用于運(yùn)動(dòng)或移除人造衛(wèi)星的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在發(fā)射太空衛(wèi)星(20’，20”)之前出于使所述衛(wèi)星重新入軌和/或使所述衛(wèi)星返回地球的目的而與太空衛(wèi)星(20’，20”)聯(lián)接的設(shè)備(10、20、40、50)。該設(shè)備包括：用于對(duì)設(shè)備(10、20、40、50)進(jìn)行控制的裝置；與控制裝置操作性地連接的推進(jìn)裝置；與控制裝置操作性地連接的用于接收控制信號(hào)的裝置；用于將設(shè)備(10、20、40、50)電氣發(fā)動(dòng)的裝置；用于在發(fā)射衛(wèi)星(20’，20”)之前將設(shè)備(10、20、40、50)與所述衛(wèi)星(20’，20”)機(jī)械地聯(lián)接的裝置(310、320、330、340’、340”、350、360)。當(dāng)接收到用于將衛(wèi)星(20’，20”)脫離軌道并且將衛(wèi)星(20’，20”)轉(zhuǎn)移至給定軌道的控制信號(hào)時(shí)，由控制裝置啟動(dòng)推進(jìn)裝置。
【專利說明】用于運(yùn)動(dòng)或移除人造衛(wèi)星的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將人造衛(wèi)星從太空移除或使人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至不同的太空軌道的設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及一種用于以受控制且安全的方式將衛(wèi)星移除的設(shè)備，即，用于將人造衛(wèi)星或太空交通工具脫離軌道的設(shè)備，其中，術(shù)語“脫離軌道”的意思是所述人造衛(wèi)星或太空交通工具從地球大氣中的低軌道受控制地且快速地返回至到地球上預(yù)先建立的地點(diǎn)。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及這樣一種設(shè)備:該設(shè)備能夠影響人造衛(wèi)星或太空交通工具的重新入軌，其中重新入軌指的是所述人造衛(wèi)星或太空交通工具從它們的軌道受控制地且安全地轉(zhuǎn)移至駐留軌道。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種設(shè)備:該設(shè)備用于使人造衛(wèi)星或太空交通工具運(yùn)動(dòng)，和/或在人造衛(wèi)星或太空交通工具的使用壽命的末尾當(dāng)人造衛(wèi)星或太空交通工具出現(xiàn)故障時(shí)將人造衛(wèi)星或太空交通工具從任務(wù)軌道移除。
[0003]另一方面，本發(fā)明涉及這樣一種設(shè)備:該設(shè)備能夠用作用于改變?nèi)嗽煨l(wèi)星或太空交通工具的軌道位置的后備推進(jìn)系統(tǒng)。
[0004]另一方面，本發(fā)明涉及一種將太空衛(wèi)星從其太空軌道移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至不同的太空軌道的方法。更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種方法:該方法通過設(shè)置在所述太空衛(wèi)星或太空交通工具上的獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備來操作太空衛(wèi)星或太空交通工具的脫離軌道或重新入軌。
【背景技術(shù)】
[0005]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“人造衛(wèi)星”、“太空衛(wèi)星”或“太空交通工具”指的是能夠繞軌道運(yùn)行或從地球大氣中的低軌道運(yùn)動(dòng)至太空中的人造衛(wèi)星或交通工具。
[0006]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“任務(wù)軌道”指的是為了在衛(wèi)星或太空交通工具停留于太空期間進(jìn)行所需的操作而對(duì)衛(wèi)星或太空交通工具指定的軌道。
[0007]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“低軌道”指的是近地軌道(LEO)，S卩，距地球表面200千米至2000千米的介于大氣與范艾倫福射帶之間的高度處的圓形軌道。
[0008]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“高軌道”指的是中度地球軌道(MEO)或地球同步軌道(GSO)或?qū)Φ仂o止軌道(GEO)。MEO是距地球表面約10000千米的介于LEO與GEO之間的軌道。GSO是以與地球自轉(zhuǎn)相同周期的軌道周期而圍繞地球的軌道。GEO是特定類型的GSO并且是在赤道上方約36000千米的距離處的赤道圓形軌道。
[0009]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“駐留軌道”指的是如下軌道:在該軌道處人造衛(wèi)星或太空交通工具可以停留而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞或是占據(jù)了對(duì)其它人造衛(wèi)星或太空交通工具來說有用的空間。
[0010]在1957年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。從那以后，已經(jīng)發(fā)射了多于6000顆衛(wèi)星，這些衛(wèi)星中目前僅使用800顆。大多數(shù)衛(wèi)星不再繼續(xù)操作性地圍繞地球而繞軌道運(yùn)行，并且不可能控制這些衛(wèi)星的軌跡。
[0011]隨著發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量的增加，用于將新的衛(wèi)星定位于軌道中的有效空間隨之減少。另外，非操作的和/或不受控制的衛(wèi)星具有彼此碰撞并且爆炸的較高可能性。
[0012]這帶來了大量問題，這是因?yàn)樵谲壍乐写蠹s50%的能夠追蹤到的物體是由太空中的爆炸或碰撞而產(chǎn)生的。因此，當(dāng)前存在大約五十萬件空間碎片以超過30000千米每小時(shí)的速度圍繞地球運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而污染從科學(xué)、技術(shù)和商業(yè)角度來看最合適的軌道空間。發(fā)射至軌道中的每個(gè)新的衛(wèi)星不僅增加太空中的物體的數(shù)量，還增加由連續(xù)碰撞和爆炸一廢氣的碎片對(duì)碰撞和爆炸負(fù)有責(zé)任一引起的不受控制的碎片的數(shù)量。
[0013]對(duì)于低軌道(LEO)類型，數(shù)量快速增長的碎片構(gòu)成威脅，并且構(gòu)成了不可輕視的污染源。該軌道區(qū)域相對(duì)較小并且近于飽和，同時(shí)具有碎片與仍然在使用中的太空物體之間的碰撞的極大風(fēng)險(xiǎn)。存在人造衛(wèi)星嚴(yán)重?fù)p壞或甚至人造衛(wèi)星徹底報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，使得相對(duì)應(yīng)的空間任務(wù)的隨之失敗。這種空間碎片的不受控制的增加能夠?qū)е乱阎膭P斯勒現(xiàn)象，即，當(dāng)軌道中的碎片達(dá)到一定密度時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一連串碰撞，這會(huì)防止若干代的任何空間有效性或衛(wèi)星的使用。另外，在衛(wèi)星上有效的任何軌道控制系統(tǒng)已經(jīng)用盡其推進(jìn)劑之后的若干月或若干年中，或是當(dāng)衛(wèi)星由于故障而失控時(shí)，較低軌道中留下的太空物體返回至地球大氣并且落至行星的表面上，這意味著這些太空物體的重新進(jìn)入是不受控制的，并且因此使任何物體或人類置于風(fēng)險(xiǎn)中。
[0014]事實(shí)上，如果這種碎片在其運(yùn)動(dòng)穿過大氣時(shí)沒有完全損毀一可能是個(gè)案，這取決于航天器結(jié)構(gòu)中所使用的材料和航天器重新進(jìn)入的動(dòng)態(tài)一則碎片可能以極大的速度落至地球，這成為了對(duì)人類、建筑物或基礎(chǔ)設(shè)施(例如，儲(chǔ)氣罐、電力線、核反應(yīng)堆等)的災(zāi)難。即使忽視與物體和人類的任何直接撞擊，碎片的不受控制的重新進(jìn)入也可能是高風(fēng)險(xiǎn)的。事實(shí)上，一些衛(wèi)星可能載有放射性或劇毒性材料(如包含聯(lián)氨的推進(jìn)劑)，這會(huì)在人口稠密的區(qū)域上方散布于大氣中?，F(xiàn)今，從太空落至地球的物體的數(shù)量已經(jīng)平均為一天一個(gè)，且沒有人可以預(yù)測何時(shí)或何地將發(fā)生撞擊。總而言之，撞擊的速度的范圍從對(duì)于輕重量的物體的30km/h到對(duì)于較重的項(xiàng)目的大于300km/h。
[0015]布置在中度軌道或高軌道(ΜΕ0和GE0)中的太空物體沒有通過地球大氣的上層(外大氣層)而減速，所以這些太空物體沒有落向地球表面。因此，人造衛(wèi)星將商業(yè)上有用的軌道段占用了非常長的時(shí)間。在這些人造衛(wèi)星的工作壽命的末端一這通常是15年，它們成為了廢品并且被不受控制地丟棄，并且這防止了任何其它太空物體在這些人造衛(wèi)星附近進(jìn)行定位?？紤]到所討論的軌道的重要性以及有限的有效空間，衛(wèi)星在其到達(dá)其工作壽命的末端之前必須被重新定位到棄用軌道或駐留軌道。這通常是出于太空任務(wù)的目而未使用的高軌道。通過使用與軌道機(jī)動(dòng)相同的推進(jìn)系統(tǒng)一如果這些推進(jìn)系統(tǒng)載于衛(wèi)星上一而影響所述衛(wèi)星重新定位。出于該目的而可以將儲(chǔ)存在罐中的推進(jìn)劑的一部分留出，因此限制了衛(wèi)星的工作壽命并且犧牲了裝載于衛(wèi)星上的推進(jìn)劑的一部分以使得能夠完成駐留機(jī)動(dòng)。人造遠(yuǎn)程通訊衛(wèi)星的重新入軌涉及將該衛(wèi)星的商業(yè)操作中斷約6個(gè)月。對(duì)于具有約一千千克的初始質(zhì)量和七年任務(wù)的衛(wèi)星來說，這意味著大約10，000，000美元的經(jīng)濟(jì)損失。在出現(xiàn)任何問題一例如所使用的推力器出故障、推進(jìn)劑短缺、缺少適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)系統(tǒng)、或是機(jī)械故障一的情況下，衛(wèi)星實(shí)際上會(huì)永遠(yuǎn)保持在其位置中，這防止了用新的技術(shù)上更先進(jìn)的衛(wèi)星來替換該衛(wèi)星。若干仿真已經(jīng)估算出:對(duì)地靜止軌道中的每個(gè)人造衛(wèi)星每年在另一太空物體的約50米的范圍內(nèi)通過，這帶來相關(guān)的撞擊的較高風(fēng)險(xiǎn)。
[0016]“關(guān)于由太空物體導(dǎo)致的損害的國際責(zé)任的公約"(Convention on InternationalLiability for Damage Caused by Space Objects)建立了以下規(guī)則:將物體發(fā)射至太空中的任何人均對(duì)該物體在太空中以及在地球上造成的任何損壞負(fù)有責(zé)任。IADC(國際機(jī)構(gòu)太空碎片協(xié)調(diào)委員會(huì))建立了以下規(guī)則:普通的太空交通工具在其工作壽命的末端必須被機(jī)動(dòng)，以便防止其干擾軌道中的其它太空系統(tǒng)，并且在人造衛(wèi)星于低軌道中運(yùn)行情況下，必須保證在這些人造衛(wèi)星的工作壽命的末端的25年內(nèi)重新進(jìn)入大氣中。
[0017]一般而言，GEO軌道中的人造衛(wèi)星為遵守IADC要求而產(chǎn)生的成本總計(jì)為人造衛(wèi)星的總體成本的大約10%至15%。因此，太空碎片對(duì)軌道中的科學(xué)和商業(yè)開發(fā)呈現(xiàn)出越來越大的威脅。因此有用的是制造這樣一種設(shè)備，該設(shè)備能夠以可靠且受控制的方式將在軌道中的意境達(dá)到了其工作壽命的末端的通常的人造衛(wèi)星和太空物體安全脫離軌道或運(yùn)動(dòng)(重新入軌)。
[0018]存在用于將太空物體脫離軌道或使太空物體運(yùn)動(dòng)至駐留軌道的其它已知的設(shè)備。這些設(shè)備通常包括被動(dòng)式設(shè)備，即，這些設(shè)備沒有對(duì)要運(yùn)動(dòng)的物體的正時(shí)、軌跡以及最終目的地的控制。
[0019]US6, 655, 637描述了一種發(fā)射至太空中的設(shè)備,該設(shè)備可以抓取已經(jīng)在軌道中的物體并且通過可充氣的重新進(jìn)入模塊使這些物體朝向地球而脫離軌道。這通常是具有相當(dāng)大的尺寸的球形物體，以便確保該物體由于其與大氣的殘余層的相互作用而被地球吸引。然而，該設(shè)備具有以下缺點(diǎn):必須將要移除的物體攜帶至大氣中而不能夠確保該設(shè)備在重新進(jìn)入階段期間的控制或是確保相關(guān)的重新進(jìn)入次數(shù)的任何實(shí)質(zhì)減少。因此，該設(shè)備甚至不能確保在“下落”階段期間所運(yùn)行的軌道不會(huì)將該設(shè)備置于與其它衛(wèi)星碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。此夕卜，該設(shè)備不能將位于高軌道中的物體移動(dòng)至駐留軌道中。另一缺點(diǎn)在于:恢復(fù)操作要求對(duì)每個(gè)要移除的物體完成靈敏軌道機(jī)動(dòng)和專用的發(fā)射，這使得恢復(fù)過程成本高且風(fēng)險(xiǎn)大。
[0020]US5, 120，008描述了一種利用通過透鏡的太陽輻射以分解空間碎片的設(shè)備。該設(shè)備具有以下缺點(diǎn):該設(shè)備僅對(duì)以任何方式自發(fā)地重新進(jìn)入大氣的小塊碎片使用相對(duì)較短的時(shí)間。另外，該設(shè)備必須配備有推力器，推力器可以重新點(diǎn)火以使各塊碎片到達(dá)軌道中。另一缺點(diǎn)在于:需要布置專用的發(fā)射，以到達(dá)所確認(rèn)的碎片必須分解的軌道，在此，再次地使得清理過程成本高且風(fēng)險(xiǎn)大。
[0021]US4，991，799描述了這樣一種設(shè)備:該設(shè)備包括圍繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的航天器，航天器具有多個(gè)面板，所述多個(gè)面板具有充足的表面區(qū)域，當(dāng)清掃機(jī)設(shè)備向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，空間碎片應(yīng)撞向這些表面區(qū)域并且保持附接。類似于前述設(shè)備，該設(shè)備具有以下缺點(diǎn):需要能夠重新點(diǎn)火的推力器以使各塊碎片到達(dá)軌道中。另一缺點(diǎn)在于:該設(shè)備僅對(duì)以任何方式自發(fā)地重新進(jìn)入大氣的小塊碎片使用相對(duì)較短的時(shí)間。另一缺點(diǎn)在于:需要布置專用的發(fā)射，以到達(dá)所確認(rèn)的碎片必須清除的軌道，此處，再次使得清理過程昂貴且危險(xiǎn)。
[0022]US5, 082，211描述了一種用于將太空碎片脫離軌道的“拴系的”設(shè)備。該設(shè)備包括長的纏繞的纜線，該纜線可以在脫離軌道階段開始時(shí)解除纏繞。該方法僅能夠應(yīng)用于位于低軌道中的碎片，并且該方法使用在這些高度處的殘余大氣以使碎片逐漸減速并且使碎片重新進(jìn)入大氣。然而，該解決方案的主要缺點(diǎn)在于:不可能確保對(duì)軌跡或在地球上的撞擊的地點(diǎn)的任何控制。另外，用于將電纜解除纏繞和使電纜穩(wěn)定的操作是極為復(fù)雜且成本較高的。
[0023]US7，093，800描述了這樣一種方法:該方法用于通過使用出于脫離軌道目的而裝載在衛(wèi)星上的推進(jìn)劑的一部分以在衛(wèi)星工作壽命的末端對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行處理。該方法的主要缺點(diǎn)在于:當(dāng)?shù)搅诉M(jìn)行脫離軌道的時(shí)間時(shí)需要衛(wèi)星仍然處于良好的工作狀態(tài)下。該方法也僅對(duì)于將配備有燃燒固態(tài)推進(jìn)劑的能夠重新點(diǎn)火的推力器的衛(wèi)星脫離軌道才是可行的。另一缺點(diǎn)源于需要具有大量的推進(jìn)劑以及燃料罐的內(nèi)部的額外的體積以用于脫離軌道的機(jī)動(dòng)，從而減小衛(wèi)星的有用壽命。該系統(tǒng)的可靠性必要地取決于也太推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)的可靠性。
[0024]US6, 629，673描述了一種用于通過乘載的人而使搬運(yùn)交通工具運(yùn)動(dòng)的混合固態(tài)燃料推力器。該設(shè)備是能夠重新點(diǎn)火的，并且通過與設(shè)備連接的航天器進(jìn)行控制。該推力器使得能夠影響緊急位移，但推力器的控制需要使要運(yùn)動(dòng)的交通工具及其控制系統(tǒng)具有適當(dāng)?shù)墓δ苄浴?br> [0025]CN201165916U描述了一種通過使用一組四個(gè)固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)以進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)換的方法。這些設(shè)備的主要缺點(diǎn)在于:這些設(shè)備缺乏自主性，這是由于這些設(shè)備必須由與其相關(guān)聯(lián)的太空交通工具控制，因此這些設(shè)備的可靠性取決于太空交通工具。
[0026]US6, 024，328描述了一種通過液態(tài)二元推進(jìn)劑推力器來控制衛(wèi)星的方法。該系統(tǒng)需要推進(jìn)劑的罐、以及閥和其它部件，其中罐優(yōu)選為用于加壓氣體一加壓氣體用于將燃料和氧化劑驅(qū)動(dòng)至燃燒室一的密封罐。系統(tǒng)中的部件的數(shù)量導(dǎo)致其整體可靠性的降低，并且進(jìn)一步增加了必須發(fā)射的質(zhì)量，并且因此增加了所涉及的成本。另一缺點(diǎn)在于必須脫離軌道的航天器內(nèi)部所占用的空間增加。
[0027]在用于將太空物體脫離軌道的非專利文獻(xiàn)中描述了其它已知的設(shè)備和方法。
[0028]Janosky R.等人的“ End-Of-Li fe De-Orbiting Strategies forSatellites” (用于衛(wèi)星的壽命末端脫離軌道技術(shù)),DGLR Jahrbuch2002,1-10,DeutscherLuft und Raumfahrtkongress, Stuttgart, 23-26Dept.2002 描述了一種用于將衛(wèi)星脫離軌道的方法。該文獻(xiàn)提供了適于將衛(wèi)星脫離軌道的不同類型的推進(jìn)裝置的綜述。具體地，該文獻(xiàn)指出:對(duì)脫離軌道進(jìn)行操作的最適合的推進(jìn)系統(tǒng)是固態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置。然而，該文獻(xiàn)沒有描述系統(tǒng)工作的方式或系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)構(gòu)造的方式。此外，該方法被描述成僅對(duì)在LEO軌道中工作的衛(wèi)星的脫離軌道進(jìn)行操作。將推進(jìn)裝置描述成衛(wèi)星的一部分或描述成與衛(wèi)星自身的推進(jìn)裝置相同的推進(jìn)裝置，因此沒有將該推進(jìn)裝置描述成相對(duì)于衛(wèi)星自主的脫離軌道設(shè)備。
[0029]Schonenborg R.的“Solid PropelIant De-orbiting for ConstellationSatellites”(用于將星座衛(wèi)星脫離軌道的固態(tài)推進(jìn)劑)，Proceedings of the4thInternational Spacecraft Propulsion Conference (ESA SP-55)(第四屆國際航天器推進(jìn)會(huì)議(ESA SP-55)的會(huì)議錄)，2004年6月2日至9日，Chia Laguna (Cagliari)描述了對(duì)設(shè)置有固態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置的脫離軌道系統(tǒng)的使用。該論文描述了在銥星衛(wèi)星中的固態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置的使用和定位。該系統(tǒng)的最相關(guān)的缺點(diǎn)涉及與衛(wèi)星的連接，該連接不允許在推進(jìn)器點(diǎn)火時(shí)對(duì)脫離軌道過程進(jìn)行控制。
[0030]因此，盡管已知的設(shè)備采用包括能夠用于脫離軌道目的的推進(jìn)系統(tǒng)的解決方案，但是這些設(shè)備不能確保具有成本效益且真實(shí)可靠的操作，或是當(dāng)起動(dòng)這些設(shè)備時(shí)這些設(shè)備不能控制脫離軌道/重新入軌操作。事實(shí)上，所描述的設(shè)備和方法沒有真正地涉及自主的脫離軌道/重新入軌設(shè)備，并且因此，沒有公開所述設(shè)備與要重新入軌/脫離軌道的衛(wèi)星之間的相互作用。此外，這些設(shè)備需要特別的發(fā)射以確認(rèn)要脫離軌道的物體，這增加了這些操作中所涉及的成本。另外，這些設(shè)備包括大量部件，在這些部件之間進(jìn)行復(fù)雜的相互作用，這意味著系統(tǒng)的實(shí)際整體可靠性急劇降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]因此，需要一種用于將在太空中繞軌道運(yùn)行的物體移除的設(shè)備和方法，其中該設(shè)備相對(duì)于所述物體是自主的但是與所述物體聯(lián)接。
[0032]還需要一種能夠保證所述的移除所涉及的操作具有經(jīng)濟(jì)性的設(shè)備和方法。
[0033]所期望的是，所述設(shè)備和方法能夠在要移除的太空物體的整個(gè)任務(wù)期間保持高度的可靠性。
[0034]還期望的是，所述設(shè)備和方法能夠獨(dú)立地操作、同時(shí)不需要與要移除的太空物體相互作用。
[0035]還期望的是，所述設(shè)備和方法能夠確保要移除的物體以安全且受控制的方式從該物體的軌道移除。
[0036]在以上技術(shù)目標(biāo)的背景下，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種自主設(shè)備“該自主設(shè)備能夠?qū)⒂刹辉偈褂玫闹T如人造衛(wèi)星之類的物體在太空中繞軌道運(yùn)行而產(chǎn)生的缺點(diǎn)最小化或消除。
[0037]本發(fā)明的另一目的是提供一種自主設(shè)備:該自主設(shè)備能夠貫穿其生命周期而確保具有高度可可靠性，從而確保其在任何時(shí)刻具有合適的操作。
[0038]形成了上述目標(biāo)的一部分的另一目的是提供一種自主設(shè)備:該自主設(shè)備包括最小量的部件，并且因此帶來了有限的制造成本和組裝成本。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種設(shè)備:該設(shè)備能夠以安全且受控制的方式完成將物體從該物體的軌道移除的過程。
[0039]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“自主”指的是一種設(shè)備:該設(shè)備與要運(yùn)動(dòng)或移除的衛(wèi)星聯(lián)接但是該設(shè)備自主工作而不需要使用衛(wèi)星的任何系統(tǒng)以進(jìn)行衛(wèi)星的脫離軌道/重新入軌操作。
[0040]此外，本發(fā)明的另一目的涉及一種方法:該方法用于通過與衛(wèi)星本身聯(lián)接的獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備以遠(yuǎn)程的方式將太空衛(wèi)星從衛(wèi)星的太空軌道移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至不同的太空軌道。
[0041]通過根據(jù)權(quán)利要求1來實(shí)現(xiàn)以上目的。具體地，通過下述設(shè)備實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo):該設(shè)備在發(fā)射之前聯(lián)接至太空衛(wèi)星，以通過遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備將所述衛(wèi)星從太空移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至不同的太空軌道中，其特征在于，所述設(shè)備相對(duì)于所述衛(wèi)星和所述遠(yuǎn)程控制裝置獨(dú)立，所述設(shè)備包括:
[0042]-所述設(shè)備的星載控制裝置；
[0043]-與星載控制裝置操作性地連接的、用于接收來自所述遠(yuǎn)程控制裝置或來自用于發(fā)出控制信號(hào)的裝置的控制信號(hào)從而起動(dòng)運(yùn)動(dòng)/移除次序的裝置；
[0044]-推進(jìn)裝置，推進(jìn)裝置與星載控制裝置操作性地連接，當(dāng)接收到所述控制信號(hào)時(shí)，通過所述星載控制裝置將所述推進(jìn)裝置起動(dòng)，以將所述衛(wèi)星從太空移除至預(yù)先限定的地球區(qū)域中，或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至預(yù)先限定的不同太空軌道中；
[0045]-用于所述設(shè)備的電能供給裝置，電能供給裝置使所述設(shè)備獨(dú)立于所述衛(wèi)星；[0046]-所述設(shè)備的發(fā)射前機(jī)械聯(lián)接裝置，發(fā)射前機(jī)械聯(lián)接裝置將所述設(shè)備在發(fā)射前機(jī)械地聯(lián)接至所述衛(wèi)星；
[0047]-與所述星載控制裝置操作性地連接的用于減輕推力矢量的偏差的裝置。
[0048]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“遠(yuǎn)程控制裝置”指的是能夠?qū)⒖刂菩盘?hào)發(fā)送至設(shè)備的軟件和/或硬件裝置。所述軟件和硬件應(yīng)當(dāng)是另一航天器或軌道空間站或是位于地球上的控制站的一部分。
[0049]通過上述特性，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以相對(duì)于與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星及該衛(wèi)星的壽命狀態(tài)以獨(dú)立的方式影響與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)衛(wèi)星的脫離軌道或重新入軌。還可以通過從另一航天器或軌道空間站或是從位于地球上的控制站傳送的遠(yuǎn)程控制裝置來對(duì)所述脫離軌道或重新入軌進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。設(shè)備的星載控制裝置以幾個(gè)簡單的步驟來影響脫離軌道或重新入軌過程。
[0050]設(shè)備與衛(wèi)星的同步移位使得設(shè)備在與該設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星的任務(wù)的末尾能夠適當(dāng)?shù)靥幚碓撔l(wèi)星。具體地，通過將衛(wèi)星從衛(wèi)星的操作軌道移除或通過使衛(wèi)星朝向地球脫離軌道來實(shí)現(xiàn)所述處理過程。當(dāng)接收到必要的控制信號(hào)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠清理由與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星先前占據(jù)的軌道的空間，并且從而防止與在附近繞軌道運(yùn)行的其它衛(wèi)星或航天器進(jìn)行干擾。具體地，通過確認(rèn)衛(wèi)星將會(huì)撞擊的預(yù)先限定的安全地球區(qū)域，以安全且受控制的方式實(shí)現(xiàn)了重新進(jìn)入過程，從而避免由于與地球上的人或財(cái)產(chǎn)或與在附近繞軌道運(yùn)行的其它太空物體碰撞和撞擊而導(dǎo)致的任何損害。
[0051]減輕推力矢量的偏差的裝置允許了在推進(jìn)器點(diǎn)火時(shí)在不使用屬于衛(wèi)星的系統(tǒng)的情況下對(duì)脫離軌道/重新入軌的軌跡進(jìn)行控制。具體地，通過減輕偏差，可以僅將設(shè)備點(diǎn)火一次同時(shí)不需要將推進(jìn)器重新點(diǎn)火，以控制設(shè)備和衛(wèi)星的軌跡。
[0052]優(yōu)選地，該設(shè)備包括與用于減輕偏差的裝置操作性地聯(lián)接的用于檢測和/或控制衛(wèi)星的姿態(tài)的裝置。更優(yōu)選地，用于減輕偏差的裝置包括用于主動(dòng)和/或被動(dòng)控制推力矢量的裝置，這種主動(dòng)控制和/或被動(dòng)控制影響所述推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
[0053]以這種方式，在該設(shè)備的推進(jìn)期間，該設(shè)備控制衛(wèi)星的姿態(tài)和/或推力矢量和/或偏差，以允許衛(wèi)星按所計(jì)算地在地球上的預(yù)先限定的軌跡上或新的軌道上運(yùn)動(dòng)。具體地，所述控制和對(duì)準(zhǔn)允許了將必要的推進(jìn)劑最小化。
[0054]優(yōu)選地，用于對(duì)推力矢量進(jìn)行主動(dòng)和/或被動(dòng)控制的裝置影響衛(wèi)星與設(shè)備之間的可調(diào)節(jié)的和/或移動(dòng)的連接，從而影響推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。以這種方式，偏差的控制不涉及推進(jìn)裝置，并且能夠簡單地且經(jīng)濟(jì)地完成推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
[0055]優(yōu)選地，用于檢測和/或控制衛(wèi)星的姿態(tài)的裝置與星載控制裝置操作性地連接，并且在起動(dòng)推進(jìn)裝置時(shí)影響設(shè)備的和衛(wèi)星的方向控制。以這種方式，設(shè)備具有對(duì)軌跡的主動(dòng)控制，以允許設(shè)備安全地且以少量的步驟來完成脫離軌道/重新入軌操作。
[0056]優(yōu)選地，設(shè)備包括安全點(diǎn)火裝置，安全點(diǎn)火裝置與星載控制裝置操作性地連接，以接收點(diǎn)火控制信號(hào)并且操作推進(jìn)裝置的點(diǎn)火。以這種方式，只有在設(shè)備接收到安全信號(hào)時(shí)，材能夠進(jìn)行設(shè)備的點(diǎn)火，因此防止了設(shè)備系統(tǒng)中的自發(fā)點(diǎn)火或未授權(quán)的侵入。
[0057]優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的遠(yuǎn)程通訊裝置，以用于接收來自設(shè)備的數(shù)據(jù)和/或?qū)碜栽O(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程控制裝置；遠(yuǎn)程通訊裝置包括至少用于接收控制信號(hào)的裝置和/或至少用于傳送數(shù)據(jù)的裝置。[0058]優(yōu)選地，星載控制裝置包括用于發(fā)出預(yù)先編程的控制信號(hào)的裝置和/或用于計(jì)算要發(fā)送至用于接收控制信號(hào)的裝置的所述控制信號(hào)的裝置。以這種方式，能夠?qū)⒃撛O(shè)備設(shè)定在通過設(shè)備自身而開始點(diǎn)火次序的自主操作中。
[0059]優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的第一傳感器裝置，以用于檢測位于圍繞設(shè)備和/或衛(wèi)星而限定的安全區(qū)域內(nèi)的其它物體。
[0060]更優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的第二傳感器裝置，以用于檢測設(shè)備和/或衛(wèi)星上的撞擊損害。更優(yōu)選地，該設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的第三傳感器裝置，以用于檢測衛(wèi)星的故障。
[0061]更優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的第四傳感器裝置以用于檢測設(shè)備隨著時(shí)間的定向和/或用于檢測設(shè)備的軌道和/或用于檢測設(shè)備的空間位置。
[0062]優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的與衛(wèi)星通訊的裝置；通訊裝置向設(shè)備通訊衛(wèi)星故障和/或通訊控制信號(hào)。
[0063]更優(yōu)選地，設(shè)備包括與星載控制裝置操作性地連接的、用于監(jiān)測設(shè)備自身的狀態(tài)并且用于將所述狀態(tài)發(fā)送至遠(yuǎn)程控制裝置的裝置。以這種方式，設(shè)備包括能夠檢測設(shè)備自身的或與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的人造衛(wèi)星的操作中的任何異常的裝置和傳感器，這有利地使得設(shè)備能夠處理再無可能重新進(jìn)入的故障衛(wèi)星。
[0064]在衛(wèi)星于其工作壽命期間嚴(yán)重受損的情況下，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備使得受損衛(wèi)星能夠運(yùn)動(dòng)至駐留軌道中，或使得重新進(jìn)入地球大氣，從而極大地降低了與其它衛(wèi)星碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0065]如果任何其它(甚至是之前未知的)物體進(jìn)入距衛(wèi)星的給定的安全距離內(nèi)，則接近傳感器避免與任何其它(甚至先前未知的)物體的碰撞。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備消除了衛(wèi)星在其壽命周期期間在軌道中與其它未知物體意外碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0066]優(yōu)選地，電能供應(yīng)裝置包括至少可重復(fù)充電的電源。以這種方式，即使在衛(wèi)星出現(xiàn)故障或設(shè)備的動(dòng)力供應(yīng)裝置的電源出現(xiàn)故障情況下，設(shè)備仍然具有相對(duì)于衛(wèi)星獨(dú)立的能量。
[0067]優(yōu)選地，聯(lián)接裝置影響衛(wèi)星與設(shè)備之間的可調(diào)節(jié)的連接。更優(yōu)選地，聯(lián)接裝置包括對(duì)推力矢量的主動(dòng)和/或被動(dòng)控制，以影響衛(wèi)星與設(shè)備之間的所述可調(diào)節(jié)和/或移動(dòng)的連接，以用于使推力矢量對(duì)準(zhǔn)。以這種方式，還能夠使用被動(dòng)式控制裝置來處理偏差，同時(shí)不需要使用任何輔助發(fā)動(dòng)機(jī)來在運(yùn)動(dòng)期間對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制并使設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。
[0068]優(yōu)選地，推進(jìn)裝置包括至少固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)和至少用于固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器；所述點(diǎn)火器與星載控制裝置操作性地連接以用于接收點(diǎn)火時(shí)刻。更優(yōu)選地，推進(jìn)裝置包括設(shè)置有固態(tài)推進(jìn)劑的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的燃料箱或填料。
[0069]可替代地，推進(jìn)裝置包括混合推進(jìn)裝置或膠態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置。
[0070]通過根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法也能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的。具體地，通過以下方法來實(shí)現(xiàn)以上目的:該方法通過遠(yuǎn)程控制裝置或通過獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備將設(shè)置有該獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的太空衛(wèi)星從該衛(wèi)星的空間軌道移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到不同的太空軌道，該方法的特征在于包括至少以下步驟:
[0071]-通過所述遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備分別計(jì)算導(dǎo)致撞擊地球區(qū)域的所期望的新的太空軌道或所期望的軌跡；[0072]-通過遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備基于衛(wèi)星的實(shí)際軌道來計(jì)算起動(dòng)運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備以獲得所期望的新軌道或軌跡的時(shí)刻；
[0073]-將控制信號(hào)從所述遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備，或通過所述設(shè)備開始脫離軌道/重新入軌過程，以使衛(wèi)星在所計(jì)算出的新軌道或軌跡中運(yùn)動(dòng)；以及
[0074]-當(dāng)運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備接收到控制信號(hào)時(shí)，在所計(jì)算出的時(shí)刻將運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的推進(jìn)裝置點(diǎn)火。
[0075]通過上述特性，根據(jù)本發(fā)明的方法允許了通過相關(guān)聯(lián)的自主設(shè)備來實(shí)施將衛(wèi)星脫離軌道/重新入軌的行為。所述方法通過“事先”計(jì)算地球上的安全撞擊區(qū)域或計(jì)算新的空間軌道以允許對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行簡單且受控制的脫離軌道/重新入軌。
[0076]優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟:將安全信號(hào)從所述遠(yuǎn)程控制裝置的安全信號(hào)發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的所述用于接收控制信號(hào)的裝置，以在發(fā)送所述控制信號(hào)從而使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至所述經(jīng)計(jì)算的新軌道或軌跡之前起動(dòng)操作狀態(tài)。
[0077]以這種方式，僅當(dāng)安全信號(hào)發(fā)送至設(shè)備時(shí)，才能夠開始脫離軌道/重新入軌操作，從而防止設(shè)備上的自發(fā)點(diǎn)火或未授權(quán)的侵入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0078]本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述而變得清楚，在附圖中示出了優(yōu)選實(shí)施方式的非限制性示例，在附圖中:
[0079]圖1是用于衛(wèi)星的軌道的類型和由根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備所采用的脫離軌道方法的示意性表示；
[0080]圖2是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意性橫截面圖；
[0081]圖3是根據(jù)本發(fā)明的包括可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置的設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意性橫截面圖；
[0082]圖4是圖3中的設(shè)備的可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置的示意性橫截面圖；
[0083]圖5是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施方式的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面的主動(dòng)控制的版本的不意圖；
[0084]圖6是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施方式的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面的主動(dòng)控制的版本的不意圖；
[0085]圖7是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施方式的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面的主動(dòng)控制的版本的不意圖；
[0086]圖8是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施方式的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面的主動(dòng)控制的版本的不意圖；
[0087]圖9是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一實(shí)施方式的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面的主動(dòng)控制的版本的不意圖；
[0088]圖10是圖9的可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面中所使用的細(xì)節(jié)的示意圖；
[0089]圖11是圖10中示出的裝置中所使用的當(dāng)在閉合位置時(shí)阻止流體的任何流出的閥的不意圖；
[0090]圖12是圖10中示出的裝置中所使用的當(dāng)在打開位置時(shí)使得流體能夠橫向流出的閥的不意圖；[0091]圖13是根據(jù)本發(fā)明的包括用于減輕推力矢量的任何偏差的裝置的設(shè)備的又一實(shí)施方式的示意性橫截面圖；
[0092]圖14是圖13中的設(shè)備的示意性俯視圖；
[0093]圖15是根據(jù)本發(fā)明的包括用于減輕推力矢量的任何偏差的裝置的設(shè)備的又一實(shí)施方式的示意性橫截面圖；
[0094]圖16是地球上的站與根據(jù)本發(fā)明的用于其遠(yuǎn)程控制的設(shè)備之間的控制信號(hào)和/或信息的交換的示意性表示；
[0095]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的基本操作的控制的流程圖；
[0096]圖18示出了關(guān)于圖17中的表示的控制的擴(kuò)展流程圖；
[0097]圖19示出了關(guān)于圖18中的表示的控制的擴(kuò)展流程圖；
[0098]圖20示出了關(guān)于圖19中的表示的控制的擴(kuò)展流程圖；
[0099]圖21示出了混合推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)；以及
[0100]圖22示出了膠態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0101]在下面的描述中詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0102]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的、與圍繞諸如地球之類的天體I繞行的兩個(gè)不同類型的衛(wèi)星20’、20”相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。具體地，衛(wèi)星20’在低軌道(LEO) 2中操作，并且必須在給定的空間和時(shí)間脫離軌道窗口內(nèi)朝向地球表面脫離軌道。在脫離軌道過程期間，設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的位置和定向必須確保當(dāng)啟動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備時(shí)系統(tǒng)安全且受控制地重新進(jìn)入。相反地，第二衛(wèi)星20”在高軌道(ΜΕ0或GE0) 3中操作。這例如是具有高附加價(jià)值的衛(wèi)星的情況，例如地球同步通訊衛(wèi)星或科學(xué)衛(wèi)星。該衛(wèi)星相反地將朝向設(shè)置成比該衛(wèi)星的任務(wù)軌道更遠(yuǎn)的駐留軌道4脫離軌道，并且以避免干擾其它衛(wèi)星或航天器的方式來實(shí)施該過程。
[0103]下面參照上面提到的圖2來描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備10的第一實(shí)施方式。
[0104]設(shè)備10包括容器殼體110,容器殼體110優(yōu)選為圓筒形成形并且由金屬材料或復(fù)合材料制成。用于該目的的金屬材料優(yōu)選為鋁或鋼，但是其它金屬材料也可以是合適的。殼體110優(yōu)選為由三部分制成，這三部分包括:凸面形或半球形的頭部部分112、圓筒形的中心部分114、以及平坦的端子部分116，其中端子部分116也可以制成為凸面形的形狀。這些部分可以通過銑削、車削和/或剪切旋壓工藝而獨(dú)立地制造，然后優(yōu)選地通過焊接一例如環(huán)縫激光焊接或電子束焊接一而結(jié)合在一起。還可能的是，通過諸如螺栓凸緣、螺釘結(jié)合件或粘性結(jié)合件之類的機(jī)械結(jié)合件或是任何其它聯(lián)接方法將這三部分結(jié)合在一起。如果用于推進(jìn)裝置的推進(jìn)劑填料膠合至殼體110，則倒入中心部分114中的推進(jìn)劑固化，從而如下所述地將頭部部分112和端子部分116結(jié)合到中心部分114。優(yōu)選地通過相同的焊接結(jié)合件或借助于彈性襯墊(lining)而確保各部段的緊密性?？商娲兀梢砸詥蝹€(gè)球形容器(未示出)的形式制造頭部部分和中心部分。復(fù)合材料的使用使得能夠配備重量較輕的殼體110，但是由于例如輻射，這些材料通常在真空條件下以及在太空中具有較短的工作壽命，因此這些材料應(yīng)受到保護(hù)。
[0105]設(shè)備10還包括推進(jìn)裝置，該推進(jìn)裝置的形式為一個(gè)或更多個(gè)固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，固態(tài)推進(jìn)劑引擎各自優(yōu)選為配備了設(shè)置有固態(tài)推進(jìn)劑的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的燃料箱。這些發(fā)動(dòng)機(jī)包括固態(tài)推進(jìn)劑的至少一個(gè)適當(dāng)成形的填料212、至少一個(gè)燃燒室214、以及用于所述固態(tài)推進(jìn)劑的至少一個(gè)點(diǎn)火器216。這些推進(jìn)裝置還包括用于排放燃燒氣體的至少一個(gè)排氣噴嘴218，該排氣噴嘴218優(yōu)選為安裝成面向與軌道速度矢量相反的方向。推進(jìn)裝置的上述部件封閉在總體呈圓筒形的容器中，該圓筒形容器還容納有推進(jìn)劑的填料212，如下面更詳細(xì)地說明的，由一層襯墊將推進(jìn)劑的填料212與圓筒形容器分隔開。在所述實(shí)施方式中，所述容器與用于設(shè)備本身的殼體110—致?？商娲?，設(shè)備的推進(jìn)裝置可以是如圖21所示的一個(gè)或更多個(gè)混合推進(jìn)裝置的形式。
[0106]混合推進(jìn)裝置包括火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用不同形式一例如固態(tài)和氣態(tài)形式、固態(tài)和液態(tài)形式、或是固態(tài)和膠態(tài)形式一的推進(jìn)劑的混合物。發(fā)動(dòng)機(jī)包括與獨(dú)立的燃燒室214’連接的箱體213’，其中箱體213’容納氣態(tài)或液態(tài)或膠態(tài)的推進(jìn)劑，燃燒室214’容納固態(tài)推進(jìn)劑并且設(shè)置有點(diǎn)火器216’。箱體213’與燃燒室214’之間的連接通過一個(gè)或更多個(gè)閥111’來完成，其中一個(gè)或更多個(gè)閥111’控制推進(jìn)劑從箱體213’的噴射器112’至燃燒室214’的流動(dòng)。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)包括收斂-擴(kuò)散地成形的用于排放燃燒氣體的排氣噴嘴218’，該排氣噴嘴218’優(yōu)選為安裝成面向軌道速度矢量的相反方向，從而將所述熱氣體轉(zhuǎn)換成推力。可以將用于非固態(tài)推進(jìn)劑的箱體213’增壓以便于流動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0107]與固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)相比，混合發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)異的性能、更為安全，這是由于燃料和氧化劑存儲(chǔ)在不同的箱體中并且可以在停止后多次地重新點(diǎn)燃，從而調(diào)節(jié)推力。借助于該發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)備通過影響一個(gè)或更多個(gè)軌道機(jī)動(dòng)從而將推力偏差或軌跡誤差最小化。可替代地，如圖22所示，設(shè)備的推進(jìn)裝置可以是一個(gè)或更多個(gè)膠態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置的形式。
[0108]膠態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置包括使用液態(tài)二元推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料和氧化劑呈膠態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)包括容納膠態(tài)燃料的第一箱體212”和容納膠態(tài)氧化劑的第二箱體213”。如圖22所示，第二箱體213”容置在設(shè)備的中心部分中，并且第一箱體212”包圍第二箱體213”。還能夠?qū)⑷剂虾脱趸瘎┳鳛槟z態(tài)混合物在單個(gè)容器中一起存儲(chǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)包括獨(dú)立的燃燒室214”，燃燒室214”通過一個(gè)或更多個(gè)閥110”、111”與箱體212”、213”連接，其中一個(gè)或更多個(gè)閥110”、111”控制膠態(tài)推進(jìn)劑從箱體212”、213”的噴射器112”至燃燒室214”的流動(dòng)。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于排放燃燒氣體的收斂-擴(kuò)散地成形的排氣噴嘴218”，該排氣噴嘴218”優(yōu)選為安裝成面向軌道速度矢量的相反方向，從而將所述熱氣體轉(zhuǎn)換成推力?？梢詫⒂糜谀z態(tài)推進(jìn)劑的箱體212”、213”增壓以便于流動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0109]相對(duì)于固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，混合發(fā)動(dòng)機(jī)可以在停止之后多次重新點(diǎn)火，從而調(diào)解推力。借助于該發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)備通過影響一個(gè)或更多個(gè)軌道機(jī)動(dòng)將推力偏差或軌跡誤差最小化。
[0110]設(shè)備還可以包括安全點(diǎn)火裝置，該安全點(diǎn)火裝置與星載控制裝置操作性地連接，以接收點(diǎn)火控制信號(hào)并且操作推進(jìn)裝置的點(diǎn)火。具體地，所述安全點(diǎn)火裝置可以是推進(jìn)裝置的一部分，該部分作為結(jié)合在點(diǎn)火器中的安全和點(diǎn)火單元(SIU)。
[0111]在該實(shí)施方式中，點(diǎn)火器216以及由此任何安全和點(diǎn)火單元與下文描述的星載控制裝置操作性地連接，以接收點(diǎn)火信號(hào)。所述信號(hào)可以處于加密模式以確保傳輸并且防止反入侵和未授權(quán)的點(diǎn)火。點(diǎn)火器216將高能材料的填料容納于合適形狀(優(yōu)選為圓筒形)的容器內(nèi)部。在該實(shí)施方式一該實(shí)施方式包括固態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置一中，該容器在固態(tài)推進(jìn)劑的主要填料的方向上具有開口。在此處所述的實(shí)施方式中，點(diǎn)火器216插入到推進(jìn)劑的填料212中的圓筒形孔中。當(dāng)啟動(dòng)點(diǎn)火器216時(shí)，該開口使得燃燒產(chǎn)物能夠與推進(jìn)劑212的主要填料接觸并且因此點(diǎn)火。該開口優(yōu)選為呈圓形、通過普通的金屬箔密封、并且被設(shè)計(jì)成一旦已經(jīng)啟動(dòng)點(diǎn)火器216則迅速擴(kuò)大。點(diǎn)火器216內(nèi)部的填料可以包括不同類型的已知的混合物，以用于產(chǎn)生熱氣體和大量的熾熱金屬氧化物顆粒，大量的熾熱金屬氧化物顆粒相應(yīng)地能夠在其落在主填充量的固態(tài)推進(jìn)劑212上時(shí)將主填充量的固態(tài)推進(jìn)劑212點(diǎn)燃。通?？梢允褂门?鉀硝酸鹽或硝酸鉀的混合物或是煙火填料，可選地添加有一定填充量的常規(guī)的固態(tài)推進(jìn)劑以作為后備填料。該填料可以是具有中心穿孔的圓筒，或簡單地是推進(jìn)劑的圓筒件，或該填料可以包括多個(gè)小的推進(jìn)劑件，使得這些小的推進(jìn)劑件所帶來的更大的燃燒表面面積降低了點(diǎn)火器的總的燃燒時(shí)間。如果點(diǎn)火器216僅容納煙火混合物，則煙火混合物是容納于點(diǎn)火器內(nèi)部的全部物質(zhì)。另一方面，如果還存在備用的填料，則該填料和煙火混合物通過較薄的膜而在點(diǎn)火器216內(nèi)部保持分離。當(dāng)煙火混合物被點(diǎn)燃時(shí)，該膜破裂，以促進(jìn)備用填料的點(diǎn)火且促進(jìn)將點(diǎn)火器216的開口覆蓋的箔的破裂。這將燃燒產(chǎn)物從點(diǎn)火器216朝向主填充量的推進(jìn)劑212釋放。煙火混合物可以是粒狀的或小片狀的，這取決于設(shè)備10的尺寸。用于點(diǎn)火器216的容器與主填料的軸線對(duì)準(zhǔn)，并且設(shè)計(jì)成使得當(dāng)啟動(dòng)點(diǎn)火器216時(shí)點(diǎn)火器216不能爆炸。點(diǎn)火器優(yōu)選為通過諸如螺釘連接件之類的結(jié)合件與聯(lián)接殼體110的頭部部分112聯(lián)接，結(jié)合部通過彈性O(shè)形圈類型的襯墊或是例如借助于粘合劑來密封?？商娲兀鶕?jù)以上描述的點(diǎn)火器216還可以直接插入于填料212中的中心孔中。
[0112]通過與安全和點(diǎn)火單元(未示出)操作性地連接的星載控制裝置所產(chǎn)生的電氣信號(hào)將安全和點(diǎn)火單元(未示出)啟動(dòng)，并且安全和點(diǎn)火單元(未示出)用于啟動(dòng)點(diǎn)火器216。SIU單元可以包括在線式高電壓點(diǎn)火器、離線式低電壓點(diǎn)火器、或是在線式低電壓點(diǎn)火器。在裝配有在線式高電壓點(diǎn)火器的SIU中，用于點(diǎn)火的沖量通過爆炸箔起爆器或沖擊片雷管而直接傳遞至點(diǎn)火器216的填料，其中爆炸箔起爆器或沖擊片雷管結(jié)合在點(diǎn)火器216中的煙火填料中或定位在煙火填料附近。這些機(jī)構(gòu)在文獻(xiàn)中已被熟知。具有離線低電壓點(diǎn)火器的單元包括浸置于少量的煙火混合物中的電纜，該煙火混合物等同于或類似于點(diǎn)火器216的煙火混合物。該混合物被封裝和密封。點(diǎn)火器通過電氣過濾器而不受任何電磁干擾的影響。點(diǎn)火器的電子器件還可以包括用于測試爆炸箔起爆器或低電壓點(diǎn)火器的狀態(tài)的集成測試電路?？商娲?，如果離線低電壓點(diǎn)火器所容置的活塞運(yùn)動(dòng)并且例如通過將動(dòng)程端部盤打碎或通過擠壓按鈕而改變電路的狀態(tài)，則通過離線低電壓點(diǎn)火器可以檢測到意外引爆的狀態(tài)。通過添加一個(gè)或更多個(gè)晶體管，能夠使SIU甚至更安全。具體地，僅在通過由電氣斷開且完全獨(dú)立的電子板產(chǎn)生的獨(dú)立信號(hào)而啟動(dòng)晶體管的情況下，由星載控制裝置發(fā)送的引爆和點(diǎn)火信號(hào)是真正地傳送到了點(diǎn)火器216的活性部件(電容器或爆炸箔起爆器或是低電壓點(diǎn)火器的電氣填料)。
[0113]如前所述，第一實(shí)施方式中的推進(jìn)劑填料212(圖2中示出)優(yōu)選為附接至殼體
110?？商娲?，推進(jìn)裝置包括設(shè)置有固態(tài)推進(jìn)劑的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的燃料箱。所述獨(dú)立的燃料箱優(yōu)選為也附接至殼體110。所述推進(jìn)劑填料212還可以通過膜而分隔成兩個(gè)不同的部段，以便傳遞雙沖量。因此，由第一填料產(chǎn)生的氣體直接穿過噴嘴218釋放，而由第二填料產(chǎn)生的氣體穿過導(dǎo)管(未示出)到達(dá)噴嘴218，其中導(dǎo)管由諸如二氧化硅增強(qiáng)酚醛樹脂之類的一層燒蝕材料來保護(hù)。兩份填料的燃燒空間由防止其同時(shí)點(diǎn)火的膜分隔開。因此，第二填料由另外的點(diǎn)火器(未示出)點(diǎn)燃。固態(tài)推進(jìn)劑的構(gòu)成和顆粒的形狀必須具有如下特性，該特性確保固態(tài)推進(jìn)劑填充有效空間并且使具體的沖量最大化，而同時(shí)幾乎不受壓力影響。具體地，填料的形狀和所使用的推進(jìn)劑的構(gòu)成必須使其性能最大化并且使其質(zhì)量和體積最小化，同時(shí)滿足必要的可靠性要求。固態(tài)推進(jìn)劑填料212還可以具有減面燃燒特征，從而在點(diǎn)火之后立即消耗大部分推進(jìn)劑并且之后盡可能少地消耗推進(jìn)劑。受到來自衛(wèi)星20’、20”和裝置10與衛(wèi)星20’、20”之間的稍后要描述的機(jī)械聯(lián)接界面的最大推力需求的影響，燃燒率必須盡可能地高。如果填料插入在燃料箱中，則將推進(jìn)劑傾入至橡膠容器中，橡膠容器又附接至殼體110。如果如圖2中的第一實(shí)施方式所述地將推進(jìn)劑直接傾入至殼體110中，則之后推進(jìn)劑212的填料通過一層襯墊附接至殼體110，其中襯墊也就是由于推進(jìn)劑212相同的粘合劑制成的彈性體并且包括諸如炭黑之類的填充物。襯墊通過過量的網(wǎng)狀媒質(zhì)和聯(lián)接媒質(zhì)而粘合至推進(jìn)劑填料212。推進(jìn)劑填料212的長度與直徑的比率通常很小，以使設(shè)備10的總長度最小化。
[0114]如前所述，燃燒產(chǎn)物穿過作為殼體110的整體部分的排氣噴嘴218而釋放，從而獲得必要的推力。在圖2中示出的第一實(shí)施方式中，該噴嘴具有收斂-擴(kuò)散的形狀并且由金屬或陶器材料制成，這取決于制造噴嘴所附接至的殼體110所使用的材料。噴嘴218可以至少部分地嵌入在殼體110中，以減小設(shè)備10的尺寸。由金屬材料(例如，鋁、鋼等)制成的噴嘴可以通過適當(dāng)?shù)臒g材料層一例如二氧化硅增強(qiáng)酚醛樹脂或其它已知的組合物一而受保護(hù)以免受由燃燒過程產(chǎn)生的熱氣的損害。如果燃燒時(shí)間有限，則這種保護(hù)可以是不必要的。陶器噴嘴可以由整體式的陶器材料制成，或是由經(jīng)包括長纖維的或短纖維的復(fù)合材料增強(qiáng)的陶器材料制成。優(yōu)選的是，陶器噴嘴由“碳-碳”(含碳基質(zhì)中的碳纖維)或C-SiC (碳化硅基質(zhì)中的碳纖維)或者甚至由C-C/SiC (碳-碳/碳化硅)陶器材料制成。噴嘴218中的通道的直徑足夠?qū)捯援a(chǎn)生強(qiáng)大推力，并且驅(qū)散相當(dāng)大的氣流，從而使總的燃燒時(shí)間最小化。在第一實(shí)施方式中，噴嘴218通過螺栓218’、218”附接至殼體110的端子部分116。可替代地，噴嘴218布置在特設(shè)容器的內(nèi)部，該特設(shè)容器以某種方式螺接或附接至推進(jìn)裝置的殼體110?；蛘撸瑖娮?18可以直接附接至殼體110，或通過結(jié)合于噴嘴218的形狀中的凸緣來安裝。在所述實(shí)施方式中，收斂-擴(kuò)散噴嘴218連接至用作燃燒室的殼體 110。
[0115]噴嘴218還配有環(huán)境密封部(未示出)，環(huán)境密封部包括將噴嘴覆蓋的膜，環(huán)境密封部使固態(tài)推進(jìn)劑填料212與外部環(huán)境分離。這避免了由濕度而對(duì)位于從制造區(qū)域至發(fā)射區(qū)域的過度區(qū)域中的固態(tài)推進(jìn)劑進(jìn)行的任何污染，或是避免了諸如推進(jìn)劑的增塑劑之類的揮發(fā)性物質(zhì)的任何損失。膜優(yōu)選為由金屬或塑料制成，并且使用螺釘焊接至金屬環(huán)或粘在金屬環(huán)上。該環(huán)通過諸如O形環(huán)之類的彈性襯墊密封，或者焊接或粘接至噴嘴218。密封部具有熱防護(hù)層，以避免在外部環(huán)境與設(shè)備10的內(nèi)部之間的任何過余的熱能傳遞。膜優(yōu)選為刻有十字成形的圖案，使得當(dāng)設(shè)備10點(diǎn)火時(shí)該膜能夠打開。這使得膜的開口能夠具有四個(gè)相等尺寸的部段，然而同時(shí)膜保持與環(huán)聯(lián)接，且因此與噴嘴218，從而避免通過另外的碎片對(duì)太空的任何進(jìn)一步污染?？商娲兀诃h(huán)的圓周附近可以使膜變?nèi)?，并且膜通過鏈條或線附接至噴嘴218的外部。在這兩種情況下，環(huán)境密封部的部件被釋放到太空中的風(fēng)險(xiǎn)得以避免或最小化，從而防止進(jìn)一步的軌道污染。[0116]推進(jìn)裝置與對(duì)設(shè)備10進(jìn)行服務(wù)的星載控制裝置(圖中未示出)操作性地連接，星載控制裝置優(yōu)選為包括電子控制器，該電子控制器設(shè)計(jì)成不受太空中出現(xiàn)的電磁干擾或輻射的影響的電子控制器。在此處所述的實(shí)施方式中，星載控制裝置具體包括裝配有微控制器的電子板、用于與其它裝置--包括與設(shè)備10操作性地連接的裝置--連接的電子和/或電氣界面。具體地，星載控制裝置將指令發(fā)送至設(shè)備10中的所述裝置和/或接收來自設(shè)備10中的所述裝置的信息。這些星載控制裝置還允許設(shè)備10獨(dú)立于要脫離軌道/重新入軌的衛(wèi)星20’、20”。本實(shí)施方式中的星載控制裝置的另一功能是管理并處理與地球上或其它太空交通工具上的站點(diǎn)處的接收-傳遞設(shè)備交換的控制和信號(hào)。與推進(jìn)裝置相關(guān)聯(lián)地，星載控制裝置影響設(shè)備10的待爆和點(diǎn)火，從而能夠起動(dòng)SIU，并且因此還起動(dòng)推進(jìn)裝置或更具體地起動(dòng)點(diǎn)火器216。
[0117]如下文詳細(xì)說明的，星載控制裝置的另一目的是:在已經(jīng)通過合適的傳感器記錄數(shù)據(jù)的情況下，通過遠(yuǎn)程通訊單元將關(guān)于設(shè)備10和/或衛(wèi)星20’、20”的操作狀態(tài)的所述數(shù)據(jù)發(fā)送至地球或發(fā)送至另一太空交通工具，或發(fā)送至與設(shè)備10聯(lián)接的衛(wèi)星20’、20”。
[0118]用于接收控制信號(hào)的裝置(未示出)包括一個(gè)或更多個(gè)低增益或高增益天線以及位于天線與同天線操作性地連接的星載控制裝置之間的電氣和/或電子界面。用于接收控制信號(hào)的這些裝置優(yōu)選為是與星載控制裝置操作性地連接的遠(yuǎn)程通訊裝置(未示出)的部件。具體地，在所述實(shí)施方式中，遠(yuǎn)程通訊裝置還包括用于傳遞數(shù)據(jù)的另外的裝置，所述另外的裝置包括用于發(fā)送信號(hào)的至少一個(gè)發(fā)送器天線和用于接收信號(hào)的適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。通訊結(jié)果優(yōu)選為通過使用適當(dāng)?shù)耐ㄓ崕挾c地球上的接收器站或與位于太空中的另一交通工具直接交換。如下所 述，該通訊使得設(shè)備10和/或相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星20’、20”的狀態(tài)能夠被驗(yàn)證。通訊通道還使得能夠?qū)σl(fā)送的信號(hào)一該信號(hào)例如涉及設(shè)備的有效待爆或點(diǎn)火一進(jìn)行確認(rèn)。發(fā)送至遠(yuǎn)程通訊裝置的信號(hào)以及從遠(yuǎn)程通訊裝置發(fā)送的信號(hào)一該信號(hào)來自地球或來自太空一具有如下傳遞特性:該傳遞特性設(shè)計(jì)成使遠(yuǎn)程通訊裝置的質(zhì)量和體積最小化。遠(yuǎn)程通訊裝置還被設(shè)計(jì)成不受存在于太空中的電磁干擾和輻射的影響。
[0119]用于設(shè)備10的電能供應(yīng)裝置(未示出)優(yōu)選為包括連接在一起的一個(gè)或更多個(gè)可再充電或不可再充電的主電池，從而提供足夠的動(dòng)力以在必要時(shí)將設(shè)備10點(diǎn)火。所傳遞的動(dòng)力還必須能夠在其整個(gè)工作壽命中維持設(shè)備10的其它部件。如果電池是可再充電式，那么電池可以由與設(shè)備10連接的衛(wèi)星20’、20”直接再充電，只要電池與衛(wèi)星20’、20”之間存在電氣連接即可。在優(yōu)選實(shí)施方式中，通過使用適于在太空中操作的任何形式的發(fā)電技術(shù)一例如光電池技術(shù)一能夠?qū)⑦@些電池再充電。還可以通過利用行星的磁場或利用能量采集設(shè)備一該能量采集設(shè)備依賴于例如設(shè)備10上的兩點(diǎn)之間(例如，暴露于太陽的點(diǎn)與背光處的一點(diǎn)之間)的溫差一將這些電池再充電。這些電能供應(yīng)裝置還被設(shè)計(jì)成不受存在于太空中的電磁干擾和輻射的影響。電能供應(yīng)裝置與星載控制裝置操作性地連接并受星載控制裝置控制，電能供應(yīng)裝置還向星載控制裝置傳遞電力供應(yīng)。
[0120]機(jī)械聯(lián)接裝置310在衛(wèi)星20’、20”發(fā)射之前將所述設(shè)備10聯(lián)接至衛(wèi)星20’、20”。在該實(shí)施方式中，通過機(jī)械界面平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所述的至衛(wèi)星的聯(lián)接。該機(jī)械聯(lián)接在在發(fā)射之前完成，也就是在衛(wèi)星處于服務(wù)狀態(tài)之前完成。因此當(dāng)出于使設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)脫離軌道/重新入軌的目的而起動(dòng)設(shè)備10時(shí)，機(jī)械聯(lián)接裝置310使得衛(wèi)星20’、20”和設(shè)備10能夠同時(shí)移位。[0121]在圖2中示出的第一實(shí)施方式中，機(jī)械聯(lián)接裝置310包括位于設(shè)備10與衛(wèi)星20’、20”之間的、相對(duì)于設(shè)備10的頭部部分112中央定位的單個(gè)固定結(jié)合部。
[0122]設(shè)備10還配備有熱保護(hù)裝置。在所述實(shí)施方式中，這些熱保護(hù)裝置包括被動(dòng)熱絕緣部以限制設(shè)備10的最關(guān)鍵的部件中的溫度變化，并且確保較低的溫度梯度。這是因?yàn)槔绺邷貢?huì)加速推進(jìn)劑和襯墊的化學(xué)老化。另一方面，低溫?zé)嵫h(huán)導(dǎo)致推進(jìn)劑中產(chǎn)生應(yīng)力和張力，從而對(duì)推進(jìn)劑所占的空間產(chǎn)生負(fù)面影響，并且因此還對(duì)其性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，對(duì)推進(jìn)劑填料在軌道中可以達(dá)到的最低溫度進(jìn)行的限制會(huì)帶來推進(jìn)劑填料的性能的改進(jìn)。對(duì)于推進(jìn)劑，最低可容許溫度與推進(jìn)劑的玻璃軟化溫度大體一致(對(duì)于羥基封端的聚丁二烯[HTPB]推進(jìn)劑，最低溫度不應(yīng)當(dāng)下降到-60°c或-80°c以下，這取決于冷卻速率)。最高可容許溫度是推進(jìn)劑開始過快地化學(xué)劣化或甚至點(diǎn)燃的溫度(最高溫度不應(yīng)當(dāng)超過70°C或80°C)。也需要熱絕緣的其它部件是電子單元以及包括電能供應(yīng)裝置的元件。熱絕緣系統(tǒng)優(yōu)選為包括多層絕緣體(MLI)，即包含于金屬箔、特別著色的涂層、或是其它被動(dòng)式或主動(dòng)式系統(tǒng)的內(nèi)部的絕緣材料層。如稍后要描述的，被動(dòng)式熱絕緣對(duì)于確保推進(jìn)劑填料和任何較小的輔助性不可重復(fù)使用的火箭中的均勻溫度是至關(guān)重要的。更優(yōu)選的是，可以通過將一層高導(dǎo)電材料插入于若干絕緣層下方而進(jìn)行絕緣。在本實(shí)施方式中，當(dāng)被動(dòng)式絕緣不足以控制設(shè)備10的電子器件以及設(shè)備10的電能供給裝置中的溫度差時(shí)，優(yōu)選為使用進(jìn)一步的主動(dòng)式熱絕緣來保護(hù)設(shè)備10的電子器件以及設(shè)備10的電能供給裝置。可替代地，如果對(duì)于設(shè)備10的部件的熱保護(hù)來說被動(dòng)式系統(tǒng)變得不必要，則可能的是單獨(dú)使用這種主動(dòng)式系統(tǒng)。另外，如果衛(wèi)星20’、20”配備有熱保護(hù)，則能夠利用設(shè)備10來實(shí)施動(dòng)作及配合，以遏制設(shè)備10中的溫度變化。
[0123]在將設(shè)備10組裝于衛(wèi)星20’、20”上期間，在將推力矢量相對(duì)于主慣性軸線一主慣性軸線通過設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的質(zhì)量中心一對(duì)準(zhǔn)的過程中可能會(huì)出現(xiàn)較小的誤差。系統(tǒng)的重心還可能在衛(wèi)星20’、20”的工作壽命期間不受控制地變化(例如，由于衛(wèi)星20’、20”的故障)，從而造成對(duì)于設(shè)備10的有效操作的過大的推力矢量對(duì)準(zhǔn)誤差。為了防止該情形，設(shè)備配備有與星載控制裝置操作性連接的裝置，以減輕推力矢量的偏差。具體地，如下文在另外的實(shí)施方式中所描述的，所述用于減輕偏差的裝置可以包括用于主動(dòng)控制和/或被動(dòng)控制推力矢量的裝置，其中這種主動(dòng)控制/被動(dòng)控制會(huì)影響推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
[0124]設(shè)備還可以包括用于檢測和/控制與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星的姿態(tài)的裝置，該裝置與用于減輕偏差的裝置操作性地連接。另外，所述用于檢測和/控制衛(wèi)星的裝置與星載控制裝置操作性地連接，并且在啟動(dòng)推進(jìn)裝置時(shí)影響設(shè)備和衛(wèi)星的方向控制。
[0125]在下述實(shí)施方式中使用了用于主動(dòng)式/被動(dòng)式控制推力矢量的、帶來衛(wèi)星與設(shè)備間的可調(diào)節(jié)和/或移動(dòng)的連接的裝置。在該實(shí)施方式中，被動(dòng)式或主動(dòng)式可調(diào)節(jié)機(jī)械界面影響推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
[0126]在圖3中不出的第二實(shí)施方式中，設(shè)備20同上文對(duì)第一實(shí)施方式描述一樣,但是設(shè)備20還包括用于與衛(wèi)星20’、20”機(jī)械聯(lián)接的可調(diào)節(jié)裝置320。這些機(jī)械聯(lián)接裝置320帶來衛(wèi)星20’、20”與設(shè)備20之間的可調(diào)節(jié)和/或移動(dòng)的連接。這使得在系統(tǒng)的組裝和/或被動(dòng)式控制期間能夠進(jìn)行設(shè)備20的定向的調(diào)節(jié)，以將推力方向與衛(wèi)星20’、20”的質(zhì)量中心的方向?qū)?zhǔn)，可能的是當(dāng)所述對(duì)準(zhǔn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行鎖定。
[0127]根據(jù)用于圖3中的設(shè)備20的實(shí)施方式而給出的描述的可調(diào)節(jié)機(jī)械聯(lián)接裝置320在圖4中更詳細(xì)地示出。通過被動(dòng)式可調(diào)節(jié)機(jī)械界面而實(shí)現(xiàn)了該可調(diào)節(jié)機(jī)械聯(lián)接裝置320，其中被動(dòng)式可調(diào)節(jié)機(jī)械界面包括與設(shè)備20接觸的第一部分322和與衛(wèi)星20’、20”接觸的第二部分324?？烧{(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置320還包括球形結(jié)合部，在球形結(jié)合部中，兩個(gè)凸緣326’、326”一在一側(cè)具有半球形腔室并且在另一側(cè)(與第一部分接觸)具有固定的平坦界面一容納空心球體325。因此設(shè)備20可以通過第一部分322在球體325上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而相對(duì)于衛(wèi)星20’、20”的中心軸線旋轉(zhuǎn)。在球形結(jié)合部已經(jīng)安裝在凸緣326’、326”中之后，通過球體結(jié)合部的旋轉(zhuǎn)獲得了精確的調(diào)節(jié)。為了將推力矢量的誤差減小到零，可以使設(shè)備旋轉(zhuǎn)，直到推進(jìn)裝置中的噴嘴228的軸線通過設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的重心。然后，通過適當(dāng)數(shù)量的螺栓328’、328”將結(jié)合部鎖定在所需要的位置。如果球體325由比螺栓328’、328”更柔軟的材料制成，那么之后將螺栓螺接至適當(dāng)位置，直到螺栓穿透球體為止，從而將螺栓鎖定就位。否則，裝配較多數(shù)量的螺栓或較大的螺柱會(huì)例如因摩擦而干涉球體325的旋轉(zhuǎn)。替代的解決方案是使用插入于非磁性材料的腔室中的磁性材料球體。向下旋擰磁極直到磁極足夠接近球體，這會(huì)使得磁力能夠防止球體的旋轉(zhuǎn)。為了避免螺栓或螺釘?shù)娜魏嗡砷_，所選擇的材料必須不易于因衛(wèi)星發(fā)射或衛(wèi)星在軌道中運(yùn)行時(shí)而產(chǎn)生的溫度差而變形。螺釘還優(yōu)選為借助于螺紋鎖定型粘合劑被鎖定。
[0128]另一實(shí)施方式(未示出)包括通過柔性結(jié)合部與殼體110連接的噴嘴218。該解決方案在特定應(yīng)用中是有用的，特定應(yīng)用例如為在對(duì)地同步的軌道中操作的衛(wèi)星。當(dāng)采用該解決方案時(shí)，如果能夠調(diào)節(jié)用于機(jī)械聯(lián)接的界面(稍后進(jìn)行描述)，那么在組裝階段期間是可以簡化的，這需要僅在衛(wèi)星發(fā)射之前進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用具有柔性結(jié)合部的最后一種聯(lián)接方案使得對(duì)用于減輕推力矢量的任何偏差的系統(tǒng)一如稍后更詳細(xì)地描述的系統(tǒng)一的采用是不必要的。
[0129]然而在一些情況下，借助于可調(diào)節(jié)的界面對(duì)推力矢量的對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行的主動(dòng)式控制可能是充分利用本發(fā)明的潛力的最好方式。該主動(dòng)式系統(tǒng)在如下情況下尤為有效:在衛(wèi)星20’、20”的任務(wù)期間衛(wèi)星20’、20”的重心改變，并且在啟動(dòng)設(shè)備10之前不能預(yù)先計(jì)算衛(wèi)星20’、20”位置(例如，由于衛(wèi)星20’、20”的故障)。主動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)控制在如下情況下同樣有用:具有相對(duì)小的慣性矩、俯仰矩和偏航矩的較小的衛(wèi)星20’、20”缺少用于減輕任何推力偏差的系統(tǒng)(下面所述的)，并且設(shè)備10花費(fèi)相對(duì)長的時(shí)間來產(chǎn)生所需要的沖量。用于調(diào)節(jié)推力方向的主動(dòng)式方法和相關(guān)聯(lián)的主動(dòng)式移動(dòng)機(jī)械聯(lián)接裝置可以使用位于第二部分324與凸緣326’、326”之間的液壓動(dòng)力活塞、電動(dòng)活塞或氣動(dòng)活塞。該調(diào)節(jié)取決于活塞的位置，并且可以通過慣性平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)的比例控制系統(tǒng)而容易地控制?？刂埔粋€(gè)軸線需要一個(gè)活塞，控制兩個(gè)軸線需要兩個(gè)活塞，依次類推，也就是說，隨著受控制的軸線增加，活塞的數(shù)量增加。
[0130]在圖5中的另外的實(shí)施方式中示出了用于可調(diào)節(jié)的機(jī)械界面330的主動(dòng)式控制的類型。通過一對(duì)鉸接氣缸332’、332”來控制相對(duì)于圍繞軸線一例如俯仰軸線一的旋轉(zhuǎn)角的位置，其中這對(duì)鉸接氣缸332’、332”相對(duì)于主鉸接部334偏心地支承。當(dāng)用于控制第二軸線336的主鉸接部鎖定并且氣缸332’、332”操作時(shí)，這會(huì)產(chǎn)生可移動(dòng)的聯(lián)接裝置330的第二部分324的旋轉(zhuǎn)，并且因此使聯(lián)接至第二部分324的衛(wèi)星20’、20”旋轉(zhuǎn)335。這使得設(shè)備和衛(wèi)星能夠圍繞第一軸線一例如俯仰軸線一而共同旋轉(zhuǎn)。結(jié)合部中的鉸接部337 (例如由位于孔中的桿構(gòu)成)防止任何彎矩。例如對(duì)旋轉(zhuǎn)角相對(duì)于其它軸線(例如偏航軸線)的位置的控制與上述控制相同，并且該控制通過位于俯仰控制裝置下方或上方的旋轉(zhuǎn)90°的相同機(jī)構(gòu)來實(shí)施。通過使用十字成形的元件能夠制造可移動(dòng)機(jī)械聯(lián)接裝置的更緊湊的構(gòu)型(未示出)。該元件包括兩個(gè)桿，這兩個(gè)干彼此分離并且在其中心處通過圓筒形元件結(jié)合。該圓柱形元件可以由經(jīng)車削的圓筒形桿銑削成或制成，之后將這些圓筒形桿螺接、焊接或膠合在一起。上部桿使得凸緣能夠面向衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)，而下部桿使得凸緣能夠與設(shè)備接觸地旋轉(zhuǎn)。
[0131]圖6和圖7中示出了在主動(dòng)式可控制、可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置340’、340”方面不同的另一實(shí)施方式。通過兩個(gè)氣缸341、341’、342、342’一這兩個(gè)氣缸341、341’、342、342’在頂部處具有球形結(jié)合部，氣缸同與衛(wèi)星20’、20”接觸的第二部分344、344’成直線地安裝一的兩個(gè)氣缸來實(shí)現(xiàn)對(duì)傾轉(zhuǎn)或滾動(dòng)或是傾轉(zhuǎn)和滾動(dòng)兩者的位置控制。具體地，該部分在圖6中的實(shí)施方式中示出為具有圓頂形狀，而在圖7中的實(shí)施方式中示出為具有平面形狀，但是該部分也可以具有任何其它形狀。在該實(shí)施方式中，第二部分344、344’能夠與衛(wèi)星20’、20”聯(lián)接，或是與設(shè)備聯(lián)接。在所述第二部分344、344’的中心處，存在球形結(jié)合部346、346’，球形結(jié)合部346、346’允許旋轉(zhuǎn)并且不需要軸向移位。上述兩個(gè)氣缸341、341’、342、342’和球形結(jié)合部346、346’還相對(duì)于彼此呈大約120°角度地定位在第二部分344、344’的表面上。如果氣缸341、341’、342、342’中的一個(gè)氣缸運(yùn)動(dòng)，則第二部分344、344’的表面相對(duì)于將其它氣缸連接至球形結(jié)合部346、346’的軸線傾斜。因此，對(duì)兩個(gè)氣缸341、341’、342、342’的活塞的控制能夠帶來推力矢量的任何必要的旋轉(zhuǎn)。能夠電氣地、液壓地、或是氣動(dòng)地控制這些活塞。
[0132]圖8中示出了主動(dòng)式可控制、可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置350的另一實(shí)施方式。類似于先前參照?qǐng)D6和圖7而描述的那些實(shí)施方式，該實(shí)施方式包括兩個(gè)氣缸352、352’，但是這兩個(gè)氣缸352、352’設(shè)計(jì)成與前述氣缸不同。這些可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置350的基部351可以與衛(wèi)星20’、20”聯(lián)接或是與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備聯(lián)接。該裝置包括第一氣缸352、352’，第一氣缸352、352’包括能夠電氣地、液壓的、或是氣動(dòng)地操作的第一活塞353、353’。活塞353、353’可以圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，并且通過鉸接裝置354、354’固定至可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置350。第二活塞355、355’聯(lián)接至鉸接部354、354’，使得第二活塞355、355’能夠相對(duì)于氣缸352、352’旋轉(zhuǎn)并且因此還可以相對(duì)于第一活塞353、353’旋轉(zhuǎn)。在與鉸接部354、354’相對(duì)的部分中，所述第二活塞355、355’與第二氣缸356、356’ 一第二氣缸356、356’與基部351直接聯(lián)接一直接聯(lián)接，并且第二活塞355、355’也可以被電氣地、液壓的、或是氣動(dòng)地控制。之后基部351可以相對(duì)于活塞355、355’的軸線旋轉(zhuǎn)(未示出旋轉(zhuǎn)軸線)。如果操作第一氣缸352、352’中的一個(gè)或兩個(gè)氣缸，則可以將基部351定向在任何所需要的方向上?；?51還包括中央設(shè)置的球形結(jié)合部357。
[0133]如圖9中的實(shí)施方式，通過使用三個(gè)或四個(gè)風(fēng)箱式活塞實(shí)現(xiàn)了相同的方向控制。該圖示出了主動(dòng)式可控制、可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接裝置360，在該機(jī)械聯(lián)接裝置360中，將活塞362、362’、362”電氣地、液壓地或氣動(dòng)地控制，例如通過壓力水龍頭(未示出)來控制，并且優(yōu)選為直接由設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)來控制?；钊?62、362’、362”各自通過三向閥(未示出)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，其中一向與設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)連接，一向與要控制的活塞362、362’、362”連通，并且第三向是通常關(guān)閉的側(cè)向通氣孔。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)接通時(shí)，活塞362、362’、362”受壓并且閥閉合。為了調(diào)節(jié)設(shè)備相對(duì)于衛(wèi)星20’、20”的方向從而將推力矢量定向在所需方向上，一個(gè)或更多個(gè)活塞362、362’、362”的第三閥打開給定的時(shí)間，以釋放少量氣體，并且因此降低活塞中的壓力。這使得活塞362、362’、362”能夠收回，并且使得設(shè)備能夠因此旋轉(zhuǎn)。如圖9中所示，三個(gè)活塞362、362’、362”為氣動(dòng)式活塞并且聯(lián)接至基部361，其中基部361可以與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備接觸或與衛(wèi)星20’、20”接觸?；钊?62、362’、362”可以定位在基部361的邊緣附近或是以任何其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)型定位。通過球形結(jié)合部363實(shí)現(xiàn)了與通過界面接合的基部361的聯(lián)接，其中球形結(jié)合部363使得活塞362、362’、362”的軸線與平臺(tái)之間能夠進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)。如圖10所示，活塞362、362’、362”受具有壓力的氣體掌控，并且活塞362、362’、362”具有使活塞362、362’、362”能夠像彈簧一樣運(yùn)轉(zhuǎn)的柔性導(dǎo)管365’、365”，柔性導(dǎo)管365’、365”在圖10中示出的雙箭頭的方向Λ上延伸。這種柔性導(dǎo)管365’、365”在文獻(xiàn)中是已知的。在本實(shí)施方式中，柔性導(dǎo)管365’、365”通過獨(dú)立的氣體生成器填裝，或直接由根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的推進(jìn)裝置填裝。當(dāng)填裝柔性導(dǎo)管365’、365”時(shí)，導(dǎo)管365’、365”在壓力作用下伸展。為了控制衛(wèi)星的相對(duì)位置以及根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的相對(duì)位置，僅必要的是，借助于旁通閥368(見圖11和圖12)從活塞362、362’、362”中的一個(gè)活塞釋放少量壓力。氣體可以穿過四個(gè)通氣孔366、366’、366”而側(cè)向釋放，其中四個(gè)通氣孔相對(duì)于彼此呈90°角度地布置以避免任何側(cè)向沖量。可替代地，氣體可以在推進(jìn)裝置的推力方向上縱向排出，從而同時(shí)增強(qiáng)推進(jìn)裝置的性能。如圖11和圖12所示，穿過三個(gè)旁通閥368中的一個(gè)旁通閥而進(jìn)行這種受控制的氣體排出。通氣管道通常是閉合的(圖11)，而氣體源與柔性導(dǎo)管之間的管道通常是打開的(圖11)。閥368包括插入在管369中的活塞367，管369將柔性導(dǎo)管365’、365”連接至基部361?；钊?62、362’、362”的動(dòng)程受兩個(gè)阻擋部370，、370”的限制。氣體生成器(該氣體生成器在此處所描述的實(shí)施方式中與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室一致；可替代地，該氣體生成器可以是外部氣體生成器)通常與柔性導(dǎo)管365’、365”連接。側(cè)向通風(fēng)管道周圍的橡膠密封部371、371’、371”、372、372’、372”防止任何氣體泄漏。當(dāng)需要受控制的氣體釋放時(shí)，氣體生成器與柔性導(dǎo)管365’、365”之間的主管通過諸如電磁閥之類的閥(未示出)而閉合(圖12)。然后，活塞367開始受電磁控制或液壓控制地朝向通過阻擋部370”而表示出的底部限位擋塊而運(yùn)動(dòng)，從而露出氣體排出孔口 373。這使得氣體能夠從柔性導(dǎo)管365’、365’待釋放并且散于太空中。這種類型的主動(dòng)式方向控制可能需要電子“輸入記錄和處理”系統(tǒng)，從而能夠如在抑制的比例-微分控制系統(tǒng)中實(shí)施反饋控制。所使用的傳感器優(yōu)選為用于記錄圍繞對(duì)推力矢量進(jìn)行控制的兩個(gè)軸線的角加速度的加速度計(jì)。上述電子部件一例如傳感器和控制系統(tǒng)一可以與稍后描述的裝填檢測和星載控制裝置相同，和/或是慣性平臺(tái)的一部分。這些電子部件與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的星載控制裝置操作性地連接，以使得在由所述設(shè)備影響的脫離軌道期間設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的最終定位能夠具有更大的精度。這些裝置還使得當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的推進(jìn)裝置運(yùn)行時(shí)由于推力矢量的任何偏差而造成的損失能夠減小。
[0134]在另一實(shí)施方式中，如果設(shè)備相對(duì)于與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星20’、20”的位置在發(fā)射之前固定，則使用用于減輕推力矢量的任何偏差的裝置，并且當(dāng)決定衛(wèi)星20’、20”必須脫離軌道或布置在駐留軌道中時(shí)，由于推力矢量偏差而產(chǎn)生的有用沖量損失變得過多。這些損失取決于衛(wèi)星20’、20”的尺寸和平均密度，并且取決于如在部件一比如可展開的太陽能電池陣列一運(yùn)動(dòng)的情況下或是在所消耗的推進(jìn)劑足以改變其質(zhì)量的情況下獲得恒定或可變質(zhì)量中心的可行性。如已說明的，通過將設(shè)備設(shè)計(jì)成使得設(shè)備具有非常短暫的燃燒時(shí)間、較高的固態(tài)推進(jìn)劑燃燒率、以及噴嘴的頸部的較大直徑，可以事先減小因推力矢量偏差而造成的損失。例如，減輕裝置可以借助于較小的輔助火箭或使用相對(duì)于設(shè)備的后部中的噴嘴離心布置的類似的較小的不可重復(fù)使用的輔助火箭而影響圍繞滾動(dòng)軸線的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。一旦點(diǎn)火，則這些火箭根據(jù)其位置而沿著俯仰軸線或偏航軸線產(chǎn)生扭矩。
[0135]圖13和圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施方式，該設(shè)備包括用于減輕任何推力矢量偏差的裝置。該實(shí)施方式通過借助于圍繞滾動(dòng)軸線的旋轉(zhuǎn)而使衛(wèi)星穩(wěn)定，從而減輕推力矢量的偏差，其中借助于由設(shè)備40上的SIU(未示出)啟動(dòng)的兩個(gè)較小的、不可重復(fù)使用的輔助火箭410’、410’能夠?qū)崿F(xiàn)圍繞滾動(dòng)軸線的旋轉(zhuǎn)。火箭410’、410”尺寸較小，并且當(dāng)啟動(dòng)火箭410’、410”時(shí)，火箭410’、410”產(chǎn)生圍繞滾動(dòng)軸線的運(yùn)動(dòng)，其中滾動(dòng)速度取決于火箭的燃燒時(shí)間和抗軸向負(fù)荷能力。優(yōu)選的是在將設(shè)備40點(diǎn)火之前經(jīng)由纜線或由設(shè)備40中的SIU發(fā)送的無線信號(hào)來啟動(dòng)火箭410’、410”。所述火箭410’、410”的噴嘴411’、411”相對(duì)于飛行方向呈90°角度地定位，從而產(chǎn)生用來圍繞衛(wèi)星20’、20”的滾動(dòng)軸線進(jìn)行支承的扭矩。當(dāng)將火箭410’、410”點(diǎn)火時(shí)，火箭產(chǎn)生使設(shè)備40并且進(jìn)而也使衛(wèi)星20’、20”圍繞滾動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)的扭矩。然后，將設(shè)備40點(diǎn)火。衛(wèi)星20’、20”的旋轉(zhuǎn)減輕推力的任何偏差的效果，這是因?yàn)榇怪庇陲w行方向的推力分量引起旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果旋進(jìn)的時(shí)間段長于設(shè)備40進(jìn)行脫離軌道的總操作時(shí)間，則偏差的凈效果會(huì)是較小的。如果由旋轉(zhuǎn)引起的角度矩是相當(dāng)大的，即，由火箭410’、410”引起的角速度足夠高，則會(huì)將推力的偏差的角誤差保持在可接受的水平內(nèi)。
[0136]在圖15中示出了用于減輕推力矢量偏差的裝置的另一實(shí)施方式。設(shè)備50裝配有類似于前述的火箭410’、410”的較小的不可重復(fù)使用的輔助火箭510’。另外，還具有類似于火箭510’、510”并且相對(duì)于設(shè)備50的噴嘴518離心地定位一即在噴嘴后方一的火箭512、512’、512”。當(dāng)將這些火箭512、512’、512”點(diǎn)火時(shí)，這些火箭512、512’、512”根據(jù)其位
置而產(chǎn)生偏航扭矩或俯仰扭矩。
[0137]圖13、圖14和圖15所描述的火箭為固態(tài)推進(jìn)劑填料的形式。具體地，這些火箭為使用固態(tài)推進(jìn)劑作為燃料的不可重復(fù)使用的單沖量的類型。這些火箭可以具有較大的數(shù)量，并且優(yōu)選地成對(duì)地布置在每個(gè)軸線上。上述火箭410’、410”、510’、510”、512、512’、512”制造簡單并且具有有限的尺寸，并且上述火箭能夠在用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備40、50的星載控制裝置的直接控制下操作。上述火箭通過定位成遠(yuǎn)離設(shè)備40、50的噴嘴418、518的軸線從而產(chǎn)生低水平的推力。然而相比于推力的偏差所產(chǎn)生的扭矩，該推力產(chǎn)生了圍繞俯仰軸線和偏航軸線的更大的扭矩。火箭410’、410”、510’、510”、512、512’、512”可以通過桿或梁(未示出)附接至設(shè)備40、50的外壁或進(jìn)一步遠(yuǎn)離噴嘴418、518地運(yùn)動(dòng)。如果設(shè)備40、50識(shí)別出圍繞俯仰軸線或偏航軸線的角加速度(通過例如下文描述的那些用于檢測加速度的工具)，則將相對(duì)應(yīng)的火箭點(diǎn)火以產(chǎn)生在相反方向上的推力。將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成使得火箭具有“平衡”作用并且以延遲的方式點(diǎn)火，該延遲是考慮到因偏差而產(chǎn)生的角加速度以及最大潛在火箭點(diǎn)火延遲。因此產(chǎn)生的推力帶來了加速度，該加速度足以將推力矢量的方向恢復(fù)到初始所需要的位置。由于設(shè)備40、50的總操作時(shí)間是非常有限的，因此將不可重復(fù)使用的輔助平衡火箭的操作時(shí)間和推力計(jì)算成避免過度反應(yīng)。在存在誤差的情況下，能夠?qū)⑴c用于校正的火箭相對(duì)的火箭點(diǎn)火，以產(chǎn)生另外的反推力。因此通過使用火箭一火箭布置成與殼體接觸以獲得穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，并且處于平衡目的而布置在噴嘴附近，或是僅采用上述兩種布置方案中的一種布置方案--能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)推力矢量偏差的校正。
[0138]在定義為“獨(dú)立性”的另一實(shí)施方式(未示出)中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在沒有來自地球上的站點(diǎn)或太空中的其它站點(diǎn)的任何幫助的情況下獨(dú)立地產(chǎn)生待爆信號(hào)和點(diǎn)火信號(hào)。該實(shí)施方式可以通過一個(gè)上述實(shí)施方式和/或一個(gè)上述實(shí)施方式的部分來實(shí)現(xiàn)。然而，不同之處在于設(shè)備的星載控制裝置的功能，這是由于用于接收控制信號(hào)的裝置不接收點(diǎn)火信號(hào)，而這些點(diǎn)火信號(hào)是由設(shè)備在預(yù)定的瞬時(shí)狀態(tài)或預(yù)先限定的狀態(tài)下而獨(dú)立產(chǎn)生的。
[0139]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備獨(dú)立于衛(wèi)星20’、20”地起作用，并且用于接收信號(hào)的這些裝置的目的不是接收來自地球上的站點(diǎn)或其它太空交通工具的與設(shè)備的待爆和/或點(diǎn)火相關(guān)聯(lián)的信號(hào)，而是如下文詳細(xì)描述的僅接收以停止設(shè)備獨(dú)立操作順序?yàn)槟康牡男盘?hào)?？梢栽O(shè)置有所述的用于接收控制信號(hào)的裝置，從而能夠接收來自外部發(fā)射器的以中斷點(diǎn)火過程并啟動(dòng)該過程的接下來的遠(yuǎn)程控制為目的的信號(hào)。在該實(shí)施方式中，星載控制裝置包括用于發(fā)射控制信號(hào)一控制信號(hào)已經(jīng)由星載控制裝置預(yù)先編程和/或計(jì)算一并用于將控制信號(hào)發(fā)送至用于接收控制信號(hào)的裝置的裝置。之后，也與推進(jìn)裝置相關(guān)聯(lián)的用于接收控制信號(hào)的裝置影響設(shè)備10的待爆和點(diǎn)火，從而獨(dú)立地啟動(dòng)點(diǎn)火器。
[0140]用于發(fā)射控制信號(hào)的裝置的形式為電子控制器，并且優(yōu)選為包括點(diǎn)火-啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，該點(diǎn)火-啟動(dòng)計(jì)時(shí)器被調(diào)節(jié)成適合衛(wèi)星20’、20”的工作壽命或適合該點(diǎn)火-啟動(dòng)計(jì)時(shí)器的任務(wù)的持續(xù)時(shí)間?？商娲?，如稍后要描述的，當(dāng)接收到來自可選地裝配在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備上的傳感器的警報(bào)信號(hào)時(shí)，通過星載控制裝置能夠計(jì)算脫離軌道過程的正時(shí)。[0141]在定義成半獨(dú)立式的另一實(shí)施方式(未示出)中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備接收來自地球上的站點(diǎn)或來自位于太空中的其它交通工具的待爆信號(hào)。因此，本實(shí)施方式除了以下方面之外具有與第一實(shí)施方式中描述的設(shè)備10相類似的結(jié)構(gòu)構(gòu)型和部件:點(diǎn)火信號(hào)由根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備獨(dú)立產(chǎn)生。此處所述的實(shí)施方式還具有如前面的實(shí)施方式所描述并應(yīng)用的用于發(fā)射控制信號(hào)的裝置。這些用于發(fā)射控制信號(hào)的裝置在接收到來自地球上的站點(diǎn)或來自太空中的另一交通工具的待爆信號(hào)之后，向用于接收控制信號(hào)的裝置發(fā)送由星載控制裝置產(chǎn)生的點(diǎn)火信號(hào)。
[0142]所示出并描述的全部實(shí)施方式還可以包括用于改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和通過該設(shè)備與衛(wèi)星20’、20”的聯(lián)接而產(chǎn)生的系統(tǒng)的功能特性或用于向根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和通過該設(shè)備與衛(wèi)星20’、20”的聯(lián)接而產(chǎn)生的系統(tǒng)增加新的特征的可選的裝置。一個(gè)或更多個(gè)前述實(shí)施方式中的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特性的一種應(yīng)用包括遠(yuǎn)程通訊裝置，該遠(yuǎn)程通訊裝置還使得指令和信號(hào)能夠同與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星20’、20”交換，盡管設(shè)備仍然與衛(wèi)星20’、20”完全獨(dú)立。
[0143]在本文所描述的一種或更多種實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選為還包括第一檢測裝置，第一檢測裝置與星載控制裝置操作性地連接，以用于檢測來到圍繞設(shè)備和/或與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星20’、20”的限定的安全區(qū)內(nèi)的其它物體。更優(yōu)選的是，出于檢測對(duì)衛(wèi)星的任何撞擊損壞的目的，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括用于與同設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星20’通訊的裝置。設(shè)備優(yōu)選為還包括與星載控制裝置操作性地連接的第三檢測裝置，以用于借助與衛(wèi)星20’、20”通訊的裝置來檢測衛(wèi)星20’、20”中的任何故障。
[0144]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括與星載控制裝置操作性地連接的第二檢測裝置，以用于檢測對(duì)設(shè)備本身的撞擊損壞。[0145]在所示出和/或描述的一種或更多種實(shí)施方式中，并且結(jié)合一種或更多種上述技術(shù)應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以附加地包括與星載控制裝置操作性地連接的第四檢測裝置，第四檢測裝置被設(shè)計(jì)成檢測根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在任何時(shí)間下或在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間(次數(shù))下的時(shí)間和/或軌道定向，或是檢測根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在太空中的位置。這些第四檢測裝置優(yōu)選為與定向和位置監(jiān)測單元操作性地連接，其中定向和位置監(jiān)測單元還用于獨(dú)立地建立設(shè)備和與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星20’、20”的位置和定向。該單元用于增加系統(tǒng)的定向和位置的計(jì)算的精確性，從而減少重新進(jìn)入軌道的計(jì)算中的任何誤差。該單元的另一目的是將指令發(fā)送至用于減輕推力矢量偏差的裝置和/或用于主動(dòng)式控制可調(diào)節(jié)機(jī)械聯(lián)接裝置上的推力矢量的裝置。該單元被設(shè)計(jì)成不受太空中出現(xiàn)的電磁干擾和輻射的影響。
[0146]這些傳感器優(yōu)選為還與狀態(tài)監(jiān)測裝置操作性地連接。這些傳感器收集來自安裝在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的裝置的電氣測試的結(jié)果以及來自前述監(jiān)測傳感器的信號(hào)。通過使用該設(shè)備所配備的遠(yuǎn)程通訊裝置在請(qǐng)求時(shí)或以規(guī)則的間隔將所收集的數(shù)據(jù)發(fā)送至位于地球上的站點(diǎn)處的控制界面或發(fā)送至另一太空交通工具?？商娲?，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以通過利用衛(wèi)星的遠(yuǎn)程通訊裝置將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至與其設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星20’、20”。該通訊還可以是雙向的，使得衛(wèi)星20 ’、20 ”可以將控制信號(hào)發(fā)送至設(shè)備。
[0147]參照?qǐng)D13和圖15中的實(shí)施方式，這些附圖示出了兩個(gè)容納裝置492’、492”、592，這兩個(gè)容納裝置492’、492”、592為與用于設(shè)備40、50的殼體的頭部聯(lián)接的平行六面體成形的容器的形式。這些容納裝置優(yōu)選為容納有前述的電能供應(yīng)裝置(例如不可再充電的電池)、星載控制裝置以及遠(yuǎn)程通訊裝置。這些容納裝置492 ’、492 ”、592還可以容納有狀態(tài)監(jiān)視裝置和用于主動(dòng)式控制推力的裝置，以及用于狀態(tài)檢測和控制的任何附加裝置，和用于減輕推力矢量偏差的裝置。這些容納裝置492’、492”、592可以定位在設(shè)備的殼體的端子部分中或是在尾部處定位于噴嘴附近。
[0148]在另一實(shí)施方式(未示出)中，設(shè)備可以包括用于將與設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星定位的系統(tǒng)(或緊急去翻滾系統(tǒng)-EDS)，以便確保在將設(shè)備點(diǎn)火之前衛(wèi)星的姿態(tài)是適當(dāng)且穩(wěn)定的。如果衛(wèi)星的姿態(tài)不受控制或是如果衛(wèi)星的姿態(tài)使得由設(shè)備產(chǎn)生的推力的方向未與軌道速度對(duì)準(zhǔn)并且衛(wèi)星使得不可能進(jìn)行任何另外的操作，則可以證明該系統(tǒng)是必要的。該系統(tǒng)通過氣體生成器燃料箱一氣體生成器燃料箱填裝由固態(tài)推進(jìn)劑、通過電氣爆炸裝置點(diǎn)火(若必要?jiǎng)t附加有合適的煙火混合物)一而起動(dòng)并且與管理該設(shè)備的點(diǎn)火的星載控制裝置操作性地聯(lián)接。
[0149]在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的各種可能的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備用于防止軌道中的碎片的進(jìn)一步的積聚，并且防止由衛(wèi)星、太空交通工具或其部件不受控制地重新進(jìn)入地球而導(dǎo)致的對(duì)人或財(cái)產(chǎn)造成損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0150]具體地，當(dāng)與設(shè)備10相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星20’、20”達(dá)到其工作壽命的盡頭或產(chǎn)生故障時(shí)，設(shè)備10能夠改變與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星20’、20”的軌跡。如圖1所示，軌跡的這種改變使得衛(wèi)星能夠直接朝向地球I脫離軌道，其中當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)穿過大氣時(shí)衛(wèi)星解體，或者衛(wèi)星能夠在具有任意限定或預(yù)先建立的尺寸的區(qū)域內(nèi)著陸。脫離軌道過程可以包括:朝向太空中的安全區(qū)域一安全區(qū)域定義為棄用位置或駐留軌道一而重新導(dǎo)向。如圖1所示，如果衛(wèi)星20’的軌道為低軌道2并且軌跡的變化包括將衛(wèi)星20’朝向中心I處的天體或朝向更低的軌道而脫離軌道，那么之后設(shè)備10產(chǎn)生這樣的推力:該推力部分地或完全地指向與衛(wèi)星的軌道速度矢量的方向(飛行方向)相反的方向。另一方面，如果衛(wèi)星20”的軌道為高軌道3，則軌跡的變化包括將衛(wèi)星20”重新設(shè)置在更遠(yuǎn)離行星地球I的駐留軌道或棄用位置
4。在這種情況下，由設(shè)備10產(chǎn)生的推力的方向?qū)⑴c軌道速度矢量的方向相同。對(duì)于這兩種類型的脫離軌道過程，衛(wèi)星20’、20”將遵循具體的軌跡一該具體的軌跡在采取任何步驟以修改衛(wèi)星20’、20”的軌跡之前已經(jīng)計(jì)算并建立，從而避免對(duì)位于太空中或地球I上的其它衛(wèi)星或太空交通工具、人或財(cái)產(chǎn)帶來風(fēng)險(xiǎn)。
[0151]在衛(wèi)星20’、20”發(fā)射前將設(shè)備10安裝于衛(wèi)星20’、20”上。通過使用用于將所述設(shè)備10機(jī)械地聯(lián)接至要脫離軌道的衛(wèi)星20’、20”的裝置310而在發(fā)射之前實(shí)現(xiàn)該組裝。具體地，如果衛(wèi)星20’必須從低軌道2朝向地球I運(yùn)動(dòng)，則設(shè)備10可以聯(lián)接在衛(wèi)星20’的前方；或如果必要的是使衛(wèi)星從高軌道3朝向駐留軌道4運(yùn)動(dòng)，則設(shè)備10可以聯(lián)接在衛(wèi)星20”的后方。
[0152]設(shè)備至衛(wèi)星20’、20”的機(jī)械聯(lián)接不需要該過程所依靠的條件。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以獨(dú)立或半獨(dú)立地操作，或可以遠(yuǎn)程控制根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0153]固態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置提供使衛(wèi)星20’、20”從其任務(wù)軌道運(yùn)動(dòng)所需要的沖量，而若必要，則固定的或可調(diào)節(jié)的機(jī)械聯(lián)接平臺(tái)(在發(fā)射之前調(diào)節(jié)機(jī)械聯(lián)接平臺(tái)，并且隨后被動(dòng)調(diào)節(jié)或主動(dòng)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)樵谕屏ζ鞯牟僮髌陂g該機(jī)械聯(lián)接平臺(tái)處于反饋控制之下)使得能夠控制由推進(jìn)裝置產(chǎn)生的推力的方向。
[0154]設(shè)備可以在三種不同的操作模式下操作:遠(yuǎn)程控制模式、獨(dú)立模式以及半獨(dú)立模式。所有這三種模式僅在少量步驟之內(nèi)影響了脫離軌道操作/重新入軌操作:
[0155]-通過所述遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備分別計(jì)算會(huì)導(dǎo)致撞擊地球區(qū)域的所期望的新的太空軌道或所期望的軌跡；
[0156]-通過所述遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備基于所述衛(wèi)星的實(shí)際軌道來計(jì)算起動(dòng)運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備以獲得所期望的新軌道或軌跡的時(shí)刻；
[0157]-將控制信號(hào)從所述遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備，或通過所述設(shè)備開始脫離軌道/重新入軌過程，以使所述衛(wèi)星在所計(jì)算出的新軌道或軌跡中運(yùn)動(dòng)；以及
[0158]-當(dāng)運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備接收到控制信號(hào)時(shí)，在所計(jì)算出的時(shí)刻將運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的推進(jìn)裝置點(diǎn)火。
[0159]在優(yōu)選的操作模式下，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備受遠(yuǎn)程控制。如圖17中的流程圖所示，在包括地球上的控制站的最簡單的情況下，設(shè)備10影響脫離軌道/重新入軌所需要的控制過程由遠(yuǎn)程控制裝置引導(dǎo)。
[0160]在衛(wèi)星20’的工作壽命期間，設(shè)備10保持“等待”狀態(tài)，直到設(shè)備10接收到來自地球100上的諸如遠(yuǎn)程控制裝置之類的站點(diǎn)的信號(hào)。當(dāng)設(shè)備10接收到信號(hào)時(shí)，星載控制裝置驗(yàn)證SIU(如果有的話)的狀態(tài)。如果SIU的狀態(tài)是“開始”，則這表示系統(tǒng)待爆，并且在由所接收的信號(hào)建立的時(shí)間點(diǎn)處開始用于將設(shè)備10點(diǎn)火的過程，并且衛(wèi)星安全地且以受控制的方式脫離軌道/重新入軌，即，衛(wèi)星布置在經(jīng)特別計(jì)算的重新進(jìn)入軌道中。如果例如由于例如意外的信號(hào)而使得情況并非如此，或是如果設(shè)備10還沒有待爆，則忽略點(diǎn)火信號(hào)，并且設(shè)備10返回其“等待”狀態(tài)。將安全信號(hào)從遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)送至運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的用于接收控制信號(hào)的裝置，這允許了在發(fā)送控制信號(hào)以允許衛(wèi)星在所計(jì)算出的新軌道或軌跡中運(yùn)動(dòng)之前將該設(shè)備切換至操作狀態(tài)。所述信號(hào)可以處于加密模式，以確保傳輸并且防止反入侵和未授權(quán)的點(diǎn)火。參照?qǐng)D16，當(dāng)已經(jīng)決定將衛(wèi)星20’脫離軌道時(shí)，一連串的信號(hào)從地球100上的站點(diǎn)和/或從太空中的另一交通工具發(fā)送至設(shè)備10。通過與設(shè)備10的星載控制裝置操作性地連接的用于接收控制信號(hào)的裝置來接收這些信號(hào)。當(dāng)接收到這一連串的信號(hào)時(shí)，星載控制裝置啟動(dòng)SIU，SIU又啟動(dòng)點(diǎn)火器216，點(diǎn)火器216因此將推力器點(diǎn)火。具體地，優(yōu)選地使用高電壓點(diǎn)火器。由待爆信號(hào)啟動(dòng)的SIU對(duì)電容器進(jìn)行充電，直到電容器達(dá)到待爆狀態(tài)的高電壓狀態(tài)特性。當(dāng)電容器由于后續(xù)的獨(dú)立點(diǎn)火信號(hào)而突然放電時(shí)，膜上的金屬導(dǎo)體層通過高電壓電流而氣化，而塑料膜以極高的速度迎著主爆炸層飛出，從而將主爆炸層點(diǎn)火。
[0161]可替代地，設(shè)備10可以裝配有低電壓點(diǎn)火器。在這種情況下，點(diǎn)火器的電線通過表示點(diǎn)火信號(hào)的電流的流動(dòng)(通常在低電壓下將幾安培的電流通電幾毫秒的時(shí)間)加熱并分解。這會(huì)將容納于點(diǎn)火器中的煙火混合物點(diǎn)燃。因此，容器釋放燃燒產(chǎn)物，從而朝向點(diǎn)火器的主填料發(fā)送燃燒產(chǎn)物并且因此將推力器中的固態(tài)推進(jìn)劑點(diǎn)燃。這提供了足以將衛(wèi)星20’定位在所期望的重新進(jìn)入軌道中的推力，使得衛(wèi)星20’可以在地球I上著陸或是在大氣中分解?？商娲?，設(shè)備的推力足以將設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)重新設(shè)置到先前建立的安全軌道空間，例如棄用位置或駐留軌道4。在該優(yōu)選操作模式下，由地球100上的站點(diǎn)來計(jì)算可容許的脫離軌道窗口?？商娲兀梢杂晌挥谔罩械牧硪唤煌üぞ邅碛?jì)算可容許的脫離軌道窗口。該可容許的脫離軌道窗口考慮到在做出進(jìn)行脫離軌道決定時(shí)設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的位置?？扇菰S的脫離軌道窗口的計(jì)算還考慮到太空中的諸如其它衛(wèi)星或交通工具或是碎片之類的其它物體，以避免設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)占據(jù)會(huì)使該設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)與任何這種物體撞擊的軌跡。因此由站點(diǎn)100發(fā)送至設(shè)備10的一連串的信號(hào)包括至少一個(gè)待爆信號(hào)以及隨后的至少一個(gè)點(diǎn)火信號(hào)，一旦已經(jīng)決定脫離軌道并且在可容許的窗口有效時(shí)，則發(fā)送這兩個(gè)信號(hào)。通過考慮設(shè)備在發(fā)生脫離軌道的時(shí)刻的軌道位置和定向一如果可行的話可能利用四個(gè)傳感器一來計(jì)算軌道軌跡。圖18中示出的流程圖擴(kuò)展了圖17中已經(jīng)示出的操作。在接收到信號(hào)并且檢測到SIU的狀態(tài)是“停止”后，設(shè)備將警報(bào)信號(hào)發(fā)送至地球100上的站點(diǎn)，以警告已經(jīng)嘗試將設(shè)備10點(diǎn)火但是還未滿足進(jìn)行點(diǎn)火所需要的條件。在圖19中示出的流程圖中，進(jìn)一步擴(kuò)展了在操作設(shè)備的階段期間所實(shí)施或需要的操作的數(shù)量。為了降低SIU出現(xiàn)故障的任何風(fēng)險(xiǎn)，如果在已經(jīng)從地球100上的站點(diǎn)接收到開始點(diǎn)火過程的指令之后已將SIU的狀態(tài)認(rèn)定為“停止”，則由地球100上的站點(diǎn)發(fā)送對(duì)信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)的進(jìn)一步請(qǐng)求。最后，設(shè)備10可以包括用于使用前述裝置和傳感器來檢測設(shè)備10的狀態(tài)的系統(tǒng)，并且如圖20中示意性示出的，所收集的信號(hào)可以以規(guī)定的間隔或是在請(qǐng)求時(shí)發(fā)送至地球100上的站點(diǎn)。
[0162]在第二操作模式下，該設(shè)備為自主設(shè)備，即，該設(shè)備沒有來自地球上的站點(diǎn)或來自太空中的另一交通工具或來自任何遠(yuǎn)程控制裝置的控制。設(shè)備40通過用于發(fā)射控制信號(hào)的裝置與設(shè)備40自己的星載控制裝置而在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間之后獨(dú)立地產(chǎn)生點(diǎn)火次序。該時(shí)間間隔通常對(duì)應(yīng)于與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星20’、20”的有用的工作壽命和/或衛(wèi)星20’、20”的任務(wù)的持續(xù)時(shí)間。可替代地，與事先確立時(shí)間不同，所述時(shí)間可以取決于所超過的閾值和由傳感器發(fā)送的待爆信號(hào)。例如由于嚴(yán)重的故障、撞擊(由加速度計(jì)識(shí)別出的機(jī)械震動(dòng))、或是在軌道中與另一物體即將發(fā)生的碰撞(由地球上的站點(diǎn)處的雷達(dá)系統(tǒng)檢測出，或是由設(shè)備上的接近傳感器(若存在的話)檢測出)而可能超過所述閾值。在所述第二操作模式下，星載控制裝置因此將獨(dú)立產(chǎn)生至少待爆信號(hào)和至少點(diǎn)火信號(hào)。在該操作模式下，還使得位于地球或其它太空交通工具上的站點(diǎn)能夠通過對(duì)設(shè)備發(fā)送“停止”信號(hào)來停止點(diǎn)火過程，其中“停止”信號(hào)被設(shè)備的控制信號(hào)接收裝置接收。另外，位于地球或其它太空交通工具上的所述站點(diǎn)能夠通過如對(duì)上述優(yōu)選操作模式所描述地發(fā)送控制信號(hào)從而重新安排點(diǎn)火次序，對(duì)于根據(jù)該第二操作模式的從軌道獨(dú)立掌控的、安全的移除，設(shè)備40必須能夠建立其自身的位置和定向，并且能夠計(jì)算用于重新進(jìn)入大氣中或朝向駐留軌道重新進(jìn)入的安全軌跡，即，設(shè)備必須裝配有定向和定位單元。此外，如前所述，設(shè)備必須能夠評(píng)估與太空中的其它物體相關(guān)聯(lián)的可容許脫離軌道窗口，其中設(shè)備可能沿著其跪進(jìn)而遭遇這些其它物體。
[0163]第三操作模式涉及設(shè)備的半獨(dú)立操作。
[0164]在該操作模式下，由設(shè)備利用其自身的星載控制裝置而獨(dú)立產(chǎn)生一些控制信號(hào)。具體地，經(jīng)由用于控制信號(hào)的發(fā)射的裝置，設(shè)備生成用于使設(shè)備待爆的信號(hào)。一旦處于待爆狀態(tài)，則從地球上或太空中的站點(diǎn)或從其它太空交通工具發(fā)送點(diǎn)火信號(hào)。具體地，在該實(shí)施方式中，點(diǎn)火信號(hào)還可以由要脫離軌道/重新入軌的衛(wèi)星發(fā)送，其中在設(shè)備與衛(wèi)星之間具有用于數(shù)據(jù)交換的操作連接。
[0165]根據(jù)一種實(shí)施方式(未示出)，在設(shè)備點(diǎn)火之前，如果衛(wèi)星姿態(tài)不受控制(例如，由于衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)出故障)，則衛(wèi)星定位系統(tǒng)會(huì)將角俯仰速度和偏航速度減小到可忽略的值，并且會(huì)將由設(shè)備產(chǎn)生的推力的方向與軌道的速度對(duì)準(zhǔn)。如果即便在對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行主動(dòng)式控制的情況下俯仰角和偏航角仍然足以在由設(shè)備產(chǎn)生的推力與軌道速度之間產(chǎn)生偏差、并且衛(wèi)星不能修改其姿態(tài)以除去所述偏差，那么衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備自身采取行動(dòng)以將衛(wèi)星恢復(fù)到必要的姿態(tài)，從而使設(shè)備能夠在所需方向上產(chǎn)生推力。安裝在系統(tǒng)中的燃料箱的燃燒發(fā)生于與兩對(duì)噴嘴連接的一個(gè)或更多個(gè)腔室中，這使得能夠圍繞俯仰軸線和偏航軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。燃料箱的每個(gè)腔室通過適當(dāng)?shù)拈y而與所述成對(duì)的噴嘴分離開。閥可以為通過調(diào)節(jié)線圈中的電流而打開及閉合的電磁閥類型，但是可以使用任何其它類型的閥，只要這種閥能夠足夠快地起動(dòng)即可。當(dāng)將單個(gè)燃料箱點(diǎn)火時(shí)，燃料箱的燃燒發(fā)生于一個(gè)腔室的內(nèi)部。在閥閉合的情況下，在腔內(nèi)部產(chǎn)生氣體的壓力增加，直到燃料箱燃盡位置。當(dāng)閥打開時(shí)，具有壓力的氣體趨向于從腔室流向噴嘴。將閥的直徑、引向噴嘴的連接管道的直徑、以及噴嘴上的頸部的直徑定尺寸成確保氣體以超音速膨脹并穿過噴嘴中的開口釋放，從而產(chǎn)生必要的推力。噴嘴位于距俯仰軸線和偏航軸線適當(dāng)?shù)木嚯x處，使得當(dāng)氣體已經(jīng)穿過單個(gè)噴嘴排出之后沿著每個(gè)軸線產(chǎn)生了所需要的扭矩。通過星載控制裝置掌控單個(gè)燃料箱的點(diǎn)火。通過反饋控制系統(tǒng)來管理法的打開和閉合，其中反饋控制系統(tǒng)使用姿態(tài)角度值，該姿態(tài)角度值由姿態(tài)檢測和/或控制裝置實(shí)時(shí)提供。這些裝置與衛(wèi)星定位系統(tǒng)操作性地連接并且起作用，直到達(dá)到所需姿態(tài)為止。固態(tài)推進(jìn)劑的燃料箱定尺寸成產(chǎn)生具有足夠壓力的氣體并以足夠的時(shí)間來產(chǎn)生這種氣體，以使得在起始于任何初始條件一在角度和加速度方面的初始條件一的情況下能夠達(dá)到所需姿態(tài)。另外，所述衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以用于主動(dòng)校正推力矢量的偏差。
[0166]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在不使用來自與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的要脫離軌道的衛(wèi)星的支持的情況下操作。設(shè)備可以與另一太空交通工具或軌道站或地球上的控制站直接通訊。地球上的站點(diǎn)可以發(fā)送用于使設(shè)備待爆和點(diǎn)火的命令，或發(fā)送對(duì)與設(shè)備-衛(wèi)星系統(tǒng)的狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)以及(在適用的情況下)與衛(wèi)星自己的狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于:設(shè)備具有以少數(shù)簡單的步驟而產(chǎn)生脫離軌道運(yùn)動(dòng)的能力。
[0167]因此根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在與該設(shè)備聯(lián)接的衛(wèi)星的任務(wù)的結(jié)束時(shí)能夠?qū)υ撔l(wèi)星進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幹?。具體地，通過將衛(wèi)星從其工作軌道移除或通過使衛(wèi)星朝向地球脫離軌道來實(shí)現(xiàn)所述處置。
[0168]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)涉及設(shè)備的將先前由衛(wèi)星占據(jù)的軌道釋放的能力，從而避免與附近的其它衛(wèi)星或太空交通工具的任何干擾，這尤其是對(duì)于對(duì)地靜止軌道和地球同步軌道來說是重要的優(yōu)點(diǎn)。
[0169]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備實(shí)現(xiàn)了要脫離軌道的衛(wèi)星的安全且受控的重新進(jìn)入，從而避免碰撞損害并且阻止對(duì)地球上的人或財(cái)產(chǎn)的撞擊或是與附近繞軌道運(yùn)行的其它太空物體的撞擊。
[0170]根據(jù)本發(fā)明的脫離軌道/重新入軌設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn):清除與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的故障衛(wèi)星，其中故障衛(wèi)星沒有其它方式重新進(jìn)入大氣。在衛(wèi)星于其工作壽命期間嚴(yán)重受損的情況下，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備使得受損衛(wèi)星能夠運(yùn)動(dòng)到駐留軌道或返回至地球的大氣中，以減小衛(wèi)星與處于操作狀態(tài)的其它衛(wèi)星碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0171]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備有利地消除了以下風(fēng)險(xiǎn):衛(wèi)星在其壽命周期期間在軌道中與其它抑制物體偶然地碰撞。如果該設(shè)備與接近傳感器(例如，雷達(dá))相關(guān)聯(lián)，則如果任何物體一甚至之前未知的物體一進(jìn)入距所涉及的衛(wèi)星一定的安全距離內(nèi)，則設(shè)備能夠避免與任何物體一甚至之前未知的物體一的碰撞。
[0172]可以有利地使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備以避免有意的(或無意的)破壞行為或其它危險(xiǎn)操作，這些行為或操作包括:通過例如故意碰撞或能夠增加與太空中的其它物體碰撞的風(fēng)險(xiǎn)的其它行為來有意地破壞衛(wèi)星、太空交通工具、或是軌道浮臺(tái)。
[0173]可以在任何時(shí)間使用該設(shè)備以改變與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的軌道，或者可以在以下情況下將該設(shè)備用作支撐裝置:當(dāng)發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星的推進(jìn)裝置出現(xiàn)故障的情況。如果將終極的發(fā)動(dòng)機(jī)證實(shí)為出現(xiàn)故障，則該設(shè)備能夠用作后備的推進(jìn)系統(tǒng)，從而使得衛(wèi)星能夠達(dá)到其計(jì)劃的軌道后備的軌道，以完成全部計(jì)劃任務(wù)或部分計(jì)劃任務(wù)。
[0174]因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備簡單地通過將設(shè)備自身預(yù)先變成或是通過從地球上的站點(diǎn)直接接收至少一個(gè)遠(yuǎn)程控制并且不受限制，從而能夠進(jìn)行太空交通工具的不受協(xié)助的脫離軌道。通過太空中的交通工具也能夠發(fā)送相同的控制，或甚至通過與該設(shè)備機(jī)械地聯(lián)接的要脫離軌道的衛(wèi)星來發(fā)送相同的控制。
[0175]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備有利地使得衛(wèi)星能夠脫離軌道以返回地球上的預(yù)先限定的安全方位，該方位遠(yuǎn)離人口密集或建筑物密集的區(qū)域。
[0176]將該設(shè)備的構(gòu)造設(shè)計(jì)成確保該設(shè)備所持續(xù)的時(shí)間比與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的任務(wù)更長，并且在極端的情形下，該設(shè)備可以用作后備系統(tǒng)，從而在衛(wèi)星發(fā)射時(shí)衛(wèi)星的推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下將衛(wèi)星的有用任務(wù)時(shí)間增加20%至80%。
[0177]最后，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的模塊式設(shè)計(jì)使得該設(shè)備能夠適用于與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的衛(wèi)星的脫離軌道需求。
[0178]此外，根據(jù)本發(fā)明的方法允許通過相關(guān)聯(lián)的自主設(shè)備來實(shí)施衛(wèi)星的脫離軌道/重新入軌的操作。
[0179]該方法通過“事先”計(jì)算地球上的“安全撞擊區(qū)域或計(jì)算新的空間軌道以允許衛(wèi)星 的簡單且受控的脫離軌道/重新入軌。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)在太空衛(wèi)星(20’，20”)發(fā)射之前聯(lián)接至所述空間衛(wèi)星(20’，20”)，以通過遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備將所述衛(wèi)星從太空移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至不同的太空軌道中，其特征在于，所述設(shè)備相對(duì)于所述衛(wèi)星和所述遠(yuǎn)程控制裝置獨(dú)立，所述設(shè)備包括: -所述設(shè)備(10)的星載控制裝置； -與所述星載控制裝置操作性地連接的、用于接收來自所述遠(yuǎn)程控制裝置或來自用于發(fā)出控制信號(hào)的裝置的控制信號(hào)從而起動(dòng)運(yùn)動(dòng)/移除次序的裝置； -推進(jìn)裝置，所述推進(jìn)裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，當(dāng)接收到所述控制信號(hào)時(shí)，通過所述星載控制裝置將所述推進(jìn)裝置起動(dòng)，以將所述衛(wèi)星(20’，20”)從太空移除到預(yù)先限定的地球區(qū)域中，或使所述衛(wèi)星(20’，20”)運(yùn)動(dòng)到預(yù)先限定的不同太空軌道中； -用于所述設(shè)備(10)的電能供給裝置，所述電能供給裝置使所述設(shè)備獨(dú)立于所述衛(wèi)星； -所述設(shè)備(10)的發(fā)射前機(jī)械聯(lián)接裝置(310)，所述發(fā)射前機(jī)械聯(lián)接裝置(310)將所述設(shè)備(10)在發(fā)射前機(jī)械聯(lián)接至所述衛(wèi)星(20’，20”)； -與所述星載控制裝置操作性地連接的用于減輕推力矢量的偏差的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括與所述用于減輕偏差的裝置操作性地連接的用于檢測和/或控制所述衛(wèi)星的姿態(tài)的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于減輕偏差的裝置包括用于對(duì)推力矢量進(jìn)行主動(dòng)式和/或被動(dòng)式控制的裝置，所述主動(dòng)式/被動(dòng)式控制影響所述推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。`
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于所述用于對(duì)推力矢量進(jìn)行主動(dòng)式和/或被動(dòng)式控制的裝置影響所述衛(wèi)星(20’，20”)與所述設(shè)備之間的可調(diào)節(jié)的和/或移動(dòng)的連接，以影響所述推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于檢測和/或控制所述衛(wèi)星的姿態(tài)的裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，并且在起動(dòng)所述推進(jìn)裝置時(shí)影響所述設(shè)備和所述衛(wèi)星(20’，20”)的方向控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括安全點(diǎn)火裝置，所述安全點(diǎn)火裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以接收點(diǎn)火控制信號(hào)并且操作所述推進(jìn)裝置的點(diǎn)火。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括遠(yuǎn)程通訊裝置，所述遠(yuǎn)程通訊裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以用于接收來自所述設(shè)備的數(shù)據(jù)和/或?qū)碜运鲈O(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述遠(yuǎn)程控制裝置；所述遠(yuǎn)程通訊裝置包括至少所述用于接收控制信號(hào)的裝置和/或至少用于傳送數(shù)據(jù)的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述星載控制裝置包括用于發(fā)出預(yù)先編程的控制信號(hào)的裝置和/或用于對(duì)發(fā)送至所述用于接收控制信號(hào)的裝置的所述控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)算的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括第一傳感器裝置，所述第一傳感器裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以用于檢測位于圍繞所述設(shè)備和/或所述衛(wèi)星(20’，20”)而限定的安全區(qū)域內(nèi)的其它物體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括第二傳感器裝置，所述第二傳感器裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以用于檢測所述設(shè)備和/或所述衛(wèi)星(20’，20”)上的撞擊損壞。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括第三傳感器裝置，所述第三傳感器裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以用于檢測所述衛(wèi)星(20’，20”)的故障。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括第四傳感器裝置，所述第四傳感器裝置與所述星載控制裝置操作性地連接，以用于檢測所述設(shè)備隨著時(shí)間的定向和/或用于檢測所述設(shè)備的軌道和/或用于檢測所述設(shè)備的空間位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括與所述星載控制裝置操作性地連接的、與所述衛(wèi)星(20’，20”)通訊的裝置；所述通訊裝置向所述設(shè)備通訊衛(wèi)星故障和/或通訊控制信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，包括與所述星載控制裝置操作性地連接的、用于對(duì)所述設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并且用于將所述狀態(tài)發(fā)送至所述遠(yuǎn)程控制裝置的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述電能供給裝置包括至少可重復(fù)充電的電源。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述聯(lián)接裝置影響所述衛(wèi)星(20’，20”)與所述設(shè)備之間的可調(diào)節(jié)的連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述聯(lián)接裝置包括所述對(duì)推力矢量的主動(dòng)式和/`被動(dòng)式控制，所述對(duì)推力矢量的主動(dòng)式和/被動(dòng)式控制影響所述衛(wèi)星(20’，20”)與所述設(shè)備之間的可調(diào)節(jié)的和/或移動(dòng)的連接，以影響所述推力矢量的對(duì)準(zhǔn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)裝置包括至少固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)以及至少用于所述固態(tài)推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器；所述點(diǎn)火器與所述星載控制裝置操作性地連接以接收點(diǎn)火時(shí)刻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)裝置包括設(shè)置有固態(tài)推進(jìn)劑的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的燃料箱或填料。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)裝置包括混合推進(jìn)裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述推進(jìn)裝置包括膠態(tài)推進(jìn)劑推進(jìn)裝置。
22.一種通過遠(yuǎn)程控制裝置或通過獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備將設(shè)置有所述獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的太空衛(wèi)星從所述衛(wèi)星的空間軌道移除或使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到不同的太空軌道的方法，其特征在于，包括至少以下步驟: -通過所述遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備分別計(jì)算所期望的新的太空軌道或?qū)е伦矒舻厍騾^(qū)域的所期望的軌跡； -通過所述遠(yuǎn)程控制裝置或通過所述設(shè)備基于所述衛(wèi)星的實(shí)際軌道來計(jì)算起動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備以獲得所期望的新軌道或軌跡的時(shí)刻；-將控制信號(hào)從所述遠(yuǎn)程控制裝置發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備，或通過所述設(shè)備開始脫離軌道/重新入軌過程，以使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到所計(jì)算出的新軌道或軌跡；以及 -當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備接收到控制信號(hào)時(shí)，在所計(jì)算出的時(shí)刻將所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的推進(jìn)裝置點(diǎn)火。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:將來自所述遠(yuǎn)程控制裝置的安全信號(hào)發(fā)送至所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備的用于接收控制信號(hào)的裝置，從而在發(fā)送所述控制信號(hào)以使所述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)至所述計(jì)算出的新軌道或軌跡之前起動(dòng)操作狀態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)/移除設(shè)備是根據(jù)權(quán)利要求I至21中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)所述的 設(shè)備。
【文檔編號(hào)】B64G1/26GK103732496SQ201280035941
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月18日
【發(fā)明者】盧卡·羅塞蒂尼, 朱塞佩·朱瑟夫·圖西萬德, 雷納托·帕內(nèi)西, 托馬斯·帕諾佐 申請(qǐng)人:D軌道股份責(zé)任有限公司