一种基于多级展开结构的立体离轨装置

本发明属于航天器离轨的，具体涉及一种基于多级展开结构的立体离轨装置。

背景技术：

1、随着各国对太空资源的探索不断加快，轨道上的卫星数量逐年增加。然而，由于卫星解体、碰撞以及操作性碎片等原因，空间中的碎片数量急剧增加，严重威胁着在轨航天器的安全。因此，针对空间碎片离轨问题必须采取有效的措施进行清理，以遏制碎片数量不断增长的趋势，并保护轨道航天器的安全性。

2、目前，空间碎片的离轨方式分为拖曳离轨、电动力绳离轨、离轨帆离轨、化学推进离轨、太阳帆离轨等方式。其中离轨帆通过大幅增加离轨目标在其所处轨道上的表面积，从而增加其与地球高层大气的摩擦阻力。这种阻力会加速目标的轨道衰减，最终导致目标下降并在大气层中销毁。平面离轨帆的阻力效率较低，并且在轨应用时极易发生姿态失稳的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多级展开结构的立体离轨装置，解决当前平面离轨帆在离轨时低效率和稳定性不足的问题，通过在火工发射和延期点火推动实现了立体离轨装置的分离和多级伸缩杆的展开，大幅增加离轨装置的离轨效率和离轨稳定性。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于多级展开结构的立体离轨装置，包括一端完全开放、另一端设有带孔端盖的外筒，设置在外筒内部的伸缩杆、增阻薄膜、上平面帆、下平面帆和捆扎组件，还包括与外筒底部连接的发射组件；

3、伸缩杆两端分别设有上平面帆和下平面帆，上平面帆和下平面帆的结构相同，均包括桅杆、涡卷弹簧和平面薄膜，通过涡卷弹簧带动桅杆的方式展开帆内的平面薄膜，平面帆的四个桅杆分别连接平面薄膜的四个角，增阻薄膜呈环形设置在伸缩杆的外周，增阻薄膜两端分明别与平面帆的平面薄膜的四个角固连，折叠后放置在上平面帆和下平面帆中间，展开后增阻薄膜与上平面帆和下平面帆共同形成一个立方体；

4、捆扎组件用于将伸缩杆、增阻薄膜、上平面帆、下平面帆呈折叠状态捆扎设置在外筒内；

5、所述发射组件用于解锁捆扎组件并将设置在外筒内的伸缩杆、增阻薄膜、上平面帆、下平面帆和捆扎组件发射出外筒，形成立体离轨帆。

6、进一步的，发射组件包括延期药柱，发射筒，击针室，击针，固定环，卡爪活塞，挡盖，击针弹簧，限位棒和点火器；

7、发射筒与外筒底部的端盖固连，发射筒下端固定连接挡盖，挡盖中部设有点火器，卡爪活塞设在发射筒内部下端，发射筒内部上端固连有击针室，击针室内上方设有延期药柱，击针室内下部设有击针，击针为空腔式回转体结构；

8、卡爪活塞包括多个均布的卡爪，卡爪活塞中间设置限位棒，限位棒上套设击针弹簧，套设击针弹簧的限位棒的上部设置在击针内部，固定环为环形结构，通过螺纹与击针室相连，用于对卡爪进行限位，击针外侧设置有梯形槽可与卡爪活塞的卡爪配合，并被卡爪固定。

9、进一步的，发射筒为带有法兰的筒形，发射筒的法兰通过螺栓和外筒底部的端盖连接；发射筒的筒形主体的底端通过螺纹连接挡盖；发射筒内设有用于卡设击针室的环形台阶。

10、进一步的，挡盖中部设有螺纹通孔，点火器设置在螺纹通孔内；

11、卡爪活塞主体的侧壁设有环形槽，环形槽内设活塞密封圈；卡爪活塞主体中部设有螺纹孔，限位棒一端通过螺纹孔和卡爪活塞螺纹连接。

12、进一步的，伸缩杆包括相互嵌套的多级杆，和最内侧管内壁连接的堵头，和最外侧管内壁连接的活塞，以及设置在活塞后端的气室；除最外侧管的其他管的后端抵设在活塞端部；伸缩杆最外侧管底部外周设有下平面帆，伸缩杆上端外活动套设上平面帆，上平面帆和堵头固定连接；

13、气室为回转体结构，中间开有两个气道，火药燃气通过气道推动活塞运动；活塞运动推动其他级管向前运动展开。

14、进一步的，堵头为回转体结构，多级杆包括第一级杆、第二级杆、第三级杆、第四级杆、第五级杆、第六级杆、第七级杆和第八级杆；

15、堵头和第八级杆的一端连接，第八级杆的另一端为渐扩段，第二级杆(303)、第三级杆、第四级杆、第五级杆、第六级杆和第七级杆均为一端为渐扩段、一端为渐缩段；

16、第一级杆一端与气室固连，另一端为渐缩段；第一级杆、第二级杆、第三级杆、第四级杆、第五级杆、第六级杆、第七级杆和第八级杆均为薄壁铝管，依次嵌套，展开前通过捆扎绳进行限位固定。

17、进一步的，捆扎组件关于伸缩杆中轴线对称布置，捆扎组件包括捆扎绳，套管，剪切销钉，连接环和剪切活塞；

18、两个套管均为中空结构，套管通过一端外侧的外螺纹与气室相连，套管另一端开有竖向小孔放置剪切销钉；捆扎绳端部设有连接环，剪切销钉穿过连接环，套管内设剪切活塞；延期药柱延期后点燃火药同时推动两个剪切活塞背向移动，同时切断剪切销钉后释放捆扎绳。

19、进一步的，剪切活塞圆周上通过环形槽设有密封圈。

20、进一步的，上平面帆外端设有切绳器，离轨连接绳一端穿过切绳器后与伸缩杆的堵头相连，另一端与被离轨目标相连。

21、进一步的，立体离轨装置和卫星平台连接，立体离轨装置的在轨安装数量可选。

22、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

23、本发明基于多级展开结构的立体离轨装置，通过火工发射的方式实现了立体离轨装置与卫星平台的平稳分离，采用延期切断捆扎绳的方式实现了离轨装置离开平台后的安全展开，立体离轨装置对离轨姿态没有要求，在发生偏转或自旋状态下依然具备离轨能力；立体离轨装置采用双面冗余的设计原则，即使一面帆或增阻薄膜因破坏而失效，整体增阻面积不会发生减少。

技术特征：

1.一种基于多级展开结构的立体离轨装置，其特征在于，包括一端完全开放、另一端设有带孔端盖的外筒(5)，设置在外筒(5)内部的伸缩杆(3)、增阻薄膜(4)、上平面帆(6)、下平面帆(7)和捆扎组件(9)，还包括与外筒(5)底部连接的发射组件(2)；

2.根据权利要求1所述的立体离轨装置，其特征在于，发射组件(2)包括延期药柱(201)，发射筒(202)，击针室(203)，击针(204)，固定环(205)，卡爪活塞(206)，挡盖(207)，击针弹簧(208)，限位棒(209)和点火器(211)；

3.根据权利要求2所述的立体离轨装置，其特征在于，发射筒(202)为带有法兰的筒形，发射筒的法兰通过螺栓和外筒(5)底部的端盖连接；发射筒的筒形主体的底端通过螺纹连接挡盖(207)；发射筒(202)内设有用于卡设击针室(203)的环形台阶。

4.根据权利要求3所述的立体离轨装置，其特征在于，挡盖(207)中部设有螺纹通孔，点火器(211)设置在螺纹通孔内；

5.根据权利要求4所述的立体离轨装置，其特征在于，伸缩杆(3)包括相互嵌套的多级杆，和最内侧管内壁连接的堵头(301)，和最外侧管内壁连接的活塞(310)，以及设置在活塞(310)后端的气室(311)；除最外侧管的其他管的后端抵设在活塞(310)端部；伸缩杆(3)最外侧管底部外周设有下平面帆(7)，伸缩杆(3)上端外活动套设上平面帆(6)，上平面帆(6)和堵头(301)固定连接；

6.根据权利要求5所述的立体离轨装置，其特征在于，堵头(301)为回转体结构，多级杆包括第一级杆(302)、第二级杆(303)、第三级杆(304)、第四级杆(305)、第五级杆(306)、第六级杆(307)、第七级杆(308)和第八级杆(309)；

7.根据权利要求5所述的立体离轨装置，其特征在于，捆扎组件(9)关于伸缩杆(3)中轴线对称布置，捆扎组件(9)包括捆扎绳(901)，套管(902)，剪切销钉(904)，连接环(903)和剪切活塞(905)；

8.根据权利要求7所述的立体离轨装置，其特征在于，剪切活塞(905)圆周上通过环形槽设有密封圈(906)。

9.根据权利要求8所述的立体离轨装置，其特征在于，上平面帆(6)外端设有切绳器(8)，离轨连接绳(1)一端穿过切绳器(8)后与伸缩杆(3)的堵头相连，另一端与被离轨目标相连。

10.根据权利要求9所述的立体离轨装置，其特征在于，立体离轨装置和卫星平台连接，立体离轨装置的在轨安装数量可选。

技术总结本发明属于航天器离轨的技术领域，具体涉及一种基于多级展开结构的立体离轨装置。包括外筒，发射组件以及设置在外筒内部的伸缩杆、增阻薄膜、上平面帆、下平面帆和捆扎组件；伸缩杆两端分别设有上平面帆和下平面帆，平面帆通过涡卷弹簧带动桅杆的方式展开帆内的平面薄膜，平面帆的四个桅杆分别连接平面薄膜的四个角，增阻薄膜呈环形设置在伸缩杆的外周，增阻薄膜两端分明别与平面帆的平面薄膜的四个角固连，展开后增阻薄膜与上、下平面帆共同形成一个立方体；发射组件用于解锁捆扎组件，形成立体离轨帆。本发明通过在火工发射和延期点火推动实现了立体离轨装置的分离和多级伸缩杆的展开，增加离轨装置的离轨效率和离轨稳定性。技术研发人员：岳帅,吴春博,高建东,吴晨晨,赵真,肖余之受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15