本發(fā)明提供一種用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，它涉及在太空中利用有機化合物的受熱分解使氣球膨脹進而在太空中產出規(guī)則氣泡群，以達到清除微小空間碎片的目的，屬于空間微小碎片清除領域。
背景技術：
1、空間碎片(space?debris)，又稱太空垃圾，是指地球軌道上因人類航天活動產生的所有人造失效物體及其殘骸，主要包括：失效衛(wèi)星、火箭末級、任務相關碎片(如螺栓、護罩)、解體或碰撞產生的金屬/陶瓷顆粒等。其尺寸從毫米級的油漆斑點到數十米級的廢棄航天器不等，以極高速度(平均約7-8公里/秒)環(huán)繞地球運行，對在軌航天器構成碰撞威脅。根據歐洲空間局(esa)2023年數據，目前可跟蹤的直徑10厘米以上碎片超3.6萬塊，而毫米級碎片數量估計超1億個。
2、隨著地球在軌衛(wèi)星的日益增多，衛(wèi)星發(fā)射、損壞、或解體后產生的太空碎片數量仍在不斷上升，成為威脅在軌航天器安全的重要因素之一，空間碎片的清除已經成為當今航天界的重大課題。
3、目前的空間碎片清除技術主要聚焦于厘米至米級的大型碎片，例如失效衛(wèi)星、火箭殘骸等可追蹤目標。典型方案包括機械臂抓捕(如中國2016年“遨龍一號”完成在軌碎片模擬器抓捕試驗，astroscale公司2021年elsa-d任務驗證磁捕獲與金屬盤鎖定技術)、網捕與魚叉捕獲(英國removedebris項目于2018年和2019年分別成功演示網捕立方體衛(wèi)星及魚叉穿透目標面板)，以及拖曳離軌裝置(中國2022年“實踐21號”衛(wèi)星將失效北斗衛(wèi)星拖離軌道，實現全球首次公開的“太空拖船”技術應用)。
4、針對毫米級微小空間碎片的清除難題，研究人員提出泡沫增阻法這一創(chuàng)新方案：通過航天器向目標碎片定向噴射特制泡沫材料，包裹碎片后顯著增大其表面積與空氣阻力，從而加速軌道衰減，使其在數月內再入大氣層燒毀。與傳統技術相比，該方法的優(yōu)勢在于非接觸性與群體清除潛力——例如，現有機械臂抓捕(如中國“實踐21號”衛(wèi)星)或網捕技術(英國removedebris項目)需逐個精準捕獲碎片，且僅適用于厘米級以上目標；而泡沫可同時覆蓋多個微小碎片，尤其適合處理高密度分布的微粒群。相較于激光推移(如日本天基激光衛(wèi)星需高能聚焦且對材質敏感)或離子束技術(能耗高、作用距離短)，泡沫增阻法對碎片形狀、材質兼容性更強，操作能耗更低。然而，該技術仍面臨泡沫太空環(huán)境穩(wěn)定性(極端溫度與輻射下的性能維持)、精準噴射控制(避免誤傷正常衛(wèi)星)等挑戰(zhàn)，目前尚處于實驗室驗證階段。
5、為了實現泡沫增阻法的技術方案，本發(fā)明提出了一種用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，旨在產出穩(wěn)定的規(guī)則氣泡群。
技術實現思路
1、(一)發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構。該機構由定制化部件方形框架、絲桿滑塊機構、電磁鐵、連接滑塊與電磁鐵的連接件、含有加熱片的氣球和放置氣球的容器組成，方形框架構成機構的整體結構，為各部件提供安裝位置；絲桿滑塊機構安裝在方形框架中的一面上，其中的滑塊上具有四個螺紋通孔，用于安裝連接件；電磁鐵通電后具有磁性，用于捕獲氣球頭部，其吸合面中心處有一個方形通孔，用于安裝導線，便于氣球內部加熱片加熱，底面有兩個螺紋孔，用于安裝在連接件上；氣球內部填有適量的有機化合物和一個溫度可以達到180℃的加熱片，加熱片在氣球嘴處外伸出兩根導線，氣球嘴處使用膠封，已到達密封效果。
2、(二)技術方案
3、本發(fā)明一種用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，是由方形框架、絲桿滑塊機構、電磁鐵、連接滑塊與電磁鐵的連接件、含有加熱片的氣球和放置氣球的容器組成組成；它們相互之間的關系是：絲桿滑塊機構安裝在方形框架中的一面上；連接滑塊與電磁鐵的連接件的一端與滑塊相連接，中間部分與電磁鐵相連接；電磁鐵合面中心處有一個方形通孔，用于安裝導線，末端用杜邦線公頭銜接；氣球內部填有適量的有機化合物和一個溫度可以達到180℃的加熱片，加熱片在氣球嘴出外伸出兩根導線，用杜邦線母頭銜接，母頭末端固定有一個鐵片，便于電磁鐵吸附，氣球嘴處使用膠封，已到達密封效果；當滑塊移動到右側極限位置處時，電磁鐵中的杜邦線公頭與氣球外伸出的杜邦線母頭配合，電磁鐵通電，吸附住母頭末端鐵片，此時，氣球隨著滑塊運動；方形框架的一面有“t”型槽，氣球初始狀態(tài)放置在框架外側，在未膨脹前可在電磁鐵的吸引下通過橫槽，從框架外側進入內側；放置氣球的容器尺寸大小比氣球初始尺寸略大，類似于“抽屜”，該容器存在數個，堆疊在由四根細長桿、兩塊薄板形成的長方體范圍內；
4、所述的方形框架由絲桿滑塊平臺固定板、氣球限位板、連接件限位板、連接板和蹭膠板五部分組成，它們的相互關系是：絲桿滑塊平臺固定板與連接件限位板面對放置，兩者之間存有絲桿滑塊機構和連接滑塊與電磁鐵的連接件，它們在同一側通過兩塊較小的連接板連接，另一側兩者之間由氣球限位板連接，形成了方形的框架；蹭膠板固定在氣球限位板外側；
5、絲桿滑塊平臺固定板的形狀構造是：一塊長方形薄板，長度方向的兩端分別有兩個通孔，便于與其他板進行連接；中間部分有中心對稱分布的四個通孔，用于安裝絲桿滑塊平臺；
6、氣球限位板的形狀構造是：一塊長方形薄板，長度方向的兩端均彎折出“l(fā)”結構，在彎曲后的兩處均有兩個通孔，用于與其他板相連接；板的偏向中間處有一個“t”型通槽，用于氣球伸出的杜邦線母頭和鐵制薄片的限位；“t”型通槽周圍共分布有10個通孔，用于安裝兩個蹭膠板；
7、蹭膠板的形狀構造是：一個“u”型板，板的外圍分布有5個通孔，用于安裝在氣球限位板上；與限位板貼合的一面有明顯凹槽，凹槽的一處有一個通孔，可以通過該通孔向凹槽內灌輸膠；“u”型板與“t”型槽接觸處與凹槽相連，可使膠填滿“t”型槽，進而使通過“t”型槽的氣球蹭上膠；
8、連接件限位板的形狀構造是：一塊長方形薄板，長度方向的兩端分別有兩個通孔，便于與其他板進行連接；沿長度方向，在一側開有三個相鄰的通槽，上下兩個通槽用來限制連接滑塊與電磁鐵的連接件沿寬度方向的移動，中間的通槽用以減重與觀察框架內部情況；
9、連接板的形狀構造是：一塊長方形薄板，長度方向的兩端均彎折出“l(fā)”結構，在彎曲后的兩處均有1個通孔，用于與其他板相連接；連接板共有兩塊，且寬度明顯小于其余三個薄板；
10、方形框架各部件的材料都為硬鋁；
11、所述的絲桿滑塊機構為現有產品件，由絲桿滑塊平臺與滑塊構成，其形狀要求為長方體結構。
12、絲桿滑塊平臺的形狀構造是：一個長方形厚板，均勻分布四個通孔，用于安裝在絲桿滑塊平臺固定板上；沿長度方向的一端有一個電機，電機伸出一根絲桿，另一端有一塊薄板用以固定絲桿；
13、滑塊的形狀構造是：一個長方體，面積最大的一面上有四個螺紋通孔，用以連接所需連接件；側面有一個螺紋通孔，與絲桿配合，形成絲桿滑塊機構，滑塊可以沿絲桿方向運動；
14、絲桿滑塊機構中，絲桿滑塊平臺與滑塊均為為塑料制品，絲桿與電機為金屬制品。
15、所述連接滑塊與電磁鐵的連接件是用于連接滑塊與電磁鐵的構件，其形狀構造是：一個“工”字型薄板，兩端均有四個通孔，一端與滑塊進行連接，另一端的通孔與連接件限位板的通槽進行連接；中間部分有兩個圓形通孔，用以連接電磁鐵，還有一個方形通孔，方便導線通過；其材料為硬鋁；
16、所述電磁鐵是定制化產品，其形狀構造是：一個長方體，在吸合面上有一個方形通孔，可以容納兩個杜邦線公頭；吸合面的對面有兩個螺紋孔，用于與連接件相連；側面引出導線，用于控制電磁鐵；
17、所述含有加熱片的氣球是乳膠制氣球，其內部填充有適量的有機化合物——偶氮二甲酰胺，該有機化合物又稱ac發(fā)泡劑，受熱分解可以產生氣體；加熱片在氣球嘴處外伸出兩根導線，用杜邦線母頭銜接；母頭末端固定有一個長方形鐵片，便于電磁鐵吸附，初始位置位于氣球限位板“t”型通槽內側；氣球嘴處使用膠封，已到達密封效果；氣球可以通過氣球限位板的“t”型通槽；
18、所述放置氣球的容器的形狀構造是：一個扁平的長方形無蓋盒子；內部空間略大于氣球；數個容器堆疊在由四根細長桿、兩塊薄板形成的長方體范圍內，該長方體結構為氣球盒支撐框；
19、(三)優(yōu)點
20、本發(fā)明的一種用于用太空環(huán)境下的發(fā)泡機構的優(yōu)點在于：
21、①本發(fā)明中提出了一種新的可用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構。
22、②本發(fā)明中提出的可用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，通過堆疊式容器存儲多組氣球，
23、結合絲桿滑塊與電磁鐵協同控制，可連續(xù)釋放膨脹氣泡形成規(guī)則氣泡群，單次任務覆蓋大量微小碎片，可以顯著提升清除效率。
24、③本發(fā)明中提出的可用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，采用硬鋁框架與膠封設計，確保結構穩(wěn)定性與氣密性；絲桿滑塊與“t”型槽限位系統精準控制氣球路徑，避免真空失重下的運動偏移，保障極端溫度與輻射下的可靠運行。
25、④本發(fā)明中提出的可用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，利用ac發(fā)泡劑(偶氮二甲酰胺)受熱分解特性，僅需180℃加熱片即可產氣膨脹，能耗遠低于激光或離子束技術；泡沫包裹方式兼容金屬、陶瓷等各類材質碎片，突破激光技術對目標反射率的依賴。
26、⑤本發(fā)明中提出的可用于太空環(huán)境下的發(fā)泡機構，適用于低地球軌道(leo)碎片密集區(qū)清理、衛(wèi)星星座部署前軌道凈化、空間站防護屏障構建等場景，推動太空可持續(xù)發(fā)展。