗用火箭级以及来自突发故障的卫星及有效载荷的残余碎片可能不具有控制系统且其旋转运动也可能不稳定。因此，需要使不稳定空间碎片稳定的方法。使不稳定空间碎片稳定的方法在某些实施例中，本文揭示使不稳定空间碎片稳定的方法。在一些实施例中，所述方法包括向碎片上的精确点(即，目标点)施加力。在一些实施例中，所述方法包括碎片上的精确点处的气动冲击。在一些实施例中，所述方法包括用气体羽流冲击碎片上的特定目标点[参见图2]。在一些实施例中，同时冲击每一目标点。在一些实施例中，依序冲击每一目标点。在一些实施例中，用充足力施加气体羽流以阻尼碎片的所有惯性矩。在一些实施例中，施加气体羽流直到绕三个旋转轴中的至少两者将空间碎片的旋转运动减小到约零(或，旋转运动大致为零)。在一些实施例中，向每一目标点施加气体羽流的一脉冲。如本文中所使用，“脉冲”意指气体羽流的单个及突然发射。脉冲的数目取决于旋转轴中的每一者上的总惯性矩及每一脉冲对每一目标点赋予的力的量。在一些实施例中，向每一目标点施加单个脉冲。在一些实施例中，向每一目标点施加一系列脉冲(例如，短脉冲)。在一些实施例中，使不稳定空间碎片上的运动轴稳定所需的气体羽流的脉冲的数目与阻尼绕所述不稳定空间碎片的其它运动轴的惯性矩所需的气体羽流的脉冲的数目无关。在一些实施例中，在每一脉冲之后计算绕一轴的旋转动量的改变。在一些实施例中，在绕运动轴的旋转运动已稳定时停止向目标点施加气体。在一些实施例中，在绕三个旋转轴中的至少两者将旋转运动减小到约零(或旋转运动大致为零)时停止向目标点施加气体。为了使沿所有三个轴均不稳定的不稳定空间碎片稳定，在相互正交轴中的每一者上或附近必须存在至少一个“目标点”。为了接近目标点中的每一者，喷出气体羽流所经由的开口必须经定向使得所述气体羽流将撞击目标点，但维持在阻入空间外部。在一些实施例中，喷出气体羽流所经由的开口位于操纵到适当位置中的可操纵臂上。在一些实施例中，喷出气体羽流所经由的开口固定到卫星且经由卫星的定位以及在气动冲击系统正操作时维持位置及姿态而操纵到适当位置中。
用于气动冲击的气体的特性在某些实施例中，本文揭示使不稳定空间碎片稳定的方法。在一些实施例中，所述方法包括在特定目标点处对不稳定空间碎片的气动冲击。在一些实施例中，气体射流包括任何适合气体。影响气体的适合性的因子包含但不限于所述气体是否经由压力(压缩)加速、所述气体是否经由蒸发加速、所述气体是否经由燃烧加速、所述气体是否经由与催化剂反应的单元推进剂的放热化学分解加速、所述气体是否经由电磁构件加速、毒性、成本、密度、处置便易性、储存便易性或其组合。在一些实施例中，所述方法包括用冷气或暖气的羽流冲击不稳定空间碎片上的目标点。如本文中所使用，“冷气”意指已借助压缩或蒸发加压且通过其中容纳经加压气体的压力容器的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差加速并接着经由开口喷出的气体。所述开口为任何适合开口。在一些实施例中，所述开口为喷嘴。在一些实施例中，所述开口为扩散型喷嘴、收缩型喷嘴、线型(或准直型)喷嘴或其组合。 如本文中所使用，“暖气”意指借助蒸发加速并接着经由开口喷出的气体。如本文中所使用，“蒸发”意指将液态气体加热超过其沸点使得其转变成气体。在其中使液体蒸发的室中的压力随着所述液体蒸发而显著增加。气体在其经由开口喷出时通过蒸发室中的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差而加速。可通过(a)压缩或(b)蒸发加速并接着经由开口喷出的示范性气体包含但不限于氢气(H2)、氦气(He2)、氙气(Xe)、氩气(Ar)、氖气(Ne)、氟利昂、气态氨或氮气(N2)。所述开口为任何适合开口。在一些实施例中，所述开口为喷嘴。在一些实施例中，所述开口为扩散型喷嘴、收缩型喷嘴、线型(或准直型)喷嘴或其组合。在一些实施例中，所述方法包括用热气羽流冲击不稳定空间碎片上的目标点。在一些实施例中，所述热气为由氧化剂(例如，液态氧(LOX)、气态氧(GOX)、氟(F2)、二氟化氧(OF2)、四氟联氨(N2F2)、五氟化氯(ClF5)或其它类似氧化剂)与推进剂(例如，氢气(H2)、例如火箭推进剂I(RP-I)及火箭推进剂2 (RP-2)的煤油产物、甲烷(CH4)、单甲基联氨(MMH)或其它此类推进剂)的化学燃烧产生的经由开口以高速喷出的高速残余汇流。在一些实施例中，所述气体为来自例如(但限于)联氨(N2H4)或过氧化氢(H202)的单元推进剂的由所述推进剂与例如(但不限于)铱、银或钼的催化剂之间的放热反应引起的化学分解的经由开口以高速喷出的高速残余汇流。在一些实施例中，所述方法包括用气体羽流冲击不稳定空间碎片上的目标点。在一些实施例中，通过电热、静电或电磁构件使气体加速，所述气体经由开口以高速喷出。可通过电热、静电或电磁构件加速的示范性气体包含但不限于氢气(H2)、氦气(He2)、氙气(Xe)、氩气(Ar)、氖气(Ne)、氮气(N2)、电离铯(Cs)或电离汞(Mg)。在一些实施例中，喷出气体所经由的开口相对于不稳定空间碎片设置使得所述气体将以恰当的撞击角度冲击于不稳定空间碎片上的目标点上。在一些实施例中，喷出气体射流所经由的开口为任何适合大小。所述开口的适合大小取决于多个因子，包含但不限于工程分析、将产生多大的力、气体的脉冲应持续多长时间、从开口到气体射流会聚的点的距离、气体射流的温度及背压。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为扩散型喷嘴，其形成在从喷嘴喷出之后扩散的圆锥形状气体羽流。在气体羽流由扩散型喷嘴形成时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数扩散速率、目标点的大小、距喷嘴的距离或其任何组合；且将随着从喷嘴到目标点的范围增加而成比例地减少。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为线型(或准直型)喷嘴，其形成在距喷嘴的指定距离内既不大致扩散也不收缩的经准直气体羽流。在线性喷嘴形成经准直气体羽流时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数经准直气体羽流的大小、目标点的大小、用于将气体羽流引导于目标点处的系统的瞄准精度或其任何组合；且将随着范围保持相对恒定(直到气体羽流开始在远场中自然地扩散)。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为收缩型喷嘴，其形成使汇流大致收缩到在从喷嘴的指定范围(距离)处的特定点(在此之后其开始扩散)的气体羽流。在气体羽流由收缩喷嘴形成时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数收缩速率、目标点的大小、用于将气体羽流引导于目标点处的系统的瞄准精度、从喷嘴的范围或其任何组合；且将成比例地增加直到气体羽流到达会聚点，在所述点处所述气体羽流将随着从喷嘴的范围增加而减少。目标点的确定在某些实施例中，本文揭示使不稳定空间碎片稳定的方法。在一些实施例中，所述方法包括向不稳定空间碎片上的精确目标点施加力使得所述力将在所述不稳定空间碎片上产生将阻尼或抵抗绕旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的扭矩。在一些实施例中，所述方法包括向不稳定空间碎片上的精确目标点施加力使得所述力将绕三个旋转轴中的至少两者使旋转运动减小到约零(或旋转运动大致为零)。在一些实施例中，所述方法包括在精确目标点处对碎片的气动冲击。在一些实施例中，通过对不稳定空间碎片的运动的分析来确定不稳定空间碎片上的目标点。在一些实施例中，所述方法包括识别(a)质心及(b)不稳定空间碎片的主体的质心的速度向量的方向与量值。在一些实施例中，所述方法包括识别以质心为中心的三个相互正交运动轴。在一些实施例中，所述方法包括识别不稳定空间碎片的主体相对于以质心为中心的三个相互正交运动轴的旋转方向、速率、惯性矩及旋转动量。在一些实施例中，所述目标点为不稳定空间碎片主体上的结构位置。在一些实施例中，所述目标点为不稳定空间碎片主体上的在三个相互正交运动轴中的一者上或附近的结构位置。在一些实施例 中，所述目标点为不稳定空间碎片主体上的在结构上为足够刚性以吸收气体羽流对不稳定空间碎片赋予的力的结构位置。在一些实施例中，所述目标点为不稳定空间碎片主体上的如下的结构位置(a)在三个相互正交运动轴中的一者上或附近，及(b)在结构上为足够刚性以吸收气体羽流所赋予的力。所施加力的量的确定在某些实施例中，本文揭示使不稳定空间碎片稳定的方法。在一些实施例中，所述方法包括向不稳定空间碎片施加产生扭矩(例如，气动冲击)的力。在一些实施例中，在精确目标点处施加所述力。在一些实施例中，施加所述力直到绕三个旋转轴中的至少两者将空间碎片的旋转运动减小到约零(或旋转运动大致为零)。在一些实施例中，施加到不稳定空间碎片的力的量取决于(a)碎片的运动，(b)不稳定空间碎片的质心的状态向量，(C)相互正交轴，(d)惯性矩，(e)旋转动量，及(f)目标点。在一些实施例中，所述方法包括计算待施加到碎片的力。在一些实施例中，施加到不稳定空间碎片的力不超过目标点的结构限制。在一些实施例中，施加到不稳定空间碎片的力不会导致结构故障。在一些实施例中，施加到不稳定空间碎片的力不会导致不稳定空间碎片的分解。在一些实施例中，通过对物体的分析(例如，通过分析碎片的设计原理图及用于构造碎片的材料)来确定所述结构限制。在一些实施例中，在冲击之前(例如，在前一冲击之后)计算施加到目标点的力。在一些实施例中，通过碎片的视觉检查、碎片的扫描、最小力到碎片的施加(其中在必要时有力向量的逐增)或其组合来确定所述结构限制。在一些实施例中，施加到目标点的力为气体羽流的速度及撞击目标点的气体羽流的质量的函数。樽块化在一些实施例中，空间碎片为大型空间碎片。在一些实施例中，处于不稳定随机旋 转运动的大型空间碎片界定大体积的阻入空间。在某些实例中，使用足够长以避开由大型空间碎片产生的阻入空间的可展开臂为不切实际的。因此，在一些实施例中，本文中所揭示的方法使用多个卫星。在一些实施例中，本文中所揭示的方法使用每旋转轴一个卫星。在一些实施例中，本文中所揭示的方法使用每旋转轴多个卫星。在一些实施例中，每一卫星经定位使得(a)其可接近目标点且(b)其避开阻入空间。在一些实施例中，每一卫星独立地运行。举例来说，每一卫星经由基于地球的操作者独立地定位。 在一些实施例中，所述卫星自主地彼此协调。在一些实施例中，所述卫星自主地彼此协调且经由基于地球的操作者监视。在一些实施例中，每一卫星能够独立地使小型或中等大小空间碎片稳定。除气动冲击以外的力源存在可用于向不稳定空间碎片施加力的多种方法。在一些实施例中，经由与机械元件的物理接触施加力(例如，卫星运载舱的臂或一部分)。然而，存储于系统的惯性运动或旋转动量中的能量可能足够大以导致碎片或机械元件的结构故障，因此产生额外碎片。在一些实施例中，经由用粘滞性液体(例如，水或更复杂液体)接触不稳定空间碎片来施加力。在一些实施例中，液体的粘度及质量对不稳定空间碎片赋予力，因此使其旋转变慢。在一些实施例中，经由用激光照射不稳定空间碎片来施加所述力。在一些实施例中，激光照射不稳定空间碎片的一侧，此使材料中的一些材料蒸发。在一些实施例中，随着所述材料蒸发且从不稳定空间碎片喷射，其沿等同及相反方向产生为正蒸发的材料的质量及喷出所述材料的速度的函数的力。在一些实施例中，所述激光在空间碎片的所述激光照射的侧与空间碎片的所述激光不照射的侧之间产生辐射压力差，且此辐射压力差足以阻尼绕一个或一个以上旋转轴的旋转动量。在一些实施例中，通过产生不稳定空间碎片在其内旋转的电磁场来施加力。在一些实施例中，电磁场中的不稳定空间碎片旋转在构造空间碎片的导电材料上产生电流(即，涡电流)。在一些实施例中，电流与自然发生的行星磁场的交互作用在不稳定空间碎片上产生阻尼物体的旋转的电磁力。
在一些实施例中，通过用微粒材料(例如，砂子或某一其它材料)接触不稳定空间碎片来施加力。在一些实施例中，微粒材料的撞击赋予力且绕运动轴产生拖曳并使不稳定空间碎片变慢。更改空间碎片的轨道或捕获空间碎片的方法在某些实施例中，本文揭示捕获不稳定空间碎片的方法。本文进一步揭示更改不稳定空间碎片的轨道路径的方法。空间碎片的捕获在某些实施例中，本文揭示捕获空间碎片的方法。在一些实施例中，空间碎片为具有低旋转能量状态的小型空间碎片。在一些实施例中，空间碎片为不稳定的且在捕获之前使其稳定。在一些实施例中，通过本文中所揭示的方法使不稳定空间碎片稳定。 在一些实施例中，本文中所揭示的卫星与空间碎片交会。在一些实施例中，所述卫星使能量状态(例如，轨道速度)与空间碎片匹配。在一些实施例中，所述卫星通过任何适合构件来捕获空间碎片。在一些实施例中，所述卫星通过使用可展开臂、袋、拖绳、网、磁性诱捕器(affecter)、机械诱捕器或其组合来捕获空间碎片。改夺轨道参数在某些实施例中，本文揭示更改空间碎片的轨道路径的方法。在一些实施例中，所述方法包括改变空间碎片的轨道参数。在一些实施例中，空间碎片为不稳定的且在捕获之前使其稳定。在一些实施例中，所述方法首先包括通过本文所揭示的方法使不稳定空间碎片稳定。在一些实施例中，经由将降低轨道模块附接到空间碎片来修改所述碎片的轨道参数。在一些实施例中，经由使用机器人臂将降低轨道模块附接到不稳定空间碎片。在一些实施例中，通过在对接之后以机械方式转移火箭包将降低轨道模块附接到不稳定空间碎片。在一些实施例中，经由在空间碎片的精确点(B卩，目标点)处施加既定改变空间碎片的线性动量及速度向量的力来修改所述碎片的轨道参数。在一些实施例中，经由空间碎片上的精确点处的气动冲击来修改所述碎片的轨道参数。在一些实施例中，所述方法包括向碎片上的特定目标点施加力。在一些实施例中，所述方法包括通过气体羽流在碎片上的特定目标点处的冲击[参见图2]。在一些实施例中，气体羽流以充足力撞击碎片以改变空间碎片的线性动量及速度向量的方向与量值。在一些实施例中，向一个或一个以上目标点施加气体羽流的脉冲。在一些实施例中，向目标点施加气体羽流达持久的时间周期。在一些实施例中，每一气体羽流的持续时间取决于不稳定空间碎片的线性动量及所需的对所述空间碎片的速度向量的方向与量值的总改变。在一些实施例中，通过单个气体羽流冲击事件来实现所需速度向量改变。在一些实施例中，通过多个气体羽流冲击事件来实现所需速度向量改变。在一些实施例中，在每一气体冲击事件之后确定(例如，计算)空间碎片的速度向量的改变。在一些实施例中，在实现不稳定空间碎片速度向量的方向与量值的所需改变时，停止在目标点上的气体冲击。在某些实施例中，本文揭示用于使不稳定空间碎片稳定的卫星，其包括(a)卫星运载舱，其具有标准子系统及接口，(b)用于产生及投射足以阻尼绕不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的力的构件，(C) 一个或一个以上外部传感器(雷达、激光雷达(LIDAR)、光学或成像传感器)，及(d)电子系统，其经设计以分析来自所述传感器的数据并产生包含气动(气体)射流(羽流)的力、持续时间、数目、方向与量值的稳定计划。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星进一步能够捕获已经稳定的空间碎片。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星进一步能够更改已经稳定的空间碎片的轨道路径。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星向空间碎片(例如，不稳定空间碎片或已经稳定的空间碎片)施加力。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星向不稳定空间碎片施加力以使所述碎片稳定。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星向经稳定空间碎片施加力以改变空间碎片的轨道路径。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星通过气动冲击向不稳定空间碎片施加力。在一些实施例中，气动冲击由从卫星引导的气体羽流产生。Mt 在一些实施例中，所述卫星包括用于产生足以阻尼绕不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量或者更改卫星的线性运动的力且因此改变其轨道参数的构件。在一些实施例中，所述用于产生力的构件为用于压缩气体的构件。在通过泵将气体以高压压送到贮存器或罐(又名，压力容器)中时压缩所述气体。还可通过注入到容纳有益(非反应性)高压气体或液体的未经加压气体的压力容器中来压缩气体。可将注入到压力容器中以压缩操作气体的气体或液体直接注入到压力容器中，或者可通过压力容器内部的囊袋将其与正受压缩的操作气体隔离，所述囊袋经设计以分离所述操作气体与压缩气体或液体。具有充足强度以使气体保持处于高压的压力容器通过管系统、连接器及阀门连接到开口。所述开口为任何适合开口。在一些实施例中，所述开口为喷嘴的一部分。在一些实施例中，所述开口为扩散型喷嘴、线型(或准直型)喷嘴、收缩型喷嘴或其组合。当按正确顺序打开阀门时，通过其中容纳经加压气体的压力容器的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差使气体加速且接着经由开口喷出所述气体。加速度为压力差及开口的设计的函数。所产生的力为所喷出的气体的加速度及质量的函数。气体的质量为压力以及打开及关闭阀门的时间长度(持续时间)的函数。可加速并接着通过压缩而经由开口喷出的不范性气体包含但不限于氢气(H2)、氦气(He2)、氣气(Xe)、lS气(Ar)、氖气(Ne)、氟利昂、气态氨或氮气(N2)。在一些实施例中，所述用于产生力的构件为用于使液化气体蒸发的构件。“蒸发”意指将液态气体加热超过其沸点使得其转变成气体。在其中使液体蒸发的室中的压力随着所述液体蒸发而显著增加。气体在其经由开口喷出时通过蒸发室中的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差而加速。可通过蒸发加速并接着经由开口喷出的示范性气体包含但不限于氢气(H2)、氦气(He2)、氣气(Xe)、lS气(Ar)、氖气(Ne)、氟利昂、气态氨或氮气(N2)。在一些实施例中，所述用于产生力的构件为用于氧化剂与推进剂的燃烧的构件。所述力通过将由氧化剂(例如，液态氧(LOX)、气态氧(GOX)、氟(F2)、二氟化氧(OF2)、四氟联氨(N2F2)、五氟化氯(ClF5)或其它类似氧化剂)与推进剂(例如，氢气(H2)、例如火箭推进剂I(RP-I)及火箭推进剂2 (RP-2)的煤油产物、甲烷(CH4)、单甲基联氨(MMH)或其它此类推进剂)在注入于燃烧室中之后的化学燃烧产生的残余汇流加速到高速而产生。在将氧化剂及推进剂注入于燃烧室中并将其混合之后，可通过电火花或电流放电、炸药、激光加热或其它方法将其点燃。氧化剂与推进剂的爆炸性混合物的燃烧变为自持的，且燃烧室中所引起的压力及温度显著增加，从而产生高度增能的汇流。所产生的力为所喷出的汇流的加速度及质量的函数。汇流在其经由喉管且接着经由喷嘴的扩张区段喷出时通过燃烧室中的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差而加速。在一些实施例中，所述用于产生力的构件是经由单元推进剂的放热分解。所述力通过将由来自例如(但限于)联氨(N2H4)或过氧化氢(H202)的单元推进剂的由所述推进剂与例如(但不限于)铱、银或钼的催化剂之间的放热反应引起的化学分解产生的残余汇流加速到高速而产生。阀门经打开或关闭以通过催化剂来控制注入到燃烧室中的单元推进剂的量，所述单元推进剂以放热方式分解，从而从液体转化成高压及高温 气体。所产生的力为所喷出的汇流的加速度、质量及阀门打开以便可将单元推进剂注入到燃烧室中的持续时间的函数。汇流在其经由喉管且接着经由喷嘴的扩张区段喷出时通过燃烧室中的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差而加速。在一些实施例中，所述用于产生力的构件是通过电磁构件。在一些实施例中，在通过电热、静电或电磁构件使气体增能及加速时产生力。如本文中所使用，“电热”意指其中使用电磁场来产生等离子以增加松质推进剂的热量的电磁装置。在一些实施例中，通过由流过等离子的电流与穿过排气室向外的磁场(其为从外部施加的或通过电流诱发)之间的交互作用产生的洛伦兹力使所述等离子加速。所产生的力为所喷出的等离子或离子流的加速度及质量的函数。所述等离子或离子流在其经由喉管且接着经由喷嘴的扩张区段喷出时加速。在一些实施例中,对于此类系统,低分子量气体(例如,氢气、氦气、氨气)为优选推进剂。可通过电热、静电或电磁构件加速的示范性气体及金属包含但不限于氢气(H2)、氦气(He2)、氙气(Xe)、氩气(Ar)、氖气(Ne)、氮气(N2)、电离铯(Cs)或电离汞(Mg)。在一些实施例中，以静电方式产生经增能气体的系统为静电离子推力器、霍尔效应推力器、场发射电推进系统或其任何组合。在每一情况下，均通过阳极与阴极之间的静态电场的电位差使离子加速。在一些实施例中，以电磁方式产生经增能气体的系统为无电极等离子推力器、脉冲电感推力器、螺旋波双层推力器、等离子体动力学(MPD)推力器或其任何组合。在一些实施例中，所述用于产生力的构件是通过使液体或微粒加速。在一些实施例中，在通过泵将液体以高压压送到贮存器或罐(又名，压力容器)中时压缩所述液体。在一些实施例中，还可通过直接注入到容纳有益(非反应性)高压气体或液体的未经加压液体的压力容器中来压缩液体。可将注入到压力容器中以压缩操作液体的气体或液体直接注入到压力容器中，或者可通过压力容器内部的囊袋将其与正受压缩的操作液体隔离，所述囊袋经设计以分离所述操作液体与压缩气体或液体。具有充足强度以使气体保持处于高压的压力容器通过管系统、连接器及阀门连接到开口。所述开口为任何适合开口。在一些实施例中，所述开口为喷嘴的一部分。具有充足强度以使液体保持处于高压的压力容器通过管系统、连接器及阀门连接到开口。当按正确顺序打开阀门时，通过其中容纳经加压液体的压力容器的内部压力与周围环境(“空间”)的外部压力之间的压力差使液体加速且接着经由开口喷出所述液体。加速度为压力差及开口的设计的函数。所产生的力为所喷出的液体的加速度及质量的函数。液体的质量为压力以及打开及关闭阀门的时间长度(持续时间)的函数。在一些实施例中，使用微粒。在一些实施例中，将微粒注入到类似于上文所描述的经压缩气体系统的高压气体脉冲中。微粒的使用增加经压缩气体喷射羽流的质量及动能。在一些实施例中，所述用于产生力的构件为激光。所述激光照射不稳定空间碎片的一侧，此使材料中的一些材料蒸发。随着所述材料蒸发且从不稳定空间碎片喷射，其沿等同及相反方向产生为正蒸发的材料的质量及喷出所述材料的速度的函数的力。或者，所述激光可在空间碎片的所述激光照射的侧与空间碎片的所述激光不照射的侧之间产生辐射压力差，且所述辐射压力差足以阻尼绕一个或一个以上旋转轴的旋转动量。在一些实施例中，所述用于产生力的构件为用于产生电磁场的构件。每当在两个点之间产生电流时就产生电磁场。在一些实施例中，在天线中流动的电流将产生从所述天线散发的电磁场。所述天线的形状将确定电磁场的形状及方向性。将在于电磁场内移动的导电材料中产生电流。在一些实施例中，使用电源的卫星在天线中产生将形成包围(形状及方向性)空间碎片的电磁场的电流。由于空间碎片正在所述电磁场内旋转且其可能由如此导电材料构造，因此所述碎片在电磁场内的旋转运动将在所述碎片上或碎片内产生小的 电流。碎片上或碎片内的电流将同时与环绕地球的自然发生的行星磁场交互作用，从而产生将试图使自身与那些自然发生的行星磁场对准的力。在碎片上或碎片内的电流开始使自身与自然发生的行星磁场对准时，其将产生趋向于阻尼碎片的沿旋转轴中的一者或一者以上的旋转运动的力。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于所述用于产生足以阻尼绕不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的力的构件(例如，气体、液体、微粒物质、激光、电磁场)的承载物。在一些实施例中，承载组件包括储存罐、贮存器或压力容器。在一些实施例中，所述承载组件包括用于使力的源(例如，气体、液体、微粒物质)从储存罐、贮存器或压力容器移动到开口的构件。在一些实施例中，所述用于使力的源从储存隔室移动到开口的构件为一系列互连管道。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于气动组件的承载物。在一些实施例中，气动组件的承载物包括储存隔室。在一些实施例中，气动组件的承载物包括用于使气体从储存隔室移动到开口的构件。在一些实施例中，所述用于使气体从储存隔室移动到开口的构件为一系列互连管道。在一些实施例中，所述卫星包括力移动所经由的开口。所述开口为任何适合开口。在一些实施例中，所述开口为喷嘴的一部分。在一些实施例中，所述开口为扩散型喷嘴、线型喷嘴、收缩型喷嘴或其组合。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为扩散型喷嘴，其形成在从喷嘴喷出之后扩散的圆锥形状气体羽流。在气体羽流由扩散型喷嘴形成时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数扩散速率、目标点的大小、距喷嘴的距离或其任何组合；且将随着从喷嘴到目标点的范围增加而成比例地减少。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为线型喷嘴，其形成在距喷嘴的指定距离内既不大致扩散也不收缩的经准直气体羽流。在线性喷嘴形成经准直气体羽流时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数经准直气体羽流的大小、目标点的大小、用于将气体羽流引导于目标点处的系统的瞄准精度或其任何组合；且将随着范围保持相对恒定(直到气体羽流开始在远场中自然地扩散)。在一些实施例中，喷出经加速气体所经由的开口为收缩型喷嘴，其形成使汇流大致收缩到在从喷嘴的指定范围(距离)处的特定点(在此之后其开始扩散)的气体羽流。在气体羽流由收缩喷嘴形成时汇流的冲击于目标点上的部分为以下各项的函数收缩速率、目标点的大小、用于将气体羽流引导于目标点处的系统的瞄准精度、从喷嘴的范围或其任何组合；且将成比例地增加直到气体羽流到达会聚点，在所述点处所述气体羽流将随着从喷嘴的范围增加而减少。在一些实施例中，喷出气体射流所经由的开口为任何适合大小。在一些实施例中，所述开口的适合大小为以下各项的函数工程分析、将产生多大的力、气体羽流的所计划持续时间、从开口到气体射流会聚的点的距离、气体射流的温度、背压或其任何组合。在一些实施例中，开口位于卫星主体上。在一些实施例中，开口位于附接到卫星的臂上。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括容纳正常卫星子系统及外部接口(例 如，物理结构、计算机、导线、蓄电池、GNC系统、导航传感器、环境控制系统、推进系统、通信系统)的物理结构(即，卫星运载舱)。如本文中所使用，“卫星运载舱”意指本文中所描述的卫星的除有效载荷以外的所有元件(由气动(羽流)冲击系统、扫描传感器、降低轨道模块、用于收集碎片的构件及用于储存碎片的构件构成)。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括制导系统、导航与控制(GNC)系统(包含稳定及姿态控制)或其组合。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于管理卫星子系统及外部接口的构件。在一些实施例中，所述用于管理卫星子系统及外部接口的构件是经由基于计算机的航天器管理系统(VMS)。在一些实施例中，所述VMS自主地操作、从地面控制站远程地被操作或为此两者的组合。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于给卫星供应动力的构件。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括动力管理与分配系统。在一些实施例中，所述用于给卫星供应动力的构件为任何适合动力供应机构。动力供应机构的实例包含但不限于太阳能面板、热蓄电池、燃料电池、核反应堆或其组合。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于推进的构件。在一些实施例中，所述用于推进的构件为任何适合推进机构。推进机构的实例包含但不限于化学火箭发动机、核火箭发动机、冷气火箭发动机或电火箭发动机。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括一用于通信的构件。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括多个用于通信的构件。在一些实施例中，所述用于通信的构件包括用于接收通信及发射通信的至少一个天线。在一些实施例中，经由无线电波、微波、光学频率或其组合来接收及/或发射通信。在一些实施例中，无线电为物理无线电。在一些实施例中，无线电为软件无线电。在一些实施例中，所述用于通信的构件进一步包括能够加密通信的计算机模块。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括外部导航传感器。外部传感器的实例包含但不限于雷达、激光雷达(LIDAR)、GPS、光学传感器(例如，太阳传感器、星传感器、地球传感器)、光学追踪器或其组合。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括环境调节。如本文中所使用，“环境调节”意指用于使卫星不变得太热或太冷的系统。环境调节系统的实例包含但不限于加热器、反射器、热管、辐射体或其组合。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于附接到空间碎片的降低轨道模块。在一些实施例中，所述卫星包括用于将降低轨道模块附接到不稳定空间碎片的构件。在一些实施例中，经由使用机器人臂或通过机械闩锁将降低轨道模块附接到不稳定空间碎片。在一些实施例中，通过在对接之后以机械方式转移火箭包将降低轨道模块附接到不稳定空间碎片。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于收集不稳定空间碎片的构件。在一些实施例中，所述用于收集碎片的构件为机器人臂。在一些实施例中，所述用于收集碎片的构件为铲起碎片的袋。在一些实施例中，所述用于收集碎片的构件为网。在一些实施例中，所述用于收集碎片的构件为磁性吸引并接着闩锁到不稳定空间碎片的含铁金属元件的磁性诱捕器。在一些实施例中，所述卫星进一步包括用于储存不稳定空间碎片的构件。在一些 实施例中，所述用于储存不稳定空间碎片的构件为附接到卫星的袋。在一些实施例中，所述用于储存不稳定空间碎片的构件为附接到卫星的箱。在一些实施例中，所述用于储存不稳定空间碎片的构件为附接到卫星的拖绳。在一些实施例中，经由磁性吸引、挂钩的使用、夹具的使用、鱼叉的使用或其组合将空间碎片附接到拖绳。尺立在一些实施例中，使不稳定空间碎片稳定所需的气体的总体积与不稳定空间碎片的总惯性矩成正比。在某些实例中，使大型空间碎片稳定所需的气体或液体的体积显著大于使小型空间碎片稳定所需的气体或液体的体积。因此，在一些实施例中，所述卫星经定大小以使预期到的空间碎片的最大主体稳定。或者，在一些实施例中，所述卫星可缩放且制作成各种总体大小。可操纵件在一些实施例中，本文中所揭示的卫星与不稳定空间碎片交会。在某一实施例中，本文中所揭示的卫星操纵以通过将其轨道改变为平行于不稳定空间碎片的质心的速度向量而与不稳定空间碎片交会。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星对自身进行操纵使得(a)其可接近三个相互正交轴(例如，借助一个或一个以上可展开臂或者借助一个或一个以上卫星)，且(b)其维持在“阻入空间”体积外部的位置。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星通过围绕不稳定空间碎片操纵以(a)勘查碎片(例如，确定碎片的条件)及(b)识别潜在目标点来进行接近操作。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星将接着进行站位保持操作以在分析不稳定空间碎片的运动时维持适当位置。[参见图4]。在一些实施例中，卫星喷出气体对卫星赋予力(例如，线性(即，推力)或扭矩(即，旋转))。在一些实施例中，所述力远离不稳定空间碎片推进卫星或使卫星旋转。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星参考不稳定空间碎片的相互正交X、Y及Z轴来维持其定向。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星具有主动控制系统。在一些实施例中，所述主动控制系统包括反作用控制系统(RCS)、控制力矩陀螺仪(CMG)、用于姿态控制的磁性扭矩转换器或其组合。在一些实施例中，所述主动控制系统经定大小以执行站位保持且维持足以抵抗气体冲击系统在其正操作时对卫星赋予的力的姿态。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星进一步包括主发动机及轨道操纵系统或推力器。璧在某些实例中，为了使沿所有三个轴均不稳定的不稳定空间碎片稳定，在相互正交轴中的每一者上或附近必须存在至少一个“目标点”。为了接近目标点中的每一者，喷出气体羽流所经由的开口必须经定向使得气体羽流将撞击目标点，但维持在阻入空间外部。在一些实施例中，通过使用至少一个可操纵臂将喷出气体射流所经由的开口操纵到适当位置中。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括至少两个臂。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括三个臂。在一些实施例中，以机械方式铰接每一臂。在一些实施例中，每一以机械方式铰接的臂为柔性而非刚性的。运动分析 在一些实施例中，卫星分析不稳定空间碎片的运动。在一些实施例中，经由使用激光追踪系统来分析碎片的运动。在一些实施例中，所述卫星包括用于激光追踪的构件。激光追踪系统(或激光雷达-LIDAR)由可将短的低功率激光脉冲发射到空间碎片处的激光发射器及可检测经反射激光脉冲并测量经反射激光脉冲的(抵达)时间及方向的接收器组成。来自激光追踪系统的数据由计算机处理以产生碎片的三维虚拟模型，所述模型可用于分析以确定空间碎片及其组件的结构完整性以及位置与定向。所述激光追踪系统还可追踪空间碎片上的特定点并识别那些点的速度、方向及加速度。来自激光追踪系统的所述数据经计算机分析以作为产生及执行稳定计划的一部分来确定空间碎片的旋转轴、旋转速率、旋转动量及旋转方向。在一些实施例中，所述卫星分析不稳定空间碎片的运动。在一些实施例中，经由使用雷达(或其它射频)追踪系统来分析碎片的运动。在一些实施例中，卫星包括用于雷达追踪的构件。雷达(或其它射频)追踪系统由可将短的低功率电磁脉冲发射到空间碎片处的微波频率发射器及可检测经反射电磁脉冲并测量经反射脉冲的(抵达)时间及方向的接收器组成。来自雷达追踪系统的数据由计算机处理以产生碎片的三维虚拟模型，所述模型可用于分析以确定空间碎片及其组件的结构完整性以及位置与定向。所述雷达追踪系统还可追踪空间碎片上的特定点并识别那些点的速度、方向及加速度。来自雷达追踪系统的所述数据经计算机分析以作为产生及执行稳定计划的一部分来确定空间碎片的旋转轴、旋转速率、旋转动量及旋转方向。在一些实施例中，所述卫星分析不稳定空间碎片的运动。在一些实施例中，经由使用光学追踪系统来分析碎片的运动。在一些实施例中，卫星包括用于光学追踪的构件。光学追踪系统由收集周围经反射光(定义为被动光学系统)(接收器)或收集由光源产生的经反射光(定义为主动光学系统)(发射器)的一个或一个以上光学传感器组成。单个光学追踪传感器可追踪色彩差异、亮与暗图像、边缘，读取符号及文字，且可确定特定目标点的方向及二维运动。由一个以上传感器组成的光学追踪系统可另外使用双目视觉来确定到特定目标点的范围并确定三维运动。来自光学追踪系统的数据由计算机处理以产生碎片的三维虚拟模型，所述模型可用于分析以确定空间碎片及其组件的结构完整性以及位置与定向。所述光学追踪系统还可追踪空间碎片上的特定点并识别那些点的速度、方向及加速度。来自光学追踪系统的所述数据经计算机分析以作为产生及执行稳定计划的一部分来确定空间碎片的旋转轴、旋转速率、旋转动量及旋转方向。在一些实施例中，所述卫星分析不稳定空间碎片的运动。在一些实施例中，经由使用以下各项的组合来分析碎片的运动(a)激光追踪系统，(b)雷达(或其它射频)追踪系统，及/或(C)光学追踪系统。在一些实施例中，所述卫星包括用于(a)激光追踪、(b)雷达(或其它射频)追踪及/或(C)光学追踪的构件。簋在一些实施例中，本文中所揭示的卫星包括用于计算待施加到不稳定空间碎片的力的量、待施加到不稳定空间碎片的气体脉冲的数目及定时或其组合的构件。在一些实施例中，用于执行前述计算的构件为星载计算机模块。在一些实施例中，用于执行这些计算的构件为与卫星通信(如先前所描述)的基于地面的计算机模块。在一些实施例中，用于执行这些计算的构件为星载系统与基于地面的系统的组合。
可重用件大多数空间航天器经建造而在“寿命末期”(EOL)不可重复使用，这是由于为轨道上的空间航天器补给燃料及远程地对其进行维修的困难。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星为可重用的。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星为可维修的(即，可拆卸及替换若干组件)。在一些实施例中，本文中所揭示的卫星为可补给燃料的(操纵推进剂及冲击气体两者)。尽管已在本文中展示及描述了本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员将明了此些实施例仅作为实例提供。所属领域的技术人员现在将联想到许多变化、改变及替代形式，此并不背离本发明。应理解，可在实践本发明时采用本文中所描述的本发明实施例的各种替代方案。本发明的范围打算由以上权利要求书界定且由此涵盖在此权利要求书及其等效内容的范围内的方法及结构。实例实例I-经由气动冲击使不稳定空间碎片稳定的方法在介于600千米(km)与2，OOOkm高度之间的近地轨道(LEO)中存在数百个不起作用的火箭主体(r/b)及空间飞行器(s/c)，其将产生将增加LEO中的空间碎片总数的影响的可能性。为了减小碰撞的概率，做出每一年捕获及使这些火箭主体及空间飞行器中的数者降低轨道的决策。在所述高度带中勘查不起作用的空间飞行器及火箭主体之后，确定火箭主体I具有最高碰撞可能性且因此其具有最高降低轨道优先级。还确定，火箭主体I的姿态及定向为不稳定的，其展现沿三个轴旋转运动的特性且所述旋转运动在所有三个轴之间耦合使得所述旋转运动显现为随机的。在可捕获及使火箭主体I降低轨道之前，必须使其稳定。使用气动(羽流)冲击来使所述火箭主体稳定。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器执行与火箭主体I的交会。此交会通过使用主推进系统将气动(羽流)冲击稳定空间飞行器从其初始轨道推进到火箭主体I的轨道中来完成。随着气动(羽流)冲击稳定空间飞行器开始与火箭主体I交会，载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器追踪火箭主体I以测量其尺寸。在火箭主体I旋转时，其绕其质心扫过球体空间体积阻入空间”。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器通过从火箭主体I的质心维持大于火箭主体I在其绕其质心旋转时所扫过的球体空间体积的半径的至少一范围而保持在此“阻入空间”外部。接下来，气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器围绕火箭主体I操纵并进行对火箭主体I的扫描，从而确定火箭主体I的结构完整性并产生其三维图。气动(羽流)冲击系统计划器使用根据通过载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器对火箭主体I的扫描产生的信息作为输入以产生将不超过基于外部附加物(例如天线及太阳能面板)的结构完整性限制或在扫描期间识别的其它残余物结构限制的稳定计划。一旦确定火箭主体的条件，就表征线性运动，确定火箭主体I正绕其旋转的轴,并通过分析在勘查火箭主体I期间测量的数据来确定火箭主体I的旋转运动。气动(羽流)冲击系统计划器基于此数据产生碎片稳定计划。碎片稳定计划由垂直于碎片正绕其旋转的轴中的每一者的运动轴上的(至少)一个目标点组成。由于火箭主体I正绕所有三个旋转轴旋转，因此碎片稳定计划需要三个目标点。所述计划器还产生经设计以形成气动射流(羽流)序列的推力器激发序列，所述气动射流(羽流)序列将冲击于目标点上，从而将那些气动射流(羽流)的力转移到所述目标点，此在火箭主体I上产生与火箭主体I的旋转相反的扭矩。总推力器激发序列经设计以绕三个旋转轴中的至少两者将火箭主体I的旋转 运动减小到零。计划器还确定每一推力器激发的脉冲持续时间及力的变化。转移到每一目标点的力为每一气动射流(羽流)的力及羽流在目标点上的撞击角度的函数。由于火箭主体I正在旋转，因此每一目标点被暴露于气动射流(羽流)的时间及角度依据火箭主体I的旋转速率而变化。计划器还产生用于气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器制导、导航与控制系统的计划，所述计划将抵抗通过气动(羽流)冲击的激发而对气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力，使得气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器可执行站位保持以便维持其定向及到火箭主体I的距离。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器基于稳定计划而对自身进行定位并将气动(羽流)稳定系统喷嘴定向为瞄准目标点。气动冲击系统产生由气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器(二元推进剂基系统)所运载的燃料与氧化剂的燃烧所产生的汇流组成的气动射流(气体羽流)的脉冲。将这些脉冲引导于火箭主体I上的选定目标点处。每一脉冲经定时以在目标点垂直于气动射流(气体羽流)且气动射流(气体羽流)正切于旋转弧时撞击所述目标点。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器使用其制导、导航与控制系统以通过抵抗气动冲击系统对气动冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力而维持其位置及定向。在气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器正执行气动冲击计划时，其借助传感器追踪火箭主体以确定由气体羽流在目标点上的冲击产生的扭矩是否正如计划那样减小火箭主体的旋转能量及运动。气动(羽流)冲击系统计划器处理来自传感器的数据并使用所述反馈不断地监视及更新稳定计划。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器继续执行稳定计划以监视对火箭主体I的影响、处理反馈并更新稳定计划，直到沿选定旋转轴将旋转运动减小到零为止。实例2-使不稳定空间碎片稳定并捕获经稳定空间碎片的方法在介于600千米(km)与2，OOOkm高度之间的近地轨道(LEO)中存在数百个不起作用的火箭主体(r/b)及空间飞行器(s/c)，其将产生将增加LEO中的空间碎片总数的影响的可能性。为了减小碰撞的概率，做出每一年捕获及使这些火箭主体及空间飞行器中的数者降低轨道的决策。在所述高度带中勘查不起作用的空间飞行器及火箭主体之后，确定火箭主体2具有高碰撞可能性且因此其具有高降低轨道优先级。还确定，火箭主体2的姿态及定向为不稳定的，其展现沿三个轴旋转运动的特性且所述旋转运动在所有三个轴之间耦合使得所述旋转运动显现为随机的。必须使火箭主体2稳定并接着将其捕获以便使其降低轨道。使用气动(羽流)冲击来使火箭主体2稳定。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器将接着捕获火箭主体2并附加机械装置以使其降低轨道。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器执行与火箭主体2的交会。此交会通过使用主推进系统将气动(羽流)冲击稳定空间飞行器从其初始轨道推进到火箭主 体2的轨道中来完成。随着气动(羽流)冲击稳定空间飞行器开始与火箭主体2交会，载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器追踪火箭主体2以测量其尺寸。在火箭主体2旋转时，其 绕其质心扫过球体空间体积阻入空间”。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器通过从火箭主体2的质心维持大于火箭主体2在其绕其质心旋转时所扫过的球体空间体积的半径的至少一范围而保持在此“阻入空间”外部。接下来，气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器围绕火箭主体2操纵并进行对火箭主体2的扫描，从而确定火箭主体2的结构完整性、产生其三维图并识别火箭主体2上的其中可以机械方式捕获火箭主体2的在结构上为刚性的点。气动(羽流)冲击系统计划器使用根据通过载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器对火箭主体2的扫描产生的信息作为输入以产生将不超过基于外部附加物(例如天线及太阳能面板)的结构完整性限制或在扫描期间识别的其它残余物结构限制的稳定计划。—旦确定火箭主体的条件，就表征线性运动，确定火箭主体2正绕其旋转的轴，并通过分析在勘查火箭主体2期间测量的数据来确定火箭主体2的旋转运动。气动(羽流)冲击系统计划器基于此数据产生碎片稳定计划。碎片稳定计划由垂直于碎片正绕其旋转的轴中的每一者的运动轴上的(至少)一个目标点组成。由于火箭主体2正绕所有三个旋转轴旋转，因此碎片稳定计划需要三个目标点。所述计划器还产生经设计以形成气动射流(羽流)序列的推力器激发序列，所述气动射流(羽流)序列将冲击于目标点上，从而将那些气动射流(羽流)的力转移到所述目标点，此在火箭主体2上产生与火箭主体2的旋转相反的扭矩。总推力器激发序列经设计以绕三个旋转轴中的至少两者将火箭主体2的旋转运动减小到零。计划器还确定每一推力器激发的脉冲持续时间及力的变化。转移到每一目标点的力为每一气动射流(羽流)的力及羽流在目标点上的撞击角度的函数。由于火箭主体2正在旋转，因此每一目标点被暴露于气动射流(羽流)的时间及角度依据火箭主体2的旋转速率而变化。计划器还产生用于气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器制导、导航与控制系统的计划，所述计划将抵抗通过气动(羽流)冲击的激发而对气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力，使得气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器可执行姿态保持以便维持其定向及到火箭主体2的距离。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器基于稳定计划而对自身进行定位并将气动(羽流)稳定系统喷嘴定向为瞄准目标点。气动冲击系统产生由气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器(二元推进剂基系统)所运载的燃料与氧化剂的燃烧所产生的汇流组成的气动射流(气体羽流)的脉冲。将这些脉冲引导于火箭主体2上的选定目标点处。每一脉冲经定时以在目标点垂直于气动射流(气体羽流)且气动射流(气体羽流)正切于旋转弧时撞击所述目标点。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器使用其制导、导航与控制系统以通过抵抗气动冲击系统对气动冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力而维持其位置及定向。在气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器正执行气动冲击计划时，其借助传感器追踪火箭主体以确定由气体羽流在目标点上的冲击产生的扭矩是否正如计划那样减小火箭主体的旋转能量及运动。气动(羽流)冲击系统计划器处理来自传感器的数据并使用所述反馈不断地监视及更新稳定计划。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器继续执行稳定计划以监视对火箭主体2的影响、处理反馈并更新稳定计划，直到沿选定旋转轴将旋转运动减小到零为止。一旦气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器通过消除沿三个运动轴中的至少两者的旋转运动而使火箭主体2的旋转运动稳定，其就继续进行以通过以机械方式闩锁到 主推进系统推力喷嘴上来捕获火箭主体2。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器操纵到与推力喷嘴对准且具有充足间隔以确保末端执行器绕过推力喷嘴的位置。使用气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器推力器，稳定空间飞行器缓慢地合拢稳定空间飞行器与火箭主体2之间的范围，从而维持与火箭主体2推力喷嘴的对准。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器推力器还匹配未在稳定过程期间消除的任何火箭主体2残余旋转速率。合拢速率经控制使得撞击力将不损坏任一空间飞行器或将引起将迫使空间飞行器之间的分离的反弹力。具有经铰接末端执行器的四个经铰接臂经定位使得一个末端执行器在推力锥外部且一个末端执行器在推力锥内部。在接触之后，所述末端执行器经啮合以捕获火箭主体2。一旦完成捕获，气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器就释放降低轨道模块且移动以使自身与火箭主体2分离。一旦稳定空间飞行器与火箭主体2之间充足大，就激活降低轨道模块且其对火箭主体2赋予充足力以产生火箭主体2的线性减速，此将致使其降低高度且最终降低轨道。实例3-使不稳定空间碎片稳定并更改经稳定空间碎片的轨道路径的方法在介于600千米(km)与2，OOOkm高度之间的近地轨道(LEO)中存在数百个不起作用的火箭主体(r/b)及空间飞行器(s/c)，其将产生将增加LEO中的空间碎片总数的影响的可能性。为了减小碰撞的概率，做出每一年捕获及使这些火箭主体及空间飞行器中的数者降低轨道的决策。在所述高度带中勘查不起作用的空间飞行器及火箭主体之后，确定空间飞行器I具有高碰撞可能性且因此其具有高降低轨道优先级。还确定，空间飞行器I的姿态及定向为不稳定的，其展现沿三个轴旋转运动的特性且所述旋转运动在所有三个轴之间耦合使得所述旋转运动显现为随机的。必须使空间飞行器I稳定并接着将其捕获以便使其降低轨道。使用气动(羽流)冲击来使空间飞行器I稳定。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器将接着更改空间飞行器I的轨道以使其降低轨道。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器执行与空间飞行器I的交会。此交会通过使用主推进系统将气动(羽流)冲击稳定空间飞行器从其初始轨道推进到空间飞行器I的轨道中来完成。随着气动(羽流)冲击稳定空间飞行器开始与空间飞行器I交会，载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器追踪空间飞行器I以测量其尺寸。在空间飞行器I旋转时，其绕其质心扫过球体空间体积-“阻入空间”。气动(羽流)冲击稳定空间飞行器通过从空间飞行器I的质心维持大于空间飞行器I在其绕其质心旋转时所扫过的球体空间体积的半径的至少一范围而保持在此“阻入空间”外部。接下来，气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器围绕空间飞行器I操纵并进行对空间飞行器I的扫描，从而确定空间飞行器I的结构完整性并产生其三维图。气动(羽流)冲击系统计划器使用根据通过载在气动(羽流)冲击稳定空间飞行器上的传感器对空间飞行器I的扫描产生的信息作为输入以产生将不超过基于外部附加物(例如天线及太阳能面板)的结构完整性限制或在扫描期间识别的其它残余物结构限制的稳定计划。一旦确定火箭主体的条件，就表征线性运动，确定空间飞行器I正绕其旋转的轴，并通过分析在勘查空间飞行器I期间测量的数据来确定空间飞行器I的旋转运动。气动(羽流)冲击系统计划器基于此数据产生碎片稳定计划。碎片稳定计划由垂直于碎片正绕其旋转的轴中的每一者的运动轴上的(至少)一个目标点组成。由于空间飞行器I正绕所有三个旋转轴旋转，因此碎片稳定计划需要三个目标点。所述计划器还产生经设计以形成气动射流(羽流)序列的推力器激发序列，所述气动射流(羽流)序列将冲击于目标点上，从而将那些气动射流(羽流)的力转移到所述目标点，此在空间飞行器I上产生与空间飞 行器I的旋转相反的扭矩。总推力器激发序列经设计以绕三个旋转轴中的至少两者将空间飞行器I的旋转运动减小到零(或减小到大致零)。计划器还确定每一推力器激发的脉冲持续时间及力的变化。转移到每一目标点的力为每一气动射流(羽流)的力及羽流在目标点上的撞击角度的函数。由于空间飞行器I正在旋转，因此每一目标点被暴露于气动射流(羽流)的时间及角度依据空间飞行器I的旋转速率而变化。计划器还产生用于气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器制导、导航与控制系统的计划，所述计划将抵抗通过气动(羽流)冲击的激发而对气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力，使得气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器可执行姿态保持以便维持其定向及到空间飞行器I的距离。另外，由于气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器将使用其气动(羽流)稳定系统来更改空间飞行器I的轨道路径，因此稳定计划经产生使得一旦空间飞行器I经稳定，就借助与空间飞行器I的速度向量对准且位于空间飞行器的前导侧上的结构元件(在此情况下，为主推进系统推力喷嘴)来定向空间飞行器I。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器基于稳定计划而对自身进行定位并将气动(羽流)稳定系统喷嘴定向为瞄准目标点。气动冲击系统产生由气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器(二元推进剂基系统)所运载的燃料与氧化剂的燃烧所产生的汇流组成的气动射流(气体羽流)的脉冲。将这些脉冲引导于空间飞行器I上的选定目标点处。每一脉冲经定时以在目标点垂直于气动射流(气体羽流)且气动射流(气体羽流)正切于旋转弧时撞击所述目标点。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器使用其制导、导航与控制系统以通过抵抗气动冲击系统对气动冲击轨道碎片稳定空间飞行器所赋予的力而维持其位置及定向。在气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器正执行气动冲击计划时，其借助传感器追踪火箭主体以确定由气体羽流在目标点上的冲击产生的扭矩是否正如计划那样减小火箭主体的旋转能量及运动。气动(羽流)冲击系统计划器处理来自传感器的数据并使用所述反馈不断地监视及更新稳定计划。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器继续执行稳定计划以监视对空间飞行器I的影响、处理反馈并更新稳定计划，直到沿选定旋转轴将旋转运动减小到零为止。稳定计划经执行以便借助与空间飞行器I的速度向量对准的主推进系统推力喷嘴来定向空间飞行器I。主推进系统推力喷嘴为气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器将用来使用气动冲击与空间飞行器I的速度向量的方向相反地赋予力的目标点-此力足以减小空间飞行器I的速度向量的量值使得空间飞行器I将降低轨道。气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器操纵到与空间飞行器I的速度向量对准的位置。使用气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器推力器，稳定空间飞行器激发以空间飞行器I的主推进系统推力喷嘴为目标的连续气体射流(羽流)。一旦空间飞行器I的速度经充分减速以确保空间飞行器I的降低轨道，气体射流(羽流)就切断。在稳定空间飞行器的推力器的激发期间，气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器使用其内部GNC及RCS系统来维持其相对于空间飞行器I的位置。在空间飞行器I的轨道参数经充分更改以使空间飞行器I降低轨道之后，使用气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的内部GNC及RCS系统来使气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的轨道稳定使得其不随着空间飞行器I降低轨道。 实例4-使用电磁场使不稳定空间碎片稳定的方法在介于600千米(km)与2，OOOkm高度之间的近地轨道(LEO)中存在数百个不起作用的火箭主体(r/b)及空间飞行器(s/c)，其将产生将增加LEO中的空间碎片总数的影响的可能性。为了减小碰撞的概率，做出每一年捕获及使这些火箭主体及空间飞行器中的数者降低轨道的决策。在所述高度带中勘查不起作用的空间飞行器及火箭主体之后，确定火箭主体3具有高碰撞可能性且因此其具有高降低轨道优先级。还确定，火箭主体3的姿态及定向为不稳定的，其展现沿三个轴旋转运动的特性且所述旋转运动在所有三个轴之间耦合使得所述旋转运动显现为随机的。必须使火箭主体3稳定并接着将其捕获以便使其降低轨道。轨道碎片稳定空间飞行器将使用电磁场来使火箭主体3稳定。所述轨道碎片稳定空间飞行器将接着捕获火箭主体3并附加机械装置以使其降低轨道。轨道碎片稳定空间飞行器执行与火箭主体3的交会。此交会通过使用主推进系统将轨道碎片稳定空间飞行器从其初始轨道推进到火箭主体3的轨道中来完成。随着轨道碎片稳定空间飞行器开始与火箭主体3交会，载在轨道碎片稳定空间飞行器上的传感器追踪火箭主体3以测量其尺寸。在火箭主体3旋转时，其绕其质心扫过球体空间体积阻入空间”。轨道碎片稳定空间飞行器通过从火箭主体3的质心维持大于火箭主体3在其绕其质心旋转时所扫过的球体空间体积的半径的至少一范围而保持在此“阻入空间”外部。接下来，轨道碎片稳定空间飞行器围绕火箭主体3操纵并进行对火箭主体3的扫描，从而确定火箭主体3的结构完整性以确定其是否具有充足结构完整性来经受电磁稳定、是否存在充足导电材料来支持电磁稳定，并通过分析在对勘查火箭主体3期间测量的数据来确定火箭主体3的旋转运动。轨道碎片稳定空间飞行器对自身进行定位并使其天线朝向火箭主体3定向使得火箭主体3将在由轨道碎片稳定空间飞行器产生的电磁场内旋转。轨道碎片稳定空间飞行器给电磁场轨道碎片稳定系统供电，从而产生电磁场，所述电磁场包围火箭主体3且在为火箭主体3的一部分的导电材料上或导电材料内产生电流(“涡电流”)。随着火箭主体3继续在正由轨道碎片稳定空间飞行器产生的电磁场内旋转，为火箭主体3的一部分的导电材料上或导电材料内的电流(“涡电流”)与自然发生的行星磁场交互作用。通过此交互作用产生的力试图使为火箭主体3的一部分的导电材料上或导电材料内的电流(“涡电流”)与自然发生的行星磁场对准。随着火箭主体3的旋转通过涡电流与自然发生的行星磁场之间的力而开始减弱，为火箭主体3的一部分的导电材料上或导电材料内的电流(“涡电流”)趋向于弱化。最终，绕三个轴中的至少两者的旋转速率减小到零(或减小到大致零)，且火箭主体3经稳定。一旦轨道碎片稳定空间飞行器通过消除沿三个运动轴中的至少两者的旋转运动而使火箭主体3的旋转运动稳定，其就继续进行以通过以机械方式闩锁到主推进系统推力喷嘴上来捕获火箭主体3。轨道碎片稳定空间飞行器操纵到与推力喷嘴对准且具有充足间隔以确保末端执行器绕过推力喷嘴的位置。使用轨道碎片稳定空间飞行器推力器，稳定空间飞行器缓慢地合拢轨道碎片稳定空间飞行器与火箭主体3之间的范围，从而维持与火箭主体3推力喷嘴的对准。轨道碎片稳定空间飞行器推力器还匹配未在稳定过程期间消除的任何火箭主体3残余旋转速率。合拢速率经控制使得撞击力将不损坏任一空间飞行器或将引起将迫使空间飞行器之间的分离的反弹力。具有经铰接末端执行器的四个经铰接臂经定 位使得一个末端执行器在推力锥外部且一个末端执行器在推力锥内部。在接触之后，所述末端执行器经啮合以捕获火箭主体3。一旦完成捕获，轨道碎片稳定空间飞行器就释放降低轨道模块且移动以使自身与火箭主体3分离。一旦轨道碎片稳定空间飞行器与火箭主体3之间充足大，就激活降低轨道模块且其对火箭主体3赋予充足力以产生火箭主体3的线性减速，此将致使其降低高度且最终降低轨道。实例5-经由计算机樽拟讲行的测试与检验在运行系统中实施之前经由计算机模拟来实现气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的测试与检验。此相同类型的计算机模拟也可用作实际任务的计划过程的一部分以在实施之前检验稳定计划并检验羽流冲击过程的预期影响匹配所模拟计划。计算机模拟将需要气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的虚拟模型、对不稳定空间碎片赋予力的方法的基于物理学的算法、不稳定空间碎片的虚拟模型(包含旋转运动的规格及轨道参数)以及空间环境的模拟(包含重力以及不稳定空间碎片及气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器将经受的其它外力及压力)。使用计算机模拟来测试及检验全系统性能、每一子系统的性能，模拟不稳定空间碎片的运动，模拟对不稳定空间碎片赋予力的影响以及所有其它任务阶段。实例6-经由物理樽拟讲行的测试与检验经由现场(或物理)方法来实现气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的测试与检验以检验计算机(或虚拟)模拟的适合性及性能。在地面上进行现场(或物理)测试。以二维及三维进行现场(或物理)测试。在NASA处可获得的大型“空气轴承底板”上进行二维现场(或物理)测试。“空气轴承底板”模拟零阻力二维表面，所述零阻力二维表面通过以下操作模拟空间中的物体在两个维度(笛卡尔坐标系统的X轴与I轴)上的运动将不稳定空间碎片及气动(羽流)冲击轨道碎片稳定空间飞行器的物理模型安装于底部平坦的长橇上，接着所述长橇在从测试设施的底板注入的空气的薄垫上行驶。使用此系统，测试并检验两个维度上的系统性能且重现摆动、纵倾及摇动。在检验两个维度上的系统性能之后，将模拟在数学上扩展成三个维度。使用类似测试设施外加具有机械臂的“架空龙门架”来进行三维现场(或物理) 测试，所述机械臂可动态地模拟相对于地面上的固定物体或“空气轴承底板”上的可移动物体的运动。此类型的现场模拟环境可重现8个自由度，包含桥接、吊运、收敛、挑起、延伸、摆动、摇动及纵倾，从而允许对使不稳定空间碎片稳定的此方法的完整测试及开发。
权利要求
1.一种使不稳定空间碎片稳定的方法，其包括在所述不稳定空间碎片上的目标点处向所述不稳定空间碎片施加力，从而产生经稳定空间碎片； 其中通过借助由邻近卫星施加的气体羽流对所述不稳定空间碎片的气动冲击来产生所述力；且 其中所述力足以在所述不稳定空间碎片上产生将阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的扭矩。
2.根据权利要求I所述的方法，其中正施加到所述不稳定空间碎片的力的量为以下各项的函数所述不稳定空间碎片的运动、所述不稳定空间碎片的质心的状态向量、所述不稳定空间碎片的相互正交旋转轴、所述不稳定空间碎片的惯性矩、所述不稳定空间碎片的所述旋转动量、所述不稳定空间碎片的所述目标点，或其任何组合。
3.根据权利要求I所述的方法，其中正施加的力的所述量不损坏所述目标点。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述目标点位于以所述质心为中心的三个相互正交旋转轴中的每一者上或附近。
5.根据权利要求I所述的方法，其中每一目标点(a)位于以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的每一者上或附近，及(b)在结构上为足够刚性以吸收所述力而不受损害。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述不稳定空间碎片上的所述目标点为以下各项的函数所述质心、所述质心的速度向量的方向与量值、所述惯性矩及绕所述不稳定空间碎片的主体的所述相互正交旋转轴的所述旋转动量，或其任何组合。
7.根据权利要求I所述的方法，其中使以所述质心为中心的所述三个相互正交旋转轴中的一者稳定所需的所述气体羽流的脉冲的数目与使另两个旋转轴稳定所需的气体的脉冲的数目无关。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体羽流包括选自以下各项的气体氮气；氣气；氩气；氖气；来自氧化剂与推进剂的化学燃烧的高速残余汇流；来自单元推进剂依靠催化剂的放热化学分解的高速残余汇流；氢气；氦气；或其组合。
9.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体羽流从选自以下各项的喷嘴发出扩散喷嘴、收缩喷嘴及准直喷嘴。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体羽流从邻近于至少一个目标点的喷嘴发出。
11.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体羽流从邻近于所述不稳定空间碎片的所述旋转轴中的一者的喷嘴发出。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述气体羽流从存在于可以机械方式展开的臂上的喷嘴发出。
13.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括捕获所述经稳定空间碎片。
14.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括改变所述经稳定空间碎片的轨道参数。
15.一种用于使不稳定空间碎片稳定的卫星，其包括(a)用于所述卫星的操作的日常系统及子系统，及(b)用于产生并引导足以阻尼绕所述不稳定空间碎片的旋转轴中的一者或一者以上的旋转动量的气体羽流的构件。
16.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括主动控制系统，所述主动控制系统用于在接近操作期间及在使用气体冲击系统使所述不稳定空间碎片稳定或改变所述不稳定空间碎片的轨道参数时维持所述卫星的位置及姿态。
17.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括用于分析所述不稳定空间碎片的运动的构件。
18.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括激光追踪系统、雷达(或其它射频)追足示系统、光学追Ife系统，或其组合。
19.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括激光或雷达追踪系统及光学追踪系统。
20.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括用于计算所述气体羽流的脉冲的强度以及待施加到所述不稳定空间碎片的所述气体羽流的所述脉冲的数目、持续时间及定时的构件。
21.根据权利要求15所述的卫星，其进一步包括经维护及补给燃料使得所述卫星可使多件空间碎片稳定、捕获多件空间碎片或改变多件空间碎片的轨道而不必降低自身轨道或不必向空间中发射新卫星的构件。
22.一种通过根据权利要求I所述的方法来稳定的空间碎片。
23.一种通过根据权利要求13所述的方法来捕获的空间碎片。
全文摘要
在某些实施例中，本文揭示一种更改不稳定空间碎片的稳定性的方法。在一些实施例中，所述方法进一步包括改变所述不稳定空间碎片的轨道。
文档编号B64G1/10GK102781781SQ201080052897
公开日2012年11月14日 申请日期2010年11月22日 优先权日2009年11月25日
发明者丹尼斯·普罗斯 申请人:普罗斯空气空间公司