หากดาวเทียมไม่มีระบบการวางแนว หลังจากถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรแล้ว ดาวเทียมจะมีการเคลื่อนที่แบบหมุนที่ซับซ้อน เช่น "การพลิกคว่ำ" ภายใต้อิทธิพลของแรงทางอากาศพลศาสตร์ แรงโน้มถ่วง แม่เหล็ก และการแผ่รังสี ธรรมชาติของการหมุนของดาวเทียมสามารถค่อยๆ เปลี่ยนแปลงได้ ตัวอย่างเช่น ดาวเทียมทรงกระบอกซึ่งได้รับการหมุนรอบแกนตามยาวในขณะที่แยกตัวออกจากยานปล่อย มีแนวโน้มที่จะเริ่มหมุนรอบแกนตามขวางเมื่อเวลาผ่านไปเหมือนใบพัด
อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลกมักใช้เพื่อชะลอการหมุนที่ผิดปกติของดาวเทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากคุณติดตั้งแม่เหล็กถาวรอันทรงพลังบนดาวเทียม ซึ่งติดตั้งอยู่ในแบริ่งที่สร้างแรงเสียดทานสูง ความปรารถนาให้แม่เหล็กมีเสถียรภาพในสนามแม่เหล็กจะทำให้ดาวเทียมหมุนรอบแกนของมันช้าลงอย่างรวดเร็ว (ที่ ขณะเดียวกันลูกปืนก็ร้อนมาก) ระบบดังกล่าวถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในดาวเทียมดาราศาสตร์โซเวียต Kosmos-215
ตำแหน่งเชิงมุม (ทิศทาง) ของดาวเทียมถูกควบคุมโดยใช้หัวฉีดเจ็ต ดังที่อธิบายไว้ใน
§ 5 ช. 3. ในระบบการวางแนว มักใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับ การแผ่รังสีความร้อนพื้นผิวโลกและด้วยวิธีนี้ในการตรวจจับเส้นขอบฟ้าและกำหนดแนวดิ่งในท้องถิ่น ตัวอย่างเช่นมีการใช้ระบบป้องกันภาพสั่นไหวที่คล้ายกันในดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของอเมริกาในซีรีส์ Nimbus ซึ่งกล้องโทรทัศน์จะต้องมองโลกตลอดเวลา
ที่สุด ด้วยวิธีง่ายๆการรักษาเสถียรภาพทำได้โดยการบอกให้ดาวเทียมหมุนไปตามแกนสมมาตร ด้วยเอฟเฟกต์ไจโรสโคปิก แกนของดาวเทียมแม้จะมีสิ่งรบกวน แต่ก็มีแนวโน้มที่จะรักษาทิศทางของมันสัมพันธ์กับดวงดาวไม่เปลี่ยนแปลง แต่ไม่สัมพันธ์กับโลก! ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของอเมริกา "Tiros" ได้รับการมุ่งเน้นในลักษณะนี้ เป็นผลให้ดาวเทียมไม่พังทลายซึ่งทำให้สามารถถ่ายภาพเมฆของโลกได้นับหมื่นภาพ แต่สำหรับวงโคจรส่วนใหญ่กล้องสามารถถ่ายภาพได้เฉพาะในอวกาศของโลกเท่านั้น
ใน เมื่อเร็วๆ นี้วิธีการวางแนวดาวเทียมในแนวตั้งแบบพาสซีฟ ซึ่งอิงจากการมีอยู่ของการไล่ระดับแรงโน้มถ่วง กำลังแพร่หลายมากขึ้น ดาวเทียมที่มีความยาวมีแนวโน้มที่จะหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลเพื่อให้แกนตามยาวอยู่ในแนวตั้ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากจุดสิ้นสุดของดาวเทียมซึ่งอยู่ห่างจากโลกมากกว่าถูกโลกดึงดูดอย่างแรงน้อยกว่าดาวเทียมที่อยู่ห่างไกลน้อยกว่า หากเมื่อส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร คุณหมุนช้าๆ โดยมันจะทำการปฏิวัติรอบจุดศูนย์กลางมวลหนึ่งครั้งระหว่างการบินผ่านโลกครั้งหนึ่ง ดาวเทียมจะเคลื่อนที่รอบโลกโดยอยู่ในแนวตั้งเหมือนดวงจันทร์ หันหน้าไปทางโลกด้วยด้านใดด้านหนึ่งเสมอ ( สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าดวงจันทร์นั้นค่อนข้างยาวไปตามเส้นโลก - ดวงจันทร์) หากการส่งการหมุนไปยังดาวเทียมไม่ถูกต้อง ดาวเทียมจะเริ่มสั่นสัมพันธ์กับแนวตั้งซึ่งจะต้องถูกทำให้หมาด ๆ ด้วยอุปกรณ์พิเศษ
ดาวเทียมจำนวนมากไม่มีรูปร่างที่ยาวนัก และมีแท่งที่ยุบได้ซึ่งมีความยาวหลายเมตร (หรือหลายสิบเมตร) และมีมวลอยู่ที่ปลายสุด แถบหมุนในอวกาศในทิศทางจากศูนย์กลางของโลก อุปกรณ์ทั้งหมดมีแดมเปอร์แบบสปริงเพื่อลดแรงสั่นสะเทือน (รูปที่ 51, a, b)
ตามทฤษฎี การไล่ระดับแรงโน้มถ่วงทำให้ดาวเทียมที่มีความยาวเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมโดยมีตำแหน่งสมดุลอีกสองตำแหน่ง นอกเหนือจากตำแหน่งรัศมีที่อธิบายไว้ (สามารถเรียกว่า "ซี่ล้อในวงล้อ") ตำแหน่งเหล่านี้เป็นตำแหน่งตามแนวเวกเตอร์ความเร็ว (“บูม”) และข้ามเวกเตอร์ความเร็ว ซึ่งตั้งฉากกับสองทิศทางก่อนหน้า (“ลอย”) แต่ตำแหน่งทั้งสองนี้ไม่เสถียรเมื่อเทียบกับสิ่งรบกวนจากภายนอก: แสงแฟลร์บนดวงอาทิตย์ก็เพียงพอแล้ว - และดาวเทียมจะเริ่มเบี่ยงเบนไปยังตำแหน่ง "ซี่ล้อในวงล้อ" สิ่งนี้จะมีความสำคัญเพียงใด เราจะได้ดูในมาตรา 1 ของบทที่ 7.
ระบบรักษาเสถียรภาพแรงโน้มถ่วงได้รับการทดสอบแล้วนำไปใช้กับดาวเทียมหลายดวง เหล่านี้คือ "Triad", "Traak", "GEOS-1, -2", "Eol", ดาวเทียมของซีรีย์ ATS, "Explorer-38" (แท่งกลวงโน้มถ่วงสี่แท่งที่มีความยาวสร้างเสาอากาศกล้องโทรทรรศน์วิทยุสองรูป และเหล็กกันสะเทือนยาว 96 ม.) และอื่นๆ แท่งหลายอันที่สามารถขยายและหดได้ทำให้ดาวเทียมมีเสถียรภาพตามสามแกนและหมุนได้ 180° ไปยังตำแหน่งใหม่ ตำแหน่งที่มั่นคง(ดาวเทียมทดลอง "ดอดจ์") บนดาวเทียมหลายดวง การวางแนวด้วยแรงโน้มถ่วง จะใช้การวางแนวแม่เหล็ก
ข้าว. 51. ดาวเทียมที่มีระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบพาสซีฟ: ก) ดาวเทียมนำทางของสหรัฐฯ “1963-22A”, b) ดาวเทียมวิจัยของสหรัฐฯ “Traak”; c) ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาของโซเวียต "Cosmos-149" (“Cosmic Arrow”)
วิธีการแบบพาสซีฟ ได้แก่ การรักษาเสถียรภาพตามหลักอากาศพลศาสตร์ แกนตามยาวของดาวเทียมสามารถกำหนดทิศทางในทิศทางการบินได้หากวางโคลงไว้ที่ส่วนท้ายของดาวเทียมซึ่งมี "แรงลม" มากกว่าตัวดาวเทียมเอง (ตามหลักการของบูมขนนก) สถานีอุตุนิยมวิทยาของสหภาพโซเวียตติดตั้งระบบรักษาเสถียรภาพตามหลักอากาศพลศาสตร์
ดาวเทียม "Cosmos-149" (2510, รูปที่ 51, c) ในกรณีนี้ การรักษาเสถียรภาพของดาวเทียมในม้วน (กำจัดการหมุนรอบแกนตามยาว) ทำได้เพิ่มเติมโดยใช้ไจโรสโคปสองตัว เป็นผลให้หน้าต่างอุปกรณ์โทรทัศน์ของดาวเทียมมุ่งตรงไปยังโลกเสมอ ดาวเทียม Kosmos-320 (1970) ก็เป็นของประเภทนี้เช่นกัน
การวางแนวของยานอวกาศ - ดาวเทียมที่มีคนขับดำเนินการโดยใช้ ควบคุมด้วยมือหรือโดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น นักบินอวกาศสามารถหมุนยานอวกาศโซยุซในลักษณะที่ต้องการโดยสัมพันธ์กับทิศทางการบินของเขา เขาตัดสินทิศทางนี้โดยอาศัยการอ่านเซ็นเซอร์เวกเตอร์ความเร็วไอออน
โดยสรุป เราไม่สามารถละเลยที่จะกล่าวถึงประเด็นทางทฤษฎีที่สำคัญ: การเคลื่อนไหวแบบหมุนดาวเทียมมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับมัน การเคลื่อนไหวไปข้างหน้าหรือการเคลื่อนที่ของดาวเทียมสัมพันธ์กับศูนย์กลางมวลสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของศูนย์กลางมวลนั่นเอง การเชื่อมต่อนี้สร้างขึ้นโดยการวิเคราะห์สมการการเคลื่อนที่ที่แน่นอน จะเห็นได้ชัดเจนเมื่อใด ขนาดใหญ่ดาวเทียม
ตัวอย่างเช่น ให้ดาวเทียมรูปวงรียาวซึ่งมีมวลเท่ากันขนาดใหญ่ที่ปลาย (“ดัมเบล”) เคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมรอบโลกในตำแหน่ง “ซี่ในวงล้อ” หมุนโดยใช้ระบบการวางแนวไปที่ตำแหน่ง "หอก" ทั้งหมด แรงโน้มถ่วงกระทำการบนดาวเทียม ดังต่อไปนี้ จากกฎหมาย แรงโน้มถ่วงสากลจะลดลงและดาวเทียมจะเคลื่อนเข้าสู่วงโคจรรูปวงรี (ผู้อ่านจะมั่นใจในสิ่งที่พูดโดยการคำนวณหากละเลยมวลของแท่ง "ดัมเบล" เขาใช้ความยาวพูดเท่ากับและความสูงของวงโคจรเริ่มต้นเท่ากับหรือรัศมีของอยู่ที่ไหน โลก.)
ด้วยความช่วยเหลือของระบบการวางแนว วงโคจรยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในกรณีที่มีแรงธรรมชาติที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ความต้านทานบรรยากาศสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อตำแหน่งของดาวเทียมเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับการไหลที่กำลังมาถึง และแรงกด แสงแดด- เมื่อเปลี่ยนการวางแนวของอุปกรณ์ด้วยใบเรือสุริยะ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในวงโคจร
ให้ตำแหน่งที่แน่นอนของแกนของอุปกรณ์สัมพันธ์กับทิศทางที่ระบุ ความต้องการระบบนี้เกิดจากงานต่อไปนี้:
งานที่อุปกรณ์ทำอาจต้องใช้ทั้งการวางแนวแบบถาวรและการวางแนวในระยะสั้น ระบบการวางแนวสามารถให้การวางแนวในแกนเดียวหรือเต็ม (สามแกน) ระบบการวางแนวที่ไม่ต้องการพลังงานเรียกว่าแบบพาสซีฟซึ่งรวมถึง: แรงโน้มถ่วง, เฉื่อย, แอโรไดนามิก ฯลฯ ระบบที่ใช้งาน ได้แก่ : เครื่องยนต์ไอพ่นการวางแนว ไจโรดีน มู่เล่ โซลินอยด์ ฯลฯ ซึ่งต้องใช้พลังงานที่สะสมไว้บนอุปกรณ์ ในการบินอวกาศโดยมีคนขับ นอกเหนือจากระบบควบคุมทัศนคติอัตโนมัติแล้ว ยังมีการใช้ระบบควบคุมด้วยตนเองอีกด้วย
เซนเซอร์ [ | ]
เซ็นเซอร์ไฟฟ้าออปติคัลมักใช้เป็นเซ็นเซอร์สำหรับตำแหน่งปัจจุบันของอุปกรณ์ โดยใช้จุดอ้างอิงต่างๆ เทห์ฟากฟ้า: , โลก, ดวงจันทร์, ดวงดาว มีการใช้สเปกตรัมที่มองเห็นหรืออินฟราเรดอย่างที่สองสะดวกกว่าเช่นสำหรับโลกเนื่องจากในบริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัมด้านกลางวันและกลางคืนจะแตกต่างกันเล็กน้อย
นอกจากเซ็นเซอร์ออปติคอลแล้ว เซ็นเซอร์ไอออน เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กโลก และเซ็นเซอร์ไจโรสโคปิกก็สามารถใช้ได้
ระบบรักษาเสถียรภาพ[ | ]
เมื่อเปลี่ยนจากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงหนึ่ง หรือเปลี่ยนไปสู่วิถีโคจร เมื่อระบบขับเคลื่อนหลักทำงาน จำเป็นต้องรักษาทิศทางของแกนของยานพาหนะให้ไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อแก้ไขปัญหานี้จึงมีจุดมุ่งหมาย ระบบรักษาเสถียรภาพ- ในระหว่างการรักษาเสถียรภาพ ขนาดของแรงและโมเมนต์รบกวนจะสูงกว่ามาก การชดเชยของสิ่งเหล่านี้ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ระยะเวลาอยู่ในโหมดนี้ค่อนข้างสั้น
เนื่องจากงานที่พวกเขาทำมีความคล้ายคลึงกัน ระบบรักษาเสถียรภาพและการวางแนวจึงมักถูกรวมเข้าด้วยกันบางส่วน เช่น ใช้เซ็นเซอร์ตัวเดียวกัน ในกรณีเช่นนี้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับเรื่องเดียวได้ ระบบการวางแนวและเสถียรภาพของยานอวกาศ.
ระบบพาสซีฟ[ | ]
ระบบเหล่านี้มีความประหยัด แต่ก็มีข้อจำกัดหลายประการ
แรงโน้มถ่วง [ | ]
ระบบรักษาเสถียรภาพนี้ใช้สนามโน้มถ่วงของโลก สำหรับโลก การใช้งานนี้มีประสิทธิภาพสำหรับระดับความสูงของวงโคจรตั้งแต่ 200 กม. ถึง 2,000 กม.
อากาศพลศาสตร์[ | ]
การใช้ระบบนี้เป็นไปได้ในวงโคจรต่ำซึ่งมีเศษบรรยากาศเหลืออยู่ สำหรับโลกจะมีระดับความสูงตั้งแต่ 200 ถึง 400 กม. สำหรับระดับความสูงที่สูงกว่า 2,500 กม. สามารถใช้แรงดันได้ แสงอาทิตย์เพื่อสร้างระบบที่คล้ายกัน
แม่เหล็กไฟฟ้า[ | ]
ด้วยการติดตั้งแม่เหล็กถาวรบนอุปกรณ์ ทำให้สามารถบรรลุตำแหน่งที่แน่นอนของอุปกรณ์ที่สัมพันธ์กับเส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลกได้ หากใช้โซลินอยด์แทนแม่เหล็กถาวร การควบคุมตำแหน่งที่มีประสิทธิภาพจะเป็นไปได้ การใช้ระบบแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับดาวเคราะห์คล้ายโลกสามารถทำได้ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 600 ถึง 6,000 กม.
ระบบที่ใช้งานอยู่[ | ]
ระบบ ประเภทนี้ต้องการรายจ่ายด้านพลังงาน
หัวฉีดแก๊ส [ | ]
ไจโรสโคป [ | ]
เพื่อการปฐมนิเทศและรักษาเสถียรภาพของมวลสาร ยานอวกาศบน วงโคจรคงที่ใช้มู่เล่เฉื่อยและไจโรดีน การหมุนของมู่เล่มักมีให้โดยมอเตอร์ไฟฟ้า
การประดิษฐ์เกี่ยวข้องกับ เทคโนโลยีอวกาศและสามารถใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศ (SV) ระบบรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศประกอบด้วยระบบขับเคลื่อนที่มีตัวออกซิไดเซอร์ทรงกลมและถังเชื้อเพลิง เครื่องยนต์จรวด ช่องควบคุมระยะพิทช์และการหันเหพร้อมเซ็นเซอร์มุมและการโก่งตัว ความเร่งเชิงเส้นและความเร็วความเบี่ยงเบน ความเร่งเชิงมุมและความเร็ว เครื่องขยายสัญญาณรวม เครื่องบังคับเลี้ยว อุปกรณ์บูรณาการ บล็อกลอจิคัลสองตัว วาล์ว มอเตอร์แรงขับต่ำ การประดิษฐ์นี้ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของเสถียรภาพของยานอวกาศ 3 ป่วย
สิ่งประดิษฐ์ที่นำเสนอเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอวกาศและมีวัตถุประสงค์เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของส่วนบนของจรวดและยานอวกาศ (SC)
ระบบรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศเป็นที่รู้จักกันว่าใช้มอเตอร์ไฟฟ้า-มู่เล่เป็นตัวบริหารของระบบรักษาเสถียรภาพซึ่งตั้งอยู่ตามแนวแกนรักษาเสถียรภาพและสร้างแรงบิดควบคุมแบบไดนามิก ขนาดที่ถูกควบคุม เช่น ตามสัดส่วนของสัญญาณควบคุม (สิทธิบัตร SU 1839975 ลำดับความสำคัญลงวันที่ 26 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2522) ระบบเหล่านี้พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในเทคโนโลยีอวกาศ แต่การใช้งานนั้นเกี่ยวข้องกับข้อ จำกัด เกี่ยวกับค่าสูงสุดของโมเมนต์การคืนค่าซึ่งถูกกำหนดโดยความเร็วสูงสุดของการหมุนของมู่เล่ ดังนั้นเมื่อมีการรบกวนอย่างมาก การตอบสนองของความเสถียร ระบบอาจจะไม่เพียงพอ สิ่งนี้จำกัดการใช้ระบบดังกล่าวเมื่อรักษาเสถียรภาพของจรวดส่วนบน
เป็นที่ทราบกันดีว่าระบบรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศใช้เครื่องยนต์ไอพ่นกำลังต่ำเป็นตัวบริหารของระบบรักษาเสถียรภาพ ซึ่งผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ธรรมดาสามารถทำหน้าที่เป็นของเหลวในการทำงานได้ เชื้อเพลิงเคมีหรือก๊าซใด ๆ (S.I. Korolev, N.K. Matveev ยานอวกาศของซีรีส์ Zenit: ความช่วยเหลือด้านการสอน / Balt State Technical University, St. Petersburg, 2005) ขนาดของแรงบิดในการคืนสภาพที่สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วไอเสียและการไหลของมวลของของไหลทำงานตลอดจนขนาดของแขนที่ใช้แรงดึงของเครื่องยนต์
ระบบดังกล่าวสามารถสร้างได้ ปริมาณมากคืนช่วงเวลาและตอบสนองต่ออิทธิพลที่รบกวนอย่างรวดเร็ว แต่ความจำเป็นในการใช้สารทำงานที่ไม่หมุนเวียนจะจำกัดเวลาการใช้งาน ในกรณีนี้ ขนาดของแขนที่เป็นไปได้ซึ่งใช้แรงขับของเครื่องยนต์นั้นส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยโครงร่างที่เลือกของยานอวกาศ ตัวอย่างเช่นเพื่อรักษาเสถียรภาพของระยะบนของจรวดขนาดเล็กและขนาดกลาง (RU) เลย์เอาต์ซึ่งรวมถึงบล็อกถังรูปวงแหวนที่มีการจัดเรียงตรงข้ามกับเส้นทแยงมุมสัมพันธ์กับแกนตามยาวของบล็อก ถังออกซิไดเซอร์ทรงกลมสองถัง ถังเชื้อเพลิงทรงกลมสองถังและช่องเก็บเครื่องมือทรงกลมสองช่องใช้เครื่องยนต์จรวดสององค์ประกอบติดตั้งในช่องเปิดภายในของบล็อกถังตามแนวแกนตามยาว (สิทธิบัตร RU 2043956 ลำดับความสำคัญลงวันที่ 23 พฤศจิกายน 2536) การจัดเรียงนี้ใช้ในการออกแบบหน่วยเพิ่มกำลังจรวด Fregat คุณลักษณะของยานอวกาศที่มีการจัดเรียงคล้ายกันคือ แขนควบคุมแรงบิดมีขนาดเล็กเนื่องจากอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของเครื่องยนต์จรวดถึงจุดศูนย์กลางมวลของยานอวกาศ ยิ่งไปกว่านั้น นอกจากการรบกวนในรูปของช่วงเวลาหนึ่งแล้ว การรบกวนในรูปของแรงยังมีคุณค่าที่มีนัยสำคัญอีกด้วย การใช้เครื่องยนต์จรวดหมุนที่ติดตั้งใน gimbal โดยมีแขนควบคุมขนาดเล็กซึ่งกำหนดโดยระยะห่างระหว่างจุดศูนย์ถ่วงของยานอวกาศและจุดออกแรงจากเครื่องยนต์ เพื่อให้ได้แรงบิดควบคุมเพื่อปัดป้องการรบกวน ต้องใช้ มุมสำคัญและ ความเร็วเชิงมุมการหมุนของห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ สิ่งนี้ทำให้เกิดองค์ประกอบขนาดใหญ่ของแรงรบกวนด้านข้าง (ตามขวาง) อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ข้อเสียเหล่านี้จะถูกกำจัดออกบางส่วนเมื่อติดตั้งเครื่องยนต์จรวดในระบบกันสะเทือนโดยมีความเป็นไปได้ในการเคลื่อนที่ของช่วงล่างแบบขนานกับเครื่องบินโดยเครื่องยนต์อยู่ในระนาบตั้งฉากกับแกนตามยาวของยานอวกาศ ระบบกันสะเทือนถูกเคลื่อนย้ายโดยใช้เกียร์พวงมาลัย ระบบรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศที่มีระบบขับเคลื่อนพร้อมถังออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงทรงกลม ซึ่งอยู่ในตำแหน่งสมมาตรสัมพันธ์กับแกนตามยาวของยานอวกาศ และเครื่องยนต์จรวดที่ติดตั้งในระบบกันสะเทือนใกล้จุดศูนย์กลางมวลของยานอวกาศโดยมีความเป็นไปได้ของเครื่องบิน -การเคลื่อนที่แบบขนานของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ในระนาบตั้งฉากกับแกนตามยาวของยานอวกาศเป็นอะนาล็อกที่ใกล้เคียงที่สุดกับระบบรักษาเสถียรภาพยานอวกาศที่ประกาศไว้และได้รับเลือกให้เป็นต้นแบบ (สิทธิบัตร RU 2090463 ลำดับความสำคัญลงวันที่ 20 กันยายน 2540) ระบบประกอบด้วยช่องควบคุมระดับเสียงและช่องควบคุมการหันเห ซึ่งแต่ละช่องประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงเส้นและเซ็นเซอร์ความเบี่ยงเบนความเร็ว และเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงมุมและเซ็นเซอร์ความเบี่ยงเบนความเร็ว ซึ่งเอาต์พุตจะเชื่อมต่อผ่านเครื่องขยายสัญญาณสรุปกับอินพุตของเฟืองบังคับเลี้ยวที่ให้ระนาบ - การเคลื่อนที่แบบขนานของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ ระบบรักษาเสถียรภาพที่ระบุถูกนำมาใช้ในการพัฒนาระยะบนของ Fregat และทำให้สามารถเพิ่มความแม่นยำของการรักษาเสถียรภาพในโหมดการแก้ไขวิถีระยะสั้นโดยการเพิ่มความแม่นยำของการรักษาเสถียรภาพของความเร็วตามขวางของศูนย์กลางมวลยานอวกาศ อย่างไรก็ตาม ระบบที่ระบุไม่ได้ขจัดปัญหาเสถียรภาพที่เหลืออยู่ในโครงร่างยานอวกาศนี้ หนึ่งในปัญหาเหล่านี้คือปัญหาของการผลิตเชื้อเพลิงที่แตกต่างจากตัวออกซิไดเซอร์และถังเชื้อเพลิงซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์ถ่วงของยานอวกาศเมื่อสิ้นสุดการซ้อมรบที่ใช้งานอยู่เป็นค่าที่สำคัญสำหรับการรับรองเสถียรภาพซึ่งถูกกำหนดโดย ระยะชักสูงสุดที่เป็นไปได้ของแกน PM เช่น บริเวณเลือดออกในห้องเครื่องยนต์ เพื่อลดโอกาสที่จะเกิดการพัฒนาเหตุการณ์ดังกล่าวจึงเป็นสิ่งจำเป็น ในรูปแบบที่สร้างสรรค์ให้สิ่งที่จำเป็น ตำแหน่งเริ่มต้น CG ในระนาบแนวขวาง และโดยการวัดและการปรับเพื่อลดความแตกต่างในความต้านทานไฮดรอลิกในเส้นทางจ่ายส่วนประกอบเชื้อเพลิง ซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีและที่สำคัญ ต้นทุนวัสดุและลดความน่าเชื่อถือของระบบลดการสั่นไหว
ปัญหาทางเทคนิคที่แก้ไขได้โดยการประดิษฐ์ที่เสนอคือการเพิ่มความน่าเชื่อถือของความเสถียรเมื่อมีการพัฒนาที่แตกต่างกันซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียความเสถียรของยานอวกาศ
งานนี้มั่นใจได้จากข้อเท็จจริงที่ไม่เหมือน ระบบที่รู้จักการรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศ (SV) ที่มีระบบขับเคลื่อนด้วยตัวออกซิไดเซอร์ทรงกลมและถังเชื้อเพลิงซึ่งอยู่ในตำแหน่งสมมาตรสัมพันธ์กับแกนตามยาวของยานอวกาศและเครื่องยนต์จรวดที่ติดตั้งในระบบกันสะเทือนใกล้กับศูนย์กลางมวลของยานอวกาศโดยมีความเป็นไปได้ของเครื่องบิน - การเคลื่อนที่ขนานของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ในระนาบตั้งฉากกับแกนตามยาวของยานอวกาศ รวมถึงช่องควบคุมระดับเสียงและช่องควบคุมการหันเห ซึ่งแต่ละช่องประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงเส้นและส่วนเบี่ยงเบนความเร็ว และความเร่งเชิงมุมและเซ็นเซอร์ส่วนเบี่ยงเบนความเร็ว เอาต์พุตที่เชื่อมต่อผ่านแอมพลิฟายเออร์สรุปกับอินพุตของเครื่องบังคับเลี้ยวที่ให้การเคลื่อนที่ของระบบกันสะเทือนแบบระนาบขนานกับเครื่องยนต์ อันใหม่คือความจริงที่ว่าระบบรักษาเสถียรภาพนั้นมาพร้อมกับเซ็นเซอร์มุมและอุปกรณ์รวมที่นำมาใช้ใน ช่องควบคุมระยะพิทช์และการหันเห และบล็อกลอจิคัลสองบล็อกที่เชื่อมต่อกับอินพุตของวาล์วที่ควบคุมบูสต์ในแต่ละถัง ซึ่งจะกำหนดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจากตัวออกซิไดเซอร์และถังเชื้อเพลิง และการเชื่อมต่อของแรงขับของเครื่องยนต์ขนาดเล็กขณะอยู่ในแต่ละระยะพิตช์ และช่องควบคุมการหันเห อินพุตของอุปกรณ์อินทิเกรตเชื่อมต่อกับเอาท์พุทที่สองของเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงมุมและค่าเบี่ยงเบนความเร็ว และเอาท์พุทของเซ็นเซอร์มุมและอุปกรณ์อินทิเกรตเชื่อมต่อตามลำดับกับอินพุตที่สามและสี่ของ แอมพลิฟายเออร์สรุป อินพุตที่ห้าเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สองของเฟืองบังคับเลี้ยว และอินพุตของแต่ละบล็อกลอจิคัลเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สามของเฟืองบังคับเลี้ยวของทั้งสองช่อง
การติดตั้งระบบลดการสั่นไหวด้วยเซ็นเซอร์มุมและอุปกรณ์รวมที่เสียบเข้าไปในช่องควบคุมระยะพิทช์และการหันเห และด้วยบล็อกแบบลอจิคัลที่เชื่อมต่อกับอินพุตของวาล์วที่ควบคุมการเพิ่มและผลที่ตามมาคือปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจากตัวออกซิไดเซอร์และถังเชื้อเพลิง และการเชื่อมต่อของแรงดันต่ำ เครื่องยนต์แบบแรงขับทำให้สามารถชดเชยความแตกต่างในการผลิตเชื้อเพลิงจากถัง ลดระดับการรบกวนที่กระทำต่อยานอวกาศ และเพิ่มความเร็วและความน่าเชื่อถือของเสถียรภาพ
ในเวลาเดียวกัน การเชื่อมต่อเครื่องยนต์แรงขับต่ำเข้ากับกระบวนการรักษาเสถียรภาพทำให้สามารถชดเชยได้ ชั้นต้นการรักษาเสถียรภาพของความเฉื่อยของปฏิกิริยาตั้งแต่การกระจายการใช้เชื้อเพลิงในถังไปจนถึงกระบวนการรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศ
สาระสำคัญของการประดิษฐ์แสดงเป็นภาพวาด โดยที่:
รูปที่. 1 - โครงการโครงสร้างระบบรักษาเสถียรภาพ
รูปที่. 2 - แผนผังของบล็อกลอจิคัลที่ 1
รูปที่. 3 - แผนผังของบล็อกลอจิคัลที่ 2
ระบบรักษาเสถียรภาพที่นำเสนอได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาเสถียรภาพของยานอวกาศ (SC) ซึ่งมีระบบขับเคลื่อน (PS) พร้อมถังออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงทรงกลมซึ่งอยู่ในตำแหน่งสมมาตรสัมพันธ์กับแกนตามยาวของยานอวกาศและเครื่องยนต์จรวด (RM) ติดตั้งในระบบกันสะเทือน ใกล้กับจุดศูนย์กลางมวลของยานอวกาศที่มีความเป็นไปได้ที่จะเคลื่อนที่แบบระนาบขนานของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนตามยาวของยานอวกาศเช่นจรวด Fregat บนเวทีด้านบน ระบบประกอบด้วยช่องควบคุมระดับเสียง (“T”) และช่องควบคุมการหันเห (“P”) ซึ่งแต่ละช่องประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงเส้นและเซ็นเซอร์ความเบี่ยงเบนความเร็ว 1, 2 และความเร่งเชิงมุมและเซ็นเซอร์ความเบี่ยงเบนความเร็ว 3, 4 ซึ่งเป็นเอาต์พุตของ ซึ่งผ่านเครื่องขยายเสียงรวม 5, 6 เชื่อมต่อกับอินพุตของเครื่องบังคับเลี้ยว (RM) 7, 8 ซึ่งให้การเคลื่อนที่แบบขนานระนาบของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ 9 ช่องระดับเสียง (“ T”) ให้การควบคุม การเคลื่อนไหวเชิงเส้นระบบกันสะเทือนด้วยมอเตอร์ 9 ในระนาบ YOZ ตามแนวแกน “OZ” (ก้านบังคับเลี้ยว 7 แชนเนล “T”) และช่องการยัก (“P”) ให้การควบคุมการเคลื่อนที่เชิงเส้นของระบบกันสะเทือนด้วยมอเตอร์ 9 ในระนาบ YOZ ตามแนว แกน “OY” (เครื่องบังคับเลี้ยว 8 ช่อง "P") นอกจากนี้ แต่ละช่องควบคุมระยะพิทช์ (“T”) และหัน (“P”) รวมถึงเซ็นเซอร์มุม 10, 11 และอุปกรณ์รวม 12, 13 ที่เชื่อมต่อกับเครื่องขยายสัญญาณรวม 5, 6 ข้อมูลเข้าของอุปกรณ์รวม 12, 13 เชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สองของเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงมุมและส่วนเบี่ยงเบนความเร็ว 2 อินพุตที่ห้าของแอมพลิฟายเออร์สรุป 5, 6 เชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สองของเครื่องยนต์บังคับเลี้ยว 7, 8 องค์ประกอบของระดับเสียงและการหันเห เครื่องมือช่องสัญญาณในส่วนนี้ (บล็อก 1-13) เหมือนกันและสามารถนำไปใช้ได้บนพื้นฐานที่มีชื่อเสียง โซลูชั่นทางเทคนิคดูตัวอย่าง หนังสือ “การจัดการพื้นที่ อากาศยาน", เค.บี. Alekseev, G.G. เบเบนิน, เอ็ด. วิศวกรรมเครื่องกล พ.ศ. 2507 (1, 2 - หน้า 115, รูปที่ 4.2) (3, 4 - หน้า 163, รูปที่ 4-28); (5, 6 - หน้า 217, รูปที่ 5.17); (10, 11 - หน้า 117, รูปที่ 4.3); (12, 13 - หน้า 218, รูปที่ 5.19) ระบบประกอบด้วยบล็อกลอจิคัลสองตัว (LB-1, LB-2) 14, 15 ซึ่งเชื่อมต่อกับอินพุตของวาล์ว 16, 17, 18, 19 ซึ่งควบคุมการเพิ่มและผลที่ตามมาคือการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจากตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิง ถังและการเชื่อมต่อของเครื่องยนต์แรงขับต่ำ 20, 21, 22, 23 และอินพุตของแต่ละบล็อกลอจิคัล 14, 15 เชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สามของเครื่องบังคับเลี้ยว 7, 8 ของทั้งสองช่อง ตัวอย่างการใช้งาน LB-1 แสดงในรูปที่ 1 2 โดยที่ 24 เป็นไดโอดแยกส่วน 25 - ความต้านทานในการปรับจูน 26 - รีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสปิดตามปกติและหน้าสัมผัสเปิดตามปกติในช่องพิทช์ "+" 27 - รีเลย์ที่คล้ายกันในช่องพิทช์ "-"; 28 - รีเลย์ที่คล้ายกันในช่องสัญญาณ "+" 29 - รีเลย์ที่คล้ายกันในช่องสัญญาณ "-" 261, 262, 213 - กลุ่มหน้าสัมผัสของรีเลย์ 26; 271, 272, 273 - กลุ่มหน้าสัมผัสของรีเลย์ 27; 281, 282, 283 - กลุ่มหน้าสัมผัสของรีเลย์ 28; 291, 292, 293 - กลุ่มหน้าสัมผัสของรีเลย์ 29; 30, 31 - รีเลย์สำหรับควบคุมวาล์วเพิ่มแรงดันในถังเชื้อเพลิงถังแรกและถังที่สองตามลำดับ 32, 33 - รีเลย์สำหรับควบคุมวาล์วเพิ่มแรงดันในถังออกซิไดเซอร์ที่หนึ่งและที่สองตามลำดับ ตัวอย่างการใช้งาน LB-2 แสดงในรูปที่ 1 3 โดยที่ 24 เป็นไดโอดแยกส่วน 25 - ความต้านทานในการปรับแต่ง 34 - รีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสปิดปกติและหน้าสัมผัสเปิดตามปกติในช่องพิทช์ "+" 35 - รีเลย์ในช่องสนาม "-"; 36 - รีเลย์ช่องสัญญาณ "+" หันเห; 37 - รีเลย์ช่องสัญญาณ "-" หันเห; 341, 351, 361, 371 - กลุ่มหน้าสัมผัสของรีเลย์ที่เกี่ยวข้อง 34, 35, 36, 37; 38 - รีเลย์ควบคุมเครื่องยนต์แรงขับต่ำในช่องพิทช์ "+"; 39 - รีเลย์ควบคุมเครื่องยนต์แรงขับต่ำในช่องพิทช์ "-" 40 - รีเลย์ควบคุมเครื่องยนต์แรงขับต่ำในช่องหันเห "+" 41 - รีเลย์ควบคุมเครื่องยนต์แรงขับต่ำในช่องหันเห "-"
ในระหว่างการทำงานของระบบลดการสั่นไหวอินพุตของแอมพลิฟายเออร์สรุป 5, 6 นอกเหนือจากสัญญาณจากเซ็นเซอร์ 1, 2, 3, 4, 10, 11 และอุปกรณ์รวม 12, 13 จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของพวงมาลัย ก้านเครื่องยนต์ (RM) 7, 8 ในแต่ละช่องเสถียรภาพ . เมื่อถึงเกณฑ์แรกในช่องการรักษาเสถียรภาพของระดับเสียง มูลค่าที่กำหนดจังหวะของแกนพวงมาลัย (เช่น 7) สัญญาณ สัดส่วนกับขนาดระยะชักของก้าน (เช่น จากโพเทนชิโอมิเตอร์ ข้อเสนอแนะ) ยังถูกจ่ายให้กับอินพุตที่สอดคล้องกันของบล็อกลอจิคัล LB-1 ซึ่งจะออกคำสั่งไปยังวาล์วควบคุมการเร่งในถังที่เกี่ยวข้อง ปริมาณการบูสต์ในถังนี้จะลดลงตามไปด้วย และการสิ้นเปลืองส่วนประกอบเชื้อเพลิงจากถังนี้ก็ลดลงเช่นกัน กระบวนการลดขนาดของความเยื้องศูนย์กลางที่เกิดจากความแตกต่างสะสมในการผลิตเริ่มต้นขึ้น กระบวนการที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นในช่องป้องกันการสั่นไหว ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การลดความเยื้องศูนย์กลางที่สะสมให้อยู่ในระดับที่กำหนด เนื่องจากแกนรักษาเสถียรภาพที่ติดตั้ง PM และแกนสมมาตรของถังเชื้อเพลิงไม่ตรงกัน (มุมระหว่างแกนทั้งสองคือประมาณ 45°) LB-1 จะใช้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของก้านของ PM ทั้งสองเพื่อสร้างคำสั่งควบคุม . ระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงได้รับการออกแบบในลักษณะที่โดยการจำกัดการเพิ่มในถังด้วยปริมาณเชื้อเพลิงที่น้อยลง ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงจะถูกกระจายจากถังสองถังที่มีชื่อเดียวกัน ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการไหลทั้งหมดที่ทางออกของหน่วยเทอร์โบปั๊ม (TPA) แรงผลักดันของรีโมทคอนโทรลยังคงที่ นอกจากนี้ พลวัตของกระบวนการเปลี่ยนตำแหน่ง CG ขึ้นอยู่กับระดับของขีดจำกัดการบูสต์ สำหรับการเติมถังเฉพาะ สามารถกำหนดระดับขีดจำกัดได้ด้วยการทดลอง เนื่องจากการกระจายการใช้เชื้อเพลิงใหม่ ค่าเบี่ยงเบนของจุดศูนย์ถ่วง (CG) จะลดลง ในกรณีของการเติมถังสูงสุดและระยะเวลาการทำงานของระบบขับเคลื่อนนานขึ้น อาจเป็นไปได้ว่าความพยายามที่จะจำกัดการเสริมในถังใดถังหนึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มความเยื้องศูนย์ในทิศทางตรงกันข้าม ในกรณีนี้ LB-1 จะปิดวาล์วและคืนค่า มูลค่าเดิมเพิ่ม เพื่อรับประกันความเสถียรของ RB โดยคำนึงถึงว่าปฏิกิริยาของการกระจายการใช้เชื้อเพลิงซ้ำเพื่อจำกัดการเร่งความเร็วนั้นเป็นกระบวนการที่ช้าและเป็นไปได้ว่าหลังจากเปิดวาล์วเพิ่มระยะแล้ว ความเยื้องศูนย์ CG จะ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยจะมีการจัดเตรียมระดับสัญญาณควบคุมเพิ่มเติมที่อินพุตของการเชื่อมต่อ LB-2 ของเครื่องยนต์รักษาเสถียรภาพ RB ในส่วนพาสซีฟ ซึ่งให้ระยะขอบบางส่วนสำหรับการขยายโซนที่เป็นไปได้เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของ RB เป็นเรื่องพื้นฐานที่การเชื่อมต่อของเครื่องยนต์แรงขับต่ำนั้นเกิดขึ้นจากการวิเคราะห์ตำแหน่งของเครื่องยนต์ควบคุมหลักและไม่ได้ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการวัดพารามิเตอร์ไดนามิกของการรักษาเสถียรภาพของ RB หลักการทำงาน วงจรลอจิกถัดไป: เมื่อจังหวะของก้านเช่นในช่อง RMT ถึงค่าที่สอดคล้องกันซึ่งกำหนดโดยความต้านทานการปรับขึ้นอยู่กับสัญญาณของกระแสควบคุมรีเลย์ที่เกี่ยวข้อง 26 หรือ 27 จะถูกเปิดใช้งาน รีเลย์จะเข้ารับตำแหน่งที่เกี่ยวข้องซึ่งเป็นผลมาจากการได้รับคำสั่งให้ปิดการเพิ่มวาล์วในถังเชื้อเพลิงที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากในกรณีของเราแกนรักษาเสถียรภาพของ RB และแกนสมมาตรของถังไม่ตรงกัน การปิดวาล์วแรงดันของถังที่เกี่ยวข้องจึงถูกกำหนดตามขนาดและเครื่องหมายของจังหวะของก้าน RM ในระดับเสียงและ ช่องสัญญาณ ดังต่อไปนี้จากแผนภาพที่นำเสนอ สัญญาณตามสัดส่วนจังหวะของแท่งเกียร์บังคับเลี้ยวในช่องพิทช์และช่องหันเหจะถูกส่งไปยังอินพุตของอุปกรณ์ลอจิคัล LB-2 ผ่านไดโอดแยกส่วนและความต้านทานการปรับจูน ขึ้นอยู่กับสัญญาณของสัญญาณอินพุตในแต่ละช่องสัญญาณกันสั่น LB-2 จะสร้างสัญญาณเพื่อเชื่อมต่อมอเตอร์แรงขับต่ำ (DMT) ที่สอดคล้องกัน ซึ่งจะสร้างแรงบิดควบคุมเพิ่มเติมในช่องระดับเสียงและในช่องสัญญาณหันเห
ระบบรักษาเสถียรภาพที่นำเสนอทำให้สามารถลดระดับการรบกวนที่กระทำต่อยานอวกาศและเพิ่มความเร็วและความน่าเชื่อถือของการรักษาเสถียรภาพ
เรียกร้อง
ระบบลดการสั่นไหวของยานอวกาศ (SV) ซึ่งประกอบด้วยระบบขับเคลื่อนที่มีตัวออกซิไดเซอร์ทรงกลมและถังเชื้อเพลิง ซึ่งอยู่ในตำแหน่งสมมาตรสัมพันธ์กับแกนตามยาวของยานอวกาศ และเครื่องยนต์จรวดที่ติดตั้งในระบบกันสะเทือนใกล้กับจุดศูนย์กลางมวลของยานอวกาศ โดยมีความเป็นไปได้ การเคลื่อนที่ระนาบขนานของระบบกันกระเทือนกับเครื่องยนต์ในระนาบตั้งฉากกับแกนตามยาว ยานอวกาศ รวมถึงช่องควบคุมพิตช์และช่องควบคุมการหันเห ซึ่งแต่ละช่องประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงเส้นและส่วนเบี่ยงเบนความเร็ว และความเร่งเชิงมุมและเซ็นเซอร์ส่วนเบี่ยงเบนความเร็ว เอาต์พุตที่เชื่อมต่อผ่านแอมพลิฟายเออร์สรุปกับอินพุตของเครื่องบังคับเลี้ยวที่ให้การเคลื่อนที่แบบระนาบขนานของระบบกันสะเทือนกับเครื่องยนต์ แตกต่างตรงที่ระบบรักษาเสถียรภาพนั้นติดตั้งเซ็นเซอร์มุมและอุปกรณ์รวมที่สอดเข้าไปในการควบคุมระดับเสียงและการหันเห ช่องสัญญาณและบล็อกลอจิคัลสองบล็อกที่เชื่อมต่อกับอินพุตของวาล์วที่ควบคุมการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจากตัวออกซิไดเซอร์และถังเชื้อเพลิงและการเชื่อมต่อของเครื่องยนต์ที่มีแรงขับต่ำ ในขณะที่ในแต่ละช่องควบคุมระยะพิทช์และหันเห อินพุตของอุปกรณ์บูรณาการจะเชื่อมต่อกับ เอาต์พุตที่สองของเซ็นเซอร์ความเร่งเชิงมุมและความเบี่ยงเบนความเร็ว และเอาต์พุตของเซ็นเซอร์มุมและอุปกรณ์รวมเชื่อมต่อตามลำดับกับอินพุตที่สามและสี่ของแอมพลิฟายเออร์สรุป โดยอินพุตที่ห้าเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สอง ของเครื่องบังคับเลี้ยว และอินพุตของแต่ละบล็อกลอจิกเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สามของเครื่องยนต์บังคับเลี้ยวของทั้งสองช่องสัญญาณ
การติดตั้งแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับระบบขนถ่ายยานอวกาศขนาดเล็ก "ชิบิส-เอ็ม"
ยานอวกาศสมัยใหม่ส่วนใหญ่ติดตั้งระบบมู่เล่หรือไจโรพาวเวอร์เพื่อกำหนดทิศทางของตัวยานอวกาศ ผู้บริหารระบบเหล่านี้ (มอเตอร์ - มู่เล่ในกรณีแรกและไจโรสโคปกำลังในกรณีที่สอง) มีคุณสมบัติที่ไม่พึงประสงค์ - หลังจากใช้งานต่อเนื่องไประยะหนึ่งพวกเขาจะสูญเสียความสามารถในการสร้างแรงบิดควบคุม มอเตอร์มู่เล่มีความเร็วการหมุนสูงสุดและเรียกว่า ความอิ่มตัวซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการ ขนถ่ายระบบการวางแนวจากโมเมนต์จลน์สะสม ในการทำเช่นนี้ดาวเทียมแต่ละดวงมีระบบขนถ่าย - อันที่จริงแล้วเป็นระบบปฐมนิเทศเสริมซึ่งมักจะทำเป็นส่วนหนึ่งของระบบหลัก - ซึ่งทำหน้าที่ในการนำผู้บริหารไปสู่สถานะดั้งเดิม ระบบการขนถ่ายเป็นแบบปฏิกิริยา แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วง
ฉันสัญญาว่าจะพูดคุยเกี่ยวกับระบบการขนถ่ายเมื่อฤดูใบไม้ร่วงปีที่แล้วและปรากฎว่าสามารถลดการรอสามปีที่เป็นที่ยอมรับได้หลายครั้ง ความปรารถนาที่จะเขียนโพสต์ทวีความรุนแรงมากขึ้นหลังจาก Philip Terekhov ลอซก้า เขียนอย่างสมเหตุสมผลเกี่ยวกับแอคทูเอเตอร์และเซ็นเซอร์ของระบบกำหนดทิศทางของยานอวกาศ เมื่อใช้โอกาสนี้ ฉันขอแนะนำให้คุณอ่าน LiveJournal ของ Philip - ในความคิดของฉัน นี่เป็นบล็อกวิทยาศาสตร์ยอดนิยมของรัสเซียเกี่ยวกับอวกาศ แต่ตรงประเด็น
ข้อสงวนสิทธิ์
ตามปกติฉันทำไม่ได้หากไม่มีบรรทัดที่ว่า "จักรยานยนต์ไม่ใช่ของฉัน" - งานหลักของฉันเกี่ยวข้องกับระบบขับเคลื่อนของยานอวกาศ แต่หลักสูตร “ระบบการวางแนวของยานอวกาศ” ได้รับการสอนให้กับเราที่แผนกพื้นฐาน 533 ด้วยจิตวิญญาณ และฉันก็ตื้นตันใจกับหลักสูตรนี้ ดังนั้นฉันจะพยายามเขียนบันทึกในหัวข้อที่เกี่ยวข้องโดยส่วนใหญ่อิงจากบทคัดย่อและเอกสารของ Vladimir Nikolaevich Vasiliev
และนี่คืออีกประเด็นหนึ่ง: VNIIEM ใช้งานได้กับระบบการวางแนวมู่เล่และระบบการขนถ่ายด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น (ระบบการวางแนว "ไม่เสียค่าใช้จ่าย" ที่เป็นกรรมสิทธิ์) ซึ่งเราต้องจัดการในการทำงานของเรา ฉันรู้ทุกอย่างจากการอ่านวรรณกรรม
ความจำเป็นในการขนถ่ายระบบ
ในบรรทัดแรกของตัวอักษรไม่มีใครสามารถทำได้หากไม่มีการอ้างอิงถึงเรื่องราวเกี่ยวกับเครื่องยนต์มู่เล่และไจโรดีนซึ่งมีการอธิบายหลักการทำงานโดยละเอียดยิ่งขึ้นมีตัวอย่างและภาพประกอบ
ระบบการวางแนวมู่เล่ที่นี่ทุกอย่างเรียบง่าย - มอเตอร์มู่เล่สร้างแรงบิดควบคุมระหว่างการเร่งความเร็ว (หรือการเบรก) ของโรเตอร์เท่านั้น ที่ ความเร็วคงที่ช่วงเวลาการหมุน เท่ากับศูนย์- ดังนั้นหากเครื่องยนต์สร้างแรงบิดเป็นเวลานานเพียงพอ เครื่องยนต์จะถึงความเร็วการหมุนสูงสุดอย่างปลอดภัย (ปกติประมาณ 5,000 รอบต่อนาที) - และเมื่อถึงจุดนี้การผลิตแรงบิดจะหยุดลง เพียงเท่านี้มู่เล่ก็จะอิ่มตัว
ฉันมองเห็นข้อโต้แย้ง: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณให้เวลาเข้ามา ทิศทางตรงกันข้ามจากนั้นความเร็วจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง (ขึ้นอยู่กับการหมุนเข้า) ฝั่งตรงข้าม) - และจะไม่เกิดความอิ่มตัว ปัญหาคือสิ่งรบกวนบางอย่างที่ส่งผลต่อยานอวกาศมีสัญญาณเดียวกัน และมู่เล่ของเราก็ต้องเป็นเช่นนั้น สะสมช่วงเวลาที่รบกวนภายนอกค่อยๆ ได้รับแรงผลักดัน 
SPD-50 หมุน MicroSatWhill “Kanopusa-V”
ตัวอย่างที่เด่นชัดคือการรบกวนจากเครื่องมือแก้ไขวงโคจร ซึ่งเป็นเวกเตอร์ที่ไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล ครั้งหนึ่งฉันเคยจำลองว่าการรบกวนจากเครื่องยนต์ SPD-50 (แรงขับ 14 mN) พยายามทำให้มู่เล่เล็กสี่ล้อของ Canopus-V อิ่มตัวอย่างไร - พวกมันทำไม่ได้ และหากมีเครื่องยนต์ K50-10.5 ที่ทำงานบนไฮดราซีนด้วยแรงขับ 0.5 นิวตัน (เมื่อเริ่มการทำงานโดยเต็มถัง) ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้นในนาทีที่ห้าของการทำงานของเครื่องยนต์
ระบบส่งกำลังไจโรที่นี่ระบบของไจโรสโคปกำลัง - ไจโรดีน - ถูกใช้เป็นหน่วยงานบริหาร เราจะพิจารณาระบบของไจโรดีนที่เหมือนกันสองตัว โรเตอร์ซึ่งมีโมเมนต์จลน์ G และแกนการหมุนของเฟรมนั้นขนานกัน: 
อิเล็กโทร ระบบแม่เหล็กขนถ่าย 
สนามแม่เหล็กโลก
ระบบประเภทนี้สร้างขึ้นบนแนวคิดที่เป็นประโยชน์เช่นเดียวกับเข็มทิศ - แรงบิดควบคุมเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของขดลวดกับกระแสและสนามแม่เหล็กของโลก
ตามกฎแล้ว ยานอวกาศจะมีคอยล์สามคอยล์ - หนึ่งคอยล์สำหรับแต่ละแกนการวางแนว แน่นอนว่าการพันขดลวดนั้นซ้ำซ้อน คุณสมบัติทางแม่เหล็กขดลวดมีลักษณะเฉพาะด้วยโมเมนต์แม่เหล็กซึ่งแสดงเป็น Am 2
สนามแม่เหล็กโลกในวงโคจรใกล้โลกมีลักษณะคล้ายกับแอปเปิ้ลสุกซึ่งมีแกนเบี่ยงเบนไป 11.5 องศาจากแกนการหมุนของดาวเคราะห์ของเรา สายไฟทั้งหมดผ่านสอง ขั้วแม่เหล็กตั้งอยู่ในอาร์กติกและแอนตาร์กติก ดังนั้นในบริเวณขั้วโลกของโลก เส้นสนามจึงพบได้บ่อยกว่า และความกว้างของสนามแม่เหล็กก็สูงเป็นสองเท่าของเส้นศูนย์สูตร เพื่อเป็นการอ้างอิง ให้เราแจ้งให้คุณทราบว่าที่เส้นศูนย์สูตรคือแอมพลิจูด สนามแม่เหล็กโลกคือ 31 µT และใกล้ขั้ว 62 µT สนามแม่เหล็กจะลดลงตามสัดส่วนกำลังสามของแกนกึ่งเอกของวงโคจรของดาวเทียม
ในการคำนวณแรงบิดควบคุมจากขดลวดแม่เหล็ก เราใช้สูตร:
ม = พี x ข,
โดยที่ M คือแรงบิดควบคุม [เป็น Nm], P – ช่วงเวลาแม่เหล็กคอยล์ [Am 2 ], B คือสนามแม่เหล็กของโลก [T] และนี่คือจุดเด่นของสูตรนี้ ตัวหนาและไอคอน “x” บอกเราว่าสูตรนี้เขียนด้วยเวกเตอร์และ เรากำลังพูดถึงโอ ผลิตภัณฑ์เวกเตอร์ซึ่งตามคำจำกัดความแล้วคือเวกเตอร์ที่มีโมดูลัส:
M=PBซิน α,
โดยที่ α คือมุมระหว่างเวกเตอร์
หากเราจำได้ว่าไซน์ของ 0 คือ 0 และไซน์ของ 90 องศาเป็นหนึ่ง จะเห็นได้ชัดว่าวิธีที่ดีที่สุดคือสร้างแรงบิดตามแนวแกนโดยใช้คอยล์ ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และในทางกลับกันถ้าแกนของขดลวดแม่เหล็กตรงกันในทิศทางด้วย สายไฟสนามแม่เหล็กของโลก - ขดลวดดังกล่าวจะไม่สร้างแรงบิด มันเป็นข้อ จำกัด นี้ (การขึ้นอยู่กับแรงบิดไม่เพียง แต่กับกระแสในขดลวดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับด้วย พิกัดทางภูมิศาสตร์ยานอวกาศ) ไม่อนุญาตให้ใช้ระบบการวางแนวแม่เหล็กล้วนๆ สำหรับดาวเทียม การสำรวจระยะไกลโลกจาก ความต้องการสูงในแง่ของความถูกต้อง
นอกจากนี้เพื่อไม่ให้เปลืองไฟฟ้าขนถ่ายใช้งาน ขดลวดแม่เหล็กผลิตในบริเวณขั้วโลกของโลก (จำไว้ว่าฉันจำลองการบิน Canopus-B ครึ่งรอบ - จากนั้นแรงบิดจากมู่เล่จะยังคงถูกรีเซ็ต) และตั้งแต่สมัยของระบบขนถ่ายแบบอะนาล็อก เครื่องวัดสนามแม่เหล็กได้รวมอยู่ในนั้นด้วย ระบบเพื่อกำหนดว่า "เมื่อใดที่สามารถเปิดแม่เหล็กไฟฟ้าได้" .
นี่คือตัวอย่างบล็อกของระบบขนถ่ายแม่เหล็กไฟฟ้าที่พัฒนาโดย SPUTNIX: 
ระบบขนถ่ายแรงโน้มถ่วง 
เอสซี "โกเน็ตส์-เอ็ม"
หากคุณดูยานอวกาศ Gonets-M แท่งนั้นจะดึงดูดสายตาของคุณ ระบบแรงโน้มถ่วงการวางแนวซึ่งติดตั้งที่ด้านล่างด้านบนของช่องที่มีแรงดัน ความจริงก็คือสนามโน้มถ่วงของโลกมีแนวโน้มที่จะวางผลิตภัณฑ์ใดๆ ที่มีรูปร่างคล้ายดัมเบลในตำแหน่งแนวตั้ง และให้มันอยู่ในตำแหน่งนั้น หากคุณหมุน Gonets-M ด้วยมุมเอียงหรือหมุนแม้แต่ในมุมเล็กๆ สนามโน้มถ่วงของโลกจะสร้างช่วงเวลาที่มีแนวโน้มจะหันดาวเทียมกลับไปทันที นี่คือวิธีการออกแบบระบบการวางแนว Gonz-M
ในการขนถ่ายไจโรดีนของสถานีโคจรเมียร์และสกายแล็บนั้น มีการใช้หลักการเดียวกัน - ในระหว่างหยุดการทำงานของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ การวางแนวของสถานีเปลี่ยนไปในลักษณะที่สนามโน้มถ่วงสร้างช่วงเวลาที่ปลดระบบไจโรไดน์ หลังจากรีเซ็ตโมเมนตัมเชิงมุมแล้ว การวางแนวของสถานีก็กลับคืนมา สิ่งนี้ช่วยประหยัดการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่นระบบการวางแนวของสถานีได้อย่างมาก ฉันไม่สามารถพูดได้ว่ามีการใช้การขนถ่ายแรงโน้มถ่วงบน ISS หรือไม่
แนวทางสากลของ RCC "ความก้าวหน้า" 
เอสซี "รีเซอร์-พี"
ตัวอย่างของแนวทางของผู้เชี่ยวชาญจาก Progress Rocket and Space Center (Samara) ในการขนถ่ายไจโรสโคปกำลังที่ซับซ้อนหกตัวของยานอวกาศ Resurs-P ทำให้เกิดความประทับใจอย่างลึกซึ้งและอธิบายว่า Resurs-DK1 ซึ่งพัฒนาขึ้นใน Samara เป็นอย่างไร บินมาเก้าปีแทนที่จะเป็นสามปีและยังคงให้บริการอยู่
ดังนั้นในระบบควบคุมการเคลื่อนไหวของอัลบาทรอส สิ่งต่อไปนี้จะถูกนำมาใช้เพื่อขนถ่ายไจโรดีน:
- ระบบบรรเทาแรงบิดจลน์ตามขดลวดแม่เหล็ก (พัฒนาโดย JSC NIIEM)
- ควบคุมเครื่องยนต์ไอพ่นและการควบคุมระบบกันสะเทือนของ gimbal ของห้องเครื่องยนต์หลักของระบบขับเคลื่อนแบบรวม
- สามารถใช้การวางตำแหน่งแผงโซลาร์เซลล์ใหม่ได้ (สำหรับ “ยานตาร์” ในวงโคจรต่ำ นี่คือวิธีการลดแรงบิดตามหลักอากาศพลศาสตร์)
โดยทั่วไป เช่นเดียวกับในกรณีของระบบจ่ายไฟ เราสามารถเรียนรู้จาก Progress ถึงวิธีการต่อสู้เพื่อความอยู่รอด
“ ขอศูนย์กลางให้ฉันแล้วฉันจะพลิกโลกคว่ำ” - ตามตำนานอาร์คิมิดีสกล่าวโดยอธิบายหลักการของคันโยกที่เข้าใจโดยสัญชาตญาณทางวิทยาศาสตร์ แต่ในสุญญากาศแห่งอวกาศนั้นไม่มีสิ่งสนับสนุน และดาวเทียมจำเป็นต้องมีแผงโซลาร์เซลล์เพื่อดูดวงอาทิตย์ เสาอากาศสำหรับดูโลก กล้องสำหรับดูส่วนที่น่าสนใจของดาวอังคาร และเครื่องยนต์สำหรับแก้ไขวงโคจรเพื่อชี้ไปที่จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศอย่างเคร่งครัด คุณต้องคิดอะไรบางอย่างขึ้นมาเพื่อพึ่งพาความว่างเปล่า
แรงขับดันทัศนคติ
ตัวเลือกที่ชัดเจนที่สุดคือการติดตั้งเอ็นจิ้นขนาดเล็กพิเศษที่จะควบคุมการวางแนวของอุปกรณ์:
ตัวขับทัศนคติของโมดูลทางจันทรคติ
มอเตอร์สามารถทำให้มีพลังในการเลี้ยวยานพาหนะหนักหรือหมุนเร็วขึ้น หรืออ่อนแอมากในการเลี้ยวที่แม่นยำมาก มีน้ำหนักค่อนข้างน้อยและไม่ต้องใช้ไฟฟ้าเมื่อไม่ได้ใช้งาน ทุกอย่างจะเรียบร้อยดี แต่เพื่อที่จะเลี้ยวได้ คุณจะต้องจ่ายน้ำมัน และน้ำมันจะมีจำนวนจำกัดอยู่เสมอ และเครื่องยนต์เองก็มีข้อ จำกัด เกี่ยวกับจำนวนการสตาร์ทและเวลาการทำงานทั้งหมด
เครื่องขับดันทัศนคติยังสามารถใช้สำหรับการซ้อมรบในวงโคจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการวางแผนการเทียบท่า เครื่องยนต์ขับเคลื่อนสามารถขับเคลื่อนยานพาหนะไปในทิศทางเดียวเท่านั้น แต่ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์ทัศนคติ ทำให้สามารถเลื่อนไปตามแกนทั้งหมดได้
ข้อดี:
- ความเรียบง่าย
- ให้การวางแนวตามทั้งสามแกน
- มีมวลค่อนข้างน้อย
- ความยืดหยุ่น: สามารถสร้างมอเตอร์ที่ทรงพลังหรือแม่นยำมากได้
- สามารถใช้สำหรับการหลบหลีกในวงโคจร
- พวกเขาสามารถปิดเครื่องได้เป็นเวลานาน
- การบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิง.
- ข้อจำกัดเกี่ยวกับจำนวนการเริ่มต้นและเวลาการทำงานทั้งหมด
- การปนเปื้อนโดยรอบของอุปกรณ์ด้วยเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ (อาจเกี่ยวข้องกับกล้องโทรทรรศน์)
มอเตอร์สำหรับการจอดเรือและการวางแนวของยานอวกาศโซยุซที่ MAKS-2005 สีแดง - ฝาครอบป้องกันที่ถอดออกก่อนการบิน
การทำงานของยานอวกาศโซยุซระหว่างเทียบท่ากับสถานีอวกาศนานาชาติในการทำซ้ำแบบเร่ง
เสถียรภาพในการหมุน
ตั้งแต่วัยเด็ก เราทุกคนต่างทราบถึงความสามารถของส่วนบนในการรักษาตำแหน่งในแนวตั้ง หากคุณหมุนยานอวกาศ มันจะทำงานในลักษณะเดียวกันทุกประการโดยรักษาเสถียรภาพตามแนวแกนการหมุน
หากเราพอใจกับการรักษาเสถียรภาพตามแกนเดียวแล้ว เราจะไม่หมุนอุปกรณ์เข้าไป ด้านที่แตกต่างกันและถ่ายภาพแบบเปิดรับแสงนานวิธีนี้จะประหยัดมาก
ข้อดี:
- ความเรียบง่าย
- ประหยัด - เราหมุนครั้งเดียวและหมุนได้นานหลายศตวรรษ
- เสถียรภาพบนแกนเดียวเท่านั้น
- ไม่สามารถหมุนอุปกรณ์ได้
- การหมุนอาจรบกวนการทำงานของอุปกรณ์
นอกจากสถานีระหว่างดาวเคราะห์แล้ว ชาวอเมริกันยังใช้การหมุนของขั้นบนอย่างกว้างขวางอีกด้วย ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้จรวดขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง ระบบแยกปฐมนิเทศ.
เปิดตัวดาวเทียมจาก บล็อกเร่ง PAM-D จากกระสวยอวกาศ (ดูจาก 4:06)
หลังจากการเร่งความเร็ว เป็นไปได้ที่จะชะลอการหมุนโดยใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ( ตัวอย่างในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ตัวอย่างบนซีล) - โหลดขนาดเล็กคลี่ออกบนสายเคเบิลและทำให้การหมุนของอุปกรณ์ช้าลง
มู่เล่ (ล้อปฏิกิริยา)
เช่นเดียวกับแมวที่เมื่อตกลงมาจะบิดหางไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนตัว ยานอวกาศสามารถควบคุมทิศทางของมันได้โดยใช้มู่เล่ ตัวอย่างเช่น หากเราต้องการหมุนอุปกรณ์ตามเข็มนาฬิกา:- สถานะเริ่มต้น: อุปกรณ์อยู่กับที่ มู่เล่อยู่กับที่
- เราหมุนมู่เล่ทวนเข็มนาฬิกาอุปกรณ์เริ่มหมุนตามเข็มนาฬิกา
- เมื่อเราหันไปตามมุมที่ต้องการแล้ว: เราหยุดการหมุนมู่เล่ อุปกรณ์จะหยุด
การใช้มู่เล่ช่วยให้สามารถเลี้ยวได้ด้วย ความแม่นยำสูงและหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอันมีค่า แต่เหมือนอย่างอื่นๆ ระบบทางเทคนิค, มู่เล่ก็มีข้อเสีย ก่อนอื่นมู่เล่หนึ่งล้อสามารถหมุนอุปกรณ์ไปตามแกนเดียวเท่านั้น เพื่อควบคุมทิศทางของอุปกรณ์ได้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องมีมู่เล่สามล้อ และเนื่องจากจำเป็นต้องจองตั้งแต่หกรายการขึ้นไป นอกจากนี้ความเร็วในการหมุนยังเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของมู่เล่และความเร็วของการหมุนและแปรผกผันกับมวลของอุปกรณ์ การพูด ในภาษาง่ายๆ, ยังไง มวลมากขึ้นอุปกรณ์ ยิ่งมู่เล่ควรจะหนักมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ มู่เล่ใดๆ ก็มีความเร็วในการหมุนสูงสุดและอาจแตกหักได้หากหมุนมากเกินไป และหากแรงรบกวนกระทำต่ออุปกรณ์ในทิศทางเดียว มู่เล่จะไปถึงความเร็วสูงสุดในที่สุด และจะต้องได้รับการขนถ่ายโดยระบบอื่น และสุดท้าย เช่นเดียวกับกลไกอื่นๆ มู่เล่จะเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปและอาจล้มเหลวได้
ข้อดี:
- ไม่ต้องการการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง
- ช่วยให้สามารถกำหนดเป้าหมายอุปกรณ์ได้แม่นยำมาก
- ไม่เหมาะสำหรับการหลบหลีก การหมุนค่อนข้างช้า
- ต้องใช้ระบบการวางแนวอื่นเพื่อผ่อนแรงมู่เล่
- เมื่อเวลาผ่านไปพวกเขาก็เสื่อมสภาพและล้มเหลว
- แต่ละเพลาต้องมีมู่เล่อย่างน้อยหนึ่งล้อ
หนึ่งในมู่เล่ของกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล
ไจโรดีน (ไจโรสโคปควบคุมโมเมนต์)
ความสามารถของด้านบนในการรักษาตำแหน่งแนวตั้งสามารถนำมาใช้ได้อีกทางหนึ่ง - คุณสามารถพิงมันได้ (จาก 1:10):หากคุณวางส่วนบนดังกล่าวไว้ในระบบกันสะเทือนคุณสามารถ "พิง" และเลี้ยวไปในทิศทางที่ต้องการได้ การออกแบบดังกล่าวเรียกว่าไจโรสโคปกำลังหรือไจโรดีน ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างไจโรไดน์และมู่เล่ก็คือ มู่เล่จะติดตั้งอย่างแน่นหนาบนแกนเดียว และควบคุมการวางแนวโดยการเปลี่ยนความเร็วในการหมุน ไจโรดีนติดตั้งอยู่ในระบบกันสะเทือน ซึ่งสามารถหมุนได้ในระนาบเดียวหรือหลายระนาบ และอาจไม่เปลี่ยนความเร็วในการหมุน ในวิดีโอนี้ คุณสามารถเห็นการเคลื่อนไหวของกิมบอลได้อย่างชัดเจน แม้ว่าระยะการหมุนของไจโรดีนจะไม่เปลี่ยนแปลงก็ตาม
จากมุมมองของการใช้งาน ไจโรไดน์ถือเป็นมู่เล่ "ขั้นสูง" ไจโรไดน์มีประสิทธิภาพมากกว่ามู่เล่ทั่วไป แต่ก็ซับซ้อนกว่าเช่นกัน พวกเขาสามารถควบคุมทิศทางของยานพาหนะที่มีน้ำหนักมากได้ แต่มีข้อดีและข้อเสียของมู่เล่เหมือนกัน วิดีโอนี้แสดงให้เห็นว่าไจโรดีนจำเป็นต้องขนถ่ายออก เช่นเดียวกับมู่เล่ - เมื่อแกนกันสะเทือนไม่สามารถหมุนได้อีกต่อไป จักรยานก็เริ่มร่วงหล่น:
ข้อดี:
- เช่นเดียวกับมู่เล่
- ไจโรไดน์ที่มีมวลเท่ากันมีประสิทธิภาพมากกว่ามู่เล่ สามารถควบคุมทิศทางของยานพาหนะที่หนักกว่ามากได้
- เช่นเดียวกับมู่เล่
- ซับซ้อนกว่ามู่เล่
แทนที่ไจโรดีนบน ISS
ระบบควบคุมทัศนคติแม่เหล็กไฟฟ้า
สนามแม่เหล็กของโลกสามารถหมุนเข็มเข็มทิศได้ ซึ่งหมายความว่าแรงนี้สามารถใช้เพื่อควบคุมทิศทางของยานอวกาศได้ หากนำไปวางบนดาวเทียม แม่เหล็กถาวร, ที่ พลังที่มีประสิทธิภาพจะไม่สามารถควบคุมได้ และถ้าคุณติดตั้งคอยล์โซลินอยด์คุณสามารถสร้างแรงบิดควบคุมที่ต้องการได้โดยการจ่ายกระแสให้กับพวกมัน:ติดตั้งโซลินอยด์สามตัวแล้ว ระนาบตั้งฉากให้คุณควบคุมการวางแนวดาวเทียมตามทั้งสามแกนได้ แม่นยำยิ่งขึ้นพวกเขาให้ การจัดการที่ดีไปตามสองแกนโดยพยายามวางตำแหน่งอุปกรณ์เหมือนเข็มเข็มทิศ การควบคุมตามแกนที่สามนั้นได้มาจากการเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกระหว่างการบินของอุปกรณ์ในวงโคจร
การนำทางแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถแม่นยำได้เนื่องจากความผันผวนแบบสุ่มในสนามแม่เหล็กโลก และประสิทธิภาพจะลดลงตามระดับความสูง และโดยทั่วไปแล้วแรงที่เกิดจากโซลินอยด์จะมีน้อย นอกจากนี้ การใช้งานยังจำกัดอยู่เฉพาะเทห์ฟากฟ้าที่แข็งแกร่งเพียงพอเท่านั้น สนามแม่เหล็กตัวอย่างเช่นในวงโคจรของดาวอังคารพวกมันไม่มีประโยชน์เลย แต่โซลินอยด์ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ ไม่เปลืองเชื้อเพลิง และประหยัดพลังงาน
ข้อดี:
- ความเรียบง่าย
- ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง
- มวลน้อย
- ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและแทบไม่มีการสึกหรอ
- กองกำลังควบคุมขนาดเล็ก
- ความแม่นยำต่ำ
- ต้องใช้สนามแม่เหล็ก เทห์ฟากฟ้าซึ่งอุปกรณ์นั้นโคจรอยู่รอบๆ
- ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับระดับความสูง
ตัวอย่างโซลินอยด์สำหรับยานอวกาศ เว็บไซต์ของผู้ผลิตอ้างว่ามีการติดตั้งโซลินอยด์มากกว่า 80 ตัวบนดาวเทียมหลายดวงแล้ว
การรักษาเสถียรภาพของแรงโน้มถ่วง
แรงดึงดูดของวัตถุทั้งสองนั้นแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง ดังนั้นหากเพื่อนของเรายืดไม้ค้ำยาวโดยรับน้ำหนัก ดังนั้น "ดัมเบล" ที่ได้จะมีแนวโน้มที่จะอยู่ในตำแหน่งแนวตั้งเมื่ออยู่ ส่วนล่างจะถูกดึงดูดเข้าสู่โลกที่แข็งแกร่งกว่าชั้นบนเล็กน้อย ที่นี่ การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์พ.ศ. 2506 (!) แสดงผลดังนี้:ในส่วนแรกของวิดีโอ ดาวเทียมจะยึดตำแหน่งที่มั่นคงตามแนวแกนของมันมายังพื้นโลก ในความเป็นจริง การรบกวนแบบสุ่มจะรบกวนสมดุลในอุดมคติ และดาวเทียมจะแกว่งไปรอบแกนของมัน ดังนั้นระบบดังกล่าวจึงมักจะเสริมด้วยแดมเปอร์ ภาชนะของเหลวขนาดเล็กจะเปลี่ยนพลังงานการสั่นสะเทือนเป็นความร้อนและทำให้ดาวเทียม "สงบ"
ข้อดี:
- ระบบที่ง่ายมาก
- การวางแนวถูกสร้างขึ้นแบบพาสซีฟโดยไม่มีระบบควบคุม
- การวางแนวถูกสร้างขึ้นอย่างช้าๆ เนื่องจากความอ่อนแอของแรงที่กระทำต่อร่างกาย
- ความแม่นยำต่ำ
- การวางแนวมีประเภทเดียวเท่านั้น - แกนไปยังจุดศูนย์กลางของโลก
- ผลกระทบจะลดลงตามระดับความสูง
- ดาวเทียมสามารถพลิกกลับด้านตามทิศทางที่ต้องการ
เสถียรภาพตามหลักอากาศพลศาสตร์
รอยเท้า ชั้นบรรยากาศของโลกมองเห็นได้แม้สูงกว่าหนึ่งร้อยกิโลเมตร และความเร็วสูงของดาวเทียมหมายความว่าพวกมันจะถูกชะลอความเร็วมากขึ้น โดยปกติแล้วพลังนี้น่ากังวลมาก เนื่องจากดาวเทียมจะชะลอตัวลงอย่างรวดเร็ว ลงมาต่ำลงไปอีกและเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น แต่ถึงกระนั้น นี่คือแรงที่กระทำต่อเวกเตอร์เสมอ ความเร็วของวงโคจรและก็สามารถใช้ได้ การทดลองครั้งแรกเกิดขึ้นในยุค 60 ตัวอย่างเช่นนี่คือยานอวกาศในประเทศ "Cosmos-149" ซึ่งเปิดตัวในปี 2510:
วงโคจรต่ำซึ่งมีแรงแอโรไดนามิกมากที่สุดเป็นสถานที่ที่ไม่เอื้ออำนวย แต่บางครั้งก็จำเป็นต้องอยู่ที่นั่นเพื่อความแม่นยำในการวัดที่มากขึ้น มีการใช้วิธีแก้ปัญหาที่สวยงามมากในดาวเทียม GOCE ซึ่งศึกษาสนามโน้มถ่วงของโลก ทำวงโคจรต่ำ (~260 กม.) ระบบที่มีประสิทธิภาพการรักษาเสถียรภาพตามหลักอากาศพลศาสตร์ และเพื่อป้องกันไม่ให้ดาวเทียมลุกไหม้เร็วเกินไป จึงถูกเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องด้วยเครื่องยนต์ไอออนขนาดเล็ก อุปกรณ์ที่ได้นั้นมีความคล้ายคลึงเล็กน้อยกับดาวเทียมธรรมดา บางคนถึงกับเรียกมันว่า "ดาวเทียมเฟอร์รารี":
ขอบคุณ เครื่องยนต์ไอออน GOCE สามารถทำงานได้ตั้งแต่ปี 2552 ถึง 2556 โดยสร้างแผนที่แรงโน้มถ่วงที่มีรายละเอียดมากที่สุดของโลก
ข้อดี:
- แรงตามหลักอากาศพลศาสตร์นั้นฟรีและไม่ต้องการ ระบบพิเศษการจัดการ.
ข้อบกพร่อง:
- ต้องทำอะไรบางอย่างเพื่อป้องกันไม่ให้ดาวเทียมลุกไหม้อย่างรวดเร็วในชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น
- ความแข็งแกร่งขึ้นอยู่กับความสูง
- สามารถกำหนดทิศทางตามแกนเดียวเท่านั้น
เรือใบแสงอาทิตย์
หากต้องการสร้างการวางแนว คุณยังสามารถใช้แรงดันแสงแดดได้ โดยทั่วไปแล้วใบเรือสุริยะถือเป็นวิธีการขับเคลื่อน แต่เป็นดาวเทียม รูปร่างที่ซับซ้อนพร้อมเสาอากาศและ แผงเซลล์แสงอาทิตย์พระอาทิตย์ก็จะทำหน้าที่เช่นกัน สิ่งนี้สามารถมองว่าเป็นการรบกวนระบบควบคุมทัศนคติอื่นๆ หรือหากผู้ออกแบบได้คำนวณแรงบิดไว้ล่วงหน้า ก็สามารถใช้เพื่อช่วยสร้างทัศนคติของดาวเทียมได้ ในปี 1973 ยานสำรวจ Mariner 10 ซึ่งไปยังดาวศุกร์และดาวพุธได้ใช้แรงดันแสงอาทิตย์เพื่อกำหนดทิศทางของอุปกรณ์ ความเฉลียวฉลาดของห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บรรยากาศและอวกาศเป็นแรงบันดาลใจ เมื่อมู่เล่สองในสี่อันของกล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ล้มเหลว ห้องปฏิบัติการได้พัฒนาวิธีการสร้างการวางแนวโดยใช้มู่เล่ที่เหลืออีกสองล้อและแรงดันสุริยะ เพื่อให้กล้องโทรทรรศน์สามารถมองดูสี่พื้นที่ตามลำดับ จำนวนพื้นที่ต่อปี:
โครงการในประเทศ Regatta-Plasma ซึ่งพัฒนาขึ้นในยุค 90 นั้นน่าสนใจมาก ด้วยความช่วยเหลือของใบเรือป้องกันแสงอาทิตย์และหางเสือที่หมุนได้อุปกรณ์ดังกล่าวจึงอยู่ในตำแหน่งในทิศทางของดวงอาทิตย์และหากจำเป็นก็สามารถบิดได้:
แม้ว่าตอนนี้ระบบดังกล่าวจะมีเอกลักษณ์และน่าสนใจมาก แต่น่าเสียดายที่โครงการนี้ปิดตัวลง
ข้อดี:
- แรงดันแสงอาทิตย์ที่เป็นอิสระโดยสมบูรณ์
- เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างการวางแนวตามอำเภอใจตามสามแกน
- ไม่ทำงานในที่ร่มซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ เช่น สำหรับวงโคจรโลกต่ำ
บทสรุป
สำหรับแรงที่ขึ้นอยู่กับระดับความสูงของการบิน จะมีกราฟโดยประมาณดังนี้
วิดีโออื่นกับแมวและไจโรดีนของ NASA
มากกว่า วิดีโอที่ซับซ้อนในหัวข้อเดียวกัน - “การออกแบบระบบการวางแนวและเสถียรภาพ”จากชุมชน "ภาคพื้นที่ของคุณ"
ตามแท็กสิ่งพิมพ์เกี่ยวกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงถังสิ่งอำนวยความสะดวกในการเปิดตัวและสิ่งที่คล้ายกันที่น่าสนใจ แต่ไม่ได้สังเกตเห็นได้ชัดมากนักเนื่องจากคุ้นเคย