Inapakua mifumo ya mwelekeo wa vyombo vya angani. Mifumo ya mwelekeo na utulivu kwa satelaiti ndogo

Ikiwa satelaiti haina mfumo wa mwelekeo, basi baada ya kuwekwa kwenye obiti hufanya harakati ngumu ya mzunguko kama vile "kuanguka" chini ya ushawishi wa nguvu za aerodynamic, mvuto, magnetic, na mionzi. Asili ya mzunguko wa satelaiti inaweza kubadilika polepole. Kwa mfano, setilaiti ya silinda, ambayo ilipokea mzunguko kuzunguka mhimili wa longitudinal wakati wa kutenganishwa na gari la uzinduzi, huwa na tabia ya kuanza kuzunguka mhimili unaovuka baada ya muda, kama propela.

Ushawishi wa uga wa sumaku wa Dunia mara nyingi hutumiwa kupunguza kasi ya mzunguko wa mwanzo wa satelaiti. Hasa, ikiwa utaweka sumaku yenye nguvu ya kudumu kwenye bodi ya satelaiti, iliyowekwa kwenye fani zinazounda msuguano mkubwa, basi hamu ya sumaku ya utulivu katika uwanja wa sumaku itasababisha satelaiti inayozunguka mhimili wake kupungua haraka (kwenye wakati huo huo fani huwa moto sana). Mfumo kama huo ulitumiwa kwa mafanikio katika satelaiti ya anga ya Soviet Kosmos-215.

Nafasi ya angular (mwelekeo) ya satelaiti inadhibitiwa kwa kutumia nozzles za ndege, kama ilivyoelezewa katika

§ 5 sura. 3. Katika mifumo ya mwelekeo, sensorer za infrared mara nyingi hutumiwa kuchunguza mionzi ya joto uso wa dunia na kwa njia hii kuchunguza mstari wa upeo wa macho, na kwa hiyo kuamua wima wa ndani. Mfumo kama huo wa utulivu hutumiwa, kwa mfano, katika satelaiti za hali ya hewa za Amerika za safu ya Nimbus, kamera za runinga ambazo lazima ziangalie Dunia kila wakati.

Wengi kwa njia rahisi Utulivu unapatikana kwa kuwaambia setilaiti kuzunguka kwenye mhimili wa ulinganifu. Shukrani kwa athari ya gyroscopic, mhimili wa satelaiti, licha ya usumbufu, utaelekea kudumisha mwelekeo wake kuhusiana na nyota bila kubadilika. Lakini sio jamaa na Dunia! Satelaiti za hali ya hewa za Amerika "Tiros" zilielekezwa kwa njia hii. Kama matokeo, satelaiti hazikuanguka, ambayo ilifanya iwezekane kupata makumi ya maelfu ya picha za mawingu ya Dunia, lakini kwa sehemu kubwa ya obiti kamera ziliweza kupiga picha tu ya ulimwengu.

KATIKA Hivi majuzi Njia ya passiv ya mwelekeo wa wima wa satelaiti, kulingana na kuwepo kwa gradient ya mvuto, inaenea. Setilaiti iliyoinuliwa huelekea kuzunguka katikati ya misa ili mhimili wake wa longitudinal uwe wima. Hii hutokea kwa sababu mwisho wa satelaiti ambayo iko mbali zaidi na Dunia inavutiwa na Dunia kwa nguvu kidogo kuliko mwisho ambao ni mbali kidogo. Ikiwa, wakati wa kuweka satelaiti kwenye obiti, unaizunguka polepole, ambayo itafanya mapinduzi moja kuzunguka katikati ya misa wakati wa kuruka moja kwa Dunia, basi satelaiti itazunguka Dunia, imewekwa wima, kama Mwezi. , daima inakabiliwa na Dunia na moja ya pande zake ( hii inaelezewa na ukweli kwamba Mwezi pia umeinuliwa kwa kiasi fulani kando ya mstari wa Dunia-Mwezi). Ikiwa mzunguko haujapitishwa kwa usahihi kwa satelaiti, basi itaanza kuzunguka kuhusiana na wima, ambayo italazimika kupunguzwa na vifaa maalum.

Satelaiti nyingi hazina umbo la kuinuliwa, na zina vifaa vya fimbo inayoweza kuanguka mita kadhaa (au hata makumi ya mita) kwa muda mrefu na wingi mwishoni. Baa huzunguka katika nafasi katika mwelekeo kutoka katikati ya Dunia. Kifaa nzima kina vifaa vya damper ya aina ya spring ili kupunguza vibrations (Mchoro 51, a, b).

Kinadharia, kipenyo cha mvuto hutoa setilaiti iliyoinuliwa inayosogea katika obiti ya duara yenye nafasi mbili za usawa kando na ile iliyoelezewa ya radial (inaweza kuitwa "ilizungumza kwenye gurudumu"). Hizi ni nafasi kando ya vekta ya kasi ("boom") na kwenye vekta ya kasi - perpendicular kwa maelekezo mawili ya awali ("kuelea"). Lakini nafasi hizi mbili hazina msimamo kuhusiana na usumbufu wa nje: mwako kwenye Jua unatosha - na satelaiti itaanza kugeukia kwenye nafasi ya "spokes kwenye gurudumu". Jinsi hii inaweza kuwa muhimu, tutaona katika § 1 ya Sura. 7.

Mfumo wa uimarishaji wa uvutano ulijaribiwa na kisha kutumika kwenye satelaiti nyingi. Hizi ni "Triad", "Traak", "GEOS-1, -2", "Eol", satelaiti za safu ya ATS, "Explorer-38" (viboko vinne vya mashimo ya mvuto na urefu unaounda antena za darubini za redio zenye umbo mbili, na fimbo ya uchafu 96 m urefu ) na wengine. Vijiti kadhaa vinavyoweza kupanuka na kujiondoa huruhusu setilaiti kuimarika pamoja na shoka tatu na kuzungushwa 180° hadi eneo jipya. msimamo thabiti(satelaiti ya majaribio "Dodge"). Kwenye satelaiti nyingi, pamoja na mwelekeo wa mvuto, mwelekeo wa sumaku hutumiwa.

Mchele. 51. Setilaiti zilizo na mifumo ya uimarishaji tulivu: a) Setilaiti ya urambazaji ya Marekani “1963-22A”, b) Setilaiti ya utafiti ya Marekani “Traak”; c) Satelaiti ya hali ya hewa ya Soviet, "Cosmos-149" ("Mshale wa Cosmic").

Njia za passiv ni pamoja na utulivu wa aerodynamic. Mhimili wa longitudinal wa satelaiti unaweza kuelekezwa kwa mwelekeo wa kukimbia kwake ikiwa utulivu umewekwa kwenye mkia wa satelaiti, ambayo ina "upepo" mkubwa zaidi kuliko satelaiti yenyewe (kulingana na kanuni ya boom ya manyoya). Kituo cha hali ya hewa cha Soviet kilikuwa na mfumo wa utulivu wa aerodynamic.

satelaiti "Cosmos-149" (1967, Mchoro 51, c). Katika kesi hii, uimarishaji wa satelaiti katika roll (kuondoa mzunguko karibu na mhimili wa longitudinal) ulipatikana kwa kutumia gyroscopes mbili. Matokeo yake, dirisha la vifaa vya televisheni vya setilaiti kila mara lilielekezwa kuelekea Dunia. Satelaiti ya Kosmos-320 (1970) pia ilikuwa ya aina hii.

Mwelekeo wa satelaiti za anga za juu hufanywa kwa kutumia udhibiti wa mwongozo au moja kwa moja. Kwa mfano, mwanaanga anaweza kugeuza chombo cha Soyuz kwa njia ya kiholela kulingana na mwelekeo wa kuruka kwake. Anahukumu mwelekeo huu kulingana na usomaji wa sensor ya vector ya kasi ya ion.

Kwa kumalizia, hatuwezi kushindwa kutaja jambo muhimu la kinadharia: harakati za mzunguko satelaiti inahusiana kwa karibu na yake harakati za mbele, au mwendo wa satelaiti inayohusiana na katikati ya misa inahusishwa na mwendo wa katikati ya molekuli yenyewe. Uunganisho huu, ulioanzishwa na uchambuzi wa equations halisi za mwendo, unaonekana wakati saizi kubwa satelaiti

Wacha, kwa mfano, satelaiti ndefu ya mstatili na misa kubwa inayofanana kwenye ncha ("dumbbell") isogee kwenye mzunguko wa mviringo kuzunguka Dunia katika nafasi ya "kuzungumza kwenye gurudumu". Wacha tuigeuze kwa kutumia mfumo wa mwelekeo kwa nafasi ya "mkuki". Jumla nguvu ya uvutano, kaimu kwenye satelaiti, kama ifuatavyo kutoka kwa sheria mvuto wa ulimwengu wote, sasa itapungua na satelaiti itahamia kwenye obiti ya elliptical. (Msomaji atasadikishwa na kile ambacho kimesemwa kwa kufanya mahesabu ikiwa, akipuuza wingi wa fimbo ya "dumbbell", atachukua urefu wake, tuseme, sawa na urefu wa obiti ya awali sawa na au wapi eneo la radius. dunia.)

Kwa msaada wa mfumo wa mwelekeo, obiti pia inaweza kubadilishwa katika matukio ya nguvu tofauti kabisa za asili. Kwa mfano, upinzani wa angahewa unaweza kubadilika wakati nafasi ya satelaiti inabadilika kulingana na mtiririko unaokuja, na nguvu ya shinikizo. mwanga wa jua- wakati wa kubadilisha mwelekeo wa gari na meli ya jua; hii inaonekana katika obiti.

Kutoa nafasi fulani ya axes ya kifaa kuhusiana na maelekezo fulani maalum. Mahitaji ya mfumo huu ni kutokana na kazi zifuatazo:

Kazi zinazofanywa na kifaa zinaweza kuhitaji mwelekeo wa kudumu na mwelekeo wa muda mfupi. Mifumo elekezi inaweza kutoa mwelekeo wa mhimili mmoja au kamili (triaxial). Mifumo elekezi ambayo haihitaji nishati inaitwa passiv, ni pamoja na: mvuto, inertial, aerodynamic, nk. Mifumo hai ni pamoja na: injini za ndege mwelekeo, gyrodynes, flywheels, solenoids, nk, zinahitaji nishati iliyohifadhiwa kwenye bodi ya kifaa. Katika anga za anga za watu, pamoja na mifumo ya udhibiti wa mtazamo wa kiotomatiki, mifumo inayodhibitiwa kwa mikono hutumiwa.

Sensorer [ | ]

Sensorer za kielektroniki-macho kwa kawaida hutumiwa kama vitambuzi vya eneo la sasa la kifaa, kwa kutumia marejeleo mbalimbali. miili ya mbinguni: , Dunia, Mwezi, nyota. Wigo unaoonekana au wa infrared hutumiwa, pili ni rahisi zaidi, kwa mfano kwa Dunia, kwa kuwa katika eneo la infrared la wigo siku na usiku pande tofauti kidogo.

Kando na vitambuzi vya macho, vitambuzi vya ioni, vitambuzi vya uga wa sumaku wa Dunia, na vitambuzi vya gyroscopic vinaweza kutumika.

Mfumo wa utulivu[ | ]

Wakati wa mpito kutoka kwa obiti moja hadi nyingine, au mpito kwa trajectory ya kushuka, wakati mfumo mkuu wa propulsion unaendesha, ni muhimu kuweka mwelekeo wa shoka za gari bila kubadilika. Ili kutatua tatizo hili ni lengo mfumo wa utulivu. Wakati wa utulivu, ukubwa wa nguvu zinazosumbua na wakati ni kubwa zaidi; fidia yao inahitaji matumizi makubwa ya nishati. Muda wa kukaa katika hali hii ni mfupi kiasi.

Kutokana na kufanana kwa kazi wanazofanya, mifumo ya utulivu na mwelekeo mara nyingi huunganishwa kwa sehemu, kwa mfano, hutumia sensorer sawa. Katika hali kama hizi tunaweza kuzungumza juu ya moja mfumo wa mwelekeo wa vyombo vya anga na uimarishaji.

Mifumo ya passiv[ | ]

Mifumo hii ni ya kiuchumi, lakini ina idadi ya mapungufu.

Mvuto [ | ]

Mfumo huu wa utulivu hutumia uwanja wa mvuto wa sayari; kwa Dunia, matumizi yake yanafaa kwa urefu wa obiti kutoka kilomita 200 hadi 2000 km.

Aerodynamic[ | ]

Matumizi ya mfumo huu inawezekana katika obiti za chini, ambapo kuna mabaki ya anga; kwa Dunia, hizi ni urefu kutoka 200 hadi 400 km. Kwa urefu wa zaidi ya kilomita 2500 inawezekana kutumia shinikizo miale ya jua kuunda mfumo sawa.

Usumakuumeme[ | ]

Kwa kufunga sumaku za kudumu kwenye bodi ya vifaa, inawezekana kufikia nafasi fulani ya kifaa kuhusiana na mistari ya nguvu ya shamba la sumaku la Dunia. Ikiwa solenoids hutumiwa badala ya sumaku za kudumu, basi udhibiti mzuri wa nafasi unawezekana; mfumo kama huo tayari ni wa kitengo cha zile zinazofanya kazi. Matumizi ya mifumo ya sumakuumeme kwa sayari zinazofanana na Dunia inawezekana katika mwinuko kutoka kilomita 600 hadi 6000.

Mifumo hai[ | ]

Mifumo wa aina hii zinahitaji matumizi ya nishati.

Vipu vya gesi [ | ]

Gyroscopes [ | ]

Kwa mwelekeo na utulivu wa mkubwa vyombo vya anga juu mizunguko ya stationary flywheels inertial na gyrodynes hutumiwa. Mzunguko wa flywheel kawaida hutolewa na motor ya umeme.

Uvumbuzi unahusiana na teknolojia ya anga na inaweza kutumika kuleta utulivu wa vyombo vya anga (SV). Mfumo wa uimarishaji wa chombo cha anga za juu una mfumo wa kusukuma na vioksidishaji wa duara na matangi ya mafuta, injini ya roketi, njia za kudhibiti lami na miayo zenye vihisi vya pembe na mchepuko. kuongeza kasi ya mstari na kasi, kupotoka kuongeza kasi ya angular na kasi, amplifier ya muhtasari, mashine za uendeshaji, vifaa vya kuunganisha, vitalu viwili vya mantiki, valves, motors za chini. Uvumbuzi huo unaboresha kuegemea kwa uimarishaji wa vyombo vya anga. 3 mgonjwa.

Uvumbuzi uliopendekezwa unahusiana na teknolojia ya anga na unakusudiwa kuhakikisha uthabiti wa hatua za juu za roketi na vyombo vya anga (SC).

Mifumo ya uimarishaji wa spacecraft inajulikana kuwa hutumia motors-flywheels za umeme kama vyombo vya utendaji vya mfumo wa utulivu, ambavyo viko kando ya shoka za utulivu na hutoa torque zenye nguvu za kudhibiti, ukubwa wake ambao umewekwa, kwa mfano, kulingana na ishara ya udhibiti (patent). SU 1839975, kipaumbele cha tarehe 26 Februari 1979). Mifumo hii imepata matumizi makubwa katika teknolojia ya nafasi, lakini matumizi yao yanahusishwa na vikwazo juu ya thamani ya juu ya wakati wa kurejesha, ambayo imedhamiriwa na kasi ya juu ya mzunguko wa flywheels, kwa hiyo, kwa usumbufu mkubwa, majibu ya utulivu. mfumo unaweza kuwa hautoshi. Hii inapunguza matumizi ya mifumo kama hiyo wakati wa kuimarisha hatua za juu za roketi.

Kuna mifumo inayojulikana ya uimarishaji wa vyombo vya angani ambayo hutumia injini za jeti zenye nguvu ya chini kama vyombo kuu vya mfumo wa uimarishaji, ambapo bidhaa za kawaida za mwako zinaweza kutumika kama giligili ya kufanya kazi. mafuta ya kemikali au gesi yoyote (S.I. Korolev, N.K. Matveev. Spacecraft ya mfululizo wa Zenit: Msaada wa kufundisha / Chuo Kikuu cha Ufundi cha Jimbo la Balt, St. Petersburg, 2005). Ukubwa wa torque iliyoundwa ya kurejesha inategemea kasi ya kutolea nje na mtiririko wa wingi wa maji ya kazi, na pia juu ya ukubwa wa mkono ambao nguvu ya traction ya injini hutumiwa.

Mifumo kama hiyo inaweza kuunda kiasi kikubwa kurejesha muda na kukabiliana haraka na mvuto unaosumbua, lakini haja ya kutumia usambazaji usioweza kurejeshwa wa maji ya kazi hupunguza muda wao wa maombi. Katika kesi hii, saizi inayowezekana ya mkono ambayo nguvu ya msukumo wa injini hutumiwa kwa kiasi kikubwa imedhamiriwa na mpangilio uliochaguliwa wa spacecraft. Kwa hivyo, kwa mfano, kuleta utulivu wa hatua za juu za roketi ndogo na za kati (RU), mpangilio wake ambao ni pamoja na kizuizi cha umbo la pete la mizinga na mpangilio wa kinyume wa diametric ukilinganisha na mhimili wa longitudinal wa block, mizinga miwili ya kioksidishaji cha spherical, mizinga miwili ya mafuta ya spherical na vyumba viwili vya chombo cha spherical, injini ya roketi ya sehemu mbili hutumiwa, iliyowekwa kwenye ufunguzi wa ndani wa kizuizi cha tank pamoja na mhimili wa longitudinal (hati RU 2043956, kipaumbele cha tarehe 23 Novemba 1993). Mpangilio huu ulitumika katika muundo wa kitengo cha nyongeza cha roketi ya Fregat. Kipengele cha chombo cha anga kuwa na mpangilio sawa ni kwamba mkono wa torque ya kudhibiti ni mdogo kwa sababu ya ukaribu wa fulcrum ya injini ya roketi hadi katikati ya wingi wa chombo. Zaidi ya hayo, pamoja na usumbufu kwa namna ya muda, usumbufu katika mfumo wa nguvu pia una thamani kubwa. Utumiaji wa injini ya roketi ya roketi iliyosanikishwa kwenye gimbal, na mkono mdogo wa kudhibiti ulioamuliwa na umbali kati ya kituo cha mvuto wa anga na hatua ya utumiaji wa nguvu kutoka kwa injini, kupata torque ya kudhibiti ili kuzuia usumbufu, inahitaji. pembe muhimu na kasi ya angular mzunguko wa chumba cha mwako wa injini. Hii bila shaka husababisha sehemu kubwa ya nguvu ya kusumbua ya pembeni (inayovuka). Hasara hizi hutolewa kwa sehemu wakati wa kusanikisha injini ya roketi kwenye kusimamishwa na uwezekano wa harakati ya ndege-sambamba ya kusimamishwa na injini kwenye ndege iliyo sawa na mhimili wa longitudinal wa spacecraft. Kusimamishwa huhamishwa kwa kutumia gia za uendeshaji. Mfumo wa utulivu wa chombo cha anga kilicho na mfumo wa kusukuma na mizinga ya duara ya kioksidishaji na mafuta, iko kwa ulinganifu kwa mhimili wa longitudinal wa spacecraft, na injini ya roketi iliyowekwa kwenye kusimamishwa karibu na katikati ya wingi wa chombo na uwezekano wa ndege. -Sambamba ya harakati ya kusimamishwa na injini katika ndege perpendicular kwa mhimili wa longitudinal wa spacecraft, ni analog ya karibu zaidi ya mfumo uliotangazwa wa uimarishaji wa spacecraft na ilichaguliwa kama mfano (patent RU 2090463, kipaumbele cha Septemba 20, 1997). Mfumo huo ni pamoja na chaneli ya kudhibiti lami na chaneli ya kudhibiti yaw, ambayo kila moja ina sensorer za kuongeza kasi ya mstari na kupotoka kwa kasi na sensorer za kasi ya angular na kupotoka kwa kasi, matokeo ambayo yameunganishwa kupitia amplifier ya muhtasari kwa pembejeo za gia za usukani ambazo hutoa ndege. - harakati sambamba za kusimamishwa na injini. Mfumo maalum wa utulivu ulitumiwa katika maendeleo ya hatua ya juu ya Fregat na inafanya uwezekano wa kuongeza usahihi wa utulivu katika hali ya marekebisho ya trajectory ya muda mfupi kwa kuongeza usahihi wa utulivu wa kasi ya transverse ya kituo cha spacecraft ya molekuli. Hata hivyo mfumo maalum haiondoi matatizo yaliyosalia ya uthabiti yaliyo katika usanidi huu wa chombo cha angani. Mojawapo ya shida hizi ni shida ya uzalishaji tofauti wa mafuta kutoka kwa kioksidishaji na matangi ya mafuta, ambayo inaweza kusababisha kuhama katikati ya mvuto wa chombo mwishoni mwa ujanja wa kufanya kazi hadi thamani muhimu ya kuhakikisha utulivu, ambayo imedhamiriwa na kiharusi cha juu kinachowezekana cha fimbo ya PM, i.e. eneo la kutokwa damu kwa chumba cha injini. Ili kupunguza uwezekano wa maendeleo hayo ya matukio, ni muhimu kwa njia za kujenga toa kinachohitajika nafasi ya awali CG katika ndege inayovuka na kwa kupima na kurekebisha ili kupunguza tofauti katika upinzani wa majimaji katika njia za usambazaji wa sehemu ya mafuta, ambayo inahitaji teknolojia muhimu na gharama za nyenzo na inapunguza kuegemea kwa mfumo wa utulivu.

Tatizo la kiufundi linalotatuliwa na uvumbuzi uliopendekezwa ni kuongeza uaminifu wa utulivu mbele ya maendeleo tofauti ambayo yanaweza kusababisha kupoteza kwa utulivu wa spacecraft.

Kazi hii inahakikishwa na ukweli kwamba, tofauti mfumo unaojulikana utulivu wa chombo cha anga (SV) kilicho na mfumo wa kusukuma na kioksidishaji cha spherical na tanki za mafuta, ziko kwa ulinganifu kulingana na mhimili wa muda wa chombo cha anga, na injini ya roketi iliyowekwa kwenye kusimamishwa karibu na katikati ya wingi wa chombo na uwezekano wa ndege. - harakati sambamba ya kusimamishwa na injini kwenye ndege inayoendana na mhimili wa longitudinal wa chombo cha anga, pamoja na chaneli ya udhibiti wa lami na chaneli ya kudhibiti yaw, ambayo kila moja ina sensorer za kupotoka kwa kasi na kasi ya angular na kupotoka kwa kasi; matokeo ambayo yanaunganishwa kupitia amplifier ya muhtasari kwa pembejeo za mashine za uongozaji ambazo hutoa harakati za ndege-sambamba za kusimamishwa na injini, mpya ni ukweli kwamba mfumo wa utulivu una vifaa vya sensorer za pembe na vifaa vya kuunganisha vilivyoletwa ndani. njia za udhibiti wa lami na miayo, na vizuizi viwili vya kimantiki vilivyounganishwa na pembejeo za vali zinazodhibiti nyongeza katika kila tanki, ambayo huamua matumizi ya mafuta kutoka kwa kioksidishaji na matangi ya mafuta na unganisho la msukumo wa injini ndogo, wakati katika kila lami. na njia za kudhibiti yaw, pembejeo ya kifaa cha kuunganisha imeunganishwa na pato la pili la kuongeza kasi ya angular na sensor ya kupotoka kwa kasi, na matokeo ya sensor ya pembe na kifaa cha kuunganisha yameunganishwa, kwa mtiririko huo, kwa pembejeo ya tatu na ya nne ya amplifier ya muhtasari, pembejeo ya tano ambayo imeunganishwa na matokeo ya pili ya gia za uendeshaji, na pembejeo za kila block ya mantiki zimeunganishwa na matokeo ya tatu ya gia za uendeshaji za njia zote mbili.

Kuandaa mfumo wa utulivu na sensorer za pembe na vifaa vya kuunganisha vilivyoingizwa kwenye njia za kudhibiti lami na yaw, na kwa vizuizi vya kimantiki vilivyounganishwa na pembejeo za valves zinazodhibiti kuongeza na, kwa hiyo, matumizi ya mafuta kutoka kwa vioksidishaji na matangi ya mafuta na uunganisho wa chini. -injini za msukumo, hufanya iwezekanavyo kufidia tofauti za uzalishaji wa mafuta kutoka kwa mizinga, kupunguza kiwango cha usumbufu unaofanya kazi kwenye chombo cha anga, na kuongeza kasi na kuegemea kwa utulivu.

Wakati huo huo, kuunganisha injini za msukumo wa chini kwa mchakato wa utulivu hufanya iwezekanavyo kulipa fidia. hatua ya awali uimarishaji wa hali fulani ya athari kutoka kwa ugawaji wa matumizi ya mafuta katika mizinga hadi mchakato wa uimarishaji wa spacecraft.

Kiini cha uvumbuzi kinaonyeshwa na michoro, ambapo:

Mtini. 1 - mpango wa muundo mifumo ya utulivu;

Mtini. 2 - mchoro wa mchoro wa block ya 1 ya mantiki;

Mtini. 3 - mchoro wa mchoro wa block ya 2 ya mantiki.

Mfumo uliopendekezwa wa uimarishaji umeundwa ili kuleta utulivu wa spacecraft (SC), iliyo na mfumo wa kusukuma (PS) na matangi ya duara ya kioksidishaji na mafuta, yaliyoko kwa ulinganifu kulingana na mhimili wa muda mrefu wa chombo cha anga, na injini ya roketi (RM), iliyowekwa kwa kusimamishwa. karibu na katikati ya wingi wa chombo cha anga na uwezekano wa harakati ya ndege-sambamba ya kusimamishwa na injini katika ndege inayoelekea kwenye mhimili wa longitudinal wa chombo cha anga, kwa mfano, hatua ya juu ya roketi ya Fregat. Mfumo huo ni pamoja na chaneli ya kudhibiti lami (“T”) na chaneli ya kudhibiti yaw (“P”), ambayo kila moja ina vihisi vya kuongeza kasi ya mstari na kupotoka kwa kasi 1, 2 na sensorer za kuongeza kasi ya angular na kupotoka kwa kasi 3, 4, matokeo ya ambayo ni kwa njia ya amplifier ya muhtasari 5, 6 imeunganishwa na pembejeo za mashine za uendeshaji (RM) 7, 8, kutoa harakati za ndege-sambamba za kusimamishwa na injini 9. Njia ya lami ("T") hutoa udhibiti. harakati ya mstari kusimamishwa na motor 9 kwenye ndege ya YOZ kando ya mhimili wa "OZ" (fimbo ya usukani 7 chaneli "T"), na chaneli yaw ("P") hutoa udhibiti wa harakati za mstari wa kusimamishwa na motor 9 kwenye ndege ya YOZ kando. mhimili wa "OY" (mashine za fimbo ya usukani 8 chaneli "P"). Kwa kuongeza, kila moja ya njia za udhibiti za lami (“T”) na yaw (“P”) hujumuisha kihisi cha pembe 10, 11 na kifaa cha kuunganisha 12, 13 kilichounganishwa na amplifier ya muhtasari 5, 6. Ingizo la kifaa cha kuunganisha. 12, 13 imeunganishwa na pato la pili la kuongeza kasi ya angular na sensor ya kupotoka kwa kasi 2. Pembejeo ya tano ya amplifier ya muhtasari 5, 6 imeunganishwa na pato la pili la injini ya uendeshaji 7, 8. Nyimbo za lami na yaw vyombo vya kituo katika sehemu hii (vitalu 1-13) vinafanana na vinaweza kutekelezwa kwa misingi maarufu. ufumbuzi wa kiufundi, tazama kwa mfano, kitabu. "Usimamizi wa Nafasi Ndege", K.B. Alekseev, G.G. Bebenin, mh. Uhandisi wa Mitambo, 1964 (1, 2 - p. 115, Mchoro 4.2); (3, 4 - p. 163, Mchoro 4-28); (5, 6 - p. 217, Mchoro 5.17); (10, 11 - p. 117, Mchoro 4.3); (12, 13 - p. 218, Mchoro 5.19). Mfumo huo una vifaa vya vitalu viwili vya kimantiki (LB-1, LB-2) 14, 15, vilivyounganishwa na pembejeo za valves 16, 17, 18, 19, ambazo hudhibiti kuongeza na, kwa hiyo, matumizi ya mafuta kutoka kwa oxidizer na mafuta. mizinga na uunganisho wa injini za chini 20, 21, 22, 23, na pembejeo za kila block ya mantiki 14, 15 zimeunganishwa na matokeo ya tatu ya mashine za uendeshaji 7, 8 za njia zote mbili. Mfano wa utekelezaji wa LB-1 umeonyeshwa kwenye Mtini. 2, ambapo 24 ni decoupling diodes; 25 - upinzani wa kurekebisha, 26 - relays zilizo na anwani zilizofungwa kawaida na kawaida hufungua anwani kwenye kituo cha lami cha "+"; 27 - relay sawa katika kituo cha lami "-"; 28 - relay sawa katika kituo cha "+" yaw; 29 - relay sawa katika kituo cha "-" yaw; 261, 262, 213 - makundi ya mawasiliano ya relay 26; 271, 272, 273 - makundi ya mawasiliano ya relay 27; 281, 282, 283 - makundi ya mawasiliano ya relay 28; 291, 292, 293 - makundi ya mawasiliano ya relay 29; 30, 31 - relays kwa ajili ya kudhibiti valves kuongeza katika mizinga ya kwanza na ya pili ya mafuta, kwa mtiririko huo; 32, 33 - relays kwa ajili ya kudhibiti valves ya kuongeza katika mizinga ya kwanza na ya pili ya vioksidishaji, kwa mtiririko huo. Mfano wa utekelezaji wa LB-2 unaonyeshwa kwenye Mtini. 3, ambapo 24 ni decoupling diodes; 25 - upinzani wa kurekebisha, 34 - relays zilizo na anwani zilizofungwa kawaida na kawaida hufungua anwani kwenye kituo cha lami "+"; 35 - relay kwenye kituo cha lami "-"; 36 - relay "+" yaw; 37 - relay ya kituo "-" yaw; 341, 351, 361, 371 - makundi ya mawasiliano ya relays sambamba 34, 35, 36, 37; 38 - relay ya kudhibiti injini ya msukumo wa chini kwenye chaneli ya lami ya "+"; 39 - upeanaji wa udhibiti wa injini ya msukumo wa chini kwenye chaneli ya lami "-"; 40 - upeanaji wa udhibiti wa injini ya msukumo wa chini kwenye chaneli ya "+"; 41 - upeanaji wa udhibiti wa injini ya msukumo wa chini kwenye chaneli ya "-" yaw.

Wakati wa uendeshaji wa mfumo wa utulivu, pembejeo za amplifier ya muhtasari 5, 6, pamoja na ishara kutoka kwa sensorer 1, 2, 3, 4, 10, 11 na kifaa cha kuunganisha 12, 13, kupokea taarifa kuhusu nafasi ya uendeshaji. fimbo ya injini (RM) 7, 8 katika kila kituo cha utulivu. Wakati kizingiti cha kwanza kinafikiwa katika njia ya utulivu wa lami thamani iliyopewa kiharusi cha fimbo ya usukani (kwa mfano, 7), ishara sawia na ukubwa kiharusi cha fimbo (kwa mfano, kutoka kwa potentiometers maoni) pia hutolewa kwa pembejeo inayofanana ya block ya mantiki LB-1, ambayo inatoa amri kwa valve ya kudhibiti kuongeza katika tank inayofanana. Kiasi cha kuongeza katika tank hii hupungua ipasavyo, na matumizi ya sehemu ya mafuta kutoka kwenye tank hii pia hupungua. Mchakato wa kupunguza ukubwa wa eccentricity unaosababishwa na tofauti ya kusanyiko katika uzalishaji huanza. Michakato kama hii inaweza kufanyika katika njia ya uimarishaji yaw, hatimaye kusababisha kupunguzwa kwa usawaziko uliokusanywa hadi kiwango fulani. Kwa kuwa shoka za uimarishaji ambazo PMs zimewekwa na shoka za ulinganifu za mizinga ya mafuta hazifanani (pembe kati yao ni karibu 45 °), LB-1 hutumia habari kuhusu nafasi ya fimbo za PMs zote mbili ili kutoa amri za udhibiti. . Mfumo wa ugavi wa mafuta umeundwa kwa njia ambayo, kwa kupunguza ongezeko la tank yenye kiasi kidogo cha mafuta, matumizi ya mafuta yanasambazwa tena kutoka kwa mizinga miwili ya jina moja huku ikidumisha kiwango cha mtiririko wa jumla kwenye sehemu ya kitengo cha turbopump. (TPA). Msukumo wa udhibiti wa kijijini unabaki thabiti. Zaidi ya hayo, mienendo ya mchakato wa kubadilisha nafasi ya CG inategemea kiwango cha upungufu wa kuongeza. Kwa kujaza tank maalum, kiwango cha kizuizi kinaweza kuamua kwa majaribio. Kutokana na ugawaji wa matumizi ya mafuta, kupotoka kwa kituo cha mvuto (CG) itapungua. Katika kesi ya kujazwa kwa kiwango cha juu cha mizinga na muda mrefu wa uendeshaji wa mfumo wa propulsion, inawezekana kwamba jaribio la kupunguza kikomo katika tank fulani litasababisha kuongezeka kwa eccentricity katika mwelekeo tofauti. Katika kesi hii, LB-1 itazima valve na kurejesha thamani ya awali kuongeza. Ili kuhakikisha utulivu wa RB, kwa kuzingatia kwamba mmenyuko wa ugawaji upya wa matumizi ya mafuta kwa kupunguza kikomo cha kuongeza ni mchakato wa polepole na inawezekana kwamba kwa muda baada ya kuwasha valve ya kuongeza, eccentricity, CG itakuwa. kuendelea kuongezeka, kiwango cha ziada cha ishara ya udhibiti hutolewa kwa pembejeo ya uunganisho wa LB-2 wa injini za utulivu wa RB katika sehemu za passiv, ambayo hutoa kiasi fulani cha kupanua eneo linalowezekana ili kuhakikisha uimarishaji wa RB. Ni muhimu kwamba unganisho la injini za msukumo wa chini hufanywa kama matokeo ya uchambuzi wa msimamo wa injini kuu ya kudhibiti, na sio kulingana na matokeo ya kupima vigezo vya nguvu vya uimarishaji wa RB. Kanuni ya uendeshaji mzunguko wa mantiki ijayo: wakati kiharusi cha fimbo, kwa mfano, katika chaneli ya RMT, kufikia thamani inayolingana iliyoamuliwa na upinzani wa tuning, kulingana na ishara ya udhibiti wa sasa, relay inayolingana 26 au 27 imeamilishwa. Vikundi vya mawasiliano vya hii relay itachukua nafasi inayolingana, kama matokeo ambayo amri inatolewa kuzima ongezeko la valves kwenye tank ya mafuta inayolingana. Kwa kuwa kwa upande wetu shoka za utulivu za RB na shoka za ulinganifu za mizinga haziendani, kuzima kwa valve ya shinikizo la tank inayolingana imedhamiriwa kulingana na ukubwa na ishara ya viboko vya fimbo ya RM kwenye lami na. yaw njia, kama ifuatavyo kutoka kwa mchoro uliowasilishwa. Ishara zinazolingana na mpigo wa vijiti vya gia za usukani kwenye njia za lami na miayo hutolewa kwa pembejeo za kifaa cha kimantiki LB-2 kupitia diodi za kuunganishwa na ukinzani wa kurekebisha. Kulingana na ishara ya mawimbi ya pembejeo katika kila chaneli ya uimarishaji, LB-2 huzalisha mawimbi ya kuunganisha injini zinazolingana za msukumo wa chini (DMT), ambazo huunda torati ya ziada ya udhibiti kwenye chaneli ya lami na kwenye chaneli yaw.

Mfumo uliopendekezwa wa uimarishaji hufanya iwezekanavyo kupunguza kiwango cha usumbufu unaofanya kwenye chombo cha anga na kuongeza kasi na uaminifu wa utulivu.

Dai

Mfumo wa utulivu wa chombo cha anga (SV) kilicho na mfumo wa kusukuma na kioksidishaji cha spherical na tanki za mafuta, ziko kwa ulinganifu kulingana na mhimili wa muda wa chombo cha anga, na injini ya roketi iliyowekwa kwenye kusimamishwa karibu na katikati ya wingi wa chombo cha anga na uwezekano wa ndege-sambamba harakati ya kusimamishwa na injini katika ndege perpendicular kwa mhimili longitudinal spacecraft, ikiwa ni pamoja na kudhibiti lami channel na yaw kudhibiti channel, ambayo kila moja ina kuongeza kasi ya mstari na kasi sensorer kupotoka na kuongeza kasi ya angular na kasi kupotoka sensorer, matokeo ambayo yanaunganishwa kupitia amplifier ya muhtasari kwa pembejeo za mashine za usukani ambazo hutoa harakati za ndege-sambamba za kusimamishwa na injini, tofauti na kwamba mfumo wa utulivu una vifaa vya sensorer za pembe na vifaa vya kuunganisha vilivyoingizwa kwenye lami na udhibiti wa yaw. chaneli, na vizuizi viwili vya kimantiki vilivyounganishwa na pembejeo za valvu zinazodhibiti matumizi ya mafuta kutoka kwa vioksidishaji na tanki za mafuta na unganisho la injini za msukumo wa chini, wakati katika kila njia ya kudhibiti lami na yaw, pembejeo ya kifaa cha kuunganisha imeunganishwa. pato la pili la kuongeza kasi ya angular na sensor ya kupotoka kwa kasi, na matokeo ya sensor ya pembe na kifaa cha kuunganisha yameunganishwa, kwa mtiririko huo, kwa pembejeo ya tatu na ya nne ya amplifier ya muhtasari, pembejeo ya tano ambayo imeunganishwa na matokeo ya pili. ya mashine za uendeshaji, na pembejeo za kila block ya mantiki zimeunganishwa na matokeo ya tatu ya injini za uendeshaji wa njia zote mbili.

Ufungaji wa sumaku-umeme kwa mfumo wa upakuaji wa chombo kidogo "Chibis-M"
Vyombo vingi vya kisasa vya anga vina vifaa vya flywheel au gyro-power mifumo ya mwelekeo wa chombo cha anga. Mashirika ya utendaji Mifumo hii (motors-flywheels katika kesi ya kwanza na gyroscopes ya nguvu katika pili) ina mali isiyofaa - baada ya muda fulani wa operesheni inayoendelea hupoteza uwezo wa kuzalisha torque ya udhibiti. Flywheel motors kufikia kasi yao ya juu ya mzunguko, na kinachojulikana kueneza, ambayo ni muhimu kutekeleza kupakua mifumo ya mwelekeo kutoka kwa wakati uliokusanywa wa kinetic. Ili kufanya hivyo, kila satelaiti ina mfumo wa upakuaji - kwa kweli, mfumo msaidizi wa mwelekeo, mara nyingi hufanywa kama sehemu ya kuu - ambayo hutumikia kuleta miili ya watendaji katika hali yao ya asili. Mifumo ya upakuaji ni tendaji, sumakuumeme na mvuto.
Niliahidi kuzungumza juu ya mifumo ya upakuaji wa mwisho kuanguka, na ikawa kupunguza miaka mitatu ya kisheria ya kusubiri mara kadhaa. Tamaa ya kuandika chapisho iliongezeka baada ya Philip Terekhov, lozga , aliandika kwa busara sana kuhusu vianzishaji na vitambuzi vya mifumo ya mwelekeo wa vyombo vya anga. Kwa kuchukua fursa hii, ninapendekeza usome LiveJournal ya Philip - kwa maoni yangu, hii ndiyo blogu bora zaidi ya sayansi ya Kirusi kuhusu nafasi. Lakini kwa uhakika.

Kanusho
Kama kawaida, siwezi kufanya bila mstari kwamba "moped sio yangu" - kazi yangu kuu inahusiana na mifumo ya propulsion ya spacecraft. Lakini kozi ya “Mifumo ya uelekezi kwa vyombo vya angani” ilifundishwa kwetu katika idara ya msingi 533 na soul, na nilijazwa nayo. Kwa hiyo, nitajaribu kuandika maelezo juu ya mada inayohusiana, kwa kiasi kikubwa kulingana na abstract na monograph ya Vladimir Nikolaevich Vasiliev.
Na hapa kuna jambo lingine: VNIIEM inafanya kazi tu na mifumo ya mwelekeo wa flywheel na mifumo ya upakuaji wa sumakuumeme (mifumo ya mwelekeo ya "isiyo ya matumizi" ya wamiliki), ambayo tulilazimika kushughulika nayo katika kazi yetu. Ninajua juu ya kila kitu kingine kutoka kwa kusoma fasihi.

Haja ya mifumo ya kupakua
Katika mistari ya kwanza ya barua, mtu hawezi kufanya bila kumbukumbu ya hadithi kuhusu injini za flywheel na gyrodynes, ambapo kanuni ya operesheni inaelezwa kwa undani zaidi, kuna mifano na vielelezo.
Mifumo ya mwelekeo wa Flywheel. Kila kitu ni rahisi hapa - motor flywheel huunda torque ya kudhibiti tu wakati wa kuongeza kasi (au kuvunja) ya rotor. Katika kasi ya mara kwa mara wakati wa mzunguko sawa na sifuri. Ipasavyo, ikiwa injini itatoa torque kwa muda mrefu wa kutosha, itafikia kasi ya juu ya kuzunguka kwa usalama (kawaida karibu 5000 rpm) - na kwa wakati huu utengenezaji wa torque utasimama, ndio, flywheel imejaa.
Ninaona pingamizi: vipi ikiwa utatoa wakati wa kuingia maelekezo kinyume, basi kasi itaongezeka au kupungua (hadi kuzunguka upande wa pili) - na hakuna kueneza kutatokea. Shida ni kwamba baadhi ya misukosuko inayoathiri chombo cha anga ya juu ina ishara sawa, na itabidi flywheel yetu kukusanya wakati wa usumbufu wa nje, hatua kwa hatua kupata kasi.

SPD-50 inazunguka MicroSatWhill "Kanopusa-V"
Mfano wa kushangaza ni usumbufu kutoka kwa injini ya kurekebisha obiti, vector ambayo haipiti katikati ya misa. Wakati mmoja niliiga jinsi usumbufu kutoka kwa injini ya SPD-50 (14 mN ya msukumo) ulijaribu kueneza magurudumu manne madogo ya Canopus-V - hawakuweza kuifanya. Na ikiwa kulikuwa na injini za K50-10.5 zinazoendesha hydrazine na msukumo wa 0.5 N (mwanzoni mwa operesheni na tank kamili), kueneza kungetokea katika dakika ya tano ya operesheni ya injini.
Mifumo ya nguvu ya Gyros. Hapa, mifumo ya gyroscopes ya nguvu - gyrodynes - hutumiwa kama vyombo vya utendaji. Tutazingatia mfumo wa gyrodynes mbili zinazofanana, rotors ambazo zina wakati wa kinetic G, na shoka za mzunguko wa muafaka ni sawa:

Electro mifumo ya sumaku kupakua

Uga wa sumaku wa dunia
Aina hii ya mfumo imejengwa juu ya wazo sawa la manufaa kama dira - torque ya udhibiti inatokana na mwingiliano wa coil na sasa na shamba la magnetic ya Dunia.
Kama sheria, kuna coil tatu kwenye chombo cha anga - moja kwa kila mhimili wa mwelekeo. Upepo wa coil, bila shaka, umerudiwa. Tabia za sumaku coils ni sifa ya wakati wake wa sumaku, ambayo imeonyeshwa katika Am 2.
Sehemu ya sumakuumeme katika mizunguko ya karibu ya Dunia inafanana na umbo la tufaha lililoiva, mhimili wake ambao umepotoka kwa digrii 11.5 kutoka kwa mhimili wa mzunguko wa sayari yetu. Laini zote za nguvu hupitia mbili miti ya sumaku, iko katika Arctic na Antarctic, kwa hiyo, katika mikoa ya polar ya Dunia, mistari ya shamba ni ya kawaida zaidi na amplitude ya shamba la magnetic kuna mara mbili zaidi kuliko ikweta. Kwa marejeleo, hebu tukufahamishe kwamba katika ikweta ukubwa uwanja wa kijiografia ni 31 µT, na karibu na nguzo 62 µT. Uga wa sumaku hupungua kwa uwiano wa mchemraba wa mhimili wa nusu kuu wa obiti ya satelaiti.
Ili kuhesabu torque ya kudhibiti kutoka kwa coil ya sumaku, tunatumia formula:
M = P x B,
ambapo M ni torque ya kudhibiti [katika Nm], P - wakati wa sumaku coils [Am 2], B ni shamba la sumaku la Dunia [T]. Na hapa ndio muhtasari wa fomula kwa maandishi mazito na ikoni ya "x" inatuambia kwamba fomula imeandikwa katika vekta na tunazungumzia O bidhaa ya vector, ambayo kwa ufafanuzi ni vekta iliyo na moduli:
M=PBsin α,
ambapo α ni pembe kati ya vekta.
Ikiwa tunakumbuka kuwa sine ya 0 ni 0, na sine ya digrii 90 ni moja, inakuwa wazi kuwa ni bora kutoa torque kando ya mhimili kwa kutumia coil, perpendicular kwa vector induction ya sumaku. Na kinyume chake, ikiwa mhimili wa coil ya magnetic inafanana katika mwelekeo na mstari wa nguvu shamba la sumaku la Dunia - coil kama hiyo haitaunda torque. Ni kizuizi hiki (utegemezi wa torque sio tu kwa sasa kwenye coil, lakini pia juu kuratibu za kijiografia Spacecraft) haikuruhusu matumizi ya mifumo ya mwelekeo wa sumaku kwa satelaiti kuhisi kwa mbali Dunia kutoka mahitaji ya juu katika suala la usahihi.
Aidha, ili si kupoteza umeme, unloading kutumia coils magnetic inazalishwa katika maeneo ya polar ya Dunia (kumbuka, niliiga nusu ya mapinduzi ya ndege ya Canopus-B - basi torque kutoka kwa flywheels bado itawekwa upya), na tangu wakati wa mifumo ya upakuaji wa analog, magnetometers zimejumuishwa ndani. mifumo ya kuamua "wakati tayari inawezekana kuwasha sumaku-umeme" .
Hapa kuna mifano ya vizuizi vya mifumo ya upakuaji wa sumakuumeme iliyotengenezwa na SPUTNIX:

Mifumo ya upakuaji wa mvuto

SC "Gonets-M"
Ukiangalia chombo cha Gonets-M, fimbo itavutia macho yako mfumo wa mvuto mwelekeo, umewekwa kwenye sehemu ya juu ya sehemu ya shinikizo. Ukweli ni kwamba uga wa mvuto wa Dunia huwa unaweka bidhaa yoyote yenye umbo la dumbbell katika nafasi ya wima, na kuiweka katika nafasi hiyo. Ukichukua na kugeuza Gonets-M kwa sauti au kukunja hata kwa pembe ndogo, uga wa mvuto wa Dunia utaunda mara moja wakati unaoelekea kurudisha setilaiti nyuma. Hivi ndivyo mfumo wa uelekezi wa Gonz-M umeundwa.
Ili kupakua gyrodynes ya vituo vya Mir na Skylab orbital, kanuni hiyo hiyo ilitumiwa - wakati wa pause katika uendeshaji wa vifaa vya kisayansi, mwelekeo wa kituo ulibadilika kwa njia ambayo uwanja wa mvuto uliunda muda ambao ulipakua mfumo wa gyrodyne. Baada ya kasi ya angular kuwekwa upya, mwelekeo wa kituo ulirejeshwa. Hii iliokoa sana maji ya kufanya kazi ya injini za jeti za mfumo wa uelekezi wa kituo. Siwezi kusema ikiwa upakuaji wa mvuto unatumika kwenye ISS.

Mbinu ya jumla ya RCC "Maendeleo"

SC "Resurs-P"
Mfano wa mbinu ya wataalam kutoka Kituo cha Maendeleo ya Roketi na Nafasi (Samara) ya kupakua safu ya gyroscopes sita za nguvu za chombo cha anga cha Resurs-P huacha hisia kubwa na inaelezea: jinsi Resurs-DK1 iliyotengenezwa huko Samara imekuwa ikiruka miaka tisa badala ya mitatu na bado katika utumishi.
Kwa hivyo, katika mfumo wa udhibiti wa mwendo wa Albatross, zifuatazo hutumiwa kupakua gyrodins:
- mfumo wa kupunguza torque ya kinetic kulingana na coil za sumaku (iliyotengenezwa na JSC NIIEM);
- kudhibiti injini za ndege na udhibiti wa kusimamishwa kwa gimbal ya chumba kikuu cha injini ya mfumo uliojumuishwa wa propulsion;
- uwekaji upya wa paneli za jua unaweza kutumika (kwa obiti ya chini "Yantars" hivi ndivyo uondoaji wa torque ya aerodynamic ulifanyika).
Kwa ujumla, kama ilivyo kwa mifumo ya usambazaji wa umeme, mtu anaweza kujifunza kutoka kwa Maendeleo jinsi ya kupigania kuishi.

"Nipe fulcrum, na nitageuza Dunia chini," - kwa hivyo, kulingana na hadithi, Archimedes alisema, akielezea kisayansi kanuni inayoeleweka ya lever. Lakini katika utupu wa nafasi hakuna msaada. Na satelaiti zinahitaji paneli za jua ili kutazama Jua, antena za kutazama Dunia, kamera ya kuangalia sehemu ya kuvutia ya Mirihi, na injini ya kusahihisha obiti ili kuelekeza kwa ukali mahali fulani angani. Lazima uje na kitu cha kutegemea utupu.

Vishawishi vya mtazamo

Chaguo dhahiri zaidi ni kufunga injini maalum ndogo ambazo zitadhibiti mwelekeo wa kifaa:

Wahamasishaji wa Tabia ya Moduli ya Lunar

Motors zinaweza kufanywa kuwa na nguvu kugeuza magari mazito au kuzunguka haraka, au dhaifu sana kugeuza kwa usahihi. Zina uzito mdogo na hazihitaji umeme wakati hazitumiki. Kila kitu kitakuwa sawa, lakini ili kugeuka, unahitaji kutumia mafuta, na daima kuna kiasi kidogo. Na injini zenyewe zina mapungufu kwa idadi ya kuanza na jumla ya wakati wa kufanya kazi.
Visukuma vya mtizamo vinaweza pia kutumika kwa ujanja wa obiti, haswa ikiwa upangaji umepangwa. Injini ya propulsion inaweza tu kusukuma gari kwa mwelekeo mmoja, lakini kwa msaada wa injini za mtazamo inaweza kubadilishwa pamoja na shoka zote.

Manufaa:

Urahisi.

Toa mwelekeo kwenye shoka zote tatu.

Kiasi kidogo cha misa.

Kubadilika: Motors zenye nguvu au sahihi sana zinaweza kufanywa.

Inaweza kutumika kwa uendeshaji katika obiti.

Wanaweza kubaki kuzimwa kwa muda mrefu.

Mapungufu:

Matumizi ya mafuta.

Kizuizi cha idadi ya kuanza na jumla ya muda wa kufanya kazi.

Uchafuzi wa mazingira ya kifaa na mafuta ya kuteketezwa (inaweza kuwa muhimu kwa darubini).

Visukuma vya mtizamo kwa kawaida hutumika pale ambapo mabadiliko amilifu, nadra kiasi au ya muda mfupi katika uelekeo wa gari yanahitajika. Kwa hiyo, hupatikana kwenye magari yote yenye watu, na kwa kawaida hupendekezwa vituo vya interplanetary, ambayo huruka kwa miezi na miaka katika hali ya usingizi, kudumisha mwelekeo uliojengwa.

Motors za kuweka na kuelekeza chombo cha Soyuz katika MAKS-2005. Nyekundu - vifuniko vya kinga ambavyo huondolewa kabla ya kukimbia

Uendeshaji wa chombo cha anga za juu cha Soyuz wakati wa kuweka kizimbani na ISS katika kuzaliana kwa kasi

Uimarishaji wa mzunguko

Tangu utotoni, sote tumejua uwezo wa sehemu ya juu ili kudumisha nafasi ya wima. Ukizungusha chombo cha angani, kitatenda kwa njia sawa kabisa, kudumisha utulivu kwenye mhimili wa mzunguko.

Ikiwa tumeridhika na uimarishaji kwenye mhimili mmoja, hatutazungusha kifaa ndani pande tofauti na kuchukua picha za muda mrefu za mfiduo, njia hii inaweza kuwa ya kiuchumi sana.

Manufaa:

Urahisi.

Kiuchumi - tunazunguka mara moja na tunazunguka kwa karne nyingi.

Mapungufu:

Utulivu kwenye mhimili mmoja pekee.

Kifaa hakiwezi kuzungushwa.

Mzunguko unaweza kuingilia kati na uendeshaji wa vifaa.

Kihistoria, Wamarekani wamekuwa wakipenda sana utulivu wa mzunguko. Uchunguzi wote wa programu ya Pioneer uliimarishwa kwa mzunguko. Kwenye vifaa vya kwanza hii ilifanyika kwa sababu ya uwezo mdogo wa kubeba roketi - haikuwezekana kuleta utulivu wa kilo sita Pioneer-4 kwa kutumia njia zingine kwa kutumia teknolojia za 1959. Utulivu kwa kuzunguka kwa Pioneers -10 na -11 inaonekana kama suluhisho bora - ikiwa harakati ya mzunguko wa Dunia inalingana na muundo wa mionzi ya antenna, uchunguzi "unawasiliana" kila wakati, bila kupoteza kipande cha mafuta juu yake na bila hofu ya kutofaulu. ya mfumo wa mwelekeo. Vichunguzi viwili vya Pioneer-Venera viliimarishwa kwa mzunguko, pengine nje ya mazoea - kwenye moja wapo antena ilizungushwa kimakanika ili kulenga Dunia, ambayo haionekani kuwa ya busara tena.
Mbali na vituo vya interplanetary, Wamarekani walitumia sana kuzunguka kwa hatua za juu. Katika kesi hii, hatua za juu za propellant hazihitaji mfumo tofauti mwelekeo.

Inazindua setilaiti kutoka kuzuia kasi PAM-D kutoka Space Shuttle (tazama kutoka 4:06)

Baada ya kuongeza kasi, iliwezekana kupunguza kasi ya kuzunguka kwa kutumia sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular ( mfano katika mvuto sifuri, mfano juu ya mihuri) - mizigo ndogo haipatikani kwenye nyaya na kupunguza kasi ya mzunguko wa kifaa.

Flywheel (gurudumu la athari)

Kama vile paka, ambaye, anapoanguka, huzungusha mkia wake kuelekea upande ulio kinyume na kugeuka kwa mwili wake, chombo cha angani kinaweza kudhibiti mwelekeo wake kwa kutumia flywheel. Kwa mfano, ikiwa tunataka kuzungusha kifaa kisaa:

Hali ya awali: kifaa kimesimama, flywheel imesimama.

Tunazunguka flywheel kinyume cha saa, kifaa huanza kuzunguka saa.

Tunapogeuka kwenye pembe inayotaka: tunaacha mzunguko wa flywheel, kifaa kinaacha.

Ikiwa flywheel tayari inazunguka, basi kwa kubadilisha kasi yake, tunaweza kuunda nguvu inayogeuka kifaa. Katika video hii, unaweza kuamua kwa lami ya mzunguko wa flywheel kwamba kupunguza kasi ya mzunguko (sauti ya chini) inajenga nguvu ambayo inageuka jukwaa saa moja kwa moja, na kuongeza kasi (sauti ya juu) - dhidi ya (tazama kutoka 1:44) :

Matumizi ya flywheels inakuwezesha kugeuka na usahihi wa juu na epuka kupoteza mafuta ya thamani. Lakini kama nyingine yoyote mfumo wa kiufundi, flywheels zina hasara zao. Awali ya yote, flywheel moja inaweza tu kuzungusha kifaa kwenye mhimili mmoja. Ili kudhibiti kikamilifu mwelekeo wa kifaa, flywheels tatu zinahitajika. Na kutokana na hitaji la kutoridhishwa, sita au zaidi. Pia, kasi ya kugeuka inalingana moja kwa moja na wingi wa flywheel na kasi ya mzunguko wake na kinyume chake ni sawia na wingi wa vifaa. Akizungumza kwa lugha rahisi, vipi wingi zaidi vifaa, ndivyo magurudumu ya kuruka yanapaswa kuwa mazito. Pia, flywheel yoyote ina kasi ya juu zaidi ya kuzunguka na inaweza kukatika ikiwa imesokotwa sana. Na ikiwa nguvu ya kutatanisha itafanya kazi kwenye kifaa kwa mwelekeo mmoja, basi flywheel hatimaye itafikia kasi yake ya juu, na itahitaji kupakuliwa na mfumo mwingine. Na mwishowe, kama mechanics yoyote, flywheel huisha kwa wakati na inaweza kushindwa.

Manufaa:

Haihitaji matumizi ya mafuta.

Inaruhusu ulengaji sahihi sana wa kifaa.

Mapungufu:

Haifai kwa uendeshaji amilifu, mzunguko ni wa polepole kiasi.

Mfumo mwingine wa mwelekeo unahitajika ili kupunguza flywheels.

Baada ya muda wanachakaa na kushindwa.

Kila ekseli inahitaji angalau flywheel moja.

Flywheels ni ya manufaa sana ikiwa mara nyingi tunapaswa kuelekeza gari upya bila kubadilisha mzunguko wake. Kwa hiyo, flywheels kusimama darubini za orbital. Kwa mfano, Hubble ina flywheels nne, kutoa udhibiti redundant juu ya shoka mbili. Hubble haina kazi ya kuzunguka mhimili wake, kwa hivyo magurudumu ya kuruka hutumiwa kuzungusha darubini juu/chini na kulia/kushoto.

Moja ya magurudumu ya kuruka ya darubini ya Hubble

Gyrodine (Gyroscope ya wakati wa kudhibiti)

Uwezo wa juu ili kudumisha msimamo wima unaweza kutumika kwa njia moja zaidi - unaweza kuitegemea (kutoka 1:10):

Ikiwa utaweka kilele kama hicho kwenye mfumo wa kusimamishwa, unaweza "kuegemea" juu yake na kugeuka kwenye mwelekeo unaotaka. Miundo hiyo inaitwa gyroscopes ya nguvu au gyrodynes. Tofauti kuu kati ya gyrodyne na flywheel ni kwamba flywheel imewekwa kwa ukali kwenye mhimili mmoja na inadhibiti mwelekeo kwa kubadilisha kasi ya mzunguko wake. Gyrodine imewekwa katika kusimamishwa, ambayo inaweza kuzunguka katika ndege moja au kadhaa, na haiwezi kubadilisha kasi yake ya mzunguko. Katika video hii unaweza kuona wazi harakati ya gimbal, pamoja na ukweli kwamba lami ya mzunguko wa gyrodine haibadilika.

Kutoka kwa mtazamo wa utendaji, gyrodyne ni flywheel "ya juu". Gyrodynes ni bora zaidi kuliko flywheels ya kawaida, lakini pia ni ngumu zaidi. Wanaweza kudhibiti mwelekeo wa magari mazito zaidi, lakini kushiriki faida na hasara za flywheels. Video hii inaonyesha kuwa gyrodynes, kama flywheels, zinahitaji kupakuliwa - wakati mhimili wa kusimamishwa hauwezi tena kugeuka, baiskeli huanza kuanguka:

Manufaa:

Sawa na flywheel.

Kwa ufanisi zaidi kuliko flywheel, gyrodyne ya molekuli sawa inaweza kudhibiti mwelekeo wa gari nzito zaidi.

Mapungufu:

Sawa na flywheel.

Ngumu zaidi kuliko flywheel.

Gyrodynes, kwa sababu ya ufanisi wao, hutumiwa katika vituo vya orbital. Kwa mfano, kwenye ISS kuna gyrodynes nne, kila uzito wa kilo 300.

Kubadilisha gyrodine kwenye ISS

Mfumo wa udhibiti wa mtazamo wa sumakuumeme

Uga wa sumaku wa Dunia una uwezo wa kugeuza sindano ya dira, ambayo ina maana kwamba nguvu hii inaweza kutumika kudhibiti mwelekeo wa chombo. Ikiwa utaiweka kwenye satelaiti sumaku za kudumu, Hiyo nguvu yenye ufanisi itakuwa haiwezi kudhibitiwa. Na ikiwa utasanikisha coil za solenoid, basi kwa kusambaza sasa kwao, unaweza kuunda torque ya kudhibiti inayotaka:

Solenoids tatu zilizowekwa ndani ndege za perpendicular, hukuruhusu kudhibiti uelekeo wa satelaiti kwenye shoka zote tatu. Kwa usahihi, wao hutoa usimamizi mzuri pamoja na shoka mbili, akijaribu kuweka kifaa kama sindano ya dira. Udhibiti kwenye mhimili wa tatu hutolewa kwa kubadilisha mwelekeo wa uwanja wa sumaku wa Dunia wakati wa kukimbia kwa kifaa kwenye obiti.

Uelekezi wa sumakuumeme hauwezi kuwa sahihi kwa sababu ya mabadiliko ya nasibu katika uga wa sumaku wa Dunia, na ufanisi wake hupungua kwa urefu. Na kwa ujumla, nguvu zinazoundwa na solenoids ni ndogo. Pia, matumizi yao ni mdogo kwa miili ya mbinguni yenye nguvu za kutosha shamba la sumaku, kwa mfano, katika obiti ya Mars, hawana maana. Lakini solenoids hazina sehemu zinazohamia, usipoteze mafuta na zina ufanisi wa nishati.

Manufaa:

Urahisi.

Haihitaji mafuta.

Misa ndogo.

Hazina sehemu zinazosonga na kwa hakika hazivaliki.

Mapungufu:

Nguvu ndogo za udhibiti.

Usahihi wa chini.

Inahitaji uga wa sumaku mwili wa mbinguni, ambayo kifaa huzunguka.

Ufanisi hutegemea urefu.

Mwelekeo wa sumakuumeme hutumiwa kama moja kuu kwenye cubesat na vifaa vingine vidogo. Pia mara nyingi hutumiwa kupakua flywheels au gyrodynes. Kwa mfano, darubini ya Hubble hutumia magurudumu ya kuruka kama mfumo mkuu wa uelekeo, na kuyapakua kwa mfumo wa sumakuumeme.

Mfano wa solenoid kwa vyombo vya anga. Tovuti ya mtengenezaji inadai kuwa zaidi ya 80 solenoids tayari imewekwa kwenye satelaiti mbalimbali

Uimarishaji wa mvuto

Mvuto wa miili miwili ni sawia na mraba wa umbali kati yao. Kwa hivyo, ikiwa mwenzetu anapanua nguzo ndefu na mzigo, basi "dumbbell" inayotokana itaelekea kuchukua nafasi ya wima wakati iko. Sehemu ya chini itavutiwa na Dunia yenye nguvu kidogo kuliko ile ya juu. Hapa uundaji wa kompyuta 1963 (!), ikionyesha athari hii:

Katika sehemu ya kwanza ya video, satelaiti inachukua nafasi thabiti kwenye mhimili wake hadi Duniani. Kwa kweli, usumbufu wa nasibu utaharibu usawa bora, na satelaiti itazunguka karibu na mhimili wake, kwa hivyo mifumo kama hiyo kawaida huongezewa na damper. Chombo kidogo cha kioevu kitabadilisha nishati ya vibration kuwa joto na "kutuliza" satelaiti.

Manufaa:

Mfumo rahisi sana.

Mwelekeo umejengwa bila mpangilio, bila mfumo wa kudhibiti.

Mapungufu:

Mwelekeo hujengwa polepole kutokana na udhaifu wa nguvu zinazofanya kazi kwenye mwili.

Usahihi wa chini.

Kuna aina moja tu ya mwelekeo - mhimili katikati ya Dunia.

Athari hupungua kwa urefu.

Satelaiti inaweza kugeuka chini ikilinganishwa na mwelekeo unaotaka.

Mfumo wa mwelekeo wa mvuto hutumiwa hasa kwenye magari madogo ambayo hayahitaji uimarishaji sahihi. Inafaa kwa aina fulani za cubes; kwa mfano, satelaiti ya Yubileiny ilikuwa na vifaa nayo:

Utulivu wa aerodynamic

Nyayo angahewa ya dunia inayoonekana hata zaidi ya kilomita mia moja, na kasi ya juu ya satelaiti ina maana kwamba itapungua zaidi. Kawaida nguvu hii inasumbua sana, kwa sababu satelaiti hupungua haraka sana, hushuka hata chini na kuwaka katika tabaka mnene za anga. Lakini, hata hivyo, hii ni nguvu ambayo daima hufanya dhidi ya vector kasi ya obiti, na inaweza kutumika. Majaribio ya kwanza yalifanywa nyuma katika miaka ya 60. Hapa, kwa mfano, kuna chombo cha ndani "Cosmos-149", kilichozinduliwa mnamo 1967:

Obiti ya chini, ambapo nguvu za aerodynamic ni kubwa zaidi, ni mahali pazuri. Lakini wakati mwingine ni muhimu kuwepo kwa usahihi zaidi wa kipimo. Suluhisho nzuri sana lilitumiwa katika satelaiti ya GOCE, ambayo ilisoma uwanja wa mvuto wa Dunia. Obiti ya chini (~ kilomita 260) imeundwa mfumo wa ufanisi uimarishaji wa aerodynamic, na kuzuia satelaiti isiungue haraka sana, iliharakishwa kila mara na injini ndogo ya ioni. Kifaa kinachotokana kinafanana kidogo na satelaiti za kawaida; mtu hata alikiita "satelaiti Ferrari":

Shukrani kwa injini ya ion GOCE iliweza kufanya kazi kutoka 2009 hadi 2013, ikitoa ramani ya kina zaidi ya uvutano ya Dunia.

Manufaa:

Nguvu ya aerodynamic ni bure na hauhitaji mfumo maalum usimamizi.

Mapungufu:

Kitu kinahitaji kufanywa ili kuzuia satelaiti isiungue haraka kwenye tabaka mnene za angahewa.

Nguvu inategemea urefu.

Mwelekeo kwenye mhimili mmoja tu unawezekana.

Meli ya jua

Ili kujenga mwelekeo, unaweza pia kutumia shinikizo la jua. Sail ya jua kawaida huzingatiwa kama njia ya kusukuma, lakini satelaiti sura tata na antena na paneli za jua Jua pia litatenda. Hii inaweza kuonekana kama kuingiliwa na mifumo mingine ya kudhibiti mtazamo, au, ikiwa wabunifu wamehesabu torati mapema, inaweza kutumika kusaidia kuunda mtazamo wa setilaiti. Tayari mnamo 1973, uchunguzi wa Mariner 10, ambao ulikwenda kwa Venus na Mercury, ulitumia shinikizo la jua kupanga mwelekeo wa kifaa. Ustadi wa Maabara ya Fizikia ya Anga na Anga unatia moyo - wakati magurudumu mawili kati ya manne ya kuruka kwenye darubini ya Kepler yalishindwa, maabara ilitengeneza njia ya kuunda mwelekeo kwa kutumia magurudumu mawili ya kuruka na shinikizo la jua ili darubini iangalie maeneo manne kwa mfuatano. nafasi kwa mwaka:

Mradi wa ndani wa Regatta-Plasma, uliotengenezwa katika miaka ya 90, ulikuwa wa kuvutia sana. Kwa msaada wa meli ya utulivu wa jua na usukani unaozunguka, kifaa kilichukua nafasi ya kuelekea Jua na, ikiwa ni lazima, inaweza kupotoshwa:

Hata sasa mfumo kama huo ungekuwa wa kipekee na wa kuvutia sana; inasikitisha kwamba mradi huo ulifungwa.

Manufaa:

Shinikizo la jua la bure kabisa.

Mapungufu:

Haiwezekani kujenga mwelekeo wa kiholela pamoja na shoka tatu.

Haifanyi kazi kwenye kivuli, ambayo ni muhimu, kwa mfano, kwa mzunguko wa chini wa Dunia.

Hitimisho

Kwa nguvu zinazotegemea urefu wa ndege, kuna takriban grafu:

Video nyingine na paka na gyrodynes halisi ya NASA.
Zaidi video tata juu ya mada hiyo hiyo - "Ubunifu wa mwelekeo na mfumo wa utulivu" kutoka kwa jumuiya ya "Sekta yako ya nafasi".

Kwa tagi, machapisho kuhusu injini, mafuta, mizinga, vifaa vya uzinduzi na vitu sawa vya kupendeza, lakini visivyoonekana sana kwa sababu ya ujuzi wao.