專利名稱：一種可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置及利用其俘獲在軌飛行器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種附著多巴及其衍生物的蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置及利用其黏性而吸附粘接在軌飛行器的方法。
背景技術(shù)：
隨著航天實踐的不斷深入，對空間快速機(jī)動技術(shù)的需求日益增強(qiáng)。機(jī)動衛(wèi)星能夠在空間多次啟動進(jìn)行快速變換軌道傾角或軌道高度，具備很強(qiáng)的戰(zhàn)術(shù)能力。因此利用其快速反應(yīng)能力，執(zhí)行空間控制任務(wù)時，可干擾、撞擊、控制在軌飛行器，以達(dá)到摧毀或損壞在軌飛行器的目的。吸附粘接技術(shù)的應(yīng)用在不需要完全摧毀在軌飛行器的情況下，對于干擾及損壞在軌飛行器起到了關(guān)鍵作用。將吸附粘接技術(shù)應(yīng)用在“寄生”行為上，像寄生蟲那樣附著于在軌飛行器，以達(dá)到電子、磁場干擾及損壞的目的，使其失靈或無法正常工作。多巴(3，4- 二羥基苯丙氨酸，DOPA)分子瞬間固化并產(chǎn)生黏性的機(jī)理是DOPA分子內(nèi)交聯(lián)的結(jié)果，主要表現(xiàn)為DOPA分子中的二酚官能團(tuán)通過單電子轉(zhuǎn)移與相鄰的DOPA分子芳環(huán)的酹氧基偶合交聯(lián)，以及氨基參與Schiff-base取代反應(yīng)或者是Michael加成反應(yīng)。而多巴胺(3，4- 二羥基苯丙氨，DA)發(fā)生聚合反應(yīng)形成聚多巴胺(PDA)涂層的機(jī)理是在堿性環(huán)境及氧氣的作用下，首先DA中的兒茶酚氧化為苯醌，再進(jìn)一步與氨基及其它另一分子的兒茶酚醌類反應(yīng)形成黏附PDA薄膜層。DA的酚羥基氧化為苯醌的反應(yīng)是一個平衡反應(yīng)過程，堿性環(huán)境有利于反應(yīng)正向移動，加速DA氧化聚合。研究結(jié)果表明，PDA可通過復(fù)雜的物理化學(xué)作用如氫鍵作用、螯合作用、相互作用、共價鍵作用等，緊密的附著在不同材料表面成膜，形成一層具有永久黏附性能的PDA涂層。而形成的薄膜表面含有大量的活性官能團(tuán)，能夠發(fā)生一系列反應(yīng)，為進(jìn)一步修飾改性材料表面提供了條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的 問題是針對上述如何俘獲在軌飛行器的技術(shù)難題，提出一種簡單有效的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置及機(jī)動衛(wèi)星發(fā)射蜘蛛網(wǎng)俘獲在軌飛行器的方法，這種方法簡單易操作，成功率高，利于機(jī)動衛(wèi)星及時俘獲在軌飛行器。本發(fā)明的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置包括機(jī)械臂、可控發(fā)射管、蜘蛛網(wǎng)和激光測距儀，機(jī)械臂的末端設(shè)置有與機(jī)械臂同軸心設(shè)置的激光測距儀，機(jī)械臂末端的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有若干個可控發(fā)射管，可控發(fā)射管的內(nèi)部設(shè)置有蜘蛛網(wǎng)。本發(fā)明所述蜘蛛網(wǎng)由聚酰胺纖維(PA)編織而成，其表面附著有一層具備永久黏附性的聚多巴胺(PDA)薄膜。本發(fā)明利用仿生物黏附蛋白多巴及其衍生物的強(qiáng)黏附性和普黏性，以及其衍生物DA能夠在各種基底自主裝成PDA薄膜的特性，將蜘蛛網(wǎng)作為基底使其附上PDA薄膜而具備永久黏附性，并對表面進(jìn)一步修飾改性而賦予其他性能及功效，即可對在軌飛行器進(jìn)行吸附粘接控制，具體步驟如下a)具有黏附性蜘蛛網(wǎng)的制備將蜘蛛網(wǎng)作為基底，采用浸潰法將蜘蛛網(wǎng)放置于仿生物黏附蛋白多巴胺堿性溶液中，獲得一個穩(wěn)定厚度的黏附涂層。b)裝備在機(jī)械臂末端安裝與機(jī)械臂同軸心設(shè)置的激光測距儀，然后在機(jī)械臂末端沿圓周方向安裝若干個可控發(fā)射管狀裝置，將附有黏性的蜘蛛網(wǎng)分別置于其中。c)展開發(fā)射機(jī)動衛(wèi)星調(diào)整姿態(tài)向在軌飛行器靠近并以O(shè). 6^2 m/s的速度快速展開機(jī)械臂，鎖定目標(biāo)后當(dāng)達(dá)到2(T30 m的距離時，將蜘蛛網(wǎng)瞬間以5 10 m/s的速度噴射出去包裹住飛行器，利用其自身黏附力進(jìn)行吸附粘接，將蜘蛛網(wǎng)牢固錨定在飛行器上，將其俘
-M-犾。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1)俘獲設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計巧妙。2)俘獲材料體積小、重量輕、方便攜帶，可一次多攜帶。3)操作方式簡單、俘獲成功率高。4)仿生物多巴及其衍生物DA幾乎適用于任何一種基體材料的表面改性，且對材料的外形和尺寸沒有限制。5)仿生物多巴及其衍生物DA能夠緊密附著在蜘蛛絲表面成膜，增大其表面的極性度，提高表面能及其表面黏附性能，使得蜘蛛網(wǎng)具備更好的黏附性和普黏性。6)經(jīng)DA涂覆過的材料表面具有鄰苯二酚活性官能團(tuán)，可進(jìn)行二次反應(yīng)，實現(xiàn)材料表面的進(jìn)一步功能化。7)仿生物 多巴及其衍生物PDA具有永久黏附性，且獲得的復(fù)合表面在干態(tài)和濕態(tài)均能與許多物體很好地黏合，其干/濕態(tài)的黏合/脫黏附可以重復(fù)進(jìn)行千余次。


圖I為蜘蛛網(wǎng)展開結(jié)構(gòu)俯視 圖2為機(jī)械臂俘獲裝置正面結(jié)構(gòu) 圖3為機(jī)械臂俘獲裝置側(cè)面結(jié)構(gòu) 圖4為機(jī)動衛(wèi)星俘獲在軌飛行器工作示意 圖5為傘狀俘獲裝置結(jié)構(gòu)圖(展開前)；
圖6為傘狀俘獲裝置結(jié)構(gòu)圖(展開后)；
圖7為傘狀俘獲裝置結(jié)構(gòu)俯視 圖8為傘狀俘獲裝置與蜘蛛網(wǎng)結(jié)合的側(cè)視結(jié)構(gòu) 圖9為傘狀俘獲裝置與蜘蛛網(wǎng)結(jié)合的俯視 圖10為傘狀結(jié)構(gòu)裝置俘獲在軌飛行器工作示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合工作示意圖對本方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明適用于所有的快速固化膠黏劑及吸附粘接裝置，凡是對本發(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。
具體實施方式
一如圖1-3所示，本實施方式的可控智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置由機(jī)械臂I、可控發(fā)射管2、蜘蛛網(wǎng)3和激光測距儀4組成，機(jī)械臂I的末端設(shè)置有與機(jī)械臂I同軸心設(shè)置的激光測距儀4，機(jī)械臂I末端的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有若干個可控發(fā)射管2，可控發(fā)射管2的內(nèi)部設(shè)置有蜘蛛網(wǎng)3?？煽匕l(fā)射管的底部中間位置安裝有可控牽引扣7，蜘蛛網(wǎng)3的四周設(shè)置有若干個牽引頭6，蜘蛛網(wǎng)3的中心與可控牽引扣7連接，可控牽引扣7與位于可控發(fā)射管2前端的牽引頭6將蜘蛛網(wǎng)3拉成長的圓錐型蜘蛛網(wǎng)并固定在可控發(fā)射管2內(nèi)部，以保證具有黏性的蜘蛛網(wǎng)不會自身粘接在一起。本發(fā)明所述的蜘蛛網(wǎng)由高分子特種纖維紡織而成，應(yīng)具備高強(qiáng)度、重量輕、韌性強(qiáng)、耐高低溫性、耐候性、不易損壞等特點，因此選用聚酰胺纖維(PA)進(jìn)行編織。蜘蛛網(wǎng)還應(yīng)具備強(qiáng)黏附性和普黏性，因此選用仿生物黏附蛋白多巴及其衍生物并利用其自身特性對蜘蛛絲進(jìn)行附著，在蜘蛛網(wǎng)表面形成一層具有永久黏附性的納米薄膜。蜘蛛網(wǎng)的牽引頭應(yīng)滿足質(zhì)輕、耐熱、耐寒、耐候性等，因此可由橡膠彈頭制成，材料選用丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠等。本實施方式中所述的蜘蛛網(wǎng)體系主要包括PA和多巴及其衍生物。PA包括脂肪族PA、脂肪-芳香族PA和芳香族PA?？杉尤氩ＡЮw維、納米粒子及碳黑等填料和助劑對PA進(jìn)行改性，提高其性能以便能更好適應(yīng)太空環(huán)境。仿生物黏附蛋白中的DOPA中含有兒茶酚基團(tuán)，兒茶酚基團(tuán)被氧化成醌后能與許多基團(tuán)反應(yīng)形成共價鍵，而DOPA的這種強(qiáng)共價及非共價相互作用是仿生物黏附蛋白具有強(qiáng)黏附力的主要原因。但如果想要黏附到任何表面上，兒茶酚基團(tuán)和氨基必須同時存在。而作為兒茶酚衍生物的DA，結(jié)合了 DOPA的鄰苯二酚基團(tuán)和賴氨酸的氨基官能團(tuán)，被認(rèn)為能夠很好地模擬仿生物黏附蛋白的黏附性能。由于DA能與有機(jī)、無機(jī)物等表面有很好的結(jié)合力，因此其衍生物如全氟-DA、二茂鐵-DA及生物分子-DA等由于其修飾基團(tuán)的化學(xué)特性，也具有類似的性質(zhì)。在水溶液或弱堿性條件下，DA也會被溶解氧氧化并自發(fā)聚合形成兒茶酚醌活性官能團(tuán)的PDA，在材料表面形成一層具有永久黏附性能的PDA涂層。
具體實施方式
二 本實施方式按照如下步驟利用可控發(fā)射管將蜘蛛網(wǎng)噴射出并吸附粘接在飛行器上
a)具有黏附性蜘蛛網(wǎng)的制備將蜘蛛網(wǎng)作為基底，采用浸潰法將蜘蛛網(wǎng)放置于仿生物黏附蛋白多巴胺堿性溶液中，一定時間后獲得一個穩(wěn)定厚度的黏附涂層。具體步驟如下第I步，蜘蛛網(wǎng)的制作
蜘蛛網(wǎng)應(yīng)具備高強(qiáng)度、重量輕、韌性強(qiáng)、耐高低溫性、耐候性、不易損壞等特點，因此選用聚酰胺纖維(PA)進(jìn)行切片制成的纖維絲經(jīng)一系列加工編織而成?？杉尤氩ＡЮw維、納米粒子及碳黑等填料和助劑對PA進(jìn)行改性，提高其各項性能以便更好適應(yīng)太空環(huán)境。第2步，多巴胺堿性溶液的制備
首先需配置出濃度為0.05 mol/L的Tris-HCl (三羥甲基氨基甲烷-鹽酸)緩沖溶液，將足夠量的Tris置于直徑為6 10 m、高度為2 4 cm的圓形玻璃(依照蜘蛛網(wǎng)大小而定)容器中，加入去離子水充分?jǐn)嚢枞芙?，使溶液冷卻至室溫后再加入濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值為8. 5，室溫保存。第3步，浸潰法制備黏附蜘蛛網(wǎng)
利用仿生物黏附蛋白多巴及其衍生物的強(qiáng)黏附性和普黏性，以及其衍生物DA能夠于堿性環(huán)境及氧氣的作用下在各種基底自主裝成PDA薄膜的特性。將制作好的蜘蛛網(wǎng)展開并平鋪于裝有DA的水溶液中，在弱堿性條件下，DA的鄰苯二酚基團(tuán)很容易被氧化，生成具有鄰苯二醌結(jié)構(gòu)的多巴胺醌化合物，多巴胺和多巴胺醌之間發(fā)生反歧化反應(yīng)，產(chǎn)生半醌自由基，然后偶合形成交聯(lián)鍵，同時在蜘蛛絲材料表面形成緊密超強(qiáng)附著的PDA交聯(lián)復(fù)合層，浸潰24 h后形成一層具有永久黏附性的厚度為50 nm的均勻納米薄膜。第4步，二次反應(yīng)法制備磁性黏附蜘蛛網(wǎng)
由于在水溶液中，DA發(fā)生氧化聚合-交聯(lián)反應(yīng)，在材料表面形成富含鄰苯二酚基團(tuán)的PDA復(fù)合層，而鄰苯二酚活性基團(tuán)能夠進(jìn)行二次反應(yīng)，將功能分子引入材料表面，使改性后的表面能夠進(jìn)一步反應(yīng)賦予其他功能。由于鄰苯二酚基團(tuán)能夠?qū)饘佼a(chǎn)生一定強(qiáng)度的束縛力，且PDA復(fù)合層對金屬離子具有較強(qiáng)的還原能力。當(dāng)表面沉積PDA層的改性蜘蛛網(wǎng)材料浸入金屬鹽溶液中時，復(fù)合層從溶液中還原金屬陽離子并使之沉積在材料表面，從而實現(xiàn)無電鍍的材料表面金屬化。因此利用PDA的鄰苯二酚基團(tuán)的二次反應(yīng)性在蜘蛛網(wǎng)材料表面沉積帶磁性的金屬或金屬氧化物(Fe2O3)磁性粒子——Fe203-PDA。將表面復(fù)合PDA層的蜘蛛網(wǎng)置于鐵鹽中，以PDA為固定錨，復(fù)合層中的鄰苯二酚基團(tuán)能夠與金屬氧化物中的金屬離子形成配位鍵，通過PDA與金屬氧化物的螯合作用將金屬氧化物沉積在蜘蛛網(wǎng)材料表面，制備出表面覆蓋磁性氧化鐵粒子層的復(fù)合材料。b)裝備如圖2、3所示，在機(jī)械臂末端安裝與機(jī)械臂同軸心設(shè)置的激光測距儀，然后在機(jī)械臂末端沿圓周方向安裝若干個可控發(fā)射管狀裝置，將附有黏性的蜘蛛網(wǎng)分別置于其中。c)展開發(fā)射如圖4所示，機(jī)動衛(wèi)星調(diào)整飛行姿態(tài)向在軌飛行器靠近并以O(shè). 6^2m/s的速度將機(jī)械臂快速展開，同時開啟激光測距儀。機(jī)械臂展開后伸向在軌飛行器，根據(jù)激光測距儀的測量基準(zhǔn)，在機(jī)械臂靠近至在軌飛行器2(T30 m的距離時，系統(tǒng)自動開啟氣體動力裝置。以壓縮空氣為動力，利用氣體壓力瞬間釋放產(chǎn)生的動力，經(jīng)可控發(fā)射管將由8個牽引頭牽引的蜘蛛網(wǎng)瞬間以5 10 m/s的速度噴射出去，經(jīng)展開后形成的傘型大網(wǎng)直徑能達(dá)6^10 m，包裹住飛行器并利用其黏`附力吸附粘接，將蜘蛛網(wǎng)牢固錨定并長久寄生在飛行器上，將其俘獲。捕獲時一次只發(fā)射一張蜘蛛網(wǎng)，如果一次沒捕獲住，則可以調(diào)整機(jī)械臂角度再發(fā)
射一次。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一、二不同的是，
如圖8-9所示，所述俘獲裝置還包括可控傘狀俘獲裝置9，機(jī)械臂I的內(nèi)部由內(nèi)壁8劃分為內(nèi)環(huán)10和外環(huán)11，可控發(fā)射管2設(shè)置在外環(huán)11中，可控傘狀俘獲裝置9設(shè)置在內(nèi)環(huán)10中，如圖5-7所示，所述可控傘狀俘獲裝置9由蓮蓬頭12、傘面13、傘肋14、中空的傘柄15、拉桿16、內(nèi)彈簧17、外彈簧18、活動片19和支撐扣20組成，傘柄15是整個傘狀裝置的主承軸，傘柄15的頂端固定有與其同軸心設(shè)置的蓮蓬頭12，激光測距儀4固定在蓮蓬頭12的下方且其激光測距孔5位于蓮蓬頭12的中心位置，蓮蓬頭12上設(shè)置有若干個與傘柄15相連通的不同取向的溢流管22，蓮蓬頭12的四周連接有傘肋14，傘肋14支撐著整個傘面13，傘面13的表面涂覆有仿生物黏附蛋白DA顆粒23，傘柄15的內(nèi)部儲存有弱堿水21，傘柄15上設(shè)置有支撐扣20，支撐扣20分別與位于傘柄15內(nèi)部的內(nèi)彈簧17和套在傘柄15上的外彈簧18連接，控制著傘柄內(nèi)部和外部彈簧的彈開，活動片19卡在傘柄15的內(nèi)壁四周，控制著傘柄15內(nèi)部弱堿水21的注射，內(nèi)彈簧17的下端連接著傘柄15底層內(nèi)壁，上端與活動片19連接，控制著活動片19的收縮與彈開，外彈簧18連接著拉桿16的下端，拉桿16的上端連接著傘肋14，控制著傘面的收縮與撐開。本實施方式中，所述的可控傘狀俘獲裝置為滿足一定的高強(qiáng)度、高硬度、高模量、耐疲勞性和耐高低溫性，選用熱塑型聚酰亞胺為基體樹脂的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為傘柄材料。并在材料外層附有聚酰亞胺(PI)薄膜，用以提高材料的耐輻照及耐原子氧性能；在材料內(nèi)層附有聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，利用其高潤滑不粘性以便更好的儲存紫外光固化膠。本實施方式中，選擇鋁合金作為傘肋、拉桿和蓮蓬頭的材料，利用其低密度、高強(qiáng)度、耐高低溫性、耐候性和良好加工性等特點，且容易同氧反應(yīng)，生成致密的Al2O3薄膜并具備更高的熔點，杜絕了太空環(huán)境中原子氧對材料的影響。本實施方式中，將蜘蛛網(wǎng)裝在機(jī)械臂外環(huán)內(nèi)，屬于遠(yuǎn)距離發(fā)射并吸附粘接，目的是干擾和破壞在軌飛行器；可控傘狀俘獲裝置裝在機(jī)械臂內(nèi)環(huán)里，屬于近距離展開吸附粘接，目的是控制和破壞在軌飛行器?？梢愿鶕?jù)兩個衛(wèi)星之間的距離、角度或?qū)嵤﹦訖C(jī)等而選擇不同的實施方式。
具體實施方式
四本實施方式按照如下步驟利用可控傘狀裝置的展開吸附作用俘獲在軌飛行器
a)多巴胺黏附傘狀結(jié)構(gòu)的制備
利用仿生物黏附蛋白DA自身具有的黏附性，采用微膠囊技術(shù)將黏附DA包裹住，烘干后并涂覆在傘面上；同樣配置出濃度為O. 05 mol/L的Tris-HCl緩沖溶液，加入去離子水充分?jǐn)嚢枞芙?，使溶液冷卻至室溫后再加入濃鹽酸調(diào)節(jié)PH值為8. 5，室溫保存。b)組裝 將所制備的Tris-HCl弱堿水儲存于中空傘柄內(nèi)，如圖5所示，將傘面收縮，使得傘柄內(nèi)部和外部的彈簧壓縮至最短，并由支撐扣固定住。并且將收縮折疊后的可控傘狀俘獲裝置置于機(jī)械臂末端內(nèi)。c )展開吸附
如圖10所示，若機(jī)動衛(wèi)星要對在軌飛行器實際控制從而進(jìn)行吸附寄生，則在激光測距儀測量機(jī)械臂靠近至在軌飛行器O. 5^1 m的距離時，將裝備于機(jī)械臂內(nèi)環(huán)中的傘狀俘獲裝置伸出，并控制支撐扣將彈簧瞬間自動釋放，儲存于傘柄內(nèi)的弱堿水借助彈簧的彈性力，在活動片的快速推動下經(jīng)由蓮蓬頭流出與涂覆在傘面上的DA混合。機(jī)械臂接觸到在軌飛行器時先由黏性DA提供初粘力，使得兩者初步連接在一起，緊接著在弱堿水的作用下DA發(fā)生氧化聚合-交聯(lián)反應(yīng)，在傘面與飛行器表面進(jìn)行自組裝形成緊密超強(qiáng)附著的PDA交聯(lián)復(fù)合層，使得傘狀裝置與在軌飛行器緊密黏附在一起，最終將在軌飛行器牢牢地控制住，完成吸附寄生。
權(quán)利要求
1.一種可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述俘獲裝置包括機(jī)械臂(I)、可控發(fā)射管(2)、蜘蛛網(wǎng)(3)和激光測距儀(4)，機(jī)械臂(I)的末端設(shè)置有與機(jī)械臂(I)同軸心設(shè)置的激光測距儀(4)，機(jī)械臂(I)末端的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有若干個可控發(fā)射管(2),可控發(fā)射管(2)的內(nèi)部設(shè)置有蜘蛛網(wǎng)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述可控發(fā)射管(2)的底部中間位置安裝有可控牽引扣(7)，蜘蛛網(wǎng)(3)的四周設(shè)置有若干個牽引頭(6)，蜘蛛網(wǎng)(3 )的中心與可控牽弓丨扣(7 )連接，可控牽弓丨扣(7 )與位于可控發(fā)射管(2 )前端的牽弓I頭(6)將蜘蛛網(wǎng)(3)拉成長的圓錐型蜘蛛網(wǎng)并固定在可控發(fā)射管(2)內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述蜘蛛網(wǎng)(3)選用聚酰胺纖維進(jìn)行編織。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述蜘蛛網(wǎng)(3)的表面附有一層材質(zhì)為仿生物黏附蛋白多巴及其衍生物的納米薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述牽引頭(6)由橡膠彈頭制成，材料選用丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠或氯丁橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于所述俘獲裝置還包括可控傘狀俘獲裝置(9 )，機(jī)械臂(I)的內(nèi)部由內(nèi)壁(8 )劃分為內(nèi)環(huán)(10 )和外環(huán)(11)，可控發(fā)射管(2 )設(shè)置在外環(huán)(11)中，可控傘狀俘獲裝置(9 )設(shè)置在內(nèi)環(huán)(10 )中，所述可控傘狀俘獲裝置(9)由蓮蓬頭(12)、傘面(13)、傘肋(14)、中空的傘柄(15)、拉桿(16)、內(nèi)彈簧(17)、外彈簧(18)、活動片(19)和支撐扣(20)組成，傘柄(15)的頂端固定有與其同軸心設(shè)置的蓮蓬頭(12)，激光測距儀(4)固定在蓮蓬頭(12)的下方且其激光測距孔(5)位于蓮蓬頭(12)的中心位置，蓮蓬頭(12)上設(shè)置有若干個與傘柄(15)相連通的不同取向的溢流管(22)，蓮蓬頭(12)的四周連接有傘肋(14)`，傘肋(14)支撐著整個傘面(13)，傘面(13)的表面涂覆有多巴胺(23 )，傘柄(15 )的`內(nèi)部儲存有弱堿水(21)，傘柄(15 )上設(shè)置有支撐扣(20 )，支撐扣(20)分別與位于傘柄(15)內(nèi)部的內(nèi)彈簧(17)和套在傘柄(15)上的外彈簧(18)連接，活動片(19)卡在傘柄(15)的內(nèi)壁四周，內(nèi)彈簧(17)的下端連接著傘柄(15)底層內(nèi)壁，上端與活動片(19)連接，外彈簧(18)連接著拉桿(16)的下端，拉桿(16)的上端連接著傘肋(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于選擇以熱塑型聚酰亞胺為基體樹脂的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為傘柄(15)的材料，在材料外層附有聚酰亞胺薄膜，在材料內(nèi)層附有聚四氟乙烯薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置，其特征在于選擇鋁合金作為傘肋(14)、拉桿(16)和蓮蓬頭(12)的材料。
9.一種利用權(quán)利要求I所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置獲在軌飛行器的方法，其特征在于所述方法步驟如下 機(jī)動衛(wèi)星調(diào)整姿態(tài)向在軌飛行器靠近并以O(shè). 6^2 m/s的速度快速展開機(jī)械臂，鎖定目標(biāo)后當(dāng)達(dá)到2(T30 m的距離時，將蜘蛛網(wǎng)瞬間以5 10 m/s的速度噴射出去包裹住飛行器，利用其自身黏附力進(jìn)行吸附粘接，將蜘蛛網(wǎng)牢固錨定在飛行器上，將其俘獲。
10.一種利用權(quán)利要求6所述的可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置獲在軌飛行器的方法，其特征在于所述方法步驟如下當(dāng)需要控制和破壞在軌飛行器，實現(xiàn)近距離展開吸附粘接時，在激光測距儀測量機(jī)械臂靠近至在軌飛行器O. 5 1 m的距離時，將裝備于機(jī)械臂內(nèi)環(huán)中的可控傘狀俘獲裝置伸出，并控制支撐扣將彈簧瞬間自動釋放，儲存于傘柄內(nèi)的弱堿水借助彈簧的彈性力，在活動片的快速推動下經(jīng)由蓮蓬頭流出與涂覆在傘面上的DA混合，機(jī)械臂接觸到飛行器時先由黏性DA提供初粘力，使得兩者初步連接在一起，緊接著在弱堿水的作用下DA發(fā)生氧化聚合-交聯(lián)反應(yīng)，在傘面與飛行器表面進(jìn)行自組裝形成緊密超強(qiáng)附著的PDA交聯(lián)復(fù)合層，使得傘狀裝置與在軌飛行器緊密黏附在一起，最終將在軌飛行器牢牢地控制住，完成吸附寄生； 當(dāng)需要干擾和破壞在軌飛行器，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離發(fā)射并吸附粘接時，機(jī)動衛(wèi)星調(diào)整姿態(tài)向在軌飛行器靠近并以O(shè). 6 2 m/s的速度快速展開機(jī)械臂，鎖定目標(biāo)后當(dāng)達(dá)到2(T30 m的距離時，將蜘蛛網(wǎng)瞬間以5 10 m/s的速度噴射出去包裹住在軌飛行器，利用其自身黏附力進(jìn)行吸附粘接，將蜘蛛網(wǎng)牢固錨定在飛行 器上，將其俘獲。
全文摘要
一種可控性智能蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置及利用其俘獲在軌飛行器的方法，涉及一種附著多巴及其衍生物的蜘蛛網(wǎng)俘獲裝置及利用其黏性而吸附粘接在軌飛行器的方法。所述俘獲裝置包括機(jī)械臂(1)、可控發(fā)射管(2)、蜘蛛網(wǎng)(3)和激光測距儀(4)，機(jī)械臂(1)的末端設(shè)置有與機(jī)械臂(1)同軸心設(shè)置的激光測距儀(4)，機(jī)械臂(1)末端的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有若干個可控發(fā)射管(2)，可控發(fā)射管(2)的內(nèi)部設(shè)置有蜘蛛網(wǎng)(3)。本發(fā)明的俘獲設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計巧妙，俘獲材料體積小、重量輕、方便攜帶，可一次多攜帶。操作方式簡單、俘獲成功率高。簡單易操作，成功率高，利于機(jī)動衛(wèi)星及時俘獲在軌飛行器。
文檔編號B64G1/64GK103241394SQ20131018268
公開日2013年8月14日 申請日期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, 馬浩翔, 謝志民, 吳松全, 譚惠豐 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)