Memunggah sistem orientasi kapal angkasa. Sistem orientasi dan penstabilan untuk satelit kecil

Jika satelit tidak mempunyai sistem orientasi, maka selepas dimasukkan ke orbit ia melakukan gerakan putaran yang kompleks seperti "terjatuh" di bawah pengaruh daya aerodinamik, graviti, magnetik, dan sinaran. Sifat putaran satelit boleh berubah secara beransur-ansur. Sebagai contoh, satelit silinder, yang menerima putaran di sekeliling paksi membujur pada saat pemisahan daripada kenderaan pelancar, cenderung dari masa ke masa untuk mula berputar di sekitar paksi melintang, seperti kipas.

Pengaruh medan magnet Bumi sering digunakan untuk memperlahankan putaran awal satelit yang tidak menentu. Khususnya, jika anda memasang magnet kekal yang kuat di atas satelit, dipasang pada galas yang menghasilkan geseran tinggi, maka keinginan magnet untuk menstabilkan medan magnet akan menyebabkan satelit berputar di sekitar paksinya menjadi perlahan (pada masa yang sama galas menjadi sangat panas). Sistem sedemikian berjaya digunakan dalam satelit astronomi Soviet Kosmos-215.

Kedudukan sudut (orientasi) satelit dikawal menggunakan muncung jet, seperti yang diterangkan dalam

§ 5 bab. 3. Dalam sistem orientasi, penderia inframerah sering digunakan untuk mengesan sinaran haba permukaan bumi dan dengan cara ini mengesan garis ufuk, dan oleh itu menentukan menegak tempatan. Sistem penstabilan yang serupa digunakan, contohnya, dalam satelit meteorologi Amerika siri Nimbus, yang kamera televisyennya mesti sentiasa melihat Bumi.

Paling dengan cara yang mudah penstabilan dilayan dengan memberitahu satelit untuk berputar di sepanjang paksi simetri. Terima kasih kepada kesan giroskopik, paksi satelit, walaupun terdapat gangguan, akan cenderung mengekalkan arahnya berbanding bintang tidak berubah. Tetapi tidak relatif kepada Bumi! Satelit meteorologi Amerika "Tiros" berorientasikan dengan cara ini. Akibatnya, satelit tidak jatuh, yang memungkinkan untuk mendapatkan puluhan ribu gambar awan Bumi, tetapi untuk kebanyakan orbit, kamera hanya dapat memotret ruang dunia.

DALAM Kebelakangan ini Kaedah pasif orientasi menegak satelit, berdasarkan kewujudan kecerunan graviti, semakin meluas. Satelit memanjang cenderung berputar mengelilingi pusat jisimnya supaya paksi membujurnya menegak. Ini berlaku kerana hujung satelit, yang lebih jauh dari Bumi, tertarik dengan Bumi kurang kuat daripada yang kurang jauh. Jika, apabila meletakkan satelit ke orbit, anda memberikannya putaran perlahan, di mana ia akan membuat satu pusingan mengelilingi pusat jisim semasa satu penerbangan Bumi, maka satelit akan bergerak mengelilingi Bumi, diposisikan secara menegak, seperti Bulan , sentiasa menghadap Bumi dengan salah satu sisinya ( ini dijelaskan oleh fakta bahawa Bulan juga agak memanjang di sepanjang garis Bumi-Bulan). Jika putaran tidak dihantar dengan tepat ke satelit, maka ia akan mula berayun berbanding menegak, yang perlu dilembapkan dengan peranti khas.

Banyak satelit tidak mempunyai bentuk yang memanjang, dan ia dilengkapi dengan rod boleh lipat beberapa meter (atau bahkan berpuluh-puluh meter) panjang dengan jisim di hujungnya. Bar berputar di angkasa mengikut arah dari pusat Bumi. Keseluruhan peranti dilengkapi dengan peredam jenis spring untuk melembapkan getaran (Rajah 51, a, b).

Secara teorinya, kecerunan graviti menyediakan satelit memanjang yang bergerak dalam orbit bulat dengan dua lagi kedudukan keseimbangan selain jejari yang diterangkan (ia boleh dipanggil "bercakap dalam roda"). Ini adalah kedudukan di sepanjang vektor halaju (“ledakan”) dan merentas vektor halaju - berserenjang dengan dua arah sebelumnya (“terapung”). Tetapi kedua-dua kedudukan ini tidak stabil berhubung dengan gangguan luar: suar di Matahari sudah cukup - dan satelit akan mula menyimpang ke kedudukan "jejari dalam roda". Betapa pentingnya ini, kita akan lihat dalam § 1 Bab. 7.

Sistem penstabilan graviti telah diuji dan kemudian digunakan pada banyak satelit. Ini adalah "Triad", "Traak", "GEOS-1, -2", "Eol", satelit siri ATS, "Explorer-38" (empat batang berongga graviti dengan panjang membentuk dua antena teleskop radio berbentuk, dan batang redaman sepanjang 96 m ) dan lain-lain. Beberapa rod yang boleh memanjang dan menarik balik membolehkan satelit distabilkan di sepanjang tiga paksi dan diputar 180° ke lokasi baharu. kedudukan stabil(satelit eksperimen "Dodge"). Pada banyak satelit, bersama-sama dengan orientasi graviti, orientasi magnet digunakan.

nasi. 51. Satelit dengan sistem penstabilan pasif: a) Satelit navigasi AS "1963-22A", b) Satelit penyelidikan AS "Traak"; c) Satelit meteorologi Soviet, "Cosmos-149" ("Panah Kosmik").

Kaedah pasif termasuk penstabilan aerodinamik. Paksi membujur satelit boleh diorientasikan ke arah penerbangannya jika penstabil diletakkan di ekor satelit, yang mempunyai "windage" yang lebih besar daripada satelit itu sendiri (berdasarkan prinsip ledakan berbulu). Stesen meteorologi Soviet dilengkapi dengan sistem penstabilan aerodinamik.

satelit "Cosmos-149" (1967, Rajah 51, c). Dalam kes ini, penstabilan satelit dalam gulungan (penghapusan putaran di sekeliling paksi membujur) juga dicapai menggunakan dua giroskop. Akibatnya, tingkap peralatan televisyen satelit sentiasa dihalakan ke arah Bumi. Satelit Kosmos-320 (1970) juga tergolong dalam jenis ini.

Orientasi kapal angkasa-satelit berawak dijalankan menggunakan kawalan manual atau secara automatik. Sebagai contoh, seorang angkasawan boleh memusingkan kapal angkasa Soyuz dengan cara sewenang-wenangnya berbanding dengan arah penerbangannya. Dia menilai arah ini berdasarkan bacaan penderia vektor halaju ion.

Kesimpulannya, kita tidak boleh gagal untuk menyebut satu perkara teori yang penting: pergerakan putaran satelit berkait rapat dengannya pergerakan ke hadapan, atau pergerakan satelit berbanding dengan pusat jisim dikaitkan dengan gerakan pusat jisim itu sendiri. Sambungan ini, yang ditubuhkan melalui analisis persamaan gerakan yang tepat, menjadi ketara apabila saiz besar satelit

Sebagai contoh, biarkan satelit bujur panjang dengan jisim yang sama besar di hujung (“dumbbell”) bergerak dalam orbit bulat mengelilingi Bumi dalam kedudukan “jejari dalam roda”. Mari kita putarkannya menggunakan sistem orientasi kepada kedudukan "lembing". Jumlah Daya graviti, bertindak ke atas satelit, seperti berikut dari undang-undang graviti sejagat, kini akan berkurangan dan satelit akan bergerak ke orbit elips. (Pembaca akan yakin dengan apa yang telah dikatakan dengan membuat pengiraan jika, mengabaikan jisim rod "dumbbell", dia mengambil panjangnya, katakan, sama dengan dan ketinggian orbit awal sama dengan atau di manakah jejari Bumi.)

Dengan bantuan sistem orientasi, orbit juga boleh diubah dalam kes kuasa semula jadi yang sama sekali berbeza. Sebagai contoh, rintangan atmosfera boleh berubah apabila kedudukan satelit berubah berbanding aliran yang akan datang, dan daya tekanan cahaya matahari- apabila menukar orientasi kenderaan dengan layar solar; ini dicerminkan dalam orbit.

Menyediakan kedudukan tertentu paksi peranti berbanding arah tertentu tertentu. Keperluan untuk sistem ini adalah disebabkan oleh tugas-tugas berikut:

Tugas yang dilakukan oleh peranti mungkin memerlukan kedua-dua orientasi kekal dan orientasi jangka pendek. Sistem orientasi boleh menyediakan orientasi paksi tunggal atau penuh (triaksial). Sistem orientasi yang tidak memerlukan tenaga dipanggil pasif, ia termasuk: graviti, inersia, aerodinamik, dll. Sistem aktif termasuk: enjin jet orientasi, gyrodynes, roda tenaga, solenoid, dsb., ia memerlukan tenaga yang disimpan pada peranti. Dalam penerbangan angkasa lepas, selain sistem kawalan sikap automatik, sistem kawalan manual digunakan.

Penderia [ | ]

Penderia elektro-optik biasanya digunakan sebagai penderia untuk kedudukan semasa peranti, menggunakan pelbagai titik rujukan. benda angkasa: , Bumi, Bulan, bintang. Spektrum yang kelihatan atau inframerah digunakan, yang kedua lebih mudah, contohnya untuk Bumi, kerana di kawasan inframerah spektrum sisi siang dan malam berbeza sedikit.

Selain penderia optik, penderia ion, penderia medan magnet bumi dan penderia giroskopik boleh digunakan.

Sistem penstabilan[ | ]

Apabila beralih dari satu orbit ke orbit yang lain, atau beralih ke trajektori penurunan, apabila sistem pendorong utama sedang berjalan, adalah perlu untuk memastikan arah paksi kenderaan tidak berubah. Untuk menyelesaikan masalah ini adalah bertujuan sistem penstabilan. Semasa penstabilan, magnitud daya dan momen yang mengganggu adalah lebih tinggi; pampasan mereka memerlukan perbelanjaan tenaga yang ketara. Tempoh penginapan dalam mod ini agak singkat.

Disebabkan persamaan tugas yang mereka lakukan, sistem penstabilan dan orientasi sering digabungkan sebahagiannya, contohnya, mereka menggunakan penderia yang sama. Dalam kes sedemikian, kita boleh bercakap tentang single sistem orientasi dan penstabilan kapal angkasa.

Sistem pasif[ | ]

Sistem ini menjimatkan, tetapi mereka mempunyai beberapa batasan.

graviti [ | ]

Sistem penstabilan ini menggunakan medan graviti planet untuk Bumi, penggunaannya berkesan untuk ketinggian orbit dari 200 km hingga 2000 km.

Aerodinamik[ | ]

Penggunaan sistem ini boleh dilakukan di orbit rendah, di mana terdapat sisa-sisa atmosfera untuk Bumi, ini adalah ketinggian dari 200 hingga 400 km. Untuk ketinggian melebihi 2500 km adalah mungkin untuk menggunakan tekanan cahaya matahari untuk mencipta sistem yang serupa.

Elektromagnet[ | ]

Dengan memasang magnet kekal di atas radas, adalah mungkin untuk mencapai kedudukan tertentu radas berbanding dengan garisan daya medan magnet Bumi. Jika solenoid digunakan dan bukannya magnet kekal, maka kawalan kedudukan yang berkesan menjadi mungkin; Penggunaan sistem elektromagnet untuk planet seperti Bumi adalah mungkin pada ketinggian dari 600 hingga 6000 km.

Sistem aktif[ | ]

Sistem jenis ini memerlukan perbelanjaan tenaga.

Muncung gas [ | ]

Giroskop [ | ]

Untuk orientasi dan penstabilan besar-besaran kapal angkasa pada orbit pegun roda tenaga inersia dan gyrodynes digunakan. Putaran roda tenaga biasanya disediakan oleh motor elektrik.

Ciptaan itu berkaitan dengan teknologi angkasa lepas dan boleh digunakan untuk menstabilkan kapal angkasa (SV). Sistem penstabilan kapal angkasa mengandungi sistem pendorong dengan pengoksida sfera dan tangki bahan api, enjin roket, saluran kawalan padang dan yaw dengan penderia sudut dan pesongan pecutan linear dan kelajuan, sisihan pecutan sudut dan kelajuan, penguat penjumlahan, mesin stereng, peranti penyepaduan, dua blok logik, injap, motor tujahan rendah. Ciptaan ini meningkatkan kebolehpercayaan penstabilan kapal angkasa. 3 sakit.

Rekacipta yang dicadangkan berkaitan dengan teknologi angkasa lepas dan bertujuan untuk memastikan penstabilan peringkat atas roket dan kapal angkasa (SC).

Sistem penstabilan kapal angkasa diketahui menggunakan roda tenaga elektrik sebagai badan eksekutif sistem penstabilan, yang terletak di sepanjang paksi penstabilan dan menghasilkan tork dinamik kawalan, yang magnitudnya dikawal, contohnya, berkadaran dengan isyarat kawalan (paten SU 1839975, keutamaan bertarikh 26 Februari 1979). Sistem ini telah menemui aplikasi luas dalam teknologi angkasa, tetapi penggunaannya dikaitkan dengan sekatan pada nilai maksimum momen pemulihan, yang ditentukan oleh kelajuan putaran maksimum roda tenaga, oleh itu, dengan gangguan besar, tindak balas penstabilan sistem mungkin tidak mencukupi. Ini mengehadkan penggunaan sistem sedemikian apabila menstabilkan peringkat atas roket.

Sistem penstabilan kapal angkasa diketahui menggunakan enjin jet berkuasa rendah sebagai badan eksekutif sistem penstabilan, di mana produk pembakaran biasa boleh berfungsi sebagai bendalir kerja. bahan api kimia atau sebarang gas (S.I. Korolev, N.K. Matveev. Kapal angkasa siri Zenit: Alat bantu mengajar / Universiti Teknikal Negeri Balt, St. Petersburg, 2005). Magnitud tork pemulihan yang dicipta bergantung pada kelajuan ekzos dan aliran jisim bendalir kerja, serta pada saiz lengan di mana daya tarikan enjin digunakan.

Sistem sedemikian boleh mencipta kuantiti yang besar memulihkan detik dan bertindak balas dengan cepat kepada pengaruh yang mengganggu, tetapi keperluan untuk menggunakan bekalan bendalir kerja yang tidak boleh diperbaharui mengehadkan masa penggunaannya. Dalam kes ini, kemungkinan saiz lengan di mana daya tujahan enjin digunakan sebahagian besarnya ditentukan oleh susun atur yang dipilih kapal angkasa. Jadi, sebagai contoh, untuk menstabilkan peringkat atas roket (RU) kecil dan sederhana, susun aturnya termasuk blok tangki berbentuk cincin dengan susunan bertentangan secara diametrik berbanding dengan paksi membujur blok, dua tangki pengoksida sfera, dua tangki bahan api sfera dan dua petak instrumen sfera, enjin roket dua komponen digunakan, dipasang pada bukaan dalaman blok tangki sepanjang paksi membujur (paten RU 2043956, keutamaan bertarikh 23 November 1993). Susunan ini digunakan dalam reka bentuk unit penggalak roket Fregat. Satu ciri kapal angkasa yang mempunyai susunan yang sama ialah lengan tork kawalan adalah kecil disebabkan oleh kedekatan titik tumpu enjin roket dengan pusat jisim kapal angkasa. Selain itu, selain gangguan dalam bentuk momen, gangguan dalam bentuk daya juga mempunyai nilai yang signifikan. Penggunaan enjin roket berputar dipasang di gimbal, dengan lengan kawalan kecil yang ditentukan oleh jarak antara pusat graviti kapal angkasa dan titik penggunaan daya dari enjin, untuk mendapatkan tork kawalan untuk menangkis gangguan, memerlukan sudut ketara dan halaju sudut putaran kebuk pembakaran enjin. Ini tidak dapat tidak menyebabkan komponen besar daya mengganggu sisi (melintang). Kelemahan ini sebahagiannya dihapuskan apabila memasang enjin roket dalam penggantungan dengan kemungkinan pergerakan selari satah penggantungan dengan enjin dalam satah berserenjang dengan paksi membujur kapal angkasa. Suspensi digerakkan menggunakan gear stereng. Sistem penstabilan untuk kapal angkasa yang mengandungi sistem pendorong dengan tangki sfera pengoksida dan bahan api, terletak secara simetri berbanding paksi membujur kapal angkasa, dan enjin roket dipasang dalam penggantungan berhampiran pusat jisim kapal angkasa dengan kemungkinan satah. -pergerakan selari penggantungan dengan enjin dalam satah berserenjang dengan paksi membujur kapal angkasa, adalah analog paling hampir dengan sistem penstabilan kapal angkasa yang diisytiharkan dan dipilih sebagai prototaip (paten RU 2090463, keutamaan bertarikh 20 September 1997). Sistem ini termasuk saluran kawalan padang dan saluran kawalan yaw, setiap satunya mengandungi penderia pecutan linear dan sisihan halaju dan penderia pecutan sudut dan sisihan halaju, yang outputnya disambungkan melalui penguat penjumlahan kepada input mesin stereng, yang menyediakan pergerakan selari satah bagi penggantungan dengan enjin. Sistem penstabilan yang ditentukan telah digunakan dalam pembangunan peringkat atas Fregat dan memungkinkan untuk meningkatkan ketepatan penstabilan dalam mod pembetulan trajektori jangka pendek dengan meningkatkan ketepatan penstabilan halaju melintang pusat jisim kapal angkasa. Namun begitu sistem yang ditentukan tidak menghapuskan baki masalah penstabilan yang wujud dalam konfigurasi kapal angkasa ini. Salah satu masalah ini ialah masalah pengeluaran bahan api yang berbeza daripada pengoksida dan tangki bahan api, yang boleh membawa kepada peralihan pusat graviti kapal angkasa pada penghujung gerakan aktif kepada nilai kritikal untuk memastikan penstabilan, yang ditentukan oleh pukulan maksimum yang mungkin bagi rod PM, i.e. kawasan pendarahan ruang enjin. Untuk mengurangkan kemungkinan perkembangan peristiwa sedemikian, adalah perlu cara yang membina menyediakan yang perlu kedudukan awal CG dalam satah melintang dan dengan mengukur dan melaraskan untuk meminimumkan perbezaan rintangan hidraulik dalam laluan bekalan komponen bahan api, yang memerlukan teknologi dan kos bahan dan mengurangkan kebolehpercayaan sistem penstabilan.

Masalah teknikal yang diselesaikan oleh ciptaan yang dicadangkan adalah untuk meningkatkan kebolehpercayaan penstabilan dengan adanya perkembangan berbeza yang boleh menyebabkan kehilangan penstabilan kapal angkasa.

Tugas ini dipastikan oleh fakta bahawa, tidak seperti sistem yang diketahui penstabilan kapal angkasa (SV) yang mengandungi sistem pendorong dengan pengoksida sfera dan tangki bahan api, terletak secara simetri berbanding paksi membujur kapal angkasa, dan enjin roket dipasang dalam penggantungan berhampiran pusat jisim kapal angkasa dengan kemungkinan satah -pergerakan selari penggantungan dengan enjin dalam satah berserenjang dengan paksi membujur kapal angkasa, termasuk saluran kawalan padang dan saluran kawalan yaw, setiap satunya mengandungi penderia pecutan dan sisihan halaju linear dan penderia pecutan sudut dan sisihan halaju, output yang disambungkan melalui penguat penjumlahan ke input mesin stereng yang menyediakan pergerakan selari satah penggantungan dengan enjin, yang baru adalah hakikat bahawa sistem penstabilan dilengkapi dengan penderia sudut dan peranti penyepaduan yang diperkenalkan ke dalam saluran kawalan pitch dan yaw, dan dua blok logik yang disambungkan kepada input injap yang mengawal rangsangan dalam setiap tangki, yang menentukan penggunaan bahan api daripada pengoksida dan tangki bahan api dan sambungan tujahan enjin kecil, semasa dalam setiap padang dan saluran kawalan yaw, input peranti penyepaduan disambungkan kepada output kedua pecutan sudut dan penderia sisihan halaju, dan output penderia sudut dan peranti penyepaduan disambungkan, masing-masing, kepada input ketiga dan keempat penguat penjumlahan, input kelima yang disambungkan kepada output kedua gear stereng, dan input setiap blok logik disambungkan kepada output ketiga gear stereng kedua-dua saluran.

Melengkapkan sistem penstabilan dengan penderia sudut dan peranti penyepaduan yang dimasukkan ke dalam saluran kawalan pitch dan yaw, dan dengan blok logik yang disambungkan kepada input injap yang mengawal rangsangan dan, akibatnya, penggunaan bahan api daripada pengoksida dan tangki bahan api dan sambungan rendah- enjin tujahan, memungkinkan untuk mengimbangi perbezaan dalam pengeluaran bahan api daripada tangki, mengurangkan tahap gangguan yang bertindak pada kapal angkasa, dan meningkatkan kelajuan dan kebolehpercayaan penstabilan.

Pada masa yang sama, penyambungan enjin tujahan rendah ke proses penstabilan memungkinkan untuk mengimbangi peringkat awal penstabilan inersia tertentu tindak balas daripada pengagihan semula penggunaan bahan api dalam tangki kepada proses penstabilan kapal angkasa.

Intipati ciptaan digambarkan melalui lukisan, di mana:

Rajah. 1 - skema struktur sistem penstabilan;

Rajah. 2 - gambarajah skematik blok logik pertama;

Rajah. 3 - gambarajah skematik blok logik ke-2.

Sistem penstabilan yang dicadangkan direka bentuk untuk menstabilkan kapal angkasa (SC), yang mengandungi sistem pendorong (PS) dengan tangki sfera pengoksida dan bahan api, terletak secara simetri berbanding paksi membujur kapal angkasa, dan enjin roket (RM), dipasang dalam ampaian. berhampiran pusat jisim kapal angkasa dengan kemungkinan pergerakan pesawat-selari penggantungan dengan enjin dalam satah berserenjang dengan paksi membujur kapal angkasa, sebagai contoh, peringkat atas roket Fregat. Sistem ini termasuk saluran kawalan padang (“T”) dan saluran kawalan yaw (“P”), yang setiap satunya mengandungi pecutan linear dan penderia sisihan halaju 1, 2 dan penderia pecutan sudut dan sisihan halaju 3, 4, output bagi yang melalui penguat penjumlahan 5, 6 disambungkan kepada input mesin stereng (RM) 7, 8, menyediakan pergerakan selari satah penggantungan dengan enjin 9. Saluran pic (“T”) menyediakan kawalan pergerakan linear penggantungan dengan motor 9 dalam satah YOZ sepanjang paksi “OZ” (rod stereng 7 saluran “T”), dan saluran yaw (“P”) menyediakan kawalan pergerakan linear ampaian dengan motor 9 dalam satah YOZ sepanjang paksi “OY” (mesin rod stereng 8 saluran "P"). Di samping itu, setiap saluran kawalan pic (“T”) dan yaw (“P”) termasuk penderia sudut 10, 11 dan peranti penyepaduan 12, 13 disambungkan kepada penguat penjumlahan 5, 6. Input peranti penyepaduan 12, 13 disambungkan kepada output kedua pecutan sudut dan penderia sisihan kelajuan 2. Input kelima penguat penjumlahan 5, 6 disambungkan kepada output kedua enjin stereng 7, 8. Komposisi padang dan yaw instrumen saluran dalam bahagian ini (blok 1-13) adalah sama dan boleh dilaksanakan atas dasar terkenal penyelesaian teknikal, lihat sebagai contoh, buku. "Pengurusan Angkasa kapal terbang", K.B. Alekseev, G.G. Bebenin, ed. Kejuruteraan Mekanikal, 1964 (1, 2 - ms 115, Rajah 4.2); (3, 4 - ms 163, Rajah 4-28); (5, 6 - ms 217, Rajah 5.17); (10, 11 - ms 117, Rajah 4.3); (12, 13 - ms 218, Rajah 5.19). Sistem ini dilengkapi dengan dua blok logik (LB-1, LB-2) 14, 15, disambungkan kepada input injap 16, 17, 18, 19, yang mengawal rangsangan dan, akibatnya, penggunaan bahan api daripada pengoksida dan bahan api tangki dan sambungan enjin tujahan rendah 20, 21, 22, 23, dan input setiap blok logik 14, 15 disambungkan kepada output ketiga mesin stereng 7, 8 kedua-dua saluran. Contoh pelaksanaan LB-1 ditunjukkan dalam Rajah. 2, di mana 24 adalah diod penyahgandingan; 25 - rintangan penalaan, 26 - geganti dengan kenalan biasa tertutup dan kenalan biasanya terbuka dalam saluran nada "+"; 27 - geganti serupa dalam saluran padang "-"; 28 - geganti serupa dalam saluran yaw "+"; 29 - geganti serupa dalam saluran yaw "-"; 261, 262, 213 - kumpulan kenalan geganti 26; 271, 272, 273 - kumpulan kenalan geganti 27; 281, 282, 283 - kumpulan kenalan geganti 28; 291, 292, 293 - kumpulan kenalan geganti 29; 30, 31 - geganti untuk mengawal injap rangsangan dalam tangki bahan api pertama dan kedua, masing-masing; 32, 33 - geganti untuk mengawal injap rangsangan dalam tangki pengoksida pertama dan kedua, masing-masing. Contoh pelaksanaan LB-2 ditunjukkan dalam Rajah. 3, di mana 24 adalah diod penyahgandingan; 25 - rintangan penalaan, 34 - geganti dengan kenalan biasa tertutup dan kenalan biasa terbuka dalam saluran nada "+"; 35 - geganti dalam nada saluran "-"; 36 - geganti saluran "+" yaw; 37 - geganti saluran "-" yaw; 341, 351, 361, 371 - kumpulan kenalan geganti yang sepadan 34, 35, 36, 37; 38 - geganti kawalan enjin tujahan rendah dalam saluran padang "+"; 39 - geganti kawalan enjin tujahan rendah dalam saluran padang "-"; 40 - geganti kawalan enjin tujahan rendah dalam saluran yaw "+"; 41 - geganti kawalan enjin tujahan rendah dalam saluran yaw “-”.

Semasa operasi sistem penstabilan, input penguat penjumlahan 5, 6, sebagai tambahan kepada isyarat daripada sensor 1, 2, 3, 4, 10, 11 dan peranti penyepaduan 12, 13, menerima maklumat tentang kedudukan stereng rod enjin (RM) 7, 8 dalam setiap saluran penstabilan . Apabila ambang pertama dicapai dalam saluran penstabilan padang nilai yang diberikan lejang rod stereng (contohnya, 7), isyarat berkadar dengan magnitud lejang rod (contohnya, daripada potensiometer maklum balas) juga dibekalkan kepada input sepadan blok logik LB-1, yang mengeluarkan arahan kepada injap kawalan rangsangan dalam tangki yang sepadan. Jumlah rangsangan dalam tangki ini berkurangan dengan sewajarnya, dan penggunaan komponen bahan api dari tangki ini juga berkurangan. Proses mengurangkan magnitud kesipian yang disebabkan oleh perbezaan terkumpul dalam pengeluaran bermula. Proses yang sama boleh berlaku dalam saluran penstabilan yaw, akhirnya membawa kepada pengurangan kesipian terkumpul ke tahap tertentu. Oleh kerana paksi penstabilan di mana PM dipasang dan paksi simetri tangki bahan api tidak bertepatan (sudut antara mereka adalah kira-kira 45°), LB-1 menggunakan maklumat tentang kedudukan rod kedua-dua PM untuk menjana arahan kawalan . Sistem bekalan bahan api direka bentuk sedemikian rupa sehingga, dengan mengehadkan rangsangan dalam tangki dengan jumlah bahan api yang lebih kecil, penggunaan bahan api diagihkan semula daripada dua tangki dengan nama yang sama sambil mengekalkan jumlah kadar aliran di alur keluar unit turbopump. (TPA). Tujahan alat kawalan jauh kekal malar. Selanjutnya, dinamik proses menukar kedudukan CG bergantung pada tahap pengehadan rangsangan. Untuk pengisian tangki tertentu, tahap had boleh ditentukan secara eksperimen. Disebabkan oleh pengagihan semula penggunaan bahan api, sisihan pusat graviti (CG) akan berkurangan. Dalam kes pengisian maksimum tangki dan tempoh operasi sistem pendorong yang lebih lama, ada kemungkinan percubaan untuk mengehadkan rangsangan dalam tangki tertentu akan membawa kepada peningkatan kesipian dalam arah yang bertentangan. Dalam kes ini, LB-1 akan mematikan injap dan memulihkan nilai asal galakan. Untuk menjamin penstabilan RB, dengan mengambil kira bahawa tindak balas pengagihan semula penggunaan bahan api untuk mengehadkan rangsangan adalah proses yang perlahan dan ada kemungkinan bahawa untuk beberapa lama selepas menghidupkan injap rangsangan, kesipian, CG akan terus meningkat, tahap isyarat kawalan tambahan disediakan pada input sambungan LB- 2 enjin penstabilan RB di bahagian pasif, yang memberikan sedikit margin untuk mengembangkan zon yang mungkin untuk memastikan penstabilan RB. Adalah asas bahawa sambungan enjin tujahan rendah dibuat sebagai hasil analisis kedudukan enjin kawalan utama, dan bukan berdasarkan hasil pengukuran parameter dinamik penstabilan RB. Prinsip operasi litar logik seterusnya: apabila lejang rod, sebagai contoh, dalam saluran RMT, mencapai nilai sepadan yang ditentukan oleh rintangan penalaan, bergantung pada tanda arus kawalan, geganti yang sepadan 26 atau 27 diaktifkan geganti akan mengambil kedudukan yang sepadan, akibatnya arahan diberikan untuk mematikan rangsangan injap dalam tangki bahan api yang sepadan. Oleh kerana dalam kes kami, paksi penstabilan RB dan paksi simetri tangki tidak bertepatan, penutupan injap tekanan tangki yang sepadan ditentukan berdasarkan magnitud dan tanda pukulan rod RM di padang dan saluran yaw, seperti berikut daripada rajah yang dibentangkan. Isyarat yang berkadar dengan lejang rod gear stereng dalam saluran padang dan yaw dibekalkan kepada input peranti logik LB-2 melalui diod penyahgandingan dan rintangan penalaan. Bergantung pada tanda isyarat input dalam setiap saluran penstabilan, LB-2 menjana isyarat untuk menyambungkan motor tujahan rendah (LDM) yang sepadan, yang menghasilkan tork kawalan tambahan dalam saluran padang dan dalam saluran yaw.

Sistem penstabilan yang dicadangkan memungkinkan untuk mengurangkan tahap gangguan yang bertindak pada kapal angkasa dan meningkatkan kelajuan dan kebolehpercayaan penstabilan.

Tuntutan

Sistem penstabilan untuk kapal angkasa (SV) yang mengandungi sistem pendorong dengan pengoksida sfera dan tangki bahan api, terletak secara simetri berbanding paksi membujur kapal angkasa, dan enjin roket dipasang dalam penggantungan berhampiran pusat jisim kapal angkasa dengan kemungkinan pergerakan selari satah penggantungan dengan enjin dalam satah berserenjang dengan paksi membujur Sebuah kapal angkasa, termasuk saluran kawalan padang dan saluran kawalan yaw, setiap satunya mengandungi penderia pecutan linear dan sisihan halaju dan penderia pecutan sudut dan sisihan halaju, output yang disambungkan melalui penguat penjumlahan kepada input mesin stereng yang menyediakan pergerakan selari satah penggantungan dengan enjin, berbeza kerana sistem penstabilan dilengkapi dengan penderia sudut dan peranti penyepaduan yang dimasukkan ke dalam kawalan padang dan yaw. saluran, dan dua blok logik yang disambungkan kepada input injap yang mengawal penggunaan bahan api daripada pengoksida dan tangki bahan api dan sambungan enjin tujahan rendah, manakala dalam setiap saluran kawalan padang dan yaw, input peranti penyepadu disambungkan kepada output kedua sensor pecutan sudut dan sisihan halaju, dan output sensor sudut dan peranti penyepaduan disambungkan, masing-masing, ke input ketiga dan keempat penguat penjumlahan, input kelima yang disambungkan ke output kedua daripada mesin stereng, dan input setiap blok logik disambungkan kepada output ketiga enjin stereng kedua-dua saluran.

Pemasangan elektromagnet untuk sistem pemunggahan kapal angkasa kecil "Chibis-M"
Kebanyakan kapal angkasa moden dilengkapi dengan sistem roda tenaga atau gyro-power untuk orientasi badan kapal angkasa. Badan eksekutif Sistem ini (motor-roda terbang dalam kes pertama dan giroskop kuasa dalam yang kedua) mempunyai sifat yang tidak menyenangkan - selepas beberapa lama operasi berterusan mereka kehilangan keupayaan untuk menghasilkan tork kawalan. Motor roda tenaga mencapai kelajuan putaran maksimum mereka, dan yang dipanggil ketepuan, di mana ia perlu untuk melaksanakan memunggah sistem orientasi daripada momen kinetik terkumpul. Untuk tujuan ini, setiap satelit mempunyai sistem pemunggahan - sebenarnya, sistem orientasi tambahan, selalunya dibuat sebagai sebahagian daripada yang utama - yang berfungsi untuk membawa badan eksekutif ke keadaan asalnya. Sistem pemunggahan adalah reaktif, elektromagnet dan graviti.
Saya berjanji untuk bercakap mengenai sistem pemunggahan pada musim gugur yang lalu, dan ternyata mengurangkan tiga tahun kanonik menunggu beberapa kali. Keinginan untuk menulis jawatan semakin kuat selepas Philip Terekhov, lozga , menulis dengan sangat bijak tentang penggerak dan penderia sistem orientasi kapal angkasa. Mengambil peluang ini, saya mengesyorkan anda membaca Philip's LiveJournal - pada pendapat saya, ini adalah blog sains popular Rusia yang terbaik tentang ruang. Tetapi kepada titik.

Penafian
Seperti biasa, saya tidak boleh melakukannya tanpa garis bahawa "moped bukan milik saya" - kerja utama saya berkaitan dengan sistem pendorong kapal angkasa. Tetapi kursus "Sistem orientasi untuk kapal angkasa" telah diajar kepada kami di jabatan asas 533 dengan jiwa, dan saya telah diserapkan dengannya. Oleh itu, saya akan cuba menulis nota mengenai topik yang berkaitan, sebahagian besarnya berdasarkan abstrak dan monograf Vladimir Nikolaevich Vasiliev.
Dan inilah satu lagi perkara: VNIIEM hanya berfungsi dengan sistem orientasi roda tenaga dan sistem pemunggahan elektromagnet (sistem orientasi "bukan perbelanjaan" proprietari), yang perlu kami tangani dalam kerja kami. Saya tahu tentang segala-galanya daripada membaca sastera.

Keperluan untuk sistem pemunggahan
Dalam baris pertama surat itu, seseorang tidak boleh melakukan tanpa merujuk kepada cerita tentang enjin roda tenaga dan gyrodynes, di mana prinsip operasi diterangkan dengan lebih terperinci, terdapat contoh dan ilustrasi.
Sistem orientasi roda tenaga. Segala-galanya mudah di sini - motor roda tenaga mencipta tork kawalan hanya semasa pecutan (atau brek) pemutar. Pada kelajuan tetap momen putaran sama dengan sifar. Oleh itu, jika enjin menghasilkan tork untuk masa yang cukup lama, ia akan selamat mencapai kelajuan putaran maksimum (biasanya kira-kira 5000 rpm) - dan pada ketika ini pengeluaran tork akan berhenti, itu sahaja, roda tenaga tepu.
Saya meramalkan bantahan: bagaimana jika anda melepaskan masa itu arah bertentangan, maka kelajuan akan sama ada meningkat atau menurun (sehingga putaran masuk sebelah bertentangan) - dan tiada ketepuan akan berlaku. Masalahnya ialah beberapa gangguan yang menjejaskan kapal angkasa mempunyai tanda yang sama, dan roda tenaga kita perlu mengumpul momen mengganggu luaran, beransur-ansur mendapat momentum.

SPD-50 memutarkan MicroSatWhill “Kanopusa-V”
Contoh yang menarik ialah gangguan daripada enjin pembetulan orbit, yang vektornya tidak melalui pusat jisim. Saya pernah mensimulasikan bagaimana gangguan daripada enjin SPD-50 (14 mN tujahan) cuba menepu empat roda tenaga kecil Canopus-V - mereka tidak dapat melakukannya. Dan jika terdapat enjin K50-10.5 yang berjalan pada hidrazin dengan tujahan 0.5 N (pada permulaan operasi dengan tangki penuh), ketepuan akan berlaku pada minit kelima operasi enjin.
Sistem kuasa gyros. Di sini, sistem giroskop kuasa - gyrodynes - digunakan sebagai badan eksekutif. Kami akan mempertimbangkan sistem dua girodin yang sama, pemutarnya mempunyai momen kinetik G, dan paksi putaran bingkai adalah selari:

Elektro sistem magnetik memunggah

Medan magnet bumi
Sistem jenis ini dibina di atas idea berfaedah yang sama seperti kompas - tork kawalan timbul daripada interaksi gegelung dengan arus dan medan magnet Bumi.
Sebagai peraturan, terdapat tiga gegelung pada kapal angkasa - satu untuk setiap paksi orientasi. Penggulungan gegelung, sudah tentu, pendua. Sifat magnet gegelung dicirikan oleh momen magnetnya, yang dinyatakan dalam Am 2.
Medan geomagnet di orbit berhampiran Bumi menyerupai bentuk epal yang masak, paksinya terpesong 11.5 darjah dari paksi putaran planet kita. Semua talian kuasa melalui dua kutub magnet, terletak di Artik dan Antartika, oleh itu, di kawasan kutub Bumi, garis medan lebih biasa dan amplitud medan magnet di sana adalah dua kali lebih tinggi daripada di khatulistiwa. Sebagai rujukan, izinkan kami memaklumkan anda bahawa di khatulistiwa amplitud medan geomagnet ialah 31 µT, dan berhampiran kutub 62 µT. Medan magnet berkurangan secara berkadar dengan kubus paksi semimajor orbit satelit.
Untuk mengira tork kawalan dari gegelung magnet, kami menggunakan formula:
M = P x B,
di mana M ialah tork kawalan [dalam Nm], P – momen magnetik gegelung [Am 2 ], B ialah medan magnet Bumi [T]. Dan inilah kemuncak formula dalam huruf tebal dan ikon “x” memberitahu kami bahawa formula ditulis dalam vektor dan kita bercakap tentang O produk vektor, yang mengikut definisi ialah vektor dengan modulus:
M=PBsin α,
di mana α ialah sudut antara vektor.
Jika kita ingat bahawa sinus 0 ialah 0, dan sinus 90 darjah adalah satu, menjadi jelas bahawa adalah yang terbaik untuk menghasilkan tork di sepanjang paksi menggunakan gegelung, berserenjang dengan vektor aruhan magnet. Dan sebaliknya, jika paksi gegelung magnet bertepatan dengan arah talian kuasa medan magnet Bumi - gegelung sedemikian tidak akan menghasilkan tork. Ia adalah had ini (pergantungan tork bukan sahaja pada arus dalam gegelung, tetapi juga pada koordinat geografi Kapal angkasa) tidak membenarkan penggunaan sistem orientasi magnet semata-mata untuk satelit penderiaan jauh Bumi dari keperluan yang tinggi dari segi ketepatan.
Selain itu, untuk tidak membazir elektrik, memunggah menggunakan gegelung magnet dihasilkan di kawasan kutub Bumi (ingat, saya mensimulasikan separuh revolusi penerbangan Canopus-B - maka tork dari roda tenaga masih akan ditetapkan semula), dan sejak zaman sistem pemunggahan analog, magnetometer telah dimasukkan dalam sistem untuk menentukan "apabila sudah mungkin untuk menghidupkan elektromagnet" .
Berikut ialah contoh blok sistem pemunggahan elektromagnet yang dibangunkan oleh SPUTNIX:

Sistem pemunggahan graviti

SC "Gonets-M"
Jika anda melihat kapal angkasa Gonets-M, joran itu menarik perhatian anda sistem graviti orientasi, dipasang pada bahagian bawah bahagian atas petak bertekanan. Hakikatnya adalah bahawa medan graviti Bumi cenderung untuk meletakkan sebarang produk berbentuk seperti dumbbell dalam kedudukan menegak, dan mengekalkannya dalam kedudukan itu. Jika anda mengambil dan memusingkan Gonets-M dalam nada atau bergolek walaupun pada sudut yang kecil, medan graviti Bumi akan serta-merta mencipta detik yang cenderung untuk memusingkan satelit ke belakang. Ini sebenarnya bagaimana sistem orientasi Gonz-M direka.
Untuk memunggah gyrodynes stesen orbit Mir dan Skylab, prinsip yang sama digunakan - semasa jeda dalam operasi peralatan saintifik, orientasi stesen berubah sedemikian rupa sehingga medan graviti mencipta momen yang memunggah sistem gyrodyne. Selepas momentum sudut ditetapkan semula, orientasi stesen telah dipulihkan. Ini sangat menjimatkan bendalir kerja enjin jet sistem orientasi stesen. Saya tidak boleh mengatakan sama ada pemunggahan graviti digunakan di ISS.

Pendekatan universal RCC "Kemajuan"

SC "Resurs-P"
Satu contoh pendekatan pakar dari Pusat Roket dan Angkasa Kemajuan (Samara) untuk memunggah kompleks enam giroskop kuasa kapal angkasa Resurs-P meninggalkan kesan mendalam dan menerangkan: bagaimana Resurs-DK1, dibangunkan di Samara, telah terbang selama sembilan tahun dan bukannya tiga dan masih dalam perkhidmatan.
Jadi, dalam sistem kawalan gerakan Albatross, yang berikut digunakan untuk memunggah gyrodin:
- sistem untuk melegakan tork kinetik berdasarkan gegelung magnet (dibangunkan oleh JSC NIIEM);
- mengawal enjin jet dan mengawal suspensi gimbal ruang enjin utama sistem pendorong bersepadu;
- penempatan semula panel solar boleh digunakan (untuk "Yantars" orbit rendah ini adalah cara pelepasan tork aerodinamik dijalankan).
Secara umum, seperti dalam kes sistem bekalan kuasa, seseorang boleh belajar daripada Progress bagaimana untuk berjuang untuk kemandirian.

"Beri saya titik tumpu, dan saya akan membalikkan Bumi," - jadi, menurut legenda, kata Archimedes, menjelaskan secara saintifik prinsip tuil yang difahami secara intuitif. Tetapi dalam ruang hampa tidak ada sokongan. Dan satelit memerlukan panel suria untuk melihat Matahari, antena untuk melihat Bumi, kamera untuk melihat bahagian menarik Marikh, dan enjin untuk membetulkan orbit untuk menunjuk tepat pada titik tertentu di angkasa. Anda perlu membuat sesuatu untuk bergantung pada kekosongan.

Pendorong sikap

Pilihan yang paling jelas ialah memasang enjin kecil khas yang akan mengawal orientasi peranti:

Pendorong Sikap Modul Lunar

Motor boleh dibuat berkuasa untuk memusing kenderaan berat atau berputar lebih laju, atau sangat lemah untuk membelok dengan sangat tepat. Mereka mempunyai berat yang agak kecil dan tidak memerlukan elektrik apabila tidak digunakan. Segala-galanya akan baik-baik saja, tetapi untuk beralih, anda perlu membelanjakan bahan api, dan sentiasa ada jumlah yang terhad. Dan enjin itu sendiri mempunyai sekatan pada bilangan permulaan dan jumlah masa operasi.
Pendorong sikap juga boleh digunakan untuk gerakan orbit, terutamanya jika dok dirancang. Enjin pendorong hanya boleh menolak kenderaan ke satu arah, tetapi dengan bantuan enjin sikap ia boleh dialihkan di sepanjang semua paksi.

Kelebihan:

Kesederhanaan.

Sediakan orientasi sepanjang ketiga-tiga paksi.

Jisim yang agak kecil.

Fleksibiliti: Motor berkuasa atau sangat tepat boleh dibuat.

Boleh digunakan untuk bergerak di orbit.

Mereka boleh kekal dimatikan untuk masa yang lama.

Kelemahan:

Penggunaan bahan api.

Had bilangan permulaan dan jumlah masa operasi.

Pencemaran persekitaran radas dengan bahan api terbakar (mungkin relevan untuk teleskop).

Pendorong sikap biasanya digunakan di mana perubahan orientasi kenderaan yang aktif, agak jarang berlaku atau jangka pendek diperlukan. Oleh itu, ia ditemui pada semua kenderaan yang dikendalikan, dan biasanya lebih disukai stesen antara planet, yang terbang selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun dalam mod tidur, mengekalkan orientasi yang dibina.

Motor untuk tambatan dan orientasi kapal angkasa Soyuz di MAKS-2005. Merah - penutup pelindung yang ditanggalkan sebelum penerbangan

Operasi kapal angkasa Soyuz semasa berlabuh dengan ISS dalam pembiakan dipercepatkan

Penstabilan putaran

Sejak zaman kanak-kanak, kita semua telah mengetahui keupayaan gasing untuk mengekalkan kedudukan menegak. Jika anda memutarkan kapal angkasa, ia akan berkelakuan dengan cara yang sama, mengekalkan penstabilan di sepanjang paksi putaran.

Jika kami berpuas hati dengan penstabilan sepanjang satu paksi, kami tidak akan memutarkan peranti masuk sisi yang berbeza dan mengambil gambar pendedahan yang panjang, kaedah ini boleh menjadi sangat menjimatkan.

Kelebihan:

Kesederhanaan.

Jimat - kami berputar sekali dan berputar selama berabad-abad.

Kelemahan:

Penstabilan pada satu paksi sahaja.

Peranti tidak boleh diputar.

Putaran mungkin mengganggu operasi peralatan.

Dari segi sejarah, orang Amerika sangat menyukai penstabilan putaran. Semua probe program Pioneer telah distabilkan dengan putaran. Pada peranti pertama ini dilakukan kerana kapasiti tampung roket yang rendah - adalah mustahil untuk menstabilkan Pioneer-4 seberat enam kilogram menggunakan kaedah lain menggunakan teknologi 1959. Penstabilan putaran Perintis -10 dan -11 kelihatan seperti penyelesaian yang sangat baik - jika pergerakan orbit Bumi sesuai dengan corak sinaran antena, probe sentiasa "bersentuhan", tanpa membuang satu auns bahan api dan tanpa rasa takut kegagalan orientasi sistem. Kedua-dua probe Pioneer-Venera telah distabilkan melalui putaran, mungkin di luar kebiasaan - pada salah satu daripadanya antena diputar secara mekanikal untuk menghala ke Bumi, yang tidak lagi kelihatan sangat rasional.
Sebagai tambahan kepada stesen antara planet, Amerika secara meluas menggunakan putaran peringkat atas. Dalam kes ini, peringkat atas propelan pepejal tidak diperlukan sistem berasingan orientasi.

Melancarkan satelit daripada blok memecut PAM-D dari Space Shuttle (lihat dari 4:06)

Selepas pecutan, adalah mungkin untuk memperlahankan putaran menggunakan undang-undang pemuliharaan momentum sudut ( contoh dalam graviti sifar, contoh pada pengedap) - beban kecil dilepaskan pada kabel dan memperlahankan putaran peranti.

Roda tenaga (roda tindak balas)

Sama seperti kucing, yang apabila jatuh, memutar ekornya ke arah yang bertentangan dengan pusingan badannya, kapal angkasa boleh mengawal orientasinya menggunakan roda tenaga. Sebagai contoh, jika kita ingin memutarkan peranti mengikut arah jam:

Keadaan awal: peranti pegun, roda tenaga pegun.

Kami memutar roda tenaga lawan jam, peranti mula berputar mengikut arah jam.

Apabila kita telah beralih ke sudut yang dikehendaki: kita menghentikan putaran roda tenaga, peranti berhenti.

Jika roda tenaga sudah berputar, maka dengan menukar kelajuannya, kita boleh mencipta daya yang memusingkan peranti. Dalam video ini, anda boleh menentukan mengikut pic putaran roda tenaga yang mengurangkan kelajuan putaran (bunyi rendah) menghasilkan daya yang memusingkan platform mengikut arah jam, meningkatkan kelajuan (bunyi lebih tinggi) - melawan (tonton dari 1:44) :

Penggunaan roda tenaga membolehkan anda membelok dengan ketepatan yang tinggi dan elakkan pembaziran bahan api yang berharga. Tetapi seperti yang lain sistem teknikal, roda tenaga mempunyai kelemahannya. Pertama sekali, satu roda tenaga hanya boleh memutar peranti di sepanjang satu paksi. Untuk mengawal sepenuhnya orientasi peranti, tiga roda tenaga diperlukan. Dan memandangkan keperluan untuk tempahan, enam atau lebih. Juga, kelajuan pusingan adalah berkadar terus dengan jisim roda tenaga dan kelajuan putarannya dan berkadar songsang dengan jisim radas. Bercakap dalam bahasa mudah, bagaimana lebih jisim radas, semakin berat roda tenaga itu sepatutnya. Selain itu, mana-mana roda tenaga mempunyai kelajuan putaran maksimum dan boleh pecah jika ia dipusing terlalu banyak. Dan jika daya yang mengganggu bertindak pada radas dalam satu arah, maka roda tenaga akhirnya akan mencapai kelajuan maksimumnya, dan ia perlu dipunggah oleh beberapa sistem lain. Dan akhirnya, seperti mana-mana mekanik, roda tenaga akan haus dari semasa ke semasa dan boleh gagal.

Kelebihan:

Tidak memerlukan penggunaan bahan api.

Membenarkan penyasaran peranti yang sangat tepat.

Kelemahan:

Tidak sesuai untuk gerakan aktif, putaran agak perlahan.

Satu lagi sistem orientasi diperlukan untuk melegakan roda tenaga.

Lama kelamaan mereka haus dan gagal.

Setiap gandar memerlukan sekurang-kurangnya satu roda tenaga.

Roda tenaga sangat berfaedah jika kita sering terpaksa mengubah hala kenderaan tanpa mengubah orbitnya. Oleh itu, roda tenaga berdiri teleskop orbit. Sebagai contoh, Hubble mempunyai empat roda tenaga, menyediakan kawalan berlebihan di sepanjang dua paksi. Hubble tidak mempunyai tugas untuk berputar di sekeliling paksinya, jadi roda tenaga digunakan untuk memutarkan teleskop ke atas/bawah dan kanan/kiri.

Salah satu roda tenaga teleskop Hubble

Gyrodine (Giroskop momen kawalan)

Keupayaan bahagian atas untuk mengekalkan kedudukan menegak boleh digunakan dalam satu cara lagi - anda boleh bersandar padanya (dari 1:10):

Jika anda meletakkan bahagian atas seperti itu dalam sistem penggantungan, anda boleh "bersandar" padanya dan belok ke arah yang dikehendaki. Reka bentuk sedemikian dipanggil giroskop kuasa atau gyrodynes. Perbezaan utama antara gyrodyne dan roda tenaga ialah roda tenaga dipasang dengan tegar pada satu paksi dan mengawal orientasi dengan menukar kelajuan putarannya. Gyrodine dipasang dalam penggantungan, yang boleh berputar dalam satu atau beberapa satah, dan mungkin tidak mengubah kelajuan putarannya. Dalam video ini anda boleh melihat dengan jelas pergerakan gimbal, walaupun pada hakikatnya pic putaran gyrodine tidak berubah.

Dari sudut kefungsian, gyrodyne ialah roda tenaga "maju". Gyrodynes lebih cekap daripada roda tenaga konvensional, tetapi juga lebih kompleks. Mereka boleh mengawal orientasi kenderaan yang lebih berat, tetapi berkongsi kelebihan dan kekurangan roda tenaga. Video ini menunjukkan bahawa gyrodynes, seperti roda tenaga, perlu dipunggah - apabila paksi penggantungan tidak boleh berputar lagi, basikal mula jatuh:

Kelebihan:

Sama seperti roda tenaga.

Lebih cekap daripada roda tenaga, gyrodyne dengan jisim yang sama boleh mengawal orientasi kenderaan yang lebih berat.

Kelemahan:

Sama seperti roda tenaga.

Lebih kompleks daripada roda tenaga.

Gyrodynes, kerana keberkesanannya, digunakan dalam stesen orbit. Sebagai contoh, di ISS terdapat empat gyrodynes, setiap satu seberat 300 kg.

Menggantikan gyrodine pada ISS

Sistem kawalan sikap elektromagnet

Medan magnet bumi mampu memusingkan jarum kompas, yang bermaksud daya ini boleh digunakan untuk mengawal orientasi kapal angkasa. Jika anda meletakkannya pada satelit magnet kekal, Itu daya berkesan akan menjadi tidak terkawal. Dan jika anda memasang gegelung solenoid, maka dengan membekalkan arus kepada mereka, anda boleh mencipta tork kawalan yang dikehendaki:

Tiga solenoid dipasang satah serenjang, membolehkan anda mengawal orientasi satelit di sepanjang ketiga-tiga paksi. Lebih tepat lagi, mereka menyediakan pengurusan yang baik sepanjang dua paksi, cuba meletakkan peranti seperti jarum kompas. Kawalan di sepanjang paksi ketiga disediakan dengan menukar arah medan magnet Bumi semasa penerbangan peranti di orbit.

Panduan elektromagnet tidak boleh tepat kerana turun naik rawak dalam medan magnet Bumi, dan keberkesanannya berkurangan dengan ketinggian. Dan secara umum, daya yang dicipta oleh solenoid adalah kecil. Juga, penggunaannya terhad kepada benda angkasa dengan cukup kuat medan magnet, sebagai contoh, di orbit Marikh, mereka boleh dikatakan tidak berguna. Tetapi solenoid tidak mengandungi bahagian yang bergerak, tidak membazir bahan api dan menjimatkan tenaga.

Kelebihan:

Kesederhanaan.

Tidak memerlukan bahan api.

Jisim kecil.

Ia tidak mengandungi bahagian yang bergerak dan hampir bebas haus.

Kelemahan:

Pasukan kawalan kecil.

Ketepatan rendah.

Memerlukan medan magnet badan angkasa, di sekeliling peranti itu mengorbit.

Kecekapan bergantung pada ketinggian.

Orientasi elektromagnet digunakan sebagai yang utama pada kiub dan peranti kecil lain. Ia juga sering digunakan untuk memunggah roda tenaga atau gyrodynes. Sebagai contoh, teleskop Hubble menggunakan roda tenaga sebagai sistem orientasi utama, dan memunggahnya dengan sistem elektromagnet.

Contoh solenoid untuk kapal angkasa. Laman web pengeluar mendakwa bahawa lebih daripada 80 solenoid telah dipasang pada pelbagai satelit

Penstabilan graviti

Daya tarikan dua jasad adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara keduanya. Oleh itu, jika pasangan kita memanjangkan tiang panjang dengan beban, maka "dumbbell" yang terhasil akan cenderung mengambil kedudukan menegak apabila ia Bahagian bawah akan tertarik ke Bumi sedikit lebih kuat daripada yang teratas. Di sini pemodelan komputer 1963 (!), menunjukkan kesan ini:

Dalam bahagian pertama video, satelit mengambil kedudukan yang stabil di sepanjang paksinya ke Bumi. Pada hakikatnya, gangguan rawak akan mengganggu keseimbangan ideal, dan satelit akan berayun di sekeliling paksinya, jadi sistem sedemikian biasanya ditambah dengan peredam. Bekas kecil cecair akan menukar tenaga getaran kepada haba dan "menenangkan" satelit.

Kelebihan:

Sistem yang sangat mudah.

Orientasi dibina secara pasif, tanpa sistem kawalan.

Kelemahan:

Orientasi dibina perlahan-lahan disebabkan oleh kelemahan daya yang bertindak ke atas badan.

Ketepatan rendah.

Terdapat hanya satu jenis orientasi - paksi ke pusat Bumi.

Kesannya berkurangan dengan ketinggian.

Satelit boleh terbalik berbanding dengan orientasi yang diingini.

Sistem orientasi graviti digunakan terutamanya pada kenderaan kecil yang tidak memerlukan penstabilan yang tepat. Ia sangat sesuai untuk beberapa jenis cubesats sebagai contoh, satelit Yubileiny dilengkapi dengannya:

Penstabilan aerodinamik

kesan tapak kaki atmosfera bumi boleh dilihat walaupun melebihi seratus kilometer, dan kelajuan tinggi satelit bermakna ia akan diperlahankan lebih lama. Biasanya daya ini sangat mengganggu, kerana satelit melambatkan pecutan agak cepat, turun lebih rendah dan terbakar dalam lapisan atmosfera yang padat. Tetapi, bagaimanapun, ini adalah kuasa yang sentiasa bertindak terhadap vektor kelajuan orbit, dan ia boleh digunakan. Eksperimen pertama telah dijalankan pada tahun 60-an. Di sini, sebagai contoh, adalah kapal angkasa domestik "Cosmos-149", yang dilancarkan pada tahun 1967:

Orbit rendah, di mana daya aerodinamik paling besar, adalah tempat yang tidak mesra. Tetapi kadangkala perlu berada di sana untuk ketepatan pengukuran yang lebih besar. Penyelesaian yang sangat cantik digunakan dalam satelit GOCE, yang mengkaji medan graviti Bumi. Orbit rendah (~260 km) dibuat sistem yang berkesan penstabilan aerodinamik, dan untuk mengelakkan satelit daripada terbakar terlalu cepat, ia sentiasa dipercepatkan oleh enjin ion kecil. Peranti yang dihasilkan mempunyai sedikit persamaan dengan satelit konvensional, malah seseorang memanggilnya sebagai "Ferrari satelit":

Terima kasih kepada enjin ion GOCE dapat bekerja dari 2009 hingga 2013, menghasilkan peta graviti Bumi yang paling terperinci.

Kelebihan:

Daya aerodinamik adalah percuma dan tidak memerlukan sistem khas pengurusan.

Kelemahan:

Sesuatu perlu dilakukan untuk mengelakkan satelit daripada cepat terbakar di lapisan atmosfera yang padat.

Kekuatan bergantung pada ketinggian.

Orientasi sepanjang satu paksi adalah mungkin.

Layar solar

Untuk membina orientasi, anda juga boleh menggunakan tekanan cahaya matahari. Layar solar biasanya dianggap sebagai kaedah pendorongan, tetapi satelit bentuk kompleks dengan antena dan panel solar Matahari juga akan bertindak. Ini boleh dilihat sebagai gangguan dengan sistem kawalan sikap lain, atau, jika pereka bentuk telah mengira tork terlebih dahulu, ia boleh digunakan untuk membantu membina sikap satelit. Sudah pada tahun 1973, probe Mariner 10, yang pergi ke Venus dan Mercury, menggunakan tekanan solar untuk merancang orientasi peranti. Kepintaran Makmal Fizik Atmosfera dan Angkasa adalah memberi inspirasi - apabila dua daripada empat roda tenaga pada teleskop Kepler gagal, makmal membangunkan cara untuk membina orientasi menggunakan dua roda tenaga dan tekanan suria yang tinggal supaya teleskop melihat empat kawasan secara berurutan ruang setahun:

Projek domestik Regatta-Plasma, yang dibangunkan pada tahun 90-an, sangat menarik. Dengan bantuan layar penstabil suria dan kemudi berputar, peranti itu menempati kedudukan ke arah Matahari dan, jika perlu, boleh dipintal:

Malah sekarang sistem sedemikian akan menjadi unik dan sangat menarik; sayangnya projek itu ditutup.

Kelebihan:

Tekanan solar bebas sepenuhnya.

Kelemahan:

Adalah mustahil untuk membina orientasi sewenang-wenang di sepanjang tiga paksi.

Tidak berfungsi di bawah naungan, yang penting, sebagai contoh, untuk orbit Bumi rendah.

Kesimpulan

Untuk daya yang bergantung pada ketinggian penerbangan, terdapat graf anggaran:

Video lain dengan kucing dan gyrodynes NASA sebenar.
Lagi video kompleks pada topik yang sama - "Reka bentuk sistem orientasi dan penstabilan" daripada komuniti "Sektor ruang anda".

Mengikut tag, penerbitan tentang enjin, bahan api, tangki, kemudahan pelancaran dan perkara serupa yang menarik, tetapi tidak begitu ketara kerana kebiasaannya.