基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置及方法

本发明涉及了一种空间大型目标物绳网捕获装置及方法，尤其涉及了一种基于十字交叉绳索收口的空间大型目标物绳网捕获装置及方法。

背景技术：

1、太空碎片已成为人类探索太空的“绊脚石”，特别是空间大号天空碎片，容易与人造卫星发生碰撞，导致卫星偏离轨道而坠毁。空间碎片清理任务是当前空间探索的重要任务之一。与传统的机械臂等刚性抓捕方式相比，空间绳网捕获系统具有安全性高、对任务平台影响小、消耗能量少和抓捕容错范围大等优点。空间绳网捕获系统一般采用自由飞行任务平台与绳网捕获装置相结合的方式。当目标物在绳网捕获作业的有效距离内，绳网将被指向目标弹射、张开并包裹锁紧目标，此后目标物通过系绳与任务平台连接，可根据任务需求拖曳目标实施变轨。为了提高目标物捕获的可靠性，绳网包裹目标物后，一般需要采用执行机构将绳网收口锁死。目前常用的主动收口形式为压缩弹簧储能式或电机式，通过收口机构卷绕收口绳，实现网口的锁死，存在着装置体积大、绳网展开不充分及可靠性低等问题。

技术实现思路

1、针对现有空间绳网捕获的目标物后的锁死防逃逸问题，本发明的目的在于提供一种基于十字交叉绳索收口的空间大型目标物绳网捕获装置及方法，具有装置体积小、绳网展开充分及收口方便、可靠等优点。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

3、一、一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置

4、所述空间目标物绳网捕获装置包括捆绑索模块、绳网、折叠支撑环和十字交叉收口模块；折叠支撑环安装在绳网的最外圈，十字交叉收口模块安装在折叠支撑环中；初始状态时，折叠支撑环和绳网均处于折叠状态，捆绑索模块套设在折叠支撑环和绳网外，使得所述空间目标物绳网捕获装置处于收纳状态；当所述空间目标物绳网捕获装置向目标物发射后，捆绑索模块断开，折叠支撑环和绳网从折叠状态转变为展开状态，当目标物位于绳网内后，十字交叉收口模块的驱动，使得目标物被完全捕获。

5、进一步地，所述捆绑索模块包括柔性纤维索和解锁开关；柔性纤维索的两端均与解锁开关相连后形成环形绳索，环形绳索套设在折叠支撑环和绳网外。

6、进一步地，所述绳网包括立体网兜与牵引绳；立体网兜的最外圈安装有折叠支撑环，牵引绳与立体网兜的中心相连。

7、进一步地，所述折叠支撑环包括多个弧形支撑和扭簧铰链，相邻两个弧形支撑之间通过扭簧铰链进行铰接，使得多个弧形支撑依次相连形成折叠支撑环，当折叠支撑环的多个弧形支撑处于折叠状态时，扭簧铰链处于扭转状态，当捆绑索模块断开后，扭簧铰链驱动多个弧形支撑展开并形成环状结构；十字交叉收口模块安装在弧形支撑中。

8、进一步地，所述弧形支撑设置为中空。

9、进一步地，所述十字交叉收口模块包括收口横索、横索滑环、收口纵索、纵索滑环和2个环形弹簧；所述折叠支撑环上沿圆周等间隔地布置有4个横档凸台，分别记为第一横档凸台-第四横档凸台，每个横档凸台的外缘直径大于纵索滑环和横索滑环的直径，收口横索的一端与第一横档凸台固定连接，第二横档凸台远离第一横档凸台一侧的折叠支撑环外套设有横索滑环，收口横索的另一端与横索滑环固定连接，一个环形弹簧的一端与第二横档凸台远离第一横档凸台的一侧面固定连接，环形弹簧的另一端与横索滑环固定连接；初始状态时，环形弹簧处于压缩状态，环形弹簧的伸展，使得横索滑环从折叠支撑环的第二横档凸台处运动至第三横档凸台处；收口纵索的一端与第二横档凸台固定连接，第三横档凸台远离第二横档凸台一侧的折叠支撑环外套设有纵索滑环，收口纵索的另一端与纵索滑环固定连接，另一个环形弹簧的一端与第三横档凸台远离第二横档凸台的一侧面固定连接，环形弹簧的另一端与纵索滑环固定连接；初始状态时，环形弹簧处于压缩状态，环形弹簧的伸展，使得纵索滑环从折叠支撑环的第三横档凸台处运动至第四横档凸台处。

10、进一步地，所述折叠支撑环的外圆周侧面设置有凸起条，横索滑环和纵索滑环的内圆周侧面均设置有导轨，折叠支撑环的凸起条可滑动地安装在横索滑环或纵索滑环的导轨中，使得横索滑环和纵索滑环在折叠支撑环中稳定运动。

11、二、一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置的捕获方法1）捕获前，折叠支撑环和绳网处于折叠状态；

12、2）捕获时，所述绳网捕获装置向空间目标物发射，捆绑索模块解锁，折叠支撑环展开，并将绳网的立体网兜展开到最大面积，空间目标物完全落入立体网兜中；

13、3）捕获后，十字交叉收口模块的环形弹簧启动解锁功能，处于压缩状态的2个环形弹簧伸展，分别带动横索滑环与纵索滑环沿着弧形支撑运动，收口横索和收口纵索分别在横索滑环与纵索滑环的带动下运动至目标位置并处于拉紧状态，收口横索和收口纵索相互垂直并处于十字交叉状态，从而实现立体网兜的收口。

14、本发明具有的有益效果是：

15、1、本发明使用刚性的折叠支撑环实现绳网的展开，保证了装置发射前的紧凑性，同时保证了绳网的百分之百展开。

16、2、本发明使用相互交叉的十字绳索实现空间大型目标物捕获后的绳网收口锁死，具有收口简单、方便且可靠性高等优点，十分适合于空间大型目标物捕获的场合。

技术特征：

1.一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，包括捆绑索模块(1)、绳网(2)、折叠支撑环(3)和十字交叉收口模块(4)；折叠支撑环(3)安装在绳网(2)的最外圈，十字交叉收口模块(4)安装在折叠支撑环(3)中；初始状态时，折叠支撑环(3)和绳网(2)均处于折叠状态，捆绑索模块(1)套设在折叠支撑环(3)和绳网(2)外，使得所述空间目标物绳网捕获装置处于收纳状态；当所述空间目标物绳网捕获装置向目标物发射后，捆绑索模块(1)断开，折叠支撑环(3)和绳网(2)从折叠状态转变为展开状态，当目标物位于绳网(2)内后，十字交叉收口模块(4)的驱动，使得目标物被完全捕获。

2.根据权利要求1所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述捆绑索模块(1)包括柔性纤维索(1-1)和解锁开关(1-2)；柔性纤维索(1-1)的两端均与解锁开关(1-2)相连后形成环形绳索，环形绳索套设在折叠支撑环(3)和绳网(2)外。

3.根据权利要求1所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述绳网(2)包括立体网兜(2-1)与牵引绳(2-2)；立体网兜(2-1)的最外圈安装有折叠支撑环(3)，牵引绳(2-2)与立体网兜(2-1)的中心相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述折叠支撑环(3)包括多个弧形支撑(3-1)和扭簧铰链(3-3)，相邻两个弧形支撑(3-1)之间通过扭簧铰链(3-3)进行铰接，使得多个弧形支撑(3-1)依次相连形成折叠支撑环(3)，当折叠支撑环(3)的多个弧形支撑(3-1)处于折叠状态时，扭簧铰链(3-3)处于扭转状态，当捆绑索模块(1)断开后，扭簧铰链(3-3)驱动多个弧形支撑(3-1)展开并形成环状结构；十字交叉收口模块(4)安装在弧形支撑(3-1)中。

5.根据权利要求4所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述弧形支撑(3-1)设置为中空。

6.根据权利要求1所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述十字交叉收口模块(4)包括收口横索(4-1)、横索滑环(4-2)、收口纵索(4-3)、纵索滑环(4-4)和2个环形弹簧(4-6)；所述折叠支撑环(3)上沿圆周等间隔地布置有4个横档凸台(3-2)，分别记为第一横档凸台-第四横档凸台，每个横档凸台(3-2)的外缘直径大于纵索滑环(4-4)和横索滑环(4-2)的直径，收口横索(4-1)的一端与第一横档凸台固定连接，第二横档凸台远离第一横档凸台一侧的折叠支撑环(3)外套设有横索滑环(4-2)，收口横索(4-1)的另一端与横索滑环(4-2)固定连接，一个环形弹簧(4-6)的一端与第二横档凸台远离第一横档凸台的一侧面固定连接，环形弹簧(4-6)的另一端与横索滑环(4-2)固定连接；初始状态时，环形弹簧(4-6)处于压缩状态，环形弹簧(4-6)的伸展，使得横索滑环(4-2)从折叠支撑环(3)的第二横档凸台处运动至第三横档凸台处；收口纵索(4-3)的一端与第二横档凸台固定连接，第三横档凸台远离第二横档凸台一侧的折叠支撑环(3)外套设有纵索滑环(4-4)，收口纵索(4-3)的另一端与纵索滑环(4-4)固定连接，另一个环形弹簧(4-6)的一端与第三横档凸台远离第二横档凸台的一侧面固定连接，环形弹簧(4-6)的另一端与纵索滑环(4-4)固定连接；初始状态时，环形弹簧(4-6)处于压缩状态，环形弹簧(4-6)的伸展，使得纵索滑环(4-4)从折叠支撑环(3)的第三横档凸台处运动至第四横档凸台处。

7.根据权利要求6所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述折叠支撑环(3)的外圆周侧面设置有凸起条，横索滑环(4-2)和纵索滑环(4-4)的内圆周侧面均设置有导轨(4-5)，折叠支撑环(3)的凸起条可滑动地安装在横索滑环(4-2)或纵索滑环(4-4)的导轨(4-5)中，使得横索滑环(4-2)和纵索滑环(4-4)在折叠支撑环(3)中稳定运动。

8.根据权利要求1所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置，其特征在于，所述空间目标物绳网捕获装置还包括发射装置，发射装置与绳网(2)相连。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置的捕获方法，其特征在于，捕获方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于十字交叉绳索收口的空间目标物绳网捕获装置及方法。本发明将折叠支撑环安装在绳网的最外圈，十字交叉收口模块安装在折叠支撑环中；初始状态时，折叠支撑环和绳网均处于折叠状态，捆绑索模块套设在折叠支撑环和绳网外，使得空间目标物绳网捕获装置处于收纳状态；当空间目标物绳网捕获装置向目标物发射后，捆绑索模块断开，折叠支撑环和绳网从折叠状态转变为展开状态，当目标物位于绳网内后，十字交叉收口模块的驱动，使得目标物被完全捕获，实现了大型目标物的收口锁死。本发明具有绳网展开充分、可靠性高的优点。另一方面，本发明采用的十字交叉收口形式具有收口简单、方便实用的特点，十分适合于空间大型目标物捕获的场合。技术研发人员：王班,王美娜,陈志平,张巨勇,胡凯明,王鹏飞,董源,李蓉,陆倩倩,周茂瑛,王位,杨颖,冯长水受保护的技术使用者：浙大城市学院技术研发日：技术公布日：2024/8/1