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论文信息

研究概述
北京科技大学机械工程学院张立元团队联合美国凯斯西储大学曹长勇团队在国际权威期刊《Advanced Science》上发表题为“Adaptive Deployable Structure Enabled by Actively Controlled Tensegrity for Space Debris Removal”的研究论文。该研究成果提出了一种用于清除近地球轨道上空间碎片的张拉整体环形结构。此结构可以主动控制悬停在任意中间状态,针对不同大小碎片调整不同姿态,具有良好的可控性和自适应能力。
低地球轨道环境中充满了空间碎片,它们严重影响到了空间活动的安全,清除低地球轨道中的空间碎片无疑是当前面临的重大空间任务之一。当前的空间碎片移除技术和方案一方面侧重于增强卫星的防护装置,以应对小型碎片撞击;一方面侧重于清除已经失效的卫星和低地球轨道中其他被主动编录的大型物体。虽然这些工作是必要的,但研究表明更大的风险来自于中等尺寸(4mm-10cm)的空间碎片。
为此,受到张拉整体结构启发,研究团队提出了一种主动控制型张拉整体式自适应折展结构。该结构的展收过程可以被主动控制,根据需求悬停在任一展开中间状态,将此结构配合网布可于批量清除近地轨道空间碎片。研究团队详细介绍了结构的基本构成和收展过程,分析了结构关键参数对其折展性能及承载和抗冲击能力的影响,确定了有效去除碎片的最佳参数和形态,最终构建了1:20的实物样机用于试验验证。

图1. 用于清除近地轨道空间碎片的自适应折展结构

图2. 自适应折展结构展开过程

图3. 结构试验样机
此装置可主动控制姿态,调整口径大小,进而实现精准移除轨道碎片的目的,在维护空间安全方面有着重要意义。
期刊简介

Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊,发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果,所有文章均可免费获取。被Medline收录,PubMed可查。最新影响因子为17.521,中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。
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