一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统及方法

本发明涉及了一种空间目标物绳网捕获系统，尤其涉及了一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统及方法。

背景技术：

1、随着人类航天活动的增加，空间碎片环境日益恶化。由此提出了空间目标物捕获装置，用于捕获太空中的空间碎片。现有的空间目标物捕获装置主要分为刚性捕获装置和柔性捕获装置。其中柔性捕获装置是以网或布等柔性结构覆盖包裹目标物或通过机械手抓取目标物后通过柔性连接物（如绳索）与任务航天器形成可靠连接的组合体。相比于刚性捕获装置，以绳网为代表的柔性捕获装置具有捕获容错性好、作业距离远，捕获效率高等优点。

2、在柔性捕获装置中，为了提高捕获的可靠性，绳网包裹目标物后，一般需要通过收口机构将绳网网口收拢锁死。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，实现网口的主动锁死，但存在系统复杂、装置体积大及可靠性低等问题。

技术实现思路

1、针对现有空间绳网捕获的收口问题，本发明的目的在于提供一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统及方法，具有系统简单、装置体积小及收口可靠性高等优点。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

3、一、一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统

4、绳网捕获系统包括任务平台、导电牵引绳及包含捻卷纤维的柔性绳网；任务平台通过导电牵引绳与柔性绳网的中心相连，所述捻卷纤维为通电加热后紧缩的捻卷纤维；初始状态时，导电牵引绳和柔性绳网均放置于任务平台内；当出现目标物时，任务平台向目标物发射柔性绳网，柔性绳网展开并成功套住目标物后，任务平台控制柔性绳网收缩，使得柔性绳网完全捕获目标物。

5、进一步地，所述任务平台包括平台主体、绳网发射器和直流电源，平台主体内安装有绳网发射器和直流电源，绳网发射器发射端一侧的平台主体内放置有导电牵引绳和柔性绳网，导电牵引绳与直流电源电气连接，导电牵引绳和柔性绳网电气连接。

6、进一步地，所述导电牵引绳包括进电电缆、回电电缆及外编织层；进电电缆与回电电缆并排布置并且进电电缆与回电电缆外包覆有外编织层，进电电缆和回电电缆之间绝缘隔离。

7、进一步地，所述柔性绳网包括内部网体、牵引质量块和多个扇形绳体，多个扇形绳体沿圆周依次相连后构成圆形网体，圆形网体为通电加热后紧缩的捻卷纤维制备而成，在圆形网体中安装内部网体后形成柔性绳网主体，柔性绳网主体的最外圈安装有多个沿圆周间隔布置的牵引质量块。

8、进一步地，每个所述扇形绳体包括一根网口绳和两根网身绳，网口绳的两端分别与两根网身绳的一端相连，两根网身绳的另一端与导电牵引绳电气连接；所述网身绳和网口绳均为通电加热后紧缩的捻卷纤维；在所述圆形网体中，每根网口绳与相邻的一根网身绳、导电牵引绳、任务平台形成单个闭环回路；每个所述扇形绳体通电加热后紧缩，使得目标物被柔性绳网完全捕获。

9、进一步地，多个所述牵引质量块沿圆周等间隔地安装柔性绳网主体的最外圈处。

10、进一步地，所述牵引质量块至少为3个。

11、进一步地，所述扇形绳体至少为3个。

12、二、一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统的捕获方法

13、1）捕获前，导电牵引绳和柔性绳网压缩放置于任务平台中；

14、2）捕获时，任务平台通过绳网发射器将柔性绳网向目标物发射，柔性绳网主体在牵引质量块的带动下逐渐展开并接近目标物；

15、3）当目标物完全落入柔性绳网后，任务平台通过导电牵引绳对柔性绳网进行供电，柔性绳网通电加热后紧缩，从而实现目标物的锁死；最后任务平台机动并通过导电牵引绳将目标物拖曳至目标位置。

16、本发明具有的有益效果是：

17、1、本发明采用捻卷纤维收缩的方式实现目标物捕获后的锁死，代替了传统的机械式或电动式网口收拢，大大减小了装置的体积与重量。

18、2、本发明网口绳与网绳绳同时使用了捻卷纤维，收口时网身绳也会同时紧缩，使得目标物可以被牢牢锁住，增加了目标物捕获的可靠性。

19、3、本发明的网口绳与网身绳自身具有一定的质量，在发射时可以使得网体更好的展开，提高了捕获有效面积，一定程度上提高了绳网捕获效率。

技术特征：

1.一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，包括任务平台(1)、导电牵引绳(2)及包含捻卷纤维的柔性绳网(3)；任务平台(1)通过导电牵引绳(2)与柔性绳网(3)的中心相连，所述捻卷纤维为通电加热后紧缩的捻卷纤维；初始状态时，导电牵引绳(2)和柔性绳网(3)均放置于任务平台(1)内；当出现目标物时，任务平台(1)向目标物发射柔性绳网(3)，柔性绳网(3)展开并成功套住目标物后，任务平台(1)控制柔性绳网(3)收缩，使得柔性绳网(3)完全捕获目标物。

2.根据权利要求1所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，所述任务平台(1)包括平台主体、绳网发射器(1-2)和直流电源(1-1)，平台主体内安装有绳网发射器(1-2)和直流电源(1-1)，绳网发射器(1-2)发射端一侧的平台主体内放置有导电牵引绳(2)和柔性绳网(3)，导电牵引绳(2)与直流电源(1-1)电气连接，导电牵引绳(2)和柔性绳网(3)电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，所述导电牵引绳(2)包括进电电缆(2-1)、回电电缆(2-2)及外编织层(2-3)；进电电缆(2-1)与回电电缆(2-2)并排布置并且进电电缆(2-1)与回电电缆(2-2)外包覆有外编织层(2-3)，进电电缆(2-1)和回电电缆(2-2)之间绝缘隔离。

4.根据权利要求1所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，所述柔性绳网(3)包括内部网体(3-1)、牵引质量块(3-4)和多个扇形绳体，多个扇形绳体沿圆周依次相连后构成圆形网体，圆形网体为通电加热后紧缩的捻卷纤维制备而成，在圆形网体中安装内部网体(3-1)后形成柔性绳网主体，柔性绳网主体的最外圈安装有多个沿圆周间隔布置的牵引质量块(3-4)。

5.根据权利要求4所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，每个所述扇形绳体包括一根网口绳(3-2)和两根网身绳(3-3)，网口绳(3-2)的两端分别与两根网身绳(3-3)的一端相连，两根网身绳(3-3)的另一端与导电牵引绳(2)电气连接；所述网身绳(3-3)和网口绳(3-2)均为通电加热后紧缩的捻卷纤维；在所述圆形网体中，每根网口绳(3-2)与相邻的一根网身绳(3-3)、导电牵引绳(2)、任务平台(1)形成单个闭环回路；每个所述扇形绳体通电加热后紧缩，使得目标物被柔性绳网(3)完全捕获。

6.根据权利要求4所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，多个所述牵引质量块(3-4)沿圆周等间隔地安装柔性绳网主体的最外圈处。

7.根据权利要求4所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，所述牵引质量块(3-4)至少为3个。

8.根据权利要求4所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统，其特征在于，所述扇形绳体至少为3个。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统的捕获方法，其特征在于，所述捕获方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于捻卷纤维紧缩的目标物绳网捕获系统及方法。绳网捕获系统包括任务平台、导电牵引绳及柔性绳网；任务平台通过导电牵引绳与柔性绳网的中心相连；初始状态时，导电牵引绳和柔性绳网均放置于任务平台内；当出现目标物时，任务平台向目标物发射柔性绳网，柔性绳网展开并成功套住目标物后，任务平台控制柔性绳网收缩，即任务平台通过导电牵引绳向柔性绳网供电，使得柔性绳网通电加热后迅速紧缩，从而实现目标物的锁死。本发明设计的绳网捕获形式具有捕获容错性强、捕获距离远等优点，特别是用基于捻卷纤维的绳网紧缩方式代替了传统的机械式或电机式收口方式，具有体积小、可靠性高等优点。技术研发人员：王班,李俊,陈志平,胡凯明,王鹏飞,周茂瑛,张巨勇,董源,张旭方,谭伟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