改变空间物体飞行方向和速度的装置与方法与流程

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，有效载荷只有百分之几，效率很低。进行星际航行，在不同的起落阶段加快飞船速度或降低速度，变换飞船的动量或运动方向，都需要消耗大量燃料，付出昂贵代价。人们曾提出“太空电梯”的概念，以减少向太空输送货物或人员的成本，但面临材料技术的根本障碍而无法实现。现在，太空探索已经向“太空工程”方向发展，星际航行更为频繁，迫切需要更高效更节约燃料的空间装置加减速技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供更为高效的宇航技术，该技术为：

2、一种改变空间物体飞行方向和速度的装置，由在空间运转的旋转体、与其相连且围绕其同步回转的绳索牵拉机构组成，其中，绳索牵拉机构由连接旋转体的牵拉绳索和与该绳索连接的挂靠器组成，挂靠器为用来连接前来挂靠的空间物体并在需要时释放该空间物体的机构，其中所述挂靠器为一个或多个，连接每个挂靠器的牵拉绳索为一根或多根，彼此平行或交叉或汇于挂靠器。

3、显然，由于该装置牵拉向心力的作用，被牵拉过的空间物体的运动速度或方向都可以得到改变，同时双方动量出现转移和变化。在此牵拉过程中，一般并不需要空间物体的喷射发动机或者所述装置上的喷射发动机提供动力

4、空间物体可以为空间装置，如飞船、太空人员舱、空间站、货运设备、质量较大的配重或其它功能装置，也可以包括货物仓、袋或其它物体；

5、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；

6、所述的旋转体可以具有较大质量。

7、绳索或牵拉绳索的展开长度一般可达几千米到几十千米。

8、需要时，所述旋转体可以通过轴承机构连接有动量承载体，动量承载体可以具有较大质量，可以明显大于旋转体，可以不转动或具有与旋转体相同或不同的转速。

9、动量承载体可以为空间站或带有喷射式发动机。

10、为了使动量承载体具有较大质量，动量承载体可以包含空间小行星或空间彗核或天然卫星或其它空间物体或者与其连为一体。

11、所述装置可以具有多个旋转体，它们可以具有在一条直线上的转动轴心。所述装置的旋转体的转速可以不尽相同，所述旋转体连接的绳索长度可以不尽相同，所述挂靠器在绳索上的位置可以不尽相同。这样所述装置所能提供的挂靠器的瞬时线速度不尽相同，适合更多飞行器对改变航行速度或方向的需要。

12、所述的旋转体可以具有连接绳索的伸展杆或收放绳索的卷扬机构，这有利于对绳索及绳索牵拉机构的调控。

13、所述挂靠器可以带有操控装置或喷射发动机。

14、动量承载体及挂靠器带有喷射式发动机是为了便于其位置或速度的调整，一般不需要在牵拉空间物体过程中使用。

15、所述挂靠器可以带有机械臂或吊杆或机械手或带可收放绳索连接机构，也可以带有一端或两端连接有牵拉绳索的框架或圈或弯折杆器件。

16、所述挂靠器可以为或带有钩或环或夹或卡或爪或吸盘或扭转连接头或系泊机构。

17、为了便于挂靠器的连接，空间物体也可以带有能与之配合的钩挂器具，如钩或环或夹或框或卡头或机械手或吸盘或靠板等。

18、当旋转体运行角速度较大时，绳索远端挂靠器的圆周运动切向速度非常大，绳索自身质量产生的离心力就十分显著。为了减少这种离心力同时保证绳索的抗拉能力，所述装置用于牵拉的绳索可以符合以下特点的一个或多个：

19、特点一：至少部分更靠近该装置质量中心的绳索区段的抗拉能力明显大于部分更远离该中心的绳索区段的抗拉能力；

20、特点二：至少部分更靠近该装置质量中心的绳索区段的平均横截面积明显大于部分更远离中心的绳索区段的平均横截面积；

21、特点三：至少部分更靠近该装置质量中心的绳索区段的单位长度质量明显大于部分更远离中心的绳索区段；

22、特点四：至少部分更靠近该装置质量中心的绳索区段的包含的索条根数明显大于部分更远离中心的绳索区段；

23、特点五：随着向远离该装置质量中心方向延伸，该绳索的横截面，呈阶梯状或曲线状递减；

24、特点六：更远离该装置质量中心的绳索区段所使用的材料抗拉能力与该材料比重之比，明显大于部分更靠近该中心的绳索区段所使用的材料抗拉能力与该材料比重之比。

25、所述绳索可以含有通讯导线或电力导线。绳索也可以由多股并行而保持一定间隙子绳索构成。

26、所述绳索牵拉机构可以间隔分布有警示灯或者定位角反射器或者光或电磁波定位信号发生器。这样可以有利于其它飞船测定回旋系统各个部件的空间位置，提高航行的效率和安全性。

27、本发明还可以包括一种使用所述装置改变空间物体飞行方向和速度的方法，可以包括：

28、令所述装置的旋转体及相连的绳索牵拉机构以适当的位置、速度和自转速度在空间运转，其挂靠器围绕旋转体进行圆周运动，以所述装置的质心位置为参照系，令需要改变飞行方向或速度的空间物体以与挂靠器相近的瞬时速度，沿该圆周合适一侧的切线方向接近圆周并与挂靠器同向会合，挂靠在挂靠器上，开始进行圆周运动，当运动转到期望的瞬时方向或速度时，挂靠器释放该空间物体，令其自行运动。

29、所述装置旋转速度较快或挂靠器向心加速度较大时，可以令空间物体或飞行器在需要时能够开动喷射发动机进行短时相应的向心加速或调速操作，以更准确地或更长时间地接近或接触挂靠器，以便完成挂靠操作。

30、安排空间物体在绳索牵拉机构的挂靠器上挂靠时，可以随挂靠器从原来的位置移动到距旋转体更远或更近的不同位置，该移动是利用卷扬机构收放绳索控制，或者是沿牵拉绳索挪动或溜动或滑动或靠滑轮滚动，或者依靠自身喷气发动机动力推动。

31、显然，靠近旋转体的挂靠器的切向速度较低，空间物体或飞船更容易挂靠，当它移动到距离旋转体较远处时，可以把速度提高到需要的水平。

32、按照所述的方法，可以包括：其中空间物体的前进速度低于所述装置，但运行方向相同，令空间物体从前方按照所述方法接近所述装置，挂靠在挂靠器上，开始向后进行圆周运动，当运动转到向前或需要的瞬时方向时，挂靠器释放该空间物体，令其以比所述装置更快的速度向前运动。

33、所述的方法还可以包括：其中空间物体的前进速度快于所述装置，但运行方向相同，令空间物体从后方按照所述方法接近所述装置，挂靠在挂靠器上，开始向前进行圆周运动，当运动转到向后或需要的瞬时方向时，挂靠器释放该空间物体，令其以比所述装置更慢的速度向前运动或慢速向后运动。

34、所述的方法也可以包括：其中空间物体与所述装置运行方向相反，令空间物体按照所述方法接近所述装置，挂靠在挂靠器上，开始向前进行圆周运动，当运动转到相反的或需要的瞬时方向时，挂靠器释放该空间物体，令其以与原来相反的方向更快的速度运动。

35、事实上，如果空间物体的初始速度通过挂靠所述装置改变为后续速度而方向不变，那么需要设置的所述装置质心速度应该接近空间物体初始速度与后续速度之和的二分之一。

36、所述的方法还可以包括：令多个所述装置以不尽相同的位置、速度和自转速度在空间运转，以适合空间物体改变不同飞行方向和速度的需要。

37、利用传统的喷射发动机技术，航天器在星体附近进行往返飞行时，需要提供强大的动力来剧烈改变自身的动量。对于航班式的多次往返，消耗将更为巨大，这将使今后的星际开发难以进行。本发明的技术，需要时既可以把飞行航天器原有的动量转移到本发明的所述装置上，降低速度，又可以让飞行航天器从本发明的所述装置上获得动量，提高速度，所需能量消耗可以减少到原来完全靠火箭喷射动力的几分之一。这种装置和利用方法可以带来宇航动力技术和宇航方式的变革，具有突出的技术效果。