一种用于被动离轨的充气增阻球的制作方法

本发明属于近地轨道离轨技术领域，具体涉及一种用于被动离轨的充气增阻球。

背景技术：

当前针对于近地轨道的离轨手段及所存在的问题如下：

（1）空间拖船追赶抓捕移除技术，这类技术较成熟，可操控性高，但可重复使用性较差，移除成本较高，约2700万美元/个；

（2）绳系离轨技术，航天器带着系绳一起沿轨道运动，系绳不断切割地球磁场而在系绳两端产生电动势，因而受到地磁场的阻力离轨再入大气。其缺点是系绳易被空间碎片切断，也增加了和其他航天器发生碰撞的危险性，并且对一些极地轨道卫星效果有限；

（3）制动帆离轨技术，在卫星上通过支撑桅杆伸展薄膜形成帆，增加处于速度方向的卫星截面积，从而增加大气阻力，迫使卫星离轨，这种离轨方法需要准确的姿态控制，离轨效率不稳定；

（4）膨胀泡沫增阻技术，静电力增阻技术，粉尘增阻技术，主要针对小型碎片，通过向碎片喷射泡沫或等离子或粉尘等，增大碎片的面质比，增加碎片的大气阻力，但是技术尚不成熟，且存留的微粒云雾可能会影响正常运行的航天器。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决近地轨道的离轨问题，提供了一种用于被动离轨的充气增阻球，其技术方案如下：

一种用于被动离轨的充气增阻球，它包含球皮和设置在球皮上的充放气接口，球皮采用厚度小于或等于5μm的聚酰亚胺薄膜材料。

采用这种材料的球体排净气体后的折叠体积极小，充气展开后的整体密度极小，可以折叠收拢在很小的空间内运载，在接近真空环境的近地轨道上充入极少量的气体就能膨胀展开并保持一定气动外形，展开后可以收集利用微弱的空气阻力和太阳光压，降低空间碎片的运行速度，从而降低其飞行高度直至进入大气焚毁；排净气体并折叠的充气增阻球可以封装在一个立方体盒子内，立方体盒子的一个端面设置为铰接盒盖，铰接盒盖通过火工品螺栓锁定；如果固定在其它卫星上使用，可以在所述其它卫星上设置充气控制系统，等到所述其它卫星报废后，充气控制系统控制火工品螺栓爆开，球体充气展开，目前充气控制系统技术成熟，可以直接利用现有技术，比如超过一周或其他规定时间没有讯号传入时，即收不到心跳指令，则认定卫星失效，充气控制系统激发火工品螺栓爆开，从而使铰接盒盖展开，然后充气控制系统再打开气瓶缓慢充气展开增阻球，开始离轨；或者在立方体盒子内集成充气控制系统，构成一个完整功能的离轨立方体卫星，实现模块化，在盒子的外表面涂胶，便可以采用卫星或其它飞行器搭载多个所述完整功能的盒子，追赶抵近空间碎片之后将模块通过机械臂等粘附在空间碎片上，充气控制系统便可以开始工作；所述胶可以采用cliftone胶粘剂，音译为克雷弗顿胶粘剂,由上海国际医药公司从美国购得，空间环境适应性良好,将胶黏剂均匀涂抹至粘附面，涂抹厚度1mm，48小时后固化，显现软弹性，类似于橡胶，接触金属后可立即粘附，简单易用；4m直径的充气增阻球，球皮采用厚度5μm的超薄聚酰亚胺薄膜，其质量不到400g；由于充气量小，充气控制系统的质量不到250g；立方体盒子采用碳纤维材料，质量不到150g；预留质量200g，总质量可以控制在1000g以内，并且总体积即立方体盒子的体积不大于1立方分米，非常容易运载；还可以在剩余空间安装摄像头、gps等可选设备；直径4米的增阻球，可以使600km轨道高度的120kg的空间碎片一年内离轨焚毁，或者1700kg的空间碎片25年离轨焚毁，满足国际离轨年限要求；可以根据轨道高度、碎片质量和离轨年限计算出需要的卫星模块参数。

下表是根据空间碎片现状计算出的常用参数：

充气控制系统一般采用氮气为充气气体，氮气的来源可以有两种，一种是携带高压气瓶，另一种是通过化学反应产生，利用现有技术均容易实现自动控制。

球皮由多块经线方向的裁片热合粘接成型；以1.8m直径球体为例，采用厚度为5μm的聚酰亚胺薄膜制作，由12块经线方向的裁片粘接为球皮。

裁剪机裁出裁片后，通过喷涂有fep涂层的聚酰亚胺薄膜作为连接片来热合粘接，聚酰亚胺薄膜作为连接片具有经线增强的效果，类似于灯笼内部的加筋，可以增强球体在近地轨道受微小大气阻力的维型能力；裁片连接部位增重低于15g/m²。

一种制造上述充气增阻球的方法，能实现裁片连接部位增重极小，低于15g/m²，并能保证强度，它包含以下步骤：

一、取宽度为4-10mm的连接片，利用喷枪在连接片的一侧表面喷涂fep溶液，fep即氟化乙烯丙烯共聚物，其中六氟丙烯的含量为10-20%，喷涂厚度为3-10μm；连接片的厚度与裁片相同；

二、将喷涂fep溶液的连接片分三阶段加热，先在预热至150℃的环境中加热2-3min，然后在5min内升温至230℃再加热2-3min，最后在5min内升温至330℃再加热2-3min；

三、将两片裁片对接于加热后的连接片的喷涂fep溶液的表面上，再进行热压连接，热压温度为300-350℃，热压压力为20-100kpa，热压时间为10-30s。

本发明的有益效果为：创造性的提出利用在地面上没有应用价值的超薄超大的球体在近地轨道展开发挥增阻作用，具有良好的应用价值；充气增阻球的重量极轻，收拢体积极小，运载方便，易于模块化使用，能利用微弱的空气阻力和太阳光压离轨，无需消耗额外能量，不需要姿态控制全向增阻。

附图说明：

图1是充气增阻球的示意图；

图2是裁片连接的示意图；

图3是裁片上设置增强条的示意图。

具体实施方式：

参照图1至图3，一种用于被动离轨的充气增阻球，它包含球皮和设置在球皮上的充放气接口，球皮采用厚度小于或等于5μm的聚酰亚胺薄膜材料。

采用这种材料的球体排净气体后的折叠体积极小，充气展开后的整体密度极小，可以折叠收拢在很小的空间内运载，在接近真空环境的近地轨道上充入极少量的气体就能膨胀展开并保持一定气动外形，展开后可以收集利用微弱的空气阻力和太阳光压，降低空间碎片的运行速度，从而降低其飞行高度直至进入大气焚毁；排净气体并折叠的充气增阻球可以封装在一个立方体盒子内，立方体盒子的一个端面设置为铰接盒盖，铰接盒盖通过火工品螺栓锁定；如果固定在其它卫星上使用，可以在所述其它卫星上设置充气控制系统，等到所述其它卫星报废后，充气控制系统控制火工品螺栓爆开，球体充气展开，目前充气控制系统技术成熟，可以直接利用现有技术，比如超过一周或其他规定时间没有讯号传入时，即收不到心跳指令，则认定卫星失效，充气控制系统激发火工品螺栓爆开，从而使铰接盒盖展开，然后充气控制系统再打开气瓶缓慢充气展开增阻球，开始离轨；或者在立方体盒子内集成充气控制系统，构成一个完整功能的离轨立方体卫星，实现模块化，在盒子的外表面涂胶，便可以采用卫星或其它飞行器搭载多个所述完整功能的盒子，追赶抵近空间碎片之后将模块通过机械臂等粘附在空间碎片上，充气控制系统便可以开始工作；所述胶可以采用cliftone胶粘剂，音译为克雷弗顿胶粘剂,由上海国际医药公司从美国购得，空间环境适应性良好,将胶黏剂均匀涂抹至粘附面，涂抹厚度1mm，48小时后固化，显现软弹性，类似于橡胶，接触金属后可立即粘附，简单易用；4m直径的充气增阻球，球皮采用厚度5μm的超薄聚酰亚胺薄膜，其质量不到400g；由于充气量小，充气控制系统的质量不到250g；立方体盒子采用碳纤维材料，质量不到150g；预留质量200g，总质量可以控制在1000g以内，并且总体积即立方体盒子的体积不大于1立方分米，非常容易运载；还可以在剩余空间安装摄像头、gps等可选设备；直径4米的增阻球，可以使600km轨道高度的120kg的空间碎片一年内离轨焚毁，或者1700kg的空间碎片25年离轨焚毁，满足国际离轨年限要求；可以根据轨道高度、碎片质量和离轨年限计算出需要的卫星模块参数。

下表是根据空间碎片现状计算出的常用参数：

充气控制系统一般采用氮气为充气气体，氮气的来源可以有两种，一种是携带高压气瓶，另一种是通过化学反应产生，利用现有技术均容易实现自动控制。

球皮由多块经线方向的裁片1热合粘接成型；以1.8m直径球体为例，采用厚度为5μm的聚酰亚胺薄膜制作，由12块经线方向的裁片1粘接为球皮。

裁剪机裁出裁片1后，通过喷涂有fep涂层的聚酰亚胺薄膜作为连接片2来热合粘接，聚酰亚胺薄膜作为连接片2具有经线增强的效果，类似于灯笼内部的加筋，可以增强球体在近地轨道受微小大气阻力的维型能力；裁片1连接部位增重低于15g/m²。

一种制造上述充气增阻球的方法，能实现裁片1连接部位增重极小，低于15g/m²，并能保证强度，它包含以下步骤：

一、取宽度为4-10mm的连接片2，利用喷枪在连接片2的一侧表面喷涂fep溶液，fep即氟化乙烯丙烯共聚物，其中六氟丙烯的含量为10-20%，喷涂厚度为3-10μm；连接片2的厚度与裁片1相同；

二、将喷涂fep溶液的连接片2分三阶段加热，先在预热至150℃的环境中加热2-3min，然后在5min内升温至230℃再加热2-3min，最后在5min内升温至330℃再加热2-3min；

三、将两片裁片1对接于加热后的连接片2的喷涂fep溶液的表面上，再进行热压连接，热压温度为300-350℃，热压压力为20-100kpa，热压时间为10-30s。

优选的是，在球皮上设置有聚酰亚胺薄膜材料或碳纤维材料的增强条3，进一步提高在轨维型能力，增强条3可以是c型、t型或o型等任意形状，根据增强方向进行选择，增强条3与球皮热压连接。

进一步优选的是，增强条3避开充气增阻球折叠时的折线及连接片2设置，例如没有折叠线的单元为45×45mm的正方形，增强条3设置在45×45mm的正方形内。