專(zhuān)利名稱(chēng)：一種航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微小航天器空間對(duì)接方法。
背景技術(shù)：
空間交會(huì)對(duì)接是兩個(gè)或兩個(gè)以上航天器在空間進(jìn)行的一項(xiàng)極其復(fù)雜的空間操作。空間交會(huì)對(duì)接是當(dāng)前世界航天領(lǐng)域中一項(xiàng)十分復(fù)雜和困難的技術(shù)，各個(gè)航天國(guó)家都在不斷投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行積極的探索和研究。目前主要的對(duì)接方式為機(jī)械式對(duì)接，通過(guò)軌道參數(shù)協(xié)調(diào)，讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的航天器在同一時(shí)間到達(dá)太空同一位置，再通過(guò)專(zhuān)門(mén)的對(duì)接機(jī)構(gòu)將其連為一個(gè)整體。但是兩個(gè)航天器必須在高速飛行的狀態(tài)下，在同一時(shí)間到達(dá)太空同一位置，如失誤則有相撞的風(fēng)險(xiǎn)。因此空間交會(huì)對(duì)接是當(dāng)前世界航天領(lǐng)域中一項(xiàng)十分復(fù)雜和困難的技術(shù)，對(duì)控制、導(dǎo)航和測(cè)控覆蓋支持等都提出了相當(dāng)高的要求，而如何提高對(duì)接的靈活性、可靠性和成功率，以及降低對(duì)接方式的難度具有非常大的政治意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高航天器對(duì)接的靈活性、可靠性和成功率，以及降低對(duì)接方式的難度，本發(fā)明提供了一種新型 的微小航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法。本發(fā)明的航天器空間反復(fù)對(duì)接方法步驟如下:
(1)在柔性展開(kāi)裝置的表面涂覆壓敏膠或壁虎膠；
(2)然后將上述柔性展開(kāi)裝置以折疊的形式在發(fā)射時(shí)密閉儲(chǔ)存在航天器發(fā)射艙里，進(jìn)入預(yù)定軌道后，打開(kāi)密閉裝置，伸出折疊的柔性展開(kāi)裝置，同時(shí)慢速展開(kāi)，當(dāng)柔性展開(kāi)裝置碰觸到另一航天器時(shí)通過(guò)壓敏膠或壁虎膠與目標(biāo)航天器實(shí)現(xiàn)粘接(圖1)。本發(fā)明采用兩種方法實(shí)現(xiàn)微小航天器間的對(duì)接，一種為壓敏膠，基于吸附作用，實(shí)現(xiàn)與航天器物理粘接；一種為壁虎膠，其原理為:基于分子間引力實(shí)現(xiàn)粘接，利用范德華力作用原理制造含有納米纖毛的壁虎膠，既可在航天器表面高效粘合、又可方便地從航天器表面剝離、還能重復(fù)使用的新型粘合材料。本發(fā)明采用柔性慢速展開(kāi)裝置緩沖飛行速度和對(duì)接力，采用壓敏膠或壁虎膠，空間在軌將兩個(gè)航天器粘接連為一個(gè)整體，又可方便地從航天器表面剝離，實(shí)現(xiàn)航天器的分離，并且可以多次實(shí)現(xiàn)航天器的對(duì)接和分離；能夠提高航天器對(duì)接的靈活性、可靠性和成功率，以及降低對(duì)接方式的難度。


圖1為本發(fā)明的空間對(duì)接的過(guò)程；
圖2為氫氣泡模板法制備多孔金屬流程示意 圖3為高聚物澆筑在多孔金屬模板過(guò)程示意 圖4為壁虎膠纖毛陣列示意圖；圖5為柔性展開(kāi)裝置儲(chǔ)存于航天器中的結(jié)構(gòu)示意 圖6為柔性展開(kāi)裝置展開(kāi)結(jié)構(gòu)示意 圖7為兩個(gè)航天器實(shí)現(xiàn)對(duì)接的結(jié)構(gòu)示意 圖8為具體實(shí)施方式
三中兩個(gè)航天器實(shí)現(xiàn)對(duì)接的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式采用壁虎膠膠實(shí)現(xiàn)微小航天器間的對(duì)接，具體步驟如下:
在柔性展開(kāi)裝置表面固定一層采用含有納米纖毛的壁虎膠，壁虎膠的陣列方向向外，壁虎膠的壁虎膠一級(jí)陣列分布在柔性展開(kāi)裝置表面，壁虎膠一級(jí)陣列的上表面為壁虎膠二級(jí)陣列。柔性展開(kāi)裝置展開(kāi)后，與對(duì)接目標(biāo)接觸時(shí)，壁虎膠基于分子間引力實(shí)現(xiàn)粘接，與目標(biāo)航天器即可粘接在一起。當(dāng)航天器需要分離時(shí)，壁虎膠又可方便地從航天器表面剝離。本實(shí)施方式中，所述壁虎膠利用氫氣泡模板法制備多孔金屬作為模板，澆筑高聚物，并取出模板來(lái)進(jìn)行制備，具體制備方法如下:
第I步、氫氣泡模板法制備多孔金屬薄膜(圖2)，孔徑在0.5-100 μ m。氫氣泡模板法電沉積多孔Ni薄膜是以鉬片(Icm2)作陽(yáng)極，對(duì)電極采用304不銹鋼(Icm2)為陰極。實(shí)驗(yàn)中對(duì)不銹鋼的前處理包括拋光、除油、酸浸蝕、水沖洗、無(wú)水乙醇浸泡、丙酮清洗，低溫鼓風(fēng)烘干，并 在不銹鋼的背面貼上膠帶。鍍液組成為0.02-0.2mol -Γ1 NiCl2和0.5-2mol.L-1 NH4Cl, pH控制在4.0±0.5的范圍內(nèi)，電沉積的電流密度范圍是1.0-6.0A.cnT2，沉積時(shí)間為10-40s。通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度、沉積時(shí)間、鍍液組成等沉積參數(shù)來(lái)構(gòu)筑多孔Ni膜層的結(jié)構(gòu)形態(tài)。沉積后的薄膜片應(yīng)立即用蒸餾水沖洗，無(wú)水乙醇浸泡后干燥，得到多孔金屬薄膜。第2步、壁虎膠材料的澆筑(圖3)
將制備壁虎膠的高聚物材料硅橡膠(道康寧184)與交聯(lián)劑以質(zhì)量比為10:1混合，放入真空干燥箱中抽真空,待不再產(chǎn)生氣泡為止，以去除高聚物中混有的氣體。將高聚物和交聯(lián)劑的混合液澆筑在上述制備的多孔金屬薄膜的模板中，真空條件(IOO-1OPa)下固化l-24h，固化溫度為20-100°C，施加5N-100N的負(fù)載。第3步、去除模板(圖4)
取出固化后的硅橡膠和金屬模板，以金屬模板的基底為陽(yáng)極，以等面積的不銹鋼為陰極，采用3A -cm-2的電流密度進(jìn)行溶解，將多孔金屬薄膜的基底不銹鋼溶解。溶解不銹鋼后將硅橡膠和金屬模板浸入濃HNO3中，溶掉多孔金屬Ni模板，得到壁虎膠，面積為Icm2，纖毛直徑為5 μ m,高度為5-10 μ m,單個(gè)纖毛間距為4-10 μ m。對(duì)于多孔模板結(jié)構(gòu)的控制還可以通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度、沉積時(shí)間、主鹽濃度和加入添加劑。加入的添加劑類(lèi)型可以是聚乙二醇、聚乙二醇辛基苯基醚(0P)、苯甲醛、醋酸、鹽酸、NaCl、十二烷基苯硫酸鈉、二辛基琥珀酸磺酸鈉(阿洛索-0T)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)0以氫氣泡模板法制備多孔金屬為模板的方法可應(yīng)用于多種金屬，如金屬N1、Cu、Fe、Sn、Au、Pt、Zn、Pd。制備壁虎膠的方法還可以是:光刻法制備微納米陣列、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)法、電子束和氧等離子體干刻蝕法、AFM刻蝕法、氧化鋁模板法、化學(xué)氣相沉積法、軟刻蝕技術(shù)等。應(yīng)用于制備壁虎膠的高聚物材料還可以是聚酰亞胺、聚氨酯、硅橡膠、聚丙烯、聚苯乙烯等。本實(shí)施方式中，柔性展開(kāi)裝置的展開(kāi)方式可以是如下三種方式:
1、充氣展開(kāi)，此時(shí)可以采用橡膠復(fù)合材料制備柔性展開(kāi)裝置。橡膠復(fù)合材料中的纖維可以是芳纟侖纖維(Kevlar)、PBO纖維、Vectran纖維、玻璃纖維等,橡膠采用氯丁橡膠、娃橡膠等。充氣起源可以選擇航天器自帶小壓縮氣瓶或化學(xué)反應(yīng)充氣。柔性展開(kāi)裝置可以采用Z型折疊或卷曲折疊在航天器發(fā)射艙里，當(dāng)需要展開(kāi)時(shí)，啟動(dòng)充氣裝置，向柔性展開(kāi)裝置內(nèi)部充氣，展開(kāi)裝置就實(shí)現(xiàn)慢速展開(kāi)。2、形狀記憶展開(kāi)，此時(shí)可以采用形狀記憶復(fù)合材料制備柔性展開(kāi)裝置。形狀記憶復(fù)合材料的纖維為碳纖維，基體采用形狀記憶環(huán)氧材料。柔性展開(kāi)裝置可以采用Z型折疊或卷曲折疊在航天器發(fā)射艙里，當(dāng)需要展開(kāi)時(shí)，啟動(dòng)電源，通過(guò)碳纖維導(dǎo)電加熱，達(dá)到形狀記憶復(fù)合材料的形狀記憶恢復(fù)溫度時(shí)，形狀記憶復(fù)合材料恢復(fù)展開(kāi)形狀，展開(kāi)裝置就實(shí)現(xiàn)慢速展開(kāi)。3、機(jī)械展開(kāi)，此時(shí)可以采用橡膠材料制備柔性展開(kāi)裝置。機(jī)械展開(kāi)裝置設(shè)置于橡膠材料層的后面，柔性展開(kāi)裝置可以貯存于在航天器發(fā)射艙里，當(dāng)需要展開(kāi)時(shí)，機(jī)械展開(kāi)裝置伸長(zhǎng)，橡膠緩沖層緩慢向前推移，展開(kāi)裝置就實(shí)現(xiàn)慢速展開(kāi)。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是，通過(guò)在柔性展開(kāi)裝置表面涂覆壓敏膠黏劑，通過(guò)壓敏膠粘接實(shí)現(xiàn)對(duì)接的。為了操作方便，可以將壓敏膠黏劑封入微型反應(yīng)器(微型反應(yīng)器為球形，其尺寸為2 200 μπι，囊壁厚10 20 μ m)，使之不具備黏性，裝置易于貯存。將柔性展開(kāi)裝置以折疊的形式在發(fā)射時(shí)密閉儲(chǔ)存在航天器發(fā)射艙里(圖5)，進(jìn)入預(yù)定軌道后，打開(kāi)密閉裝置，伸出折疊的柔性展開(kāi)裝置(圖6)，暴露于真空中，微型反應(yīng)器破裂，壓敏膠粘劑流出，實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)的粘接(圖7)。本實(shí)施方式中，所述壓敏膠黏劑可以選用如丙烯酸酯壓敏膠粘劑，有機(jī)硅及其他樹(shù)脂型壓敏膠粘劑，天然橡膠壓敏膠等。本實(shí)施方式中，微型反應(yīng)器破裂的破裂可以通過(guò)兩個(gè)航天器相互接觸式的壓力，通過(guò)施加壓力破裂；也可以通過(guò)真空負(fù)壓破裂，在柔性展開(kāi)裝置展開(kāi)前，整個(gè)裝置密閉于航天器中，此時(shí)周?chē)锌諝獯嬖?。在柔性展開(kāi)裝置展開(kāi)后，整個(gè)裝置暴露于真空中，微型反應(yīng)器內(nèi)外壓力不同，就會(huì)瞬間破裂。具體 實(shí)施方式三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二不同的是，將可反應(yīng)性對(duì)接裝置以折疊的形式在發(fā)射時(shí)同時(shí)密閉儲(chǔ)存在需要對(duì)接的兩個(gè)航天器發(fā)射艙里(圖8)。
權(quán)利要求
1.一種航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述對(duì)接方法步驟如下: (1)在柔性展開(kāi)裝置的表面涂覆壓敏膠或壁虎膠； (2)然后將上述柔性展開(kāi)裝置以折疊的形式在發(fā)射時(shí)密閉儲(chǔ)存在航天器發(fā)射艙里，進(jìn)入預(yù)定軌道后，打開(kāi)密閉裝置，伸出折疊的柔性展開(kāi)裝置，同時(shí)慢速展開(kāi)，當(dāng)柔性展開(kāi)裝置碰觸到另一航天器時(shí)通過(guò)壓敏膠或壁虎膠與目標(biāo)航天器實(shí)現(xiàn)粘接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述壓敏膠黏劑為丙烯酸酯壓敏膠粘劑、有機(jī)硅及其他樹(shù)脂型壓敏膠粘劑或天然橡膠壓敏膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述步驟(I)中，在柔性展開(kāi)裝置表面固定一層采用含有納米纖毛的壁虎膠，壁虎膠的陣列方向向外，壁虎膠的壁虎膠一級(jí)陣列分布在柔性展開(kāi)裝置表面，壁虎膠一級(jí)陣列的上表面為壁虎膠二級(jí)陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述壁虎膠的材料為聚酰亞胺、聚氨酯、硅橡膠、聚丙烯或聚苯乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述微型反應(yīng)器為球形，其尺寸為2 200 μ m，囊壁厚10 20 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述柔性展開(kāi)裝置的展開(kāi)方式為充氣展開(kāi)、形狀記憶展開(kāi)或機(jī)械展開(kāi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述柔性展開(kāi)裝置的展開(kāi)方式為充氣展開(kāi)時(shí)，采用橡膠復(fù)合材料制備柔性展開(kāi)裝置，橡膠復(fù)合材料中的纖維為芳綸纖維、PBO纖維、Vectran纖維或玻璃纖維，橡膠采用氯丁橡膠或硅橡膠；充氣起源選擇航天器自帶小壓縮氣瓶或化學(xué)反應(yīng)充氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述柔性展開(kāi)裝置的展開(kāi)方式為形狀記憶展開(kāi)時(shí)，采用形狀記憶復(fù)合材料制備柔性展開(kāi)裝置，形狀記憶復(fù)合材料的纖維為碳纖維，基體采用形狀記憶環(huán)氧材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述柔性展開(kāi)裝置的展開(kāi)方式為機(jī)械展開(kāi)時(shí)，采用橡膠材料制備柔性展開(kāi)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，其特征在于所述柔性展開(kāi)裝置采用Z型折疊或卷曲折疊在航天器發(fā)射艙里。
全文摘要
一種航天器空間可多次反復(fù)對(duì)接方法，涉及一種微小航天器空間對(duì)接方法。本發(fā)明在柔性展開(kāi)裝置的表面涂覆壓敏膠或壁虎膠；然后將上述柔性展開(kāi)裝置以折疊的形式在發(fā)射時(shí)密閉儲(chǔ)存在航天器發(fā)射艙里，進(jìn)入預(yù)定軌道后，打開(kāi)密閉裝置，伸出折疊的柔性展開(kāi)裝置，同時(shí)慢速展開(kāi)，當(dāng)柔性展開(kāi)裝置碰觸到另一航天器時(shí)通過(guò)壓敏膠或壁虎膠與目標(biāo)航天器實(shí)現(xiàn)粘接。本發(fā)明采用柔性慢速展開(kāi)裝置緩沖飛行速度和對(duì)接力，采用壓敏膠或壁虎膠，空間在軌將兩個(gè)航天器粘接連為一個(gè)整體，又可方便地從航天器表面剝離，實(shí)現(xiàn)航天器的分離，并且可以多次實(shí)現(xiàn)航天器的對(duì)接和分離；能夠提高航天器對(duì)接的靈活性、可靠性和成功率，以及降低對(duì)接方式的難度。
文檔編號(hào)B64G1/64GK103224037SQ201310182680
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者劉宇艷, 吳松全, 劉羽熙, 張恩爽, 譚惠豐 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)