一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台制造技术

本发明专利技术公开了一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台，利用太空碎片制作储能飞轮，由太阳能驱动高速电机带动储能飞轮高速旋转，使储能飞轮获得动能，相切布置的两只储能飞轮连接脉冲电源，相切处产生电火花电弧，产生的高温使飞轮外缘金属熔化、气化，飞轮物质脱离飞轮在惯性和气化压力下高速喷射，从而获得推力。本发明专利技术将太空碎片转变为推进物质，并在产生推力的同时飞轮物质被电火花粉碎，变为细小的微粒，不再对航天器产生危害，具有太空碎片粉碎简单高效、总体积重量小、推力范围大、推力精确可控、可在轨长期工作的技术特点。可在轨长期工作的技术特点。可在轨长期工作的技术特点。

【技术实现步骤摘要】
一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台


[0001]本专利技术属于太空垃圾清理
，尤其涉及一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台。

技术介绍

[0002]地球近地轨道和同步轨道上有数千吨太空垃圾碎片，这会对空间飞行器的安全构成威胁，清理太空碎片刻不容缓。太空碎片清理技术被列入2020中国宇航领域十大技术难题，急需一种高效推进装置用于对太空碎片进行清理。
[0003]大部分碎片是航天器解体后形成的，采用的都是航天器最常用的材料，如铝、镁、钛等轻合金，可以作为新型推进的工质来源。目前太空碎片清理主要靠推进装置把碎片推入大气层烧毁或推离工作轨道，但是会耗费大量的推进剂，而一些机构已在研究利用太空碎片制作金属粉末高速抛射产生推力的方法，以节约常规推进剂的方法，但制取粉末和加速粉末的装置较复杂，重量较重。例如由太空碎片制取金属粉末作为弹丸由电磁炮推进的碎片再利用的方案，其电磁炮本体和所需的高功率电源体积和重量较大，再例如太空碎片制作粉末采用静电加速喷射推进的方案，但其静电加速需要超细粉末，制取难度较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种飞轮烧蚀太空推进器，包括：高速飞轮组、脉冲电源、间隙调整装置；
[0007]高速飞轮组至少包括一对储能飞轮、以及用于驱动储能飞轮高速旋转的飞轮电机，其中，同一对储能飞轮相向旋转且轮廓之间设有放电间隙；
[0008]脉冲电源的正极与同一对储能飞轮中的一储能飞轮电连接，脉冲电源的负极与同一对储能飞轮中的另一储能飞轮电连接，用于在储能飞轮之间的放电间隙进行脉冲电弧放电烧蚀，以烧蚀产生推进所需的微粒；
[0009]间隙调整装置用于根据储能飞轮的损耗实时调整放电间隙，以维持脉冲电弧放电烧蚀所需的间隙大小。
[0010]根据本专利技术一实施例，间隙调整装置包括固定底座、活动底座、调节电机，固定底座与活动底座转动连接或滑动连接，其中，在同一对储能飞轮中，一储能飞轮及对应电机安装于固定底座上，另一储能飞轮及对应电机安装于活动底座上，调节电机用于调节固定底座与活动底座之间的相对位置，以调整放电间隙。
[0011]根据本专利技术一实施例，间隙调整装置包括导轨滑台、调节电机，其中，在同一对储能飞轮中，不同的储能飞轮安装于导轨滑台的不同滑台上，调节电机用于调节导轨滑台的滑台位置，以调整放电间隙。
[0012]根据本专利技术一实施例，调节电机用于根据储能飞轮之间的放电电流实时调整放电
间隙。
[0013]根据本专利技术一实施例，沿烧蚀产生的微粒喷射方向还设有约束磁场，用于约束微粒喷射的射流发散角。
[0014]根据本专利技术一实施例，储能飞轮的轮面沿周向方向上开设有凹槽，在同一对储能飞轮中，两个储能飞轮之间的凹槽交错相交，形成多个渐扩喷管，渐扩喷管用于约束定向喷射烧蚀产生的微粒。
[0015]一种太空碎片清理平台，包括：太阳能发电装置、太空碎片捕捉装置、飞轮再生装置、以及如上述实施例中任意一项所述的飞轮烧蚀太空推进器；
[0016]太阳能发电装置用于收集太阳能为飞轮烧蚀太空推进器的高速飞轮组、脉冲电源提供电能，其中，高速飞轮组中的储能飞轮还用于存储能量、以及为飞轮再生装置提供电源；
[0017]太空碎片捕捉装置用于执行太空碎片捕获操作、飞轮更换操作、飞轮再生操作；
[0018]飞轮再生装置用于熔炼太空碎片铸造储能飞轮。
[0019]根据本专利技术一实施例，太空碎片捕捉装置为软体机械手。
[0020]根据本专利技术一实施例，飞轮再生装置包括电弧熔炼室、铸造模具。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0022]本专利技术通过脉冲电源在储能飞轮之间形成脉冲电弧放电烧蚀，以产生推进所需的微粒，并通过高速旋转储能飞轮，在离心力和气化压力下产生的微粒可以高速喷射，从而获得反作用推力，其中，推进物质可在太空轨道获得，可利用太空碎片通过真空电弧熔炼，铸造制作飞轮，熔炼所使用的电能由储能飞轮提供，飞轮可通过机械手更换，能源可由太阳能光伏发电板产生，储能飞轮既是推进物质又是储能物质，飞轮作为推进物质不需专用储存容器，模型总重小，太空中的真空环境可使飞轮不受空气阻力，利于飞轮长久储能，光伏板产生的电能转化为高速飞轮动能的转化效率很高可超过百分之九十，远高于化学能推进剂化学能到动能的转化效率，另外，通过调整电源脉冲可控制每秒火花放电次数，调整推力，因此，本专利技术结构简洁、总重小、推力范围大、推力精确可控，可在轨长期工作，可用于空间探索和太空碎片清理。
附图说明
[0023]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。
[0024]图1为本专利技术的一种飞轮烧蚀太空推进器的整体结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的一种飞轮烧蚀太空推进器的高速飞轮组结构示意图；
[0026]图3为本专利技术的一种飞轮烧蚀太空推进器的高速飞轮组截面示意图；
[0027]图4为本专利技术的一种飞轮烧蚀太空推进器的储能飞轮轮面结构示意图；
[0028]图5为本专利技术的一种太空碎片清理平台的整体结构示意图。
[0029]附图标记说明：
[0030]11
‑
储能飞轮；12
‑
飞轮电机；21
‑
固定底座；22
‑
活动底座；3
‑
太阳能发电装置；4
‑
太空碎片捕捉装置；5
‑
飞轮再生装置。
具体实施方式
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0032]为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0033]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种飞轮烧蚀太空推进器及太空碎片清理平台作进一步详细说明。
[0034]参看图1，本申请提供一种飞轮烧蚀太空推进器，包括：高速飞轮组、脉冲电源、间隙调整装置；
[0035]高速飞轮组至少包括一对储能飞轮11、以及用于驱动储能飞轮高速旋转的飞轮电机12，其中，同一对储能飞轮11相向旋转且轮廓之间设有放电间隙；
[0036]脉冲电源的正极与同一对储能飞轮11中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞轮烧蚀太空推进器，其特征在于，包括：高速飞轮组、脉冲电源、间隙调整装置；所述高速飞轮组至少包括一对储能飞轮、以及用于驱动所述储能飞轮高速旋转的飞轮电机，其中，同一对所述储能飞轮相向旋转且轮廓之间设有放电间隙；所述脉冲电源的正极与同一对所述储能飞轮中的一所述储能飞轮电连接，所述脉冲电源的负极与同一对所述储能飞轮中的另一所述储能飞轮电连接，用于在所述储能飞轮之间的所述放电间隙进行脉冲电弧放电烧蚀，以烧蚀产生推进所需的微粒；所述间隙调整装置用于根据所述储能飞轮的损耗实时调整所述放电间隙，以维持所述脉冲电弧放电烧蚀所需的间隙大小。2.根据权利要求1所述的飞轮烧蚀太空推进器，其特征在于，所述间隙调整装置包括固定底座、活动底座、调节电机，所述固定底座与所述活动底座转动连接或滑动连接，其中，在同一对所述储能飞轮中，一所述储能飞轮及对应电机安装于所述固定底座上，另一所述储能飞轮及对应电机安装于所述活动底座上，所述调节电机用于调节所述固定底座与所述活动底座之间的相对位置，以调整所述放电间隙。3.根据权利要求1所述的飞轮烧蚀太空推进器，其特征在于，所述间隙调整装置包括导轨滑台、调节电机，其中，在同一对所述储能飞轮中，不同的所述储能飞轮安装于所述导轨滑台的不同滑台上，所述调节电机用于调节所述导轨滑台的滑台位置，以调整所述放电间隙。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲诚，雷捷，张国印，
申请(专利权)人：刘芙蓉，
类型：发明
国别省市：