专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，该装置包括：运载机构、伸缩机构、同步转盘和柔性抓捕机构；运载机构，用于机动至与目标碎片轨道同步；伸缩机构的一端插入并限位于运载机构内，且可转动设置，另一端与柔性抓捕机构连接；同步转盘可转动地设置在运载机构的一侧面上，且同步转盘套装在伸缩机构上用于带动伸缩机构转动；柔性抓捕机构用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触。本发明的空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，可以带动柔性抓捕机构与目标碎片的同步转动，便于捕获旋转中的空间碎片。可以对不同外形的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

权利要求

1.一种空间碎片清除装置，其特征在于，所述装置包括：运载机构、伸缩机构、同步转盘和柔性抓捕机构；

所述运载机构，用于机动至与目标碎片轨道同步；

所述伸缩机构的一端插入并限位于所述运载机构内，且转动设置，另一端与所述柔性抓捕机构连接；

所述同步转盘转动地设置在所述运载机构的一侧面上，且所述同步转盘套装在所述伸缩机构上用于带动所述伸缩机构转动；

所述柔性抓捕机构用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触；

所述柔性抓捕机构为捕获刷，所述捕获刷为中空的环状结构，所述捕获刷的数量为两个以上，当所述捕获刷的数量为两个时，两个所述捕获刷间隔相对，当所述捕获刷的数量大于两个时，多个所述捕获刷沿周向均匀分布；

所述捕获刷用于与目标碎片接触的一侧面上设置有至少两种硬度不同的刷毛，且不同硬度的所述刷毛交替分布。

2.根据权利要求1所述的空间碎片清除装置，其特征在于，所述运载机构包括：

用于调整所述运载机构姿态和轨道的姿轨控模块；

用于控制所述伸缩机构、所述同步转盘和所述柔性抓捕机构动作的星务与数管模块；

用于进行数据收发的星间通信模块；

用于供电的电源模块。

3.根据权利要求2所述的空间碎片清除装置，其特征在于，所述装置还包括视频侦察模块，所述视频侦察模块与所述星务与数管模块连接，用于获取目标碎片的视频信息并发送给所述星务与数管模块，所述星务与数管模块根据视频信息控制所述伸缩机构、所述同步转盘和所述柔性抓捕机构动作。

4.根据权利要求1所述的空间碎片清除装置，其特征在于，所述装置还包括用于消旋的磁力矩器。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的空间碎片清除装置进行空间碎片清除的方法，其特征在于，所述方法包括：

准备阶段：运载机构机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构动作，将柔性抓捕机构移动至抓捕位置；

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘，通过所述伸缩机构带动所述柔性抓捕机构与目标碎片同步转动，然后启动所述柔性抓捕机构，进行捕获；

操作阶段：所述运载机构机动至较低轨道或者回收平台；

释放阶段：所述柔性抓捕机构动作释放目标碎片。

6.根据权利要求5所述的空间碎片清除方法，其特征在于，操作阶段内，若目标碎片与碎片清除装置的组合体存在旋转角速度，启动磁力矩器进行消旋，使组合体的姿态稳定。

7.根据权利要求5所述的空间碎片清除方法，其特征在于，准备阶段内，运载机构机动至与目标碎片轨道同步后，通过姿轨控模块进行极近距离姿轨控制，缩短所述运载机构与目标碎片之间的距离。

8.一种利用权利要求1-4任一项所述的空间碎片清除装置进行空间碎片维护的方法，其特征在于，所述方法包括：

准备阶段：运载机构机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构动作，将柔性抓捕机构移动至抓捕位置；

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘，通过所述伸缩机构带动所述柔性抓捕机构与目标碎片同步转动，然后启动所述柔性抓捕机构，进行捕获；

操作阶段：所述运载机构对目标碎片执行在轨维护、部件更换、系统接管、实验操作；

释放阶段：所述柔性抓捕机构动作释放目标碎片。

说明书

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法。

背景技术

空间碎片是人类进行太空活动留下的产物，其范围包括废弃的人造卫星、燃料箱爆炸或撞击产生的碎片、运载火箭的末级、在执行航天任务过程中的抛弃物等。空间碎片对航天器与航天员安全存在极大的潜在威胁，空间碎片清理已经成为航天界亟待解决的重要问题。

美国、日本和西欧等各航天大国正在竞相开发空间碎片清理的新技术，我国已经将“空间碎片清理技术”列为重大科技专项。空间碎片一般为非合作对象，在太空微重力环境下对其进行捕捉时易因动量的转移引起较大扰动。此外如果实施刚性捕捉，可能会因为碰撞而产生次生碎片。因此，提供一种空间碎片清除装置及方法以适用于多种碎片(不同外形、材质与不同旋转状态)清理要求，具有重要理论与现实意义，应用价值巨大。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种空间碎片清除装置，所述装置包括：运载机构、伸缩机构、同步转盘和柔性抓捕机构；所述运载机构，用于机动至与目标碎片轨道同步；所述伸缩机构的一端插入并限位于所述运载机构内，且转动设置，另一端与所述柔性抓捕机构连接；所述同步转盘转动地设置在所述运载机构的一侧面上，且所述同步转盘套装在所述伸缩机构上用于带动所述伸缩机构转动；所述柔性抓捕机构用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触。

在一种可能的设计中，所述柔性抓捕机构包括：基板、柔性腕足；所述伸缩机构的另一端与所述基板的一侧面连接，多个所述柔性腕足连接在所述基板的另一侧面上；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，所述柔性抓捕机构为捕获刷，所述捕获刷用于与目标碎片接触的一侧面设置有刷毛。

在一种可能的设计中，所述运载机构包括：用于调整所述运载机构姿态和轨道的姿轨控模块；用于控制所述伸缩机构、所述同步转盘和所述柔性抓捕机构动作的星务与数管模块；用于进行数据收发的星间通信模块；用于供电的电源模块。

在一种可能的设计中，所述装置还包括视频侦察模块，所述视频侦察模块与所述星务与数管模块连接，用于获取目标碎片的视频信息并发送给所述星务与数管模块，所述星务与数管模块根据视频信息控制所述伸缩机构、所述同步转盘和所述柔性抓捕机构动作。

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。

第二方面，提供了一种利用上述任一项的空间碎片清除装置进行空间碎片清除的方法，所述方法包括：

准备阶段：运载机构机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构动作，将柔性抓捕机构移动至抓捕位置；

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘，通过所述伸缩机构带动所述柔性抓捕机构与目标碎片同步转动，然后启动所述柔性抓捕机构，进行捕获；

操作阶段：所述运载机构机动至较低轨道或者回收平台；

释放阶段：所述柔性抓捕机构动作释放目标碎片。

在一种可能的设计中，操作阶段内，若目标碎片与碎片清除装置的组合体存在旋转角速度，启动磁力矩器进行消旋，使组合体的姿态稳定。

在一种可能的设计中，准备阶段内，运载机构机动至与目标碎片轨道同步后，通过姿轨控模块进行极近距离姿轨控制，缩短所述运载机构与目标碎片之间的距离。

第三方面，提供了一种利用上述任一项的空间碎片清除装置进行空间碎片维护的方法，所述方法包括：

准备阶段：运载机构机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构动作，将柔性抓捕机构移动至抓捕位置；

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘，通过所述伸缩机构带动所述柔性抓捕机构与目标碎片同步转动，然后启动所述柔性抓捕机构，进行捕获；

操作阶段：所述运载机构对目标碎片执行在轨维护、部件更换、系统接管、实验操作；

释放阶段：所述柔性抓捕机构动作释放目标碎片。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法，可以完成对空间碎片的清除和维护等操作。通过设置同步转盘和可转动的伸缩机构，可以带动抓捕机构与目标碎片的同步转动，便于对旋转中的空间碎片进行捕获。通过设置柔性抓捕机构，可以对不同外形(例如，带有复杂外伸机构)的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，避免因碰撞导致的次生碎片，适用范围较广，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发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为本发明一个实施例提供的空间碎片清除装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-运载机构、2-伸缩机构、3-同步转盘、4-柔性抓捕机构、41-基板、42-柔性腕足。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种空间碎片清除装置，如附图1所示，该装置包括：运载机构1、伸缩机构2、同步转盘3和柔性抓捕机构4。运载机构1，用于机动至与目标碎片轨道同步。伸缩机构2的一端插入并限位于运载机构1内，且转动设置，另一端与柔性抓捕机构4连接。同步转盘3转动地设置在运载机构1的一侧面上，且同步转盘3套装在伸缩机构2上用于带动伸缩机构2同步转动。柔性抓捕机构4用于抓捕目标碎片，且与目标碎片之间为柔性接触。

以下对本发明实施例提供的空间碎片清除装置的工作原理进行说明：

使用时，包括顺次进行的准备阶段、捕获阶段、操作阶段和释放阶段。具体过程如下所述，准备阶段：运载机构1机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构2动作，将柔性抓捕机构4移动至抓捕位置。捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘3，通过伸缩机构2带动柔性抓捕机构4与目标碎片同步转动，然后启动柔性抓捕机构4，进行捕获。操作阶段：运载机构1机动至较低轨道或者回收平台。释放阶段：柔性抓捕机构4动作释放目标碎片。通过上述过程，可以完成空间碎片的清除。或者，操作阶段内，还可以通过运载机构1对目标碎片进行在轨维护、部件更换、系统接管、实验等操作，完成空间碎片的维护。

可见，本发明实施例提供的空间碎片清除装置，可以完成对空间碎片的清除和维护等操作。通过设置同步转盘3和可转动的伸缩机构2，可以带动柔性抓捕机构4与目标碎片的同步转动，便于对旋转中的空间碎片进行捕获。通过设置柔性抓捕机构4，可以对不同外形(例如，带有复杂外伸机构)的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，避免因碰撞导致的次生碎片，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

本发明实施例中，伸缩机构2通过其伸缩带动柔性抓捕机构4移动，作为一种示例，伸缩机构2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。

其中，作为一种示例，柔性抓捕机构4可以包括：基板41、柔性腕足42。伸缩机构2的另一端与基板41的一侧面连接，多个柔性腕足42连接在基板41的另一侧面上。柔性腕足42为形状记忆合金材质(Shape Memory Alloy，简称SMA)，柔性腕足42被设置为加热后沿弧形伸出，且柔性腕足42的延伸方向指向基板41的轴线方向，用于包裹目标碎片。

如此设置，加热时，柔性腕足42弯曲伸长，包裹吸附目标碎片，不会产生刚性的碰撞，具有很好的柔性。需释放时，柔性腕足42冷却复位，解除对目标碎片的覆盖。柔性腕足42与目标碎片之间的接触为线接触，可以较为轻松的避开复杂外伸或不易接触等部位，良好适用于复杂材质和结构的目标碎片的捕获。

进一步地，柔性腕足42的表面可以包覆有硅橡胶，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，能够与柔性腕足42的伸缩相适配。

其中，多个柔性腕足42可以沿基板41的周向均匀分布，以使目标碎片受力均匀。举例来说，基板41可以为方形结构，四条柔性腕足42分别分布在基板41的四个顶点处。或者，基板41可以为方形、圆形或者其它结构，六条柔性腕足42沿周向围成圆形，相邻两条柔性腕足42之间的夹角为60度。

作为另一种示例，柔性抓捕机构4可以为捕获刷，捕获刷用于与目标碎片接触的一侧面设置有刷毛。通过捕获刷与目标碎片进行局部面接触，较易避开目标碎片表面的复杂外伸结构。且通过设置刷毛将硬接触转换为柔性接触。

具体地，捕获刷的数量可以为两个或多个，当捕获刷的数量为两个时，两个捕获刷间隔相对；当捕获刷的数量为多个时，多个捕获刷沿周向均匀分布。如此设置，使捕获刷的分布较均匀，提高抓捕效果。捕获刷可以为为中空的环状结构。通过将捕获刷设置为中空的环状结构，一方面，对于普遍为球形或者近似球形的空间碎片结构，环状结构的捕获刷对比板状结构能与空间碎片具有更大的接触面积，进而使固定效果和消旋效果较佳。另一方面，环状机构的捕获刷能够适用于外形结构复杂的空间碎片，例如表面有凸起或者天线等的空间碎片，凸起或天线等可以穿过环状结构的中空，不对捕获刷与空间碎片的接触造成较大干扰。

捕获刷的内壁上设置有至少两种硬度不同的刷毛，不同硬度的刷毛交替分布。通过设置硬度不同的刷毛间隔分布，较软刷毛的缓冲效果极好，较硬刷毛的能够施加更大阻力提高消旋效率，既能具有较佳的消旋效率，又能避免对空间碎片产生较大的冲击。

可选地，本发明实施例提供的空间碎片清除装置中，运载机构1包括：用于调整运载机构1姿态和轨道的姿轨控模块，用于控制伸缩机构2、同步转盘3和柔性抓捕机构4动作的星务与数管模块，用于进行数据收发的星间通信模块，用于供电的电源模块。

可选地，本发明实施例提供的空间碎片清除装置还包括视频侦察模块，视频侦察模块与星务与数管模块连接，用于获取目标碎片的视频信息并发送给星务与数管模块，星务与数管模块根据视频信息控制伸缩机构2、同步转盘3和柔性抓捕机构4动作。通过视频侦察模块获取目标碎片的视频信息，可以获取距目标碎片的距离、目标碎片的结构以及目标碎片的转动情况等参数，进而指导伸缩机构2、同步转盘3和柔性抓捕机构4动作。

可选地，本发明实施例提供的空间碎片清除装置还包括用于消旋的磁力矩器。捕获机构抓紧目标碎片后，目标碎片的转动力矩可能带动空间碎片清除装置随目标碎片转动，启动磁力矩器，利用地球磁场产生作用力，消除目标碎片与空间碎片清除装置的组合体的转动。其中，运载机构可以为小卫星平台，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，磁力矩器工作10个小时可实现阻尼消旋。

第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述任一项的空间碎片清除装置进行空间碎片清除的方法，该方法包括：

准备阶段：运载机构1机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构2动作，将柔性抓捕机构4移动至抓捕位置。

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘3，通过伸缩机构2带动柔性抓捕机构4与目标碎片同步转动，然后启动柔性抓捕机构4，进行捕获。

操作阶段：运载机构1机动至较低轨道或者回收平台。

释放阶段：柔性抓捕机构4动作释放目标碎片。

本发明实施例提供的空间碎片清除方法，通过设置同步转盘3和可转动的伸缩机构2，可以带动柔性抓捕机构4与目标碎片进行同步转动，便于对旋转中的空间碎片进行捕获。通过设置柔性抓捕机构4，可以对不同外形(例如，带有复杂外伸机构)的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，避免因碰撞导致的次生碎片，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

可选地，该方法还包括：操作阶段内，若目标碎片与碎片清除装置的组合体存在旋转角速度，启动磁力矩器进行消旋，使组合体的姿态稳定。

可选地，该方法还包括，准备阶段内，运载机构1机动至与目标碎片轨道同步后，通过姿轨控模块进行极近距离姿轨控制，缩短运载机构1与目标碎片之间的距离，进一步降低抓捕难度。

第三方面，提供了一种利用上述任一项的空间碎片清除装置进行空间碎片维护的方法，该方法包括：

准备阶段：运载机构1机动至与目标碎片轨道同步，伸缩机构2动作，将柔性抓捕机构4移动至抓捕位置。

捕获阶段：若目标碎片旋转，启动同步转盘3，通过伸缩机构2带动柔性抓捕机构4与目标碎片同步转动，然后启动柔性抓捕机构4，进行捕获。

操作阶段：运载机构1对目标碎片执行在轨维护、部件更换、系统接管、实验操作。

释放阶段：柔性抓捕机构4动作释放目标碎片。

本发明实施例提供的空间碎片维护方法，对目标碎片进行捕获后执行多种操作，便于对使用中的航天器等进行维护或者进行实验获取实验数据，满足不同的使用需求。通过设置同步转盘3和可转动的伸缩机构2，可以带动柔性抓捕机构4与目标碎片进行同步转动，便于对旋转中的空间碎片进行捕获。通过设置柔性抓捕机构4，可以对不同外形(例如，带有复杂外伸机构)的空间碎片进行捕获，且不易产生碰撞，避免因碰撞导致的次生碎片，适用范围较广，稳定性和安全性较高。

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发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

空间碎片清除装置、方法及空间碎片维护方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。