CN109823577A - 一种空间返回物回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空间返回物回收装置，包括：捕获网，用于承接空间返回物；飞行机组，包括与捕获网连接并在空中张网的多台飞行器；返回控制***，设置于空间返回物，检测并发射空间返回物的飞行信息；捕获控制***，接收飞行信息并引导飞行机组移动至根据飞行信息得出的预计落点。由于采用了多机协同编队空中张网的技术方案，解决了捕获网移动速度慢的问题；通过设置返回控制***和捕获控制***建立实时通讯联系，结合落点预测技术引导飞行机组飞至预计落点，并实时修正可能出现的落点偏差，快速调整捕获网的空间位置，达到在空间返回物触地、触水之前可靠捕获的目的，有效实现空间返回物的无损回收重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种空间返回物回收装置。
背景技术
传统上，运载火箭本身及其部件，包括子级，整流罩都是一次性使用产品。这使得运载火箭的发射成本居高不下，一般用户难以承受。回收复用是降低成本的一个有效途径。国内外对运载火箭及其部件的回收复用技术进行过长时间的研究。上世纪60年代末提出的航天飞机方案，其目的之一就是为了解决航天器可重复使用的问题。然而在实际使用中，由于返回后的维修成本太高，导致单次飞行成本仍然没有得到有效控制。
21世纪初，美国太空探索技术公司采用猎鹰火箭开始研究运载火箭子级的垂直起降回收复用技术，并最终于2015年12月获得子级回收的成功。与此同时，该公司还进行了整流罩回收复用技术的研究，所采用的方案为降落伞减速+海面船只张网捕获的方案。然而该整流罩回收方案存在两个方面的缺点：一是船只能够提供的捕获网面积有限；二是船只在海面上的移动速度较慢，整流罩落点一旦出现偏差，想靠船只在水面上的移动来补偿必然会碰到困难。因此回收成功率不高。该方案至今已经进行了四次飞行试验，但整流罩均未能落至捕获网内。在溅落海面后由于冲击作用导致整流罩结构毁损，无法再重复使用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的落点预计不准确以及捕获网移动速度慢导致的回收不成功缺陷，从而提供一种空间返回物回收装置。
本发明提供的一种空间返回物回收装置，包括：
捕获网，用于承接空间返回物；
飞行机组，包括与所述捕获网连接并在空中张网的多台飞行器；
返回控制***，设置于所述空间返回物，检测并发射所述空间返回物的飞行信息；
捕获控制***，接收所述飞行信息并引导所述飞行机组移动至根据所述飞行信息得出的预计落点。
可选的，所述返回控制***包括控制器以及与所述控制器电连接的惯性传感器、GPS接收机和发射机。
可选的，所述空间返回物上设置有用于减速的降落伞以及控制所述降落伞的展开及操纵装置；所述展开及操纵装置与所述控制器电连接，并在所述控制器的控制下动作。
可选的，所述飞行机组中的一台所述飞行器为协调所述飞行机组飞行的长机，所述捕获控制***设置于所述长机。
可选的，所述飞行机组包括环绕设置于所述捕获网外周并与所述捕获网连接的四台或六台无人机。
可选的，包括多个所述捕获网以及与所述捕获网连接的所述飞行机组。
可选的，所述空间返回物为整流罩。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种空间返回物回收装置，由于采用了多机协同编队空中张网的技术方案，解决了捕获网移动速度慢的问题；通过设置返回控制***和捕获控制***，在空间返回物与飞行机组之间建立实时通讯联系，结合落点预测技术，引导飞行机组飞至预计落点，并可根据实时传回的飞行信息及时修正可能出现的落点偏差，快速调整捕获网的空间位置，达到在空间返回物触地、触水之前可靠捕获的目的；克服了现有技术回收成功率不高，容易出现空间返回物触地、触水硬着陆后损伤等问题，有效实现空间返回物的无损回收重复使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的第一种实施方式中提供的一种空间返回物回收装置的结构示意图。
附图标记说明：
1－捕获网、2－无人机、3－整流罩、4－降落伞。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明提供的一种空间返回物回收装置实施例。
本实施例以火箭整流罩3为例介绍本发明提供的空间返回物回收装置的工作原理，显而易见地，该空间返回物回收装置也可被应用于回收其它空间返回物，例如火箭子级等。
该空间返回物回收装置包括捕获网1、飞行机组、返回控制***和捕获控制***。其中，捕获网1为用于承接整流罩3的方形网状结构。飞行机组为与捕获网1四角连接的四台无人机2，四台无人机2协同飞行并悬停在空中5－10米左右的高度，实现空中拉网。显而易见地，无人机2可设置为6台或8台或更多，实际无人机2的数目根据无人机2承载能力以及空间返回物重量而定，捕获网1的形状根据无人机2数目进行适应性设计。飞行机组中的一台无人机2为控制协调飞行机组飞行的长机，捕获控制***设置于该长机。
返回控制***设置于整流罩3，包括控制器以及与控制器电连接的惯性传感器、GPS接收机、发射机和天线。控制器以分离时刻的位置和速度作为初值进行导航解算，实时给出整流罩3位置和速度，并通过发射机和天线发送至捕获控制***。此处整流罩3的位置和速度合称为飞行信息。
整流罩3上设置有用于减速的降落伞4以及控制降落伞4的展开及操纵装置。展开及操纵装置与控制器电连接，并在控制器的控制下动作。圆伞或翼伞都是降落伞4可选方案。翼伞具有更好的操控性，但结构较为复杂。圆伞可采用两级减速方案：先打开一个面积较小的减速伞，将整流罩3初步减速，然后打开面积较大的主伞，进一步降低整流罩3的下落速度。
捕获控制***接收飞行信息并据此计算出整流罩3预计落点的位置，然后引导飞行机组飞至该预计落点。
空间返回物回收装置的工作原理：
整流罩3回收过程可分为两个阶段，第一阶段需要对整流罩3的下落速度进行控制，方法是采用降落伞4进行减速。通常，整流罩3分离高度在100km以上，分离结束后整流罩3在大气层外沿返回轨道自由飞行一段，进入大气层后，到60km高度或更低高度时，降落伞4打开开始工作。其中，降落伞4的开伞高度，面积可以根据需要进行设计。
第二阶段为该空间返回物回收装置工作阶段。整流罩3内安装的返回控制***以分离时刻的位置和速度作为初值进行导航解算，实时给出整流罩3位置和速度，并通过无线信道发给捕获控制***。
多台无人机2编队，空中拉网，协同飞行，捕获网1的初始位置根据计算得到的整流罩3下落轨迹，提前安排在落区中心。回收任务开始后，捕获控制***接收整流罩3实时传回的飞行信息并据此计算出整流罩3预计落点的位置。然后引导飞行机组向预计落点附近移动，并根据实时传回的飞行信息及时修正可能出现的落点偏差。捕获网1在空中捕获下落的整流罩3。成功捕获整流罩3后，飞行机组继续向指定回收着陆区飞行，将整流罩3放置于预设回收点。
本发明提供的空间返回物回收装置，由于采用了多机协同编队空中张网方案，解决了捕获网1移动速度慢的问题。通过设置返回控制***和捕获控制***，在空间返回物与飞行机组之间建立实时通讯联系，结合落点预测技术，引导飞行机组飞至预计落点，并可根据实时传回的飞行信息及时修正可能出现的落点偏差，快速调整捕获网1的空间位置，达到在空间返回物触地、触水之前可靠捕获的目的；克服了现有技术回收成功率不高，容易出现空间返回物触地、触水硬着陆后损伤等问题，有效实现空间返回物的无损回收重复使用。
作为另一种实施方式，空间返回物回收装置包括多个捕获网1以及与捕获网1连接的飞行机组，即采用采用多机组多网协同工作，扩大回收范围，提高捕获慨率。
作为另一种实施方式，捕获控制***可设置于地面，或其他结构，通过无线通讯与飞行器相连。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种空间返回物回收装置，其特征在于，包括：
捕获网(1)，用于承接空间返回物；
飞行机组，包括与所述捕获网(1)连接并在空中张网的多台飞行器；
返回控制***，设置于所述空间返回物，检测并发射所述空间返回物的飞行信息；
捕获控制***，接收所述飞行信息并引导所述飞行机组移动至根据所述飞行信息得出的预计落点。
2.根据权利要求1所述的空间返回物回收装置，其特征在于：所述返回控制***包括控制器以及与所述控制器电连接的惯性传感器、GPS接收机和发射机。
3.根据权利要求2所述的空间返回物回收装置，其特征在于：所述空间返回物上设置有用于减速的降落伞(4)以及控制所述降落伞(4)的展开及操纵装置；所述展开及操纵装置与所述控制器电连接，并在所述控制器的控制下动作。
4.根据权利要求1－3中任一项所述的空间返回物回收装置，其特征在于：所述飞行机组中的一台所述飞行器为协调所述飞行机组飞行的长机，所述捕获控制***设置于所述长机。
5.根据权利要求1－4中任一项所述的空间返回物回收装置，其特征在于：所述飞行机组包括环绕设置于所述捕获网(1)外周并与所述捕获网(1)连接的四台或六台无人机(2)。
6.根据权利要求1－5中任一项所述的空间返回物回收装置，其特征在于：包括多个所述捕获网(1)以及与所述捕获网(1)连接的所述飞行机组。
7.根据权利要求1所述的空间返回物回收装置，其特征在于：所述空间返回物为整流罩(3)。
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