空间碎片抓捕装置的制作方法

本实用新型涉及航天技术领域，尤其涉及一种空间碎片抓捕装置。

背景技术：

随着人类空间活动越来越频繁，空间碎片不断产生，已经成为了空间污染的主要来源。为了保障航天安全，避免重要轨道(例如，地球同步轨道)被占用，有必要对空间碎片进行清理。

现有技术一般采用机械臂或者柔性飞网对空间碎片进行抓捕。利用机械臂抓捕时，机械臂连接在主星上，到达预订轨道后机械臂伸出抓捕目标碎片，使目标碎片与机械臂和主星形成一个整体，随主星移动。利用柔性飞网抓捕时，柔性飞网安装在卫星平台上，通过卫星平台向目标碎片方向发射柔性飞网，将整个目标碎片包裹起来。

实用新型人发现现有技术至少存在以下问题：机械臂抓捕过程中，主星与目标碎片之间可能出现较强的动力学问题，主星的姿态控制难度较大。柔性飞网抓捕高速旋转且带有复杂外伸结构的目标时，会产生复杂的动力学问题，带动主星旋转甚至失效。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种空间碎片抓捕装置。具体技术方案如下：

一种空间碎片抓捕装置，所述装置包括抓捕机构，所述抓捕机构包括：基板、柔性腕足；多个所述柔性腕足连接在所述基板上，所述柔性腕足为形状记忆合金材质，所述柔性腕足被设置为加热后沿弧形伸出，且所述柔性腕足的延伸方向指向所述基板的轴线方向，用于包裹目标碎片。

在一种可能的设计中，多个所述柔性腕足沿周向均匀分布在所述基板上。

在一种可能的设计中，所述柔性腕足的表面包覆有硅橡胶。

在一种可能的设计中，所述装置还包括：运载机构和伸缩机构，所述伸缩机构的一端与所述运载机构连接，另一端与所述基板连接；所述运载机构，用于实现姿态同步；所述伸缩机构，用于将抓捕机构送至抓捕位置。

在一种可能的设计中，所述伸缩机构的一端插入并限位于所述运载机构内，且可转动设置。

在一种可能的设计中，所述装置还包括：同步转盘，所述同步转盘可转动地连接在所述运载机构的一侧面上，所述同步转盘套装在所述伸缩机构上带动所述伸缩机构转动。

在一种可能的设计中，所述装置还包括用于消旋的磁力矩器

本实用新型技术方案的主要优点如下：

本实用新型的空间碎片抓捕装置，柔性腕足受热后按照设计的方式弯曲变形伸长，柔性的包裹住目标碎片，柔性腕足与目标碎片之间的接触为线接触，可以有效避开目标碎片难以接触操作的区域。且通过柔性接触，不易与目标碎片发生碰撞，避免因碰撞产生次级碎片，适用范围较广，使用稳定性和安全性较高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一个实施例提供的空间碎片抓捕装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-抓捕机构、11-基板、12-柔性腕足、2-运载机构、3-伸缩机构、4-同步转盘。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型实施例提供的技术方案。

本实用新型实施例提供了一种空间碎片抓捕装置，如附图1所示，该装置包括抓捕机构1，抓捕机构1包括：基板11、柔性腕足12。多个柔性腕足12连接在基板11上，柔性腕足12为形状记忆合金材质，柔性腕足12被设置为加热后沿弧形伸出，且柔性腕足12的延伸方向指向基板11的轴线方向，用于包裹目标碎片。

以下对本实用新型实施例提供的空间碎片抓捕装置的工作原理进行说明：

形状记忆合金(shapememoryalloy，简称sma)是目前形状记忆材料中形状记忆效应最好的材料。形状记忆合金在高温下定型后，冷却到低温，施加变形并存在残余变形。若再加热升温到某一确定温度后，能恢复到变形前的形状。此过程可以循环重复，并能对外输出较大的回复力。基于上述，本实用新型采用形状记忆合金材质的柔性腕足12，柔性腕足12被设置为加热后沿弧形伸出，且延伸方向指向基板11的轴线方向，使用时，加热柔性腕足12，柔性腕足12受热弯曲伸长，包裹并吸附目标碎片。需要释放时，柔性腕足12冷却后回缩，释放目标碎片。

可见，本实用新型实施例提供的空间碎片抓捕装置，柔性腕足12受热后按照设计的方式弯曲变形伸长，柔性的包裹住目标碎片，柔性腕足12与目标碎片之间的接触为线接触，可以有效避开目标碎片难以接触操作的区域。且通过柔性接触，不易与目标碎片发生碰撞，避免因碰撞产生次级碎片，适用范围较广，使用稳定性和安全性较高。

可选地，本实用新型实施例中，多个柔性腕足12沿周向均匀分布在基板11上，以使目标碎片受力均匀。举例来说，基板11可以为方形结构，四条柔性腕足12分别分布在基板11的四个顶点处。或者，基板11可以为方形、圆形或者其它结构，柔性腕足12的数量可以为六条，六条柔性腕足12沿周向围成圆形，相邻两条柔性腕足12之间的夹角为度。

进一步地，本实用新型实施例中，柔性腕足12的表面包覆有硅橡胶，进一步提高缓冲能力。硅橡胶具备较好的高温稳定性和延展性，能够与记忆合金材质的柔性腕足12的伸缩相适配。

为了将柔性抓捕机构1送至抓捕位置进行目标碎片的抓捕，本实用新型实施例提供的空间碎片抓捕装置还包括：运载机构2和伸缩机构3，伸缩机构3的一端与运载机构2连接，另一端与基板11连接；运载机构2，用于实现姿态同步；伸缩机构3，用于将抓捕机构1送至抓捕位置。

使用时，运载机构2机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构3动作，将抓捕机构1送至抓捕位置，便于进行后续抓捕工作。抓捕完成后，运载机构2可以降低至低轨道，或者返回回收平台，然后抓捕机构1释放目标碎片，完成目标碎片的清理工作。

其中，伸缩机构3通过伸缩改变自身长度带动抓捕机构1移动，作为一种示例，伸缩机构3可以为多根管件逐级套装形成的多级伸缩结构，便于调整至不同的长度。

在一种可能的实施方式中，本实用新型实施中，伸缩机构3的一端插入并限位于运载机构2内，且可转动设置。在该示例中，伸缩机构3与运载机构2自由转动。抓捕机构1捕获旋转中的碎片后，力矩传递带动抓捕机构1转动，通过将伸缩机构3与运载机构2的相对转动，避免将转矩传递至运载机构2。

在另一种可能的实施方式中，伸缩机构3的伸缩机构3的一端插入并限位于运载机构2内，且可转动设置，空间碎片抓捕装置还包括：同步转盘4，同步转盘4可转动地连接在运载机构2的一侧面上，同步转盘4套装在伸缩机构3上带动伸缩机构3转动。在该示例中，伸缩机构3的转动受同步转盘4驱动，在对目标碎片进行抓捕前，通过同步转盘4带动伸缩机构3和抓捕机构1转动，以与目标碎片同步转动，便于对转动中的目标碎片进行抓捕。

该示例中，由于伸缩机构3的转动受同步转盘4驱动，同步转盘4的驱动力源自运载机构2，旋转中的目标碎片的转动力矩可传递至运载机构2，完成抓捕后，目标碎片与空间碎片抓捕装置形成的组合体可能会同步转动，基于上述，本实用新型实施例提供的空间碎片抓捕装置还包括用于消旋的磁力矩器。启动磁力矩器，利用地球磁场产生作用力，消除组合体的转动。其中，运载机构2可以为小卫星平台，磁力矩器质量与体积较小，无需消耗推进剂，良好适用于小卫星平台。举例来说，对质量150kg、直径1.0m、旋转速度为140rpm的球形空间碎片来说，完成捕获后，磁力矩器工作10个小时可实现阻尼消旋。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。