专利名称：在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗空间碎片和微流星体的防护系统。
背景技术：
在卫星等航天器运行的轨道空间内存在着大量高速运动(速度>8km/s) 的微流星体和空间碎片，这些微流星体及空间碎片的撞击会使飞行器损伤、破 坏甚至失效，同时也对航天员的生命安全构成严重威胁。对于lcm以上的空 间碎片，可以通过在轨碎片监视器等给予预警，采取回避等主动防护措施；对 于lcm以下的空间碎片，则只能采用被动防护措施。目前航天器的防护方案 主要有固定式和机械式两种防护屏机构。航天器往往需要较大尺寸的防护区 域，需要有大尺寸的防护屏。受发射体积及费用的限制， 一次性发射或多次发 射进行空间组装成大尺寸的防护屏费用较高，甚至难以实现；而采用机械式展 开的防护屏则存在折叠效率低、展开可靠性低、展开后体积较小、难以构建三 层以上或更多层数的多层防护等缺点。而现有的刚性防护屏还存在折叠体积较 大、折叠方式不灵活、发射体积大及展开后体积小等问题。因此，设计出易于 发射、发射费用较低、大尺寸、防护屏层数多、折叠体积较小、折叠方式灵活、 发射体积小、展开后体积大的抗空间碎片和微流星体撞击的柔性防护机构，将 对卫星、飞船等航天器空间碎片防护，对提高其工作可靠性和生存寿命起着至 关重要的作用(引自张伟，庞宝君,张泽华.航天器微流星体及空间碎片防护结 构性能分析J.哈尔滨工业大学学报，2002，34(5):603.)。
发明内容
本发明的目的是为解决采用一次性发射或多次发射进行空间组装成大尺 寸的防护屏存在费用高、难度大甚至难以实现及采用机械式展开的防护屏存在 折叠效率低、展开可靠性低、展开后体积较小、难以构建三层以上或更多层数 的多层防护的问题，以及解决现有的刚性防护屏存在折叠体积较大、折叠方式 不灵活、发射体积大及展开后体积小等问题，
进而提供一种在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的防护系统包括二
二十层可刚化充气展开平面框架、二 二十个待刚化的防护屏、多根可刚化充 气展开支撑立管总成、两个第一充气管、两个第二充气管、四个竖直充气管、
四个水平充气控制阀和四个控制阀；所述二 二十层可刚化充气展开平面框架 上下正对且平行设置，相邻两层可刚化充气展开平面框架的四个角端之间通过 四根可刚化充气展开支撑立管总成连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层 可刚化充气展开平面框架内设置有一个待刚化的防护屏，所述每个待刚化的防 护屏与相对应的可刚化充气展开平面框架连接，位于最上层的可刚化充气展开 平面框架的两个对角端上分别设置有一个第一充气管和一个第二充气管，所述 每个第一充气管的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架中的可刚化充气 展开长支撑管连通，所述每个第二充气管的一端与最上层的可刚化充气展开平 面框架中的可刚化充气展开短支撑管连通，位于最上层的可刚化充气展开平面 框架的每个角端上设置有一个竖直充气管，所述每个竖直充气管的下端与相对 应的可刚化充气展开支撑立管总成中的可刚化充气展开支撑立管连通，每个第 一充气管和第二充气管上分别装有一个水平充气控制阀，每个竖直充气管上装 有一个控制阀，相邻两层可刚化充气展开平面框架内的两个待刚化的防护屏之 间的间距为5-100cm，每个待刚化的防护屏的厚度为0.1~5cm。
本发明具有以下有益效果 一、采用多层待刚化的防护屏，防护效果更好。 二、采用可刚化充气展开平面框架作为本发明的框架支撑结构的主体，在所述 框架内装有待刚化的防护屏，且其与可刚化充气展开平面框架相连接，在使用 时可保证所述框架以任意尺寸折叠，折叠效率高，发射体积小。三、所述框架 中的支撑管由于采用可刚化充气展开的结构，支撑管可沿轴线方向以充气压力 作为驱动力展开，展开后支撑管通电固化或通过空间热辐射加热固化或者通过 空间环境中的紫外线辐射固化，从而形成稳定的、满足结构刚度要求的支撑结 构。四、待刚化的防护屏通电固化或通过空间热辐射加热固化或者通过空间环 境中的紫外线辐射固化，保证了待刚化的防护屏的整体强度。五、平面框架由 于采用可刚化充气展开的支撑结构，其结构简单、不易出故障、展开可靠性好、 整体重量轻、折叠效率高。六、本发明由于在充气管上装有控制阀，可控制充 气管充入到可刚化充气展开支撑立管内部的气体流量和流速，使密闭充气展开 支撑框架的充气展开过程较为稳定。七、由于可刚化充气展开支撑立管是由多 层薄膜复合材料构成，其抗弯刚度、强度等性能指标可通过改变可刚化充气展
开支撑立管的直径、长度、管壁厚度及材料性能等方法进行设计。八、当可刚 化充气展开平面框架为多层时，层与层之间通过充气展开，展开效率更高，更 易控制。九、多层待刚化的防护屏之间采用可刚化充气展开支撑立管展开并支 撑，层与层之间间距能够展开成足够大，有利于空间碎片在与待刚化的防护屏 撞击后碎片云的展开，从而大大提高防护系统的防护效果。十、本发明具有结 构简单、成本低、展开可靠性高、整体重量轻的优点，可在卫星、飞船、空间 站等航天器上使用，用作构建卫星、载人飞船等飞行器的防护机构。十一、本 发明的待刚化的防护屏与刚性防护屏相比具有折叠体积更小、折叠方式更灵 活、折叠效率更高、发射体积更小等优点。
图1是本发明的整体结构主视图(图上表示三层可刚化充气展开平面框架
1)，图2是图1的A部放大图(待刚化的防护屏2未表示)，图3是图1的B 部放大图(待刚化的防护屏2未表示)，图4是图1的C部放大图(待刚化的 防护屏2未表示)，图5是图1的俯视图，图6是本发明的整体结构主视图(图 上表示二层可刚化充气展开平面框架l),图7是图6的D部放大图，图8是 本发明的整体结构主视图(待刚化的防护屏2通过系带4与可刚化充气展开平 面框架l连接)，图9是图8的俯视图，图10是待刚化的防护屏2与薄膜63 的连接结构图，图11是待刚化的防护屏2由加热固化层50构成的结构示意图， 图12是待刚化的防护屏2由加热固化层50和电加热平面层51构成的结构示 意图，图13是端盖19与密封胶圈21装配在一起的主视图，图14是图13的 E-E剖视图，图15是接盘22与密封橡胶圈24装配在一起的主视图，图16是 图15的F-F剖视图，图17是可刚化充气展开长支撑管14的主视图，图18是 可刚化充气展开短支撑管16的主视图，图19是可刚化充气展开支撑立管12 的主视图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图l、图6、图8和图9说明本实施方式，本实施 方式的防护系统包括二 二十层可刚化充气展开平面框架1、 二 二十个待刚化 的防护屏2、多根可刚化充气展开支撑立管总成3、两个第一充气管7、两个 第二充气管8、四个竖直充气管9、四个水平充气控制阀10和四个控制阀11; 所述二 二十层可刚化充气展开平面框架i上下正对且平行设置，相邻两层可
刚化充气展开平面框架1的四个角端之间通过四根可刚化充气展开支撑立管
总成3连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层可刚化充气展开平面框架1 内设置有一个待刚化的防护屏2,所述每个待刚化的防护屏2与相对应的可刚 化充气展开平面框架1连接，从而避免碎片从可刚化充气展开平面框架1的缝 隙进入而破坏被保护的系统，位于最上层的可刚化充气展开平面框架1的两个 对角端上分别设置有一个第一充气管7和一个第二充气管8，所述每个第一充 气管7的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架1中的可刚化充气展开长支 撑管14连通，所述每个第二充气管8的一端与最上层的可刚化充气展开平面 框架1中的可刚化充气展开短支撑管16连通，位于最上层的可刚化充气展开 平面框架1的每个角端上设置有一个竖直充气管9，所述每个竖直充气管9的 下端与相对应的可刚化充气展开支撑立管总成3中的可刚化充气展开支撑立 管12连通，每个第一充气管7和第二充气管8上分别装有一个水平充气控制 阀10，每个竖直充气管9上装有一个控制阀11，相邻两层可刚化充气展开平 面框架1内的两个待刚化的防护屏2之间的间距为5 100cm，每个待刚化的防 护屏2的厚度为0.1 5cm。
本实施方式中，通过第一充气管7和第二充气管8向可刚化充气展开长支 撑管14和可刚化充气展开短支撑管16内充入气体，用水平充气控制阀10控 制进气量。通过竖直充气管9向可刚化充气展开支撑立管12内充入气体，用 控制阀11控制进气量。本实施方式中的水平充气控制阀10和四个控制阀11 均采用电磁气流控制阀，电磁气流控制阀为外购件。
具体实施方式
二结合图1、图13~图16说明本实施方式，本实施方式的 每层可刚化充气展开平面框架1由两个可刚化充气展开长支撑管14、两个可 刚化充气展开短支撑管16、四个连接件18、八个端盖19、八个卡箍20和八 个密封胶圈21组成；所述两个可刚化充气展开长支撑管14和两个可刚化充气 展开短支撑管16分别相对设置并构成矩形框架，所述矩形框架的每个顶角处 分别设置有一个连接件18，所述每个可刚化充气展开长支撑管14的两端内和 每个可刚化充气展开短支撑管16的两端内分别装有一个端盖19，所述端盖19 通过装在其外壁上的密封胶圈21与可刚化充气展开长支撑管14的内壁密闭连 接，所述装在可刚化充气展开短支撑管16两端内的端盖19通过装在端盖19 外壁上的密封胶圈21与可刚化充气展开短支撑管16的内壁密闭连接，所述每
个端盖19与相对应的连接件18连接，每个可刚化充气展开长支撑管14两端 的外壁上和每个可刚化充气展开短支撑管16两端的外壁上分别装有一个卡箍 20，所述每个可刚化充气展开长支撑管14的两端和每个可刚化充气展开短支 撑管16的两端分别通过卡箍20与端盖19固接；所述每个可刚化充气展开支 撑立管总成3由可刚化充气展开支撑立管12、两个接盘22、两个喉箍23和两 个密封橡胶圈24组成；所述每个可刚化充气展开支撑立管12的两端内各装有 一个接盘22，所述接盖22通过装在其外壁上的密封橡胶圈24与可刚化充气 展开支撑立管12的内壁密闭连接，每个可刚化充气展开支撑立管12两端的外 壁上分别装有一个喉箍23，每个可刚化充气展开支撑立管12的两端分别通过 喉箍23与接盘22固接，所述每个可刚化充气展开支撑立管12的两端通过接 盘22与相对应的连接件18连接。如此设置，安装方便、连接可靠。其它组成 及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:结合图6说明本实施方式，本实施方式的可刚化充气展 开平面框架l的层数为二层。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四结合图1说明本实施方式，本实施方式的可刚化充气展 开平面框架1的层数为三 二十层。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相 同。
具体实施方式
五结合图1和图11说明本实施方式，本实施方式的待刚
化的防护屏2由加热固化层50构成；所述加热固化层50由热固性树脂预浸织
物制成，所述热固性树脂预浸织物是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纟仑纤 维增强环氧树脂基预浸织物或者是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物和芳纶纤 维增强环氧树脂基预浸织物的复合材料。选用上述材料，可使待刚化的防护屏
2抗空间碎片和微流星体撞击效果好。待刚化的防护屏2可由空间热辐射加热 固化，也可由空间环境中的紫外线辐射固化，无需通过导线通电加热。加热固 化层50的边缘部绕过同层的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短 支撑管16并缝合粘结以便于与可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开 短支撑管16连接，连接方便、可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式
一 相同。
具体实施方式
六结合图1、图17 图19说明本实施方式，本实施方式的 可刚化充气展开支撑立管12的管壁由内至外依次分别包括气体阻隔层43、热
固化层44、绝热层45和空间环境防护层46;所述可刚化充气展开长支撑管 14的管壁由内至外依次分别包括气体隔离层47、固化层48、绝热保护层49 和空间防护层50;所述可刚化充气展开短支撑管16的管壁由内至外依次分别 包括阻隔层51、热固层52、绝热防护层53和环境防护层54;所述气体阻隔 层43、气体隔离层47和阻隔层51均由聚酰亚胺薄膜制成，气体阻隔层43、 气体隔离层47和阻隔层51的厚度均为0.01~0.2 mm,所述空间环境防护层46、 空间防护层50和环境防护层54均由聚酰亚胺薄膜材料制成。其它组成及连接
关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七结合图17~图19说明本实施方式，本实施方式的热固 化层44、固化层48和热固层52均由热固性树脂预浸织物制成；所述热固性 树脂预浸织物由碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预 浸织物或者由碳纤维增强环氧树脂基预浸织物与芳纶纤维增强环氧树脂基预 浸织物的复合材料制成。其它组成及连接关系与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八结合图l、图8、图12、图17~图19说明本实施方式， 本实施方式与具体实施方式
六的不同点是本实施方式的可刚化充气展开支撑 立管12的管壁还包括电加热层13，所述电加热层13设置在气体阻隔层43和 热固化层44之间；所述可刚化充气展开长支撑管14的管壁还包括电热层15， 所述电热层15设置在气体隔离层47和固化层48之间；所述可刚化充气展开 短支撑管16的管壁还包括加热层17，所述加热层17设置在阻隔层51和热固 层52之间；所述电加热层13、电热层15和加热层17均由电加热薄膜或排布 在一起的耐高温电阻丝制成；所述热固化层44、固化层48和热固层52均由 热固性树脂预浸织物或者由热塑性纤维复合材料制成，所述热固性树脂预浸织 物是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或者 是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物和芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的复 合材料；所述热塑性纤维复合材料是热塑性碳纤维复合材料、热塑性芳沦纤维 复合材料或者是热塑性碳纤维复合材料和热塑性芳纶纤维复合材料的复合材
料；所述防护系统还包括多根水平导线5和四对竖直平行导线6;所述每层充 气展开平面框架1中的两个可刚化充气展开长支撑管14和两个可刚化充气展 开短支撑管16内装有一根水平导线5，位于密闭充气展开支撑框架的每个角 端的可刚化充气展开支撑立管12内装有一对竖直平行导线6，所述每对竖直
平行导线6与可刚化充气展开支撑立管12的电加热层13连接，四对竖直平行 导线6的两端露在密闭充气展开支撑框架的外面，所述每根水平导线5的两端 与四对竖直平行导线6中的其中一对连接，设置在每层充气展开平面框架1 内的水平导线5分别与同层的充气展开平面框架1中的两个可刚化充气展开长 支撑管14的电热层15和两个可刚化充气展开短支撑管16的加热层17连接； 所述每个待刚化的防护屏2由加热固化层50和电加热平面层51构成；所述加 热固化层50固装在电加热平面层51的上面，所述加热固化层50由热固性树 脂预浸织物或者由热塑性纤维复合材料制成，所述热固性树脂预浸织物是碳纤 维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或者是碳纤维 增强环氧树脂基预浸织物和芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的复合材料；所 述热塑性纤维复合材料是热塑性碳纤维复合材料、热塑性芳纶纤维复合材料或 者是热塑性碳纤维复合材料和热塑性芳纶纤维复合材料的复合材料；所述电加 热平面层51由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成；每个待刚化的 防护屏2的电加热平面层51通过两根导线52与四对竖直平行导线6中的其中 一对连接。本实施方式中的各个可刚化充气展开支撑立管12、可刚化充气展 开长支撑管14、可刚化充气展开短支撑管16和待刚化的防护屏2都由导线通 电加热固化。各个可刚化充气展开支撑立管12的热固化层44、可刚化充气展 开长支撑管14的固化层48、可刚化充气展开短支撑管16的热固层52和待刚 化的防护屏2的加热固化层50采用热塑性纤维复合材料，由导线加热软化后 展开，展开后停止加热，冷却硬化，可保证各个构件所需要的强度和刚度。各 个可刚化充气展开支撑立管12的热固化层44、可刚化充气展开长支撑管14 的固化层48、可刚化充气展开短支撑管16的热固层52和待刚化的防护屏2 的加热固化层50采用热固性树脂预浸织物，展开后由导线加热硬化，可保证 各个构件具有较高的强度和较好的柔韧性。加热固化层50的边缘部绕过同层 的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16并缝合粘结，以 便于与可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16连接。
采用热固性树脂预浸织物制成的待刚化的防护屏2、可刚化充气展开支撑 立管l2、可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16在展开 时，先通过第一充气管7和第二充气管8向最上一层的可刚化充气展开平面框 架1的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16内充入气
体，使系统沿水平方向展开，然后打开控制阀11使气体通过竖直充气管9进 入可刚化充气展开支撑立管12内，使整个系统沿竖直方向展开。展开后通电， 使整个系统固化。
采用热塑性纤维复合材料制成的待刚化的防护屏2、可刚化充气展开支撑 立管12、可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16在展开 前先通电加热，使上述所述构件变软，先通过第一充气管7和第二充气管8 向最上一层的可刚化充气展开平面框架1的可刚化充气展开长支撑管14和可 刚化充气展开短支撑管16内充入气体，使系统沿水平方向展开，然后打开控 制阀11使气体通过竖直充气管9进入可刚化充气展开支撑立管12内，使整个 系统沿竖直方向展开。展开后停止加热，温度降低，上述各构件硬化。
具体实施方式
九结合图l、图6和图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三的不同点是本实施方式的防护系统还包括两个第一三通充气 管31、四个第一水平控制阀32和两个第一进气控制阀33;所述每个第一三通 充气管31由相互连通的第一上充气管34和两个垂直设置的第一水平充气管 36组成，所述最下层的可刚化充气展开平面框架1的两对角处各装有一个第 一三通充气管31，所述第一三通充气管31设置在竖直充气管9的正下方，每 个第一三通充气管31的第一上充气管34与相邻的可刚化充气展幵支撑立管 12连通，每个第一三通充气管31的两个垂直设置的第一水平充气管36分别 与相邻的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16连通，每 个第一三通充气管31的第一上充气管34上装有一个第一进气控制阀33，每 个第一三通充气管31的两个垂直设置的第一水平充气管36上分别装有一个第 一水平控制阀32，控制方便、灵活。
具体实施方式
十结合图l、图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四的不同点是本实施方式的防护系统还包括两个第二三通充气 管53、多个四通充气管54、多个水平向控制阀55和多个竖直向控制阀56; 所述每个第二三通充气管53由相互连通的第二上充气管57和两个垂直设置的 第二水平充气管58组成，所述每个四通充气管54由相互连通的上端充气管 59、下端充气管60和两个垂直设置的水平向充气管61组成，所述每个中间层 的可刚化充气展开平面框架1的两对角处各装有一个四通充气管54，所述最 下层的可刚化充气展开平面框架1的两对角处各装有一个第二三通充气管53，
所述第二三通充气管53和四通充气管54均设置在竖直充气管9的正下方，所 述每个四通充气管54的上端充气管59和下端充气管60分别与相邻的可刚化 充气展开支撑立管12连通，每个四通充气管54的两个垂直设置的水平向充气 管61分别与相邻的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管 16连通，所述每个第二三通充气管53的第二上充气管57与相邻的可刚化充 气展开支撑立管12连通，每个第二三通充气管53的两个垂直设置的第二水平 充气管58与相邻的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管 16连通，每个第二三通充气管53的第二上充气管57及每个四通充气管54的 上端充气管59上分别装有一个竖直向控制阀56，每个第二三通充气管53的 两个垂直设置的第二水平充气管58及每个四通充气管54的两个垂直设置的水 平向充气管61上分别装有一个水平向控制阀55。水平向控制阀55和多个竖 直向控制阀56均采用电磁气流控制阀，所述电磁气流控制阀为外购件。
具体实施方式
十一结合图l和图2说明本实施方式，本实施方式的连接 件18为开放式连接件，所述开放式连接件位于最上层的可刚化充气展开平面 框架1的四个端角处，开放式连接件由相互垂直设置且固接在一起的第一侧板 26、第二侧板27和底板28组成，所述最上层的可刚化充气展开平面框架1 的两个可刚化充气展开长支撑管14的两端通过装在其内的端盖19与相对应的 开放式连接件的第一侧板26连接，所述最上层的可刚化充气展开平面框架1 的两个可刚化充气展开短支撑管16的两端通过装在其内的端盖19与相对应的 开放式连接件的第二侧板27连接，所述每个第一充气管7的一端穿过相对应 的开放式连接件的第一侧板26和端盖19与最上层的可刚化充气展开平面框架 1的可刚化充气展开长支撑管14连通，所述每个第二充气管8的一端穿过相 对应的开放式连接件的第二侧板27和端盖19与最上层的可刚化充气展开平面 框架1的可刚化充气展开短支撑管16连通，所述每个竖直充气管9的下端穿 过相对应的开放式连接件的底板28和端盖19与相对应的可刚化充气展开支撑 立管12连通。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
十二结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的连接 件18为四方空心体29，所述四方空心体29位于最下层的可刚化充气展开平 面框架1的四个端角处，所述最下层的可刚化充气展开平面框架1中的两个可 刚化充气展开长支撑管14的两端分别通过端盖19与相对应的四方空心体29
的一个侧面连接，所述最下层的可刚化充气展开平面框架1中的两个可刚化充
气展开短支撑管16的两端分别通过端盖19与相对应的四方空心体29的另一 个侧面连接，所述第一三通充气管31装在四方空心体29内，每个第一三通充 气管31的第一上充气管34穿过四方空心体29与相邻的可刚化充气展开支撑 立管12连通，每个第一三通充气管31的两个垂直设置的第一水平充气管36 分别穿过四方空心体29与相邻的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展 开短支撑管16连通，连接十分方便。其它组成及连接关系与具体实施方式
九 相同。
具体实施方式
十三结合图l、图3和图4说明本实施方式，本实施方式 的连接件18为方形空心体62，所述方形空心体62位于中间层的可刚化充气 展开平面框架1的四个端角处和最下层的可刚化充气展开平面框架1的四个端 角处，所述中间层的可刚化充气展开平面框架1中的两个可刚化充气展开长支 撑管14的两端分别通过端盖19与相对应的方形空心体62连接，所述最下层 的可刚化充气展开平面框架1中的两个可刚化充气展开长支撑管14的两端分 别通过端盖19与相^t应的方形空心体62连接，所述中间层的可刚化充气展开 平面框架1中的两个可刚化充气展开短支撑管16的两端分别通过端盖19与相 对应的方形空心体62连接，所述最下层的可刚化充气展开平面框架1中的两 个可刚化充气展开短支撑管16的两端分别通过端盖19与相对应的方形空心体 62连接，所述四通充气管54和第二三通充气管53分别装在相应的方形空心 体62内，每个四通充气管54的上端充气管59和下端充气管60分别穿过方形 空心体62与相邻的可刚化充气展开支撑立管12连通，每个四通充气管54的 两个垂直设置的水平向充气管61分别穿过方形空心体62与相邻的可刚化充气 展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16连通，所述每个第二三通充气 管53的第二上充气管57穿过方形空心体62与相邻的可刚化充气展开支撑立 管12连通，每个第二三通充气管53的两个垂直设置的第二水平充气管58穿 过方形空心体62与相邻的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支 撑管16连通。其它组成及连接关系与具体实施方式
十相同。
具体实施方式
十四结合图l、图13和图14说明本实施方式，本实施方 式的端盖19的一侧端面上设有突台37，端盖19的另一侧端面上沿轴向设有 中心凹孔38，可减轻端盖19的整体重量，端盖19的外圆周端面上设有环槽39，所述密封胶圈21装在端盖19的环槽39内，端盖19的突台37 —侧的端 面上设有3 5个螺纹孔，所述端盖19和连接件18通过装在端盖19的螺纹孔 及连接件18螺钉孔内的螺钉连接。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相 同。
具体实施方式
十五结合图l、图15和图16说明本实施方式，本实施方 式的接盘22的一侧端面上设有圆突台40，接盘22的另一侧端面上沿轴向设 有中心轴孔41，可减轻接盘22的整体重量，接盘22的外圆周端面上设有环 形槽42，所述密封橡胶圈24装在接盘22的环形槽42内，接盘22的圆突台 40 —侧的端面上设有3~5个螺纹通孔，所述接盘22和连接件18通过装在接 盘22的螺纹通孔及连接件18螺钉孔内的螺钉连接。其它组成及连接关系与具 体实施方式二相同。
具体实施方式
十六结合图1和图IO说明本实施方式，本实施方式与具 体实施方式一的不同点是本实施方式还增加有薄膜63;所述每个待刚化的 防护屏2的四周与薄膜63的一端缝合粘接，所述薄膜63的另一端分别缠绕固 定在相对应的可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16上， 连接方式很简单。
具体实施方式
十七结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式与具体
实施方式一的不同点是本实施方式还增加有多条系带4;所述每个待刚化的
防护屏2的四周通过多条系带4与相对应的可刚化充气展开长支撑管14和可 刚化充气展开短支撑管16连接。连接方式很简单。
本发明的系统沿纵向、横向都可折叠。先z形折叠可刚化充气展开支撑立 管12，使整个系统成为平面的一道防护机构，再沿水平面的两个方向先后折 叠可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16，使整个系统体 积减小。
展开时，先打开水平充气控制阀10，并通过第一充气管7和第二充气管8 向最上层的可刚化充气展开平面框架1中的可刚化充气展开长支撑管14和可 刚化充气展开短支撑管16内冲入气体，使整个系统沿水平方向展开，然后打 开控制阀11，使气体通过竖直充气管9进入最上一个可刚化充气展开支撑立 管12内，使最上层的可刚化充气展开平面框架1全部打开，依次类推，逐层 打开每个可刚化充气展开平面框架1，待整个密闭充气展开支撑框架完全展开 后，通过对水平导线5和竖直平行导线6通电，使可刚化充气展开支撑立管 12、可刚化充气展开长支撑管14和可刚化充气展开短支撑管16固化。
权利要求
1、一种在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统，所述防护系统包括二～二十层可刚化充气展开平面框架(1)、二～二十个待刚化的防护屏(2)、多根可刚化充气展开支撑立管总成(3)、两个第一充气管(7)、两个第二充气管(8)、四个竖直充气管(9)、四个水平充气控制阀(10)和四个控制阀(11)；其特征在于所述二～二十层可刚化充气展开平面框架(1)上下正对且平行设置，相邻两层可刚化充气展开平面框架(1)的四个角端之间通过四根可刚化充气展开支撑立管总成(3)连接构成密闭充气展开支撑框架，所述每层可刚化充气展开平面框架(1)内设置有一个待刚化的防护屏(2)，所述每个待刚化的防护屏(2)与相对应的可刚化充气展开平面框架(1)连接，位于最上层的可刚化充气展开平面框架(1)的两个对角端上分别设置有一个第一充气管(7)和一个第二充气管(8)，所述每个第一充气管(7)的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架(1)中的可刚化充气展开长支撑管(14)连通，所述每个第二充气管(8)的一端与最上层的可刚化充气展开平面框架(1)中的可刚化充气展开短支撑管(16)连通，位于最上层的可刚化充气展开平面框架(1)的每个角端上设置有一个竖直充气管(9)，所述每个竖直充气管(9)的下端与相对应的可刚化充气展开支撑立管总成(3)中的可刚化充气展开支撑立管(12)连通，每个第一充气管(7)和第二充气管(8)上分别装有一个水平充气控制阀(10)，每个竖直充气管(9)上装有一个控制阀(11)，相邻两层可刚化充气展开平面框架(1)内的两个待刚化的防护屏(2)之间的间距为5～100cm，每个待刚化的防护屏(2)的厚度为0.1～5cm。
2、 根据权利要求1所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述每层可刚化充气展开平面框架(1)由两个可 刚化充气展开长支撑管(14)、两个可刚化充气展开短支撑管(16)、四个连接 件(18)、八个端盖(19)、八个卡箍(20)和八个密封胶圈(21)组成；所述 两个可刚化充气展开长支撑管(14)和两个可刚化充气展开短支撑管(16)分 别相对设置并构成矩形框架，所述矩形框架的每个顶角处分别设置有一个连接 件(18)，所述每个可刚化充气展开长支撑管(14)的两端内和每个可刚化充 气展开短支撑管(16)的两端内分别装有一个端盖(19)，所述端盖(19)通 过装在其外壁上的密封胶圈(21)与可刚化充气展开长支撑管(14)的内壁密 闭连接，所述装在可刚化充气展开短支撑管(16)两端内的端盖(19)通过装 在端盖(19)外壁上的密封胶圈(21)与可刚化充气展开短支撑管(16)的内 壁密闭连接，所述每个端盖(19)与相对应的连接件(18)连接，每个可刚化 充气展开长支撑管(14)两端的外壁上和每个可刚化充气展开短支撑管(16) 两端的外壁上分别装有一个卡箍(20)，所述每个可刚化充气展开长支撑管(14) 的两端和每个可刚化充气展开短支撑管(16)的两端分别通过卡箍(20)与端 盖(19)固接；所述每个可刚化充气展开支撑立管总成(3)由可刚化充气展 开支撑立管(12)、两个接盘(22)、两个喉箍(23)和两个密封橡胶圈(24) 组成；所述每个可刚化充气展开支撑立管(12)的两端内各装有一个接盘(22)， 所述接盖(22)通过装在其外壁上的密封橡胶圈(24)与可刚化充气展开支撑 立管(12)的内壁密闭连接，每个可刚化充气展开支撑立管(12)两端的外壁 上分别装有一个喉箍(23)，每个可刚化充气展开支撑立管(12)的两端分别 通过喉箍(23)与接盘(22)固接，所述每个可刚化充气展开支撑立管(12) 的两端通过接盘(22)与相对应的连接件(18)连接。
3、 根据权利要求1所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述可刚化充气展开平面框架(1)的层数为二层。
4、 根据权利要求1所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述可刚化充气展开平面框架(1)的层数为三 二十层。
5、 根据权利要求1所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述待刚化的防护屏(2)由加热固化层(50)构 成；所述加热固化层(50)由热固性树脂预浸织物制成，所述热固性树脂预浸 织物是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或 者是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物和芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的 复合材料。
6、 根据权利要求1所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述可刚化充气展开支撑立管(12)的管壁由内至 外依次分别包括气体阻隔层(43)、热固化层(44)、绝热层(45)和空间环境 防护层(46);所述可刚化充气展开长支撑管(14)的管壁由内至外依次分别 包括气体隔离层(47)、固化层(48)、绝热保护层(49)和空间防护层(50);所述可刚化充气展开短支撑管(16)的管壁由内至外依次分别包括阻隔层(51)、 热固层(52)、绝热防护层(53)和环境防护层(54);所述气体阻隔层(43)、 气体隔离层(47)和阻隔层(51)均由聚酰亚胺薄膜制成，气体阻隔层"3)、 气体隔离层(47)和阻隔层(51)的厚度均为0.01 02mm，所述空间环境防 护层(46)、空间防护层(50)和环境防护层(54)均由聚酰亚胺薄膜材料制 成。
7、 根据权利要求6所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述热固化层(44)、固化层(48)和热固层(52) 均由热固性树脂预浸织物制成；所述热固性树脂预浸织物由碳纤维增强环氧树 脂基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或者由碳纤维增强环氧树脂 基预浸织物与芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的复合材料制成。
8、 根据权利要求6所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述可刚化充气展开支撑立管(12)的管壁还包括 电加热层(13)，所述电加热层(13)设置在气体阻隔层(43)和热固化层(44) 之间；所述可刚化充气展开长支撑管(14)的管壁还包括电热层(15),所述 电热层(15)设置在气体隔离层(47)和固化层(48)之间；所述可刚化充气 展开短支撑管(16)的管壁还包括加热层(17)，所述加热层(17)设置在阻 隔层(51)和热固层(52)之间；所述电加热层(13)、电热层(15)和加热 层(17)均由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成；所述热固化层(44)、固化层(48)和热固层(52)均由热固性树脂预浸织物或者由热塑性 纤维复合材料制成，所述热固性树脂预浸织物是碳纤维增强环氧树脂基预浸织 物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或者是碳纤维增强环氧树脂基预浸织物 和芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的复合材料；所述热塑性纤维复合材料是 热塑性碳纤维复合材料、热塑性芳纶纤维复合材料或者是热塑性碳纤维复合材 料和热塑性芳纶纤维复合材料的复合材料；所述防护系统还包括多根水平导线(5)和四对竖直平行导线(6);所述每层可刚化充气展开平面框架(1)中的 两个可刚化充气展开长支撑管(14)和两个可刚化充气展开短支撑管(16)内 装有一根水平导线(5)，位于密闭充气展开支撑框架的每个角端的可刚化充气 展开支撑立管(12)内装有一对竖直平行导线(6)，所述每对竖直平行导线(6) 与可刚化充气展开支撑立管(12)的电加热层(13)连接，四对竖直平行导线(6)的两端露在密闭充气展开支撑框架的外面，所述每根水平导线(5)的两 端与四对竖直平行导线(6)中的其中一对连接，设置在每层可刚化充气展开 平面框架(1)内的水平导线(5)分别与同层的可刚化充气展开平面框架(1) 中的两个可刚化充气展开长支撑管(14)的电热层(15)和两个可刚化充气展 开短支撑管(16)的加热层(17)连接；所述每个待刚化的防护屏(2)由加 热固化层(50)和电加热平面层(51)构成；所述加热固化层(50)固装在电 加热平面层(51)的上面，所述加热固化层(50)由热固性树脂预浸织物或者 由热塑性纤维复合材料制成，所述热固性树脂预浸织物是碳纤维增强环氧树脂 基预浸织物、芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物或者是碳纤维增强环氧树脂基 预浸织物和芳纶纤维增强环氧树脂基预浸织物的复合材料；所述热塑性纤维复 合材料是热塑性碳纤维复合材料、热塑性芳纶纤维复合材料或者是热塑性碳纤 维复合材料和热塑性芳纶纤维复合材料的复合材料；所述电加热平面层(51) 由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成；每个待刚化的防护屏(2) 的电加热平面层(51)通过两根导线(52)与四对竖直平行导线(6)中的其 中一对连接。
9、 根据权利要求3所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述防护系统还包括两个第一三通充气管(31)、 四个第一水平控制阀(32)和两个第一进气控制阀(33);所述每个第一三通 充气管(31)由相互连通的第一上充气管(34)和两个垂直设置的第一水平充 气管(36)组成，所述最下层的可刚化充气展开平面框架(1)的两对角处各 装有一个第一三通充气管(31)，所述第一三通充气管(31)设置在竖直充气 管(9)的正下方，每个第一三通充气管(31)的第一上充气管(34)与相邻 的可刚化充气展开支撑立管(12)连通，每个第一三通充气管(31)的两个垂 直设置的第一水平充气管(36)分别与相邻的可刚化充气展开长支撑管(14) 和可刚化充气展开短支撑管(16)连通，每个第一三通充气管(31)的第一上 充气管(34)上装有一个第一进气控制阀(33)，每个第一三通充气管(31) 的两个垂直设置的第一水平充气管(36)上分别装有一个第一水平控制阀(32)。
10、 根据权利要求4所述的在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体 的防护系统，其特征在于所述防护系统还包括两个第二三通充气管(53)、 多个四通充气管(54)、多个水平向控制阀(55)和多个竖直向控制阀(56);所述每个第二三通充气管(53)由相互连通的第二上充气管(57)和两个垂直 设置的第二水平充气管(58)组成，所述每个四通充气管(54)由相互连通的 上端充气管(59)、下端充气管(60)和两个垂直设置的水平向充气管(61) 组成，所述每个中间层的可刚化充气展开平面框架(1)的两对角处各装有一 个四通充气管(54)，所述最下层的可刚化充气展开平面框架(1)的两对角处 各装有一个第二三通充气管(53)，所述第二三通充气管(53)和四通充气管 (54)均设置在竖直充气管(9)的正下方，所述每个四通充气管(54)的上 端充气管(59)和下端充气管(60)分别与相邻的可刚化充气展开支撑立管(12) 连通，每个四通充气管(54)的两个垂直设置的水平向充气管(61)分别与相 邻的可刚化充气展开长支撑管(14)和可刚化充气展开短支撑管(16)连通， 所述每个第二三通充气管(53)的第二上充气管(57)与相邻的可刚化充气展 开支撑立管(12)连通，每个第二三通充气管(53)的两个垂直设置的第二水 平充气管(58)与相邻的可刚化充气展开长支撑管(14)和可刚化充气展开短 支撑管(16)连通，每个第二三通充气管(53)的第二上充气管(57)及每个 四通充气管(54)的上端充气管(59)上分别装有一个竖直向控制阀(56)， 每个第二三通充气管(53)的两个垂直设置的第二水平充气管(58)及每个四 通充气管"4)的两个垂直设置的水平向充气管(61)上分别装有一个水平向 控制阀(55)。
全文摘要
在轨充气展开并刚化的抗空间碎片和微流星体的防护系统，它涉及一种抗空间碎片和微流星体的防护系统。针对一次性或多次发射进行空间组装成大尺寸防护屏费用高、难度大及机械式展开防护屏折叠效率低、可靠性低、展开后体积小以及刚性防护屏折叠体积大、折叠不灵活、发射体积大、展开后体积小问题。相邻两层可刚化充气展开平面框架通过可刚化充气展开支撑立管总成连接，可刚化充气展开平面框架内设有待刚化的防护屏，可刚化充气展开平面框架内装有第一、二充气管，可刚化充气展开支撑立管总成内装有竖直充气管。本发明的结构简单、成本低、可靠性高、重量轻、折叠效率高、折叠体积小、折叠灵活、发射体积小，可在卫星、飞船、空间站等航天器上使用。
文档编号B64G1/56GK101353087SQ20081013701
公开日2009年1月28日 申请日期2008年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者昱 曹, 杜星文, 苗常青, 谢志民, 谭惠丰 申请人:哈尔滨工业大学