本發(fā)明屬于空間電推進(jìn)，尤其涉及一種一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置。

背景技術(shù)：

1、太空垃圾，通常也被稱為空間碎片，是指人類太空活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物，包括報(bào)廢的衛(wèi)星、火箭殘骸、脫落的零部件等。這些碎片在地球軌道上以極高的速度運(yùn)行，對(duì)在軌運(yùn)行的航天器構(gòu)成了巨大的威脅。據(jù)nasa空間碎片項(xiàng)目辦公室(odpo)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前直徑大于10厘米的大型碎片數(shù)量已超過3萬顆，介于1至10厘米之間的中型碎片更是多達(dá)90萬顆，而直徑小于1厘米的小型碎片更是數(shù)量龐大，超過一億顆。然而，僅有大約兩萬枚碎片被美國空間監(jiān)視網(wǎng)(ssn)編錄在冊(cè)并持續(xù)追蹤。

2、這些碎片對(duì)航天器的威脅不容忽視。即使是微小的碎片，也可能因?yàn)楦咚僮矒舳鴮?duì)航天器造成嚴(yán)重的破壞。例如，一顆直徑僅1厘米的碎片就可能擊穿航天器的外殼，導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)受損或失效。而大型碎片則可能直接摧毀整個(gè)航天器，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

3、為了解決這一問題，世界各國的研究團(tuán)隊(duì)提出了多種捕獲和清除空間碎片的方法。其中，使用機(jī)械臂和繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)是最直接的方法之一。通過發(fā)射專門的航天器，利用機(jī)械臂抓取或繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)捕獲碎片，然后將其帶回地球或引導(dǎo)其進(jìn)入大氣層燒毀。此外，還有激光燒蝕、電動(dòng)力繩系軌道轉(zhuǎn)移等方法。這些方法雖然各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都需要在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

4、此外，使用離子束雙向動(dòng)量清除空間碎片也是目前較為新穎的一種空間碎片處理技術(shù)。通過部署在目標(biāo)附近飛行的特種衛(wèi)星，利用其一端的電推進(jìn)器所噴出的離子束(等離子體羽流)，直接針對(duì)目標(biāo)修改其軌道或姿態(tài)使其強(qiáng)制離軌，并且通過另一端的電推進(jìn)裝置雙向噴射等離子體羽流實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的位置保持和姿態(tài)控制。由于該方法使用離子束來傳輸動(dòng)量，其比使用材料燒蝕獲得的動(dòng)量高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且不增加新的太空垃圾。因此，該技術(shù)更為高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保。

5、然而，在衛(wèi)星上安裝多個(gè)獨(dú)立推進(jìn)系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法，不僅增加了衛(wèi)星的重量和體積，還使得整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的集成變得更為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，所述裝置基于螺旋波等離子體放電技術(shù)，利用一體式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙向動(dòng)量作用，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與空間碎片同步變軌，完成無接觸、高效地空間碎片處理。以解決現(xiàn)有技術(shù)中離子束雙向動(dòng)量處理技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，衛(wèi)星集成難度高的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，所述裝置包括放電室，噴管，供氣系統(tǒng)，射頻天線，射頻電源，磁感線圈，氣源閥；

4、放電室為圓柱形結(jié)構(gòu)，用來產(chǎn)生和加熱等離子體，并在放電室出口處采用收縮-擴(kuò)張型噴管，利用噴管對(duì)束流進(jìn)行加速；供氣系統(tǒng)用來提供工質(zhì)氣體，供氣系統(tǒng)與放電室連接，通過氣源閥調(diào)節(jié)供氣量；射頻天線嵌套在放電室外部；射頻天線與射頻電源連接，射頻電源為射頻天線提供電流；磁感線圈有兩個(gè)形成雙磁感線圈，分別位于放電室兩端出口處。

5、進(jìn)一步地，放電室在下方通過供氣管道與供氣系統(tǒng)連接，通過氣源閥改變供氣系統(tǒng)提供的氣體流量。

6、進(jìn)一步地，射頻天線采用常規(guī)的射頻天線材料和安裝結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步地，射頻天線發(fā)射電磁波電離工質(zhì)氣體，通過所述的雙磁感線圈形成雙向加速的磁噴管結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加速等離子體產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)一體式雙向動(dòng)量作用。

8、進(jìn)一步地，磁感線圈連接直流電源，通過改變電流大小實(shí)現(xiàn)所述磁感線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所述裝置兩端的推力大小的調(diào)節(jié)。

9、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：本發(fā)明利用單推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)了雙向動(dòng)量作用，并可以通過改變磁場大小或供氣量來調(diào)節(jié)兩側(cè)的推力大小，提高了空間碎片處理效率，降低了推進(jìn)器在衛(wèi)星上的集成難度和碎片處理成本。該發(fā)明不僅具有高電離密度、精確控制、系統(tǒng)集成度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等顯著特征。

技術(shù)特征：

1.一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，所述裝置包括放電室(1)，供氣系統(tǒng)(2)，射頻天線(3)，射頻電源(4)，磁感線圈(5)，氣源閥(9)，噴管(10)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，放電室(1)在下方通過供氣管道與供氣系統(tǒng)(2)連接，通過氣源閥(9)改變供氣系統(tǒng)(2)提供的氣體流量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，放電室1由絕緣材料制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，射頻天線(3)采用常規(guī)的射頻天線材料和安裝結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，射頻天線(3)發(fā)射電磁波電離工質(zhì)氣體，通過所述的雙磁感線圈形成雙向加速的磁噴管結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加速等離子體產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)一體式雙向動(dòng)量作用。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，其特征在于，磁感線圈(5)連接直流電源，通過改變電流大小實(shí)現(xiàn)所述磁感線圈(5)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所述裝置兩端的推力大小的調(diào)節(jié)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一體式雙向動(dòng)量電推進(jìn)空間碎片處理裝置，屬于空間電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括放電室，供氣系統(tǒng)，射頻天線，射頻電源，磁感線圈，氣源閥；放電室為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端處為收縮?擴(kuò)張型的噴管結(jié)構(gòu)；供氣系統(tǒng)與放電室連接，通過氣源閥調(diào)節(jié)供氣量；射頻天線嵌套在放電室外部；射頻天線與射頻電源連接，射頻電源為射頻天線提供電流；磁感線圈有兩個(gè)形成雙磁感線圈，分別位于放電室兩端出口處。本發(fā)明通過改變磁場大小或供氣量來調(diào)節(jié)兩側(cè)的推力大小，提高了空間碎片處理效率，降低了推進(jìn)器在衛(wèi)星上的集成難度和碎片處理成本。該發(fā)明不僅具有高電離密度、精確控制、系統(tǒng)集成度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等顯著特征。

技術(shù)研發(fā)人員：田濱,安炳晨,王境,謝侃,楊素蘭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15