一种改变空间物体绕星体轨道高度的方法和系统与流程

本技术属于航天工程技术。

背景技术：

1、自一个多世纪前齐奥尔科夫斯基提出依靠火箭发动机的宇航理论以来，航天探索技术有了巨大发展。利用火箭技术把有效载荷送达近地空间，有效载荷只有发射总重量的百分之几，效率很低。

2、例如为了维持绕地大型空间站或绕其它星体空间站的有效运行，需要定期将载人或货运飞船送到空间站。这些到访的飞船已经具有宝贵的飞行高度和运行速度，但是返回时，还要消耗另外的燃料，降低速度或高度，才能返回地面或星球表面，代价高昂。

3、宇航活动的日益频繁，急需更高效节能的技术。本技术的目的，在于提供一种新的方法或系统或装置，以更有效利用需要降落飞行器的机械能，用于拉动其它空间物体，改变其轨道高度，大大降低空间活动的成本。

技术实现思路

1、本发明首先包括一种改变空间物体绕星体轨道高度的方法，包括操作a、操作b、操作c，其中：

2、操作a：令空间绕星体而行的不同空间物体中的待升物体同待降物体之间有悬拉绳索连接；

3、操作b：令所述待降物体按照办法一、办法二、办法三、办法四、办法五、办法六、办法七中的一种或多种，处于待升物体的前下方一定距离的位置：

4、办法一：如果待降物体已经处于待升物体的前下方一定距离的位置，直接进行操作c；

5、办法二：如果待降物体正在趋向于待升物体的前下方一定距离的位置，等待其到达该位置再进行操作c；

6、办法三：如果待升物体同待降物体位于相同或相近的位置和速度，令待降物体受到一定的向前下方或向下方或先后向前方及下方的驱动力，或者令待升物体得到一定的向上方或偏上方的驱动力，致待降物体同待升物体开始分离，并趋向待升物体的前下方；

7、所述驱动力可以是其它物体的推力或喷射式发动机的推力；

8、办法四：如果待降物体位于待升物体下方一定距离且由悬拉绳索以一定张力悬拉，适当放长该悬拉绳索使待降物体降低轨道高度，之后等待待降物体随着绕星体公转自行偏向待升物体的下前方；

9、办法五：如果待降物体位于待升物体后下方一定距离，适当放长或不放长悬拉绳索，之后等待待降物体随着绕星体公转自行偏向待升物体的下前方；

10、办法六：如果待降物体处于待升物体上方或后方一定距离的位置，则收短悬拉绳索，缩短待升物体与待降物体的距离，再按照办办法二、办法三、办法四、办法五中的一种或多种操作；

11、办法七：利用待降物体上喷射发动机或其它物体驱动其趋向待升物体的前下方一定距离的位置；

12、操作c：包括以下列方式一和方式二中的一种或两种：

13、方式一：令位于或移动到待升物体前下方的待降物体与待升物体之间的悬拉绳索在一定时间内不再放长或不放长，悬拉绳索拉紧产生应力，待升物体同待降物体距离基本不增加，待降物体在降低高度的同时会向待升物体下方移动，使待降物体运行机械能减少，同时使待升物体运行机械能增加，以降低待降物体轨道高度，增高待升物体轨道高度；此操作方式可以在悬拉绳索再次放长后再次或多次进行；

14、方式二：令位于或移动到待升物体前下方的待降物体与待升物体之间的悬拉绳索具有适当拉应力，但不足以阻止悬拉绳索放长及待升物体同待降物体距离增加，使待降物体运行机械能减少，同时使待升物体运行机械能增加，以降低待降物体轨道高度，增高待升物体轨道高度；此操作方式可以在悬拉绳索再次松弛或停止放长后再次或多次进行。

15、所述待升物体轨道高度的增高一般要比其受到向前下方的拉力的时间靠后一些，需要公转一定角度才会表现出来。

16、其中：

17、星体为空间自然天体，如行星、小行星、卫星、彗星、恒星等；

18、所被围绕的星体可以是一个或多个，例如所述不同空间物体的公转可以围绕该行星和它的卫星；

19、空间物体或物体可以为空间装置，如飞船、太空人员、空间站、货运设备、质量较大的配重或其它功能装置，也可以包括矿体或空间废弃物体或其它物体；

20、空间物体可以为2个或2个以上；

21、所述机械能为空间物体在星体引力场中的势能与动能之和；

22、前方是指空间物体沿绕星体轨道前进大致相同的方向；

23、下方是指空间物体绕星体轨道偏星体侧的方向；

24、高度是指与所围绕星体的距离，降低高度是指缩短该距离；

25、待升物体是指在本方法对某些空间物体的称呼，实际操作中其轨道可能但不一定升高：

26、待降物体是指在本方法对另一些空间物体的称呼，实际操作中其轨道可能但未必降低。

27、本发明的方法，还可以包括操作d：当待降物体的轨道高度降低一定程度，或者待升物体轨道高度上升到一定程度时，令待升物体与待降物体之间脱离或不脱离悬拉绳索连接。

28、空间物体也可以具有用来连接或松开绳索的机构，可以也可以具有用来连接或松开其它物体的机构，也可以带喷射式发动机或绳端控制装置。

29、本发明的的方法可以包括：所述待降物体或待升物体可以具有用来连接或松开其它空间物体的机构，其它物体在所述待降物体同待升物体分离或远离过程中，与其中一个或多个连接或松开，以改变本身或待降物体或待升物体的轨道高度。

30、所述空间物体或者具有用来收放悬拉绳索的机构，或者包括缠绕绳索的绳卷，或者包括缠绕绳索的卷筒，或者具有卷扬机构或滑轮机构，或者具有释放绳索的阻尼机构或向悬拉绳索提供拉力的动力机构。

31、部分空间物体或物体可以为绳端控制装置，它与绳索连接，且具有用来连接或松开其它物体的机构，需要时也可以带喷射式发动机；

32、所述绳索可以指绳或索或丝或缆或长弦或长细杆等承拉材料，可以为单根或多根，可以为单股多股，材质可以为金属或非金属或碳纤维等。

33、需要说明的是，多数星际空间的引力场梯度比地球表面小得多，绳索材料的重量也小很多，因此高强度的绳索即使极长，例如数十千米，一般也能远距离有效牵拉大质量物体。

34、在实行本方法的过程中，待降物体在前下方对待升物体的牵拉，似乎会降低待升物体的飞行高度，从而减少待升物体在星体引力场的势能。实际上，这部分势能可以转化为动能，且待降物体的牵拉提供给待升物体的是向前的分力，可以使待升物体得到额外的动能，并在绕行星体一定角度后，待升物体的动能可以转化成增加轨道高度的势能。

35、发明人的推演预示，维持悬拉绳索的一定拉力并适时放长该绳索，可以使待降物体位于待升物体的前下方，逐步降低待降物体的高度，提高待升物体的机械能。

36、显然，在维持悬拉绳索的拉力时放长该绳索，待升物体或待降物体应该具有收放绳索的阻尼机构，必要时，可以安排绳索拉出时需要克服人为的制动力。

37、阻尼机构可以是为绳索或滑轮或缠绕绳索的卷筒或绞盘或卷扬机构提供摩擦力的机构，也可以是利用电磁力产生阻力的机电机构。后者可以产生阻力的同时可以向物体内的电池或电系统馈电。本技术的物体也可以具有动力机构，向悬拉绳索提供拉力。

38、与待降物体自行脱离待升物体并减速下降需要耗费额外燃料比较，待降物体利用牵拉绳索下降不仅基本不需要耗费燃料，还可以得到更低的速度，同时使待升物体得到额外的动能并稍延迟后升高轨道高度。

39、本技术还可以包括操作e1：令待升物体和待降物体保持牵拉绳索连接，收短该绳索，令两物体趋近，使待升物体或待降物体达到或回到希望的高度。

40、收短该绳索需要动力机构驱动，动力机构最好由机电机构驱动收短绳索的滑轮或卷筒或卷扬机构。

41、这种收短绳索的操作可以利用绳索的拉力使待升物体或待降物体完成上升或下降的往返运行，进行往返运输。相比利用火箭推力，绳索拉力可以利用太阳能电力，更为节约。

42、本技术还可以包括操作e2：令另外空间物体在待降待升物体或待降物体脱离所述牵拉绳索后与该绳索连接，收短该绳索，令该另外空间物体或待降物体或待升物体达到希望的高度。

43、本技术还可以包括操作f：其中待升物体或待降物体还与另外空间物体通过另一条牵拉绳索远距离连接，待升物体与待降物体的距离拉开时，收短另一条牵拉绳索，使该另外空间物体与待升物体或待降物体的距离拉近。这样便于达到希望的高度。

44、本技术还可以包括操作g1：其中待升物体具有滑轮系统，与待降物体连接的牵拉绳索穿过待升物体的滑轮机构延伸与另外空间物体连接，该滑轮机构一侧的绳索放长时，另一侧绳索收短，也就是一侧物体距离拉开时，另一侧物体距离拉近。

45、本技术的还可以包括操作g2：其中待降物体具有滑轮机构，与待升物体连接的牵拉绳索穿过待降物体的滑轮机构延伸与另外空间物体连接，该滑轮机构一侧的绳索长度放长时，另一侧绳索收短，也就是一侧物体距离拉开时，另一侧物体距离拉近。

46、本技术还可以包括操作h：其中待升物体或待降物体具有滑轮机构，牵拉绳索穿过该物体的滑轮机构向两侧上方或下方延伸再相互接近并连接在一起，整根绳索绕成闭合状，待降物体或待升物体及另外一个或多个空间物体在不同位置与牵拉绳索连接或松开，连接该绳索的物体随着滑轮机构驱动或控制该绳索的移动而移动。

47、显然，维持悬拉绳索操作g1或g2或h的操作，需要待升物体或待降物体的滑轮机构具有释放绳索的阻尼机构和收短绳索的动力机构。需要时该悬拉绳索的阻尼机构和动力机构可以为同一机电机构。

48、本技术还可以包括：所述的操作a、b、c或操作d或操作e或操作f或操作g1或操作g2或h中的待降物体或待升物体或所述另外空间物体与所述牵拉绳索的连接和松开，能够通过具有抓放机构的绳端控制装置进行。

49、本技术还可以包括：用于本发明的一种改变空间物体绕星体轨道高度方法的系统，包括：用于空间的悬拉绳索、可以由该悬拉绳索相互连接的不同物体、在其中空间物体上的可以放长或收短所述悬拉绳索并使该绳索适时产生所需应力的缠绕绳索的绳卷或缠绕绳索的卷筒或卷扬机构或滑轮机构。

50、该卷扬机构或滑轮机构可以具有阻尼机构或动力机构，所述系统的阻尼机构或动力机构可以为同一机电机构。

51、本技术的系统还可以包括：用于空间的有悬拉绳索相互连接的不同物体，其中至少一个空间物体上具有滑轮机构，通过该滑轮机构，该悬拉绳索一端在该滑轮机构一侧与第二个物体连接，其另一端在该滑轮机构另一侧与第三个物体连接，该滑轮机构具有滑轮的阻尼机构和动力机构，实际上该滑轮机构一侧的绳索放长时，另一侧绳索可以收短。也可以说，一侧物体趋远时，另一侧物体趋近。

52、该通过一个空间物体滑轮机构的悬拉绳索可以首尾相接绕成闭合状，其它空间物体可以在该绳索的不同部位与其连接或松脱。可以形成一个连续的巡回绳索输送系统。

53、本技术的系统还可以包括：所述系统的阻尼机构和动力机构可以为同一机电机构。

54、本技术的系统还可以包括：所述系统的悬拉绳索端部或其它部位有用来进行与物体连接或放开的绳端或绳段控制装置，该装置可以具有抓放机构。

55、本技术的系统还可以包括：所述绳端或绳段控制装置可以具有喷射式动力装置。便于操控悬拉绳索端的位置或姿态。

56、本技术的系统的系统所述空间物体可以具有用来连接或松开绳索的机构，或者具有用来连接或松开其它物体的机构，或者带喷射式发动机或绳端控制装置。

57、本技术的系统还可以包括：所述不同空间物体为空间站与往返该空间站的载人或货运飞船或待发送飞行器。

58、本技术的系统还可以包括：所述不同空间物体为可以进入空间的运载火箭与可以与该火箭分离的搭载物体。

59、本技术的系统还可以包括：其中所述不同空间物体为空间站与通过悬拉绳索同其相连的配重物或停运的货运飞船或其它飞行器。

60、本技术的系统还可以包括：其中所述不同空间物体为不同的空间废弃物体或被分开的空间废弃物体的不同部分。

61、本技术的系统还可以包括：其中所述不同空间物体为空间废弃物体和要利用该空间废弃物体提高或降低自身高度的飞船或者用于移开空间废弃物体的飞船。

62、本发明的方法和系统可以在多个空间物体共同飞行时，将逐渐与某星体接近的空间物体的引力场机械能转移给其它空间物体，使其远离该星体，而基本不需要消耗火箭燃料，大大降低往返式或航班式宇航活动的成本，具有非常突出的技术效果。