航天器生活垃圾抛射器的制作方法

发明涉及一种航天器生活垃圾抛射器，属于航天技术领域。

背景技术：

载人航天器内的生活垃圾包括食物残渣，航天员的排泄物等。尤其是航天员的排泄物，即使已经收集在一个袋子里，后续的处理工作依然十分烦琐。通常，航天员的尿液要进行回收处理，以便重复使用。航天员大便的处理过程通常是压缩和烘干，然后装在一个罐子里，等待机会将这些罐子放在返回地球的货运飞船上，在返回途中让飞船释放到太空中，当通过地球大气层时任其自动燃烧。压缩和烘干需要大量的设备和一系列复杂的过程，不仅增加航天器的重量，也消耗时间和能源。即使压缩和烘干已经完成，一天天积累起来的“大便干”堆成一大堆，只能等货运飞船的到来才能彻底清除，否则航天员只能与大便堆为伍。

其实，如果将收集起来的大便直接扔到舱外，不仅可以避免压缩和烘干的麻烦，也避免了“大便干”堆积对航天员生活环境的影响。但这样做存在两个问题，一是打开舱门后航天器内部的空气将泄露，二是大便袋扔到太空中将成为一定轨道高度的太空垃圾，需要几年甚至十几年的时间才能进入大气层。这些垃圾在轨期间极易与航天器碰撞，导致航天器故障甚至毁灭。因此急需一种既不会使航天器内部气体外泄，又可以将大便以足够高的速度抛向地球的设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种航天器生活垃圾抛射器，能够顺利的将航天器内的生活垃圾抛向地球，又不会使航天器内部气体外泄。

本发明的航天器生活垃圾抛射器包括电机、气缸、活塞、从动齿轮、主动齿轮、螺杆、垃圾罐和齿轮架。垃圾罐一端封闭，另一端通过螺纹连接垃圾罐端盖。气缸为圆柱形结构，其出口端向内收缩。气缸的入口端位于航天器内部，并和位于航天器内的齿轮架连接；出口端位于航天器内壁与航天器外壁之间的空间内，用于安装垃圾罐。气缸外圆周与航天器内壁密封。气缸出口端的直径与垃圾罐带端盖侧的直径匹配，使垃圾罐能够紧密的安装在气缸上，以保证气缸出口端的密闭性，使气缸内的空气不会从出口端泄漏。气缸内装有活塞，螺杆的一端通过螺杆套固定在活塞端面的中心位置，另一端依次穿过从动齿轮和固定在齿轮架上的轴承，所述轴承将从动齿轮限位安装在齿轮架上。从动齿轮中心加工有与螺杆配合的内螺纹。从动齿轮与气缸入口端间的距离应保证当活塞后退至与从动齿轮的端面贴合的位置时，垃圾罐能够顺利从气缸入口端装入气缸内。与从动齿轮啮合的主动齿轮和电机同轴，电机带动主动齿轮转动；电机固定在航天器内壁上。气缸出口端穿过面向地球一方的航天器内壁，正对航天器外壁口，保证安装垃圾罐后垃圾罐的头部不会触及航天器外壁。

当需要抛射装有生活垃圾的垃圾罐时，将垃圾罐从气缸的入口端装入气缸后推至气缸的出口端并压紧，启动电机，使螺杆沿气缸轴线方向运动；螺杆带动活塞进入气缸并沿气缸轴线方向运动；由于舱内空气已经进入气缸，当活塞完全进入气缸后，气缸内的空气开始被压缩，并且随着空气体积的减小，气体对垃圾罐的压力逐步增大，当内部压力超过气缸壁端对垃圾罐的限制时，垃圾罐被快速抛射出去。

所述垃圾罐的头部为锥形，垃圾罐罐身部分与气缸的出口端配合。

有益效果：

(1)本发明能够将航天员的生活垃圾顺利的抛出舱外但又不会使航天器内部的气体大量泄露。

(2)与采用烘干和压缩机械相比，航天器生活垃圾抛射器造价低廉、重量体积小、结构简单、研制难度小，适合在任何载人航天器上使用。

(3)将垃圾罐头部加工为锥形，可减小垃圾罐抛射后的阻力。

(4)气缸外圆周的进气孔，可在活塞完全进入气缸后通过进气孔给气缸充气，以增大气缸内气的压力，提高垃圾罐的抛射速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-电机，2-从动齿轮，3-主动齿轮，4-齿轮架，5-螺杆，6-活塞，7-气缸，8-垃圾罐，9-航天器内壁，10-航天器外壁，11-航天器外壁口。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种航天器生活垃圾抛射器，如图1所示。采用该发射器可以将大便等生活垃圾以足够高的速度抛向地球，又不会使航天器内部气体外泄。

该航天器生活垃圾抛射器包括电机1、气缸7、活塞6、从动齿轮2、主动齿轮3、螺杆5、垃圾罐8和齿轮架4。其中垃圾罐8为子弹头形状，其一端封闭，另一端通过螺纹连接垃圾罐8端盖，内部用来盛放生活垃圾。

所述气缸7为圆柱形结构，其出口端向内收缩，外形似无底弹壳。气缸7的入口端位于航天器内部，与齿轮架4连接；出口端位于航天器内壁9与航天器外壁10之间的空间内，用于安装垃圾罐8。气缸7出口端的直径与垃圾罐8带端盖侧的直径匹配，使垃圾罐8能够紧密的安装在气缸7上，并能在一定推力的作用下从气缸7上脱离。气缸7内装有活塞6，螺杆5的一端通过螺杆5套固定在活塞6端面的中心位置，另一端依次穿过从动齿轮2和固定在齿轮架4上的轴承，所述轴承将从动齿轮2限位安装在齿轮架4上，从动齿轮2中心加工有与螺杆5配合的内螺纹。从动齿轮2与气缸7入口端端部的距离应保证当活塞6后退至与从动齿轮2贴合的位置时，垃圾罐8能够顺利从气缸7入口端装入气缸7内。与从动齿轮2啮合的主动齿轮3和电机1同轴，电机1带动主动齿轮3转动。电机1固定在航天器内壁9上。所述气缸7出口端穿过面向地球一方的航天器内壁9，正对航天器外壁口11，气缸7的外圆周与航天器内壁9密封，保证安装垃圾罐8后垃圾罐8的头部不会触及航天器外壁10。

该航天器生活垃圾抛射器的工作原理为：

该抛射器未使用时，活塞6位于与从动齿轮2贴合的位置时，航天器外壁口11关闭。当需要抛射生活垃圾时，将生活垃圾装入垃圾罐8内，并拧紧垃圾罐8端盖；然后将垃圾罐8从气缸7的入口端装入气缸7后推至气缸7的出口端并压紧，保证气缸7出口端密封。打开航天器外壁口11，由于气缸7外圆周与航天器内壁9密封，舱内的空气不会向太空外泄。启动电机1，电机1通过主动齿轮3带动从动齿轮2转动，从动齿轮2与螺杆5间通过螺纹配合，由于活塞6与气缸7内表面间的摩擦较大，限制螺杆5的转动，从而使螺杆5沿气缸7轴线方向运动。螺杆5带动活塞6进入气缸7并沿气缸7轴线方向运动。由于舱内空气已经进入气缸7，当活塞6完全进入气缸7后，气缸7内的空气开始被压缩，并且随着空气体积的减小，气体对垃圾罐8的压力逐步增大，当内部压力超过气缸7壁端对垃圾罐8的限制时，垃圾罐8被快速抛射出去，离开航天器，飞向地球。当垃圾罐8被抛射之后将航天器外壁口11关闭。

由于垃圾罐8具备一定的指向地球的初始速度，经过一段时间后垃圾罐8进入大气层并且被燃烧，因此不会形成太空垃圾。另外在垃圾罐8被抛出去之后由于活塞6仍在气缸7内，因此航天器内部气体不会外泄。

抛射距离与垃圾罐8安装在气缸7出口端的松紧程度密切相关，也与气缸7被活塞6封闭时内部气体的体积密切相关。因此要提高垃圾罐8的抛射速度就需要略增大垃圾罐8的尺寸，使其更紧地安装在气缸7上；或者在活塞6进入气缸7后通过位于航天器内部缸体上的一个进气孔给缸体充气以增加气缸7内气体的质量。

航天器飞行的太空尽管空气稀薄，但也不是纯粹没有空气，因此航天器在太空运行过程中将不可避免地与空气发生摩擦，使轨道高度缓慢下降。为了保证航天器的正常工作必须进行航天器的轨道保持，即在一段时间后利用自身携带的燃料为航天器升轨。由于航天器运动的方向与垃圾罐8运动的方向相反，而且在垃圾罐8质量一定的情况下，其被抛射的速度越快，航天器移动的速度也越快，由此可见航天器生活垃圾抛射器还可以起到提升航天器轨道高度的作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。