Uydunun bir yönlendirme sistemi yoksa, yörüngeye yerleştirildikten sonra aerodinamik, yer çekimi, manyetik ve radyasyon kuvvetlerinin etkisi altında "takla" gibi karmaşık bir dönme hareketi gerçekleştirir. Uydunun dönüşünün doğası yavaş yavaş değişebilir. Örneğin, fırlatma aracından ayrıldığı anda uzunlamasına eksen etrafında dönüş alan silindirik bir uydu, zamanla bir pervane gibi enine eksen etrafında dönmeye başlama eğilimindedir.
Dünyanın manyetik alanının etkisi genellikle uydunun başlangıçtaki düzensiz dönüşünü yavaşlatmak için kullanılır. Özellikle, bir uyduya yüksek sürtünme yaratan yataklara monte edilmiş güçlü bir kalıcı mıknatıs takarsanız, mıknatısın manyetik alanda stabilize olma arzusu, kendi ekseni etrafında dönen uydunun hızlı bir şekilde yavaşlamasına neden olacaktır (en sonunda). aynı zamanda rulmanlar da çok ısınır). Böyle bir sistem Sovyet astronomik uydusu Kosmos-215'te başarıyla kullanıldı.
Uyduların açısal konumu (yönelimi), yukarıda açıklandığı gibi jet nozulları kullanılarak kontrol edilir.
§ 5 bölüm. 3. Oryantasyon sistemlerinde kızılötesi sensörler sıklıkla algılama amacıyla kullanılır. termal radyasyon Dünyanın yüzeyini ve bu şekilde ufuk çizgisini tespit ederek yerel dikeyi belirler. Benzer bir stabilizasyon sistemi, örneğin televizyon kameralarının her zaman Dünya'ya bakması gereken Nimbus serisinin Amerikan meteorolojik uydularında kullanılıyor.
En basit bir şekilde Stabilizasyon, uyduya simetri ekseni boyunca dönmesi söylenerek sağlanır. Jiroskopik etki sayesinde uydunun ekseni, rahatsızlıklara rağmen yıldızlara göre yönünü değiştirmeden koruma eğiliminde olacaktır. Ama Dünya'ya göre değil! Amerikan meteoroloji uyduları "Tiros" bu şekilde yönlendirilmişti. Sonuç olarak, uydular yuvarlanmadı, bu da Dünya'daki bulutların onbinlerce fotoğrafının elde edilmesini mümkün kıldı, ancak yörüngenin çoğu için kameralar yalnızca dünya alanını fotoğraflayabildi.
İÇİNDE son zamanlarda Yerçekimi gradyanının varlığına dayanan pasif uydu dikey yönlendirme yöntemi yaygınlaşmaktadır. Uzatılmış bir uydu, boylamasına ekseni dikey olacak şekilde kütle merkezi etrafında dönme eğilimindedir. Bunun nedeni, uydunun Dünya'dan daha uzak olan ucunun, Dünya tarafından daha az uzaktaki uca göre daha az güçlü bir şekilde çekilmesidir. Bir uyduyu yörüngeye yerleştirirken, ona yavaş bir dönüş sağlarsanız, Dünya'nın yanından geçerken kütle merkezi etrafında bir devrim yapacaktır, o zaman uydu, Ay gibi dikey olarak Dünya'nın etrafında hareket edecektir. , her zaman bir tarafı Dünya'ya dönüktür ( bu, Ay'ın da Dünya-Ay çizgisi boyunca bir şekilde uzatılmış olmasıyla açıklanmaktadır). Dönme uyduya doğru bir şekilde iletilmezse, düşeye göre salınmaya başlayacak ve bunun özel cihazlarla söndürülmesi gerekecektir.
Pek çok uydunun uzatılmış bir şekli yoktur ve sonunda bir kütleye sahip, birkaç metre (hatta onlarca metre) uzunluğunda katlanabilir bir çubukla donatılmıştır. Çubuk, uzayda Dünya'nın merkezine doğru döner. Cihazın tamamı titreşimleri azaltmak için yay tipi bir damper ile donatılmıştır (Şek. 51, a, b).
Teorik olarak, yerçekimi gradyanı, açıklanan radyal olanın yanı sıra iki denge konumu daha olan dairesel bir yörüngede hareket eden uzatılmış bir uydu sağlar ("tekerlekteki jant" olarak adlandırılabilir). Bunlar, hız vektörü ("bom") boyunca ve hız vektörü boyunca önceki iki yöne dik ("kayan") konumlardır. Ancak bu iki konum, dış etkenler nedeniyle istikrarsızdır: Güneş'te bir parlama yeterlidir - ve uydu, "tekerlekteki parmaklıklar" konumuna doğru sapmaya başlayacaktır. Bunun ne kadar önemli olabileceğini Bölüm 1. Maddesinde göreceğiz. 7.
Yerçekimi stabilizasyon sistemi test edildi ve daha sonra birçok uyduda kullanıldı. Bunlar “Triad”, “Traak”, “GEOS-1, -2”, “Eol”, ATS serisinin uyduları, “Explorer-38” (iki şekilli radyo teleskop antenleri oluşturan uzunlukta dört yerçekimsel içi boş çubuk, ve 96 m uzunluğunda bir sönümleme çubuğu) ve diğerleri. Uzayabilen ve geri çekilebilen çeşitli çubuklar, uydunun üç eksen boyunca dengelenmesine ve yeni bir konuma 180° döndürülmesine olanak tanır. istikrarlı konum(deneysel uydu "Dodge"). Birçok uyduda yerçekimi yöneliminin yanı sıra manyetik yönelim de kullanılır.
Pirinç. 51. Pasif stabilizasyon sistemine sahip uydular: a) ABD navigasyon uydusu “1963-22A”, b) ABD araştırma uydusu “Traak”; c) Sovyet meteoroloji uydusu, “Cosmos-149” (“Kozmik Ok”).
Pasif yöntemler aerodinamik stabilizasyonu içerir. Uydunun boyuna ekseni, uydunun kuyruğuna, uydunun kendisinden daha büyük bir "rüzgar"a sahip olan (tüylü bom ilkesine dayanarak) bir dengeleyici yerleştirilirse, uçuş yönüne yönlendirilebilir. Sovyet meteoroloji istasyonu aerodinamik bir stabilizasyon sistemi ile donatılmıştı.
uydu "Cosmos-149" (1967, Şekil 51, c). Bu durumda, uydunun yuvarlanma halinde stabilizasyonu (uzunlamasına eksen etrafında dönmenin ortadan kaldırılması) ayrıca iki jiroskop kullanılarak sağlandı. Sonuç olarak uydunun televizyon ekipmanı penceresi her zaman Dünya'ya doğru yönlendirildi. Kosmos-320 uydusu (1970) da bu türe aitti.
İnsanlı uzay aracı uydularının yönelimi kullanılarak gerçekleştirilir. manuel kontrol veya otomatik olarak. Örneğin bir astronot, Soyuz uzay aracını uçuş yönüne göre keyfi bir şekilde çevirebilmektedir. İyon hız vektör sensörünün okumalarına dayanarak bu yönü değerlendiriyor.
Sonuç olarak önemli bir teorik noktaya değinmeden geçemeyiz: dönme hareketi uydu onunla yakından ilişkilidir. ileri hareket veya uydunun kütle merkezine göre hareketi, kütle merkezinin kendi hareketi ile ilişkilidir. Kesin hareket denklemlerinin analiziyle kurulan bu bağlantı, aşağıdaki durumlarda fark edilir hale gelir: büyük boyutlar uydu
Örneğin, uçlarında büyük aynı kütlelere ("dambıl") sahip uzun dikdörtgen bir uydunun, "tekerlek telleri" konumunda Dünya çevresinde dairesel bir yörüngede hareket etmesine izin verin. Yönlendirme sistemini kullanarak “mızrak” konumuna çevirelim. Toplam yerçekimi kuvveti kanuna göre uydu üzerinden hareket eden evrensel yerçekimi, artık azalacak ve uydu eliptik bir yörüngeye girecek. (Okuyucu, "dambıl" çubuğunun kütlesini ihmal ederek, uzunluğunu örneğin eşit alırsa ve ilk yörüngenin yüksekliğini eşit veya yarıçapına eşit alırsa, hesaplamalar yaparak söylenenlere ikna olacaktır. Dünya.)
Yönlendirme sistemi yardımıyla tamamen farklı doğal kuvvetler durumunda yörünge de değiştirilebilir. Örneğin, uydunun konumu gelen akışa göre değiştiğinde atmosferik direnç değişebilir ve basınç kuvveti de değişebilir. güneş ışığı- cihazın yönünü güneş yelkeniyle değiştirirken; bu yörüngeye yansır.
Cihazın eksenlerinin belirli belirli yönlere göre belirli bir konumunun sağlanması. Bu sisteme duyulan ihtiyaç aşağıdaki görevlerden kaynaklanmaktadır:
Cihazın gerçekleştirdiği görevler hem kalıcı oryantasyon hem de kısa süreli oryantasyon gerektirebilir. Yönlendirme sistemleri tek eksenli veya tam (üç eksenli) yönlendirme sağlayabilir. Enerji gerektirmeyen yönlendirme sistemlerine pasif denir; bunlar şunları içerir: yerçekimi, atalet, aerodinamik vb. Aktif sistemler şunları içerir: jet motorları oryantasyon, jiroskoplar, volanlar, solenoidler vb., cihazda depolanan enerjiye ihtiyaç duyarlar. İnsanlı uzay uçuşlarında otomatik durum kontrol sistemlerinin yanı sıra manuel olarak kontrol edilen sistemler de kullanılmaktadır.
Sensörler [ | ]
Elektro-optik sensörler genellikle çeşitli referans noktaları kullanılarak cihazın mevcut konumu için sensör olarak kullanılır. gök cisimleri: , Dünya, Ay, yıldızlar. Görünür veya kızılötesi spektrum kullanılır, ikincisi örneğin Dünya için daha uygundur, çünkü spektrumun kızılötesi bölgesinde gündüz ve gece tarafları biraz farklıdır.
Optik sensörlerin yanı sıra iyon sensörleri, Dünya'nın manyetik alan sensörleri ve jiroskopik sensörler de kullanılabilir.
Stabilizasyon sistemi[ | ]
Bir yörüngeden diğerine geçiş yaparken veya iniş yörüngesine geçiş yaparken, ana tahrik sistemi çalışırken aracın eksenlerinin yönünü değiştirmemek gerekir. Bu sorunu çözmek için amaçlanan stabilizasyon sistemi. Stabilizasyon sırasında rahatsız edici kuvvetlerin ve momentlerin büyüklüğü çok daha yüksektir; bunların telafisi önemli miktarda enerji harcaması gerektirir. Bu modda kalış süresi nispeten kısadır.
Gerçekleştirdikleri görevlerin benzerliğinden dolayı stabilizasyon ve yönlendirme sistemleri çoğunlukla kısmen birleştirilir, örneğin aynı sensörleri kullanırlar. Bu gibi durumlarda tek bir şeyden bahsedebiliriz. uzay aracı yönlendirme ve stabilizasyon sistemi.
Pasif sistemler[ | ]
Bu sistemler ekonomiktir ancak bazı sınırlamaları vardır.
Yerçekimi [ | ]
Bu stabilizasyon sistemi, Dünya için gezegenin çekim alanını kullanır, kullanımı 200 km'den 2000 km'ye kadar olan yörünge yükseklikleri için etkilidir.
Aerodinamik[ | ]
Bu sistemin kullanımı atmosfer kalıntılarının bulunduğu alçak yörüngelerde mümkündür; Dünya için bunlar 200 ila 400 km arasındaki rakımlardır. 2500 km'nin üzerindeki rakımlar için basınç kullanmak mümkündür güneş ışınları benzer bir sistem oluşturmak.
Elektromanyetik[ | ]
Aparat üzerine kalıcı mıknatıslar yerleştirerek, Dünya'nın manyetik alanının kuvvet çizgilerine göre aparatın belirli bir pozisyonunu elde etmek mümkündür. Kalıcı mıknatıslar yerine solenoidler kullanılırsa, etkili konum kontrolü mümkün hale gelir; böyle bir sistem zaten aktif olanlar kategorisine girer. Dünya benzeri gezegenler için elektromanyetik sistemlerin kullanımı 600 ila 6000 km arasındaki yüksekliklerde mümkündür.
Aktif sistemler[ | ]
Sistemler bu türden enerji harcaması gerektirir.
Gaz nozulları [ | ]
Jiroskoplar [ | ]
Masiflerin yönlendirilmesi ve stabilizasyonu için uzay aracı Açık sabit yörüngeler eylemsiz volanlar ve jirodinler kullanılır. Volanın dönüşü genellikle bir elektrik motoruyla sağlanır.
Buluş aşağıdakilerle ilgilidir: uzay teknolojisi ve uzay aracını (SV) stabilize etmek için kullanılabilir. Uzay aracı stabilizasyon sistemi, küresel oksitleyici ve yakıt tankları içeren bir tahrik sistemi, bir roket motoru, açı ve sapma sensörlerine sahip yunuslama ve sapma kontrol kanallarını içerir. doğrusal ivmeler ve hız, sapma açısal ivmeler ve hız, toplama amplifikatörü, yönlendirme makineleri, entegre cihazlar, iki mantıksal blok, valfler, düşük itmeli motorlar. Buluş, uzay aracı stabilizasyonunun güvenilirliğini artırır. 3 hasta.
Önerilen buluş, uzay teknolojisi ile ilgili olup, roket üst kademelerinin ve uzay aracının (SC) stabilizasyonunu sağlamayı amaçlamaktadır.
Uzay aracı stabilizasyon sistemlerinin, stabilizasyon sisteminin yürütme organları olarak, stabilizasyon eksenleri boyunca yer alan ve büyüklüğü örneğin kontrol sinyaliyle orantılı olarak düzenlenen kontrol dinamik torkları üreten elektrik motorları-volanları kullandığı bilinmektedir (patent). SU 1839975, rüçhan tarihi 26 Şubat 1979). Bu sistemler uzay teknolojisinde geniş bir uygulama alanı bulmuştur, ancak kullanımları, volanların maksimum dönme hızı ile belirlenen geri yükleme momentinin maksimum değeri üzerindeki kısıtlamalarla ilişkilidir, bu nedenle büyük rahatsızlıklarda stabilizasyon sisteminin tepkisi yetersiz olabilir. Bu, roketin üst aşamalarını stabilize ederken bu tür sistemlerin kullanımını sınırlar.
Sıradan yanma ürünlerinin çalışma akışkanı olarak görev yapabildiği, stabilizasyon sisteminin yürütme organları olarak düşük güçlü jet motorlarını kullanan uzay aracı stabilizasyon sistemleri bilinmektedir. kimyasal yakıt veya herhangi bir gaz (S.I. Korolev, N.K. Matveev. Zenit serisinin uzay aracı: Öğretim yardımı / Balt Devlet Teknik Üniversitesi, St. Petersburg, 2005). Oluşturulan geri yükleme torkunun büyüklüğü, çalışma sıvısının egzoz hızına ve kütle akışına ve ayrıca motor çekiş kuvvetinin uygulandığı kolun boyutuna bağlıdır.
Bu tür sistemler oluşturabilir büyük miktarlar anları geri yükler ve rahatsız edici etkilere hızlı bir şekilde yanıt verir, ancak yenilenemeyen bir çalışma sıvısı kaynağı kullanma ihtiyacı, uygulama sürelerini sınırlandırır. Bu durumda, motor itme kuvvetinin uygulandığı kolun olası boyutu büyük ölçüde uzay aracının seçilen yerleşim planına göre belirlenir. Bu nedenle, örneğin, düzeni bloğun uzunlamasına eksenine göre taban tabana zıt bir düzenlemeye sahip halka şeklinde bir tank bloğu içeren küçük ve orta büyüklükteki roket üst aşamalarını (RU) stabilize etmek için, iki küresel oksitleyici tank, iki küresel yakıt deposu ve iki küresel alet bölmesi, tank bloğunun uzunlamasına eksen boyunca iç açıklığına monte edilmiş iki bileşenli bir roket motoru kullanılır (patent RU 2043956, öncelik 23 Kasım 1993 tarihli). Bu düzenleme Fregat roket itici ünitesinin tasarımında kullanıldı. Benzer bir düzenlemeye sahip uzay aracının bir özelliği, roket motorunun dayanak noktasının uzay aracının kütle merkezine yakınlığından dolayı kontrol tork kolunun küçük olmasıdır. Üstelik bir an şeklindeki bozulmanın yanı sıra kuvvet şeklindeki bozulma da önemli bir değere sahiptir. Uzay aracının ağırlık merkezi ile motordan gelen kuvvetin uygulama noktası arasındaki mesafeyle belirlenen, küçük bir kontrol koluna sahip, yalpa çemberi içine monte edilmiş bir döner roket motorunun, uzay aracını savuşturmak için kontrol torku elde etmek amacıyla kullanılması. bozulma, önemli açılar gerektirir ve açısal hızlar motor yanma odasının dönüşü. Bu kaçınılmaz olarak yanal (enine) bozucu kuvvetin büyük bir bileşenine neden olur. Bu dezavantajlar Bir roket motorunu bir süspansiyona monte ederken, uzay aracının uzunlamasına eksenine dik bir düzlemde motorla süspansiyonun düzlemsel paralel hareketi olasılığı ile kısmen ortadan kaldırılır. Süspansiyon direksiyon dişlileri kullanılarak hareket ettirilir. Uzay aracının uzunlamasına eksenine göre simetrik olarak yerleştirilmiş küresel oksitleyici ve yakıt tanklarına sahip bir tahrik sistemi ve uzay aracının kütle merkezine yakın bir süspansiyona monte edilmiş bir roket motoru içeren bir uzay aracı için stabilizasyon sistemi. Süspansiyonun motorla uzay aracının uzunlamasına eksenine dik bir düzlemde paralel hareketi, beyan edilen uzay aracı stabilizasyon sistemine en yakın analogdur ve prototip olarak seçilmiştir (patent RU 2090463, rüçhan tarihi 20 Eylül 1997). Sistem, her biri doğrusal ivme ve hız sapma sensörleri ile açısal ivme ve hız sapma sensörleri içeren bir eğim kontrol kanalı ve bir sapma kontrol kanalı içerir; bunların çıkışları, bir toplama amplifikatörü aracılığıyla düzlem sağlayan direksiyon dişlilerinin girişlerine bağlanır. -Süspansiyonun motorla paralel hareketleri. Belirtilen stabilizasyon sistemi, Fregat üst aşamasının geliştirilmesinde kullanıldı ve uzay aracı kütle merkezinin enine hızlarının stabilizasyon doğruluğunu artırarak kısa vadeli yörünge düzeltmeleri modunda stabilizasyon doğruluğunun arttırılmasını mümkün kıldı. Fakat belirtilen sistem bu uzay aracı konfigürasyonunun doğasında olan kalan stabilizasyon sorunlarını ortadan kaldırmaz. Bu sorunlardan biri, aktif manevralar sonunda uzay aracının ağırlık merkezinin stabilizasyonun sağlanması için kritik bir değere kaymasına yol açabilen oksitleyici ve yakıt tanklarından farklı yakıt üretimi sorunudur. PM çubuğunun olası maksimum stroku, yani. motor odası kanama alanı. Böyle bir olayın gelişme olasılığını azaltmak için gereklidir. yapıcı yollarla gerekli olanı sağlamak başlangıç pozisyonu CG'yi enine düzlemde kullanarak ve yakıt bileşeni besleme yollarındaki hidrolik direnç farkını en aza indirecek şekilde ölçerek ve ayarlayarak önemli teknolojik ve malzeme maliyetleri ve stabilizasyon sisteminin güvenilirliğini azaltır.
Önerilen buluşla çözülen teknik problem, uzay aracı stabilizasyonunun kaybına yol açabilecek farklı gelişmelerin varlığında stabilizasyon güvenilirliğinin arttırılmasıdır.
Bu görev, aksine bilinen sistem uzay aracının uzunlamasına eksenine göre simetrik olarak yerleştirilmiş küresel oksitleyici ve yakıt tankları içeren bir tahrik sistemi ve uzay aracının kütle merkezine yakın bir süspansiyona monte edilmiş bir roket motoru içeren bir uzay aracının (SV) stabilizasyonu - her biri doğrusal hızlanma ve hız sapması sensörleri ve açısal hızlanma ve hız sapması sensörleri içeren bir eğim kontrol kanalı ve bir sapma kontrol kanalı dahil olmak üzere, uzay aracının uzunlamasına eksenine dik bir düzlemde süspansiyonun motorla paralel hareketi, çıkışları bir toplama amplifikatörü aracılığıyla süspansiyonun motorla düzlemsel paralel hareketlerini sağlayan direksiyon makinelerinin girişlerine bağlanan yenisi, stabilizasyon sisteminin açı sensörleri ve sahaya yerleştirilen entegre cihazlarla donatılması ve sapma kontrol kanalları ve her tanktaki takviyeyi kontrol eden valflerin girişlerine bağlı iki mantıksal blok; bu, oksitleyici ve yakıt tanklarından gelen yakıt tüketimini ve küçük motorların itme bağlantısını belirler; her bir eğim ve sapmada kontrol kanalları, entegre cihazın girişi açısal hızlanma ve hız sapma sensörünün ikinci çıkışına bağlanır ve açı sensörünün ve entegre cihazın çıkışları sırasıyla toplama amplifikatörünün üçüncü ve dördüncü girişine bağlanır. beşinci girişi direksiyon dişlilerinin ikinci çıkışlarına bağlanır ve her mantıksal bloğun girişleri her iki kanalın direksiyon dişlilerinin üçüncü çıkışlarına bağlanır.
Stabilizasyon sisteminin, eğim ve sapma kontrol kanallarına yerleştirilmiş açı sensörleri ve entegre cihazlarla ve yükseltmeyi ve dolayısıyla oksitleyici ve yakıt tanklarından yakıt tüketimini ve düşük bağlantının bağlantısını kontrol eden valflerin girişlerine bağlı mantıksal bloklarla donatılması -itme motorları, tanklardan gelen yakıt üretimindeki farklılıkları telafi etmeyi, uzay aracına etki eden rahatsızlıkların seviyesini azaltmayı ve stabilizasyonun hızını ve güvenilirliğini arttırmayı mümkün kılar.
Aynı zamanda düşük itişli motorların stabilizasyon sürecine bağlanması, başlangıç aşaması tanklardaki yakıt tüketiminin yeniden dağıtılmasından uzay aracı stabilizasyon sürecine kadar reaksiyonun belirli bir ataletinin stabilizasyonu.
Buluşun özü çizimlerle gösterilmektedir; burada:
İncir. 1 - blok şeması stabilizasyon sistemleri;
İncir. 2 - 1. mantıksal bloğun şematik diyagramı;
İncir. 3 - 2. mantıksal bloğun şematik diyagramı.
Önerilen stabilizasyon sistemi, uzay aracının uzunlamasına eksenine göre simetrik olarak yerleştirilmiş küresel oksitleyici ve yakıt tanklarına sahip bir tahrik sistemi (PS) ve süspansiyona monte edilmiş bir roket motoru (RM) içeren uzay aracını (SC) stabilize etmek için tasarlanmıştır. Uzay aracının kütle merkezinin yakınında, örneğin Fregat roketinin üst kademesi gibi, uzay aracının uzunlamasına eksenine dik bir düzlemde motorla süspansiyonun düzlemsel paralel hareketi olasılığı vardır. Sistem, her biri doğrusal ivme ve hız sapması sensörleri (1, 2) ve açısal ivme ve hız sapması sensörleri (3, 4) içeren bir eğim kontrol kanalı ("T") ve bir sapma kontrol kanalı ("P") içerir. bir toplama amplifikatörü (5, 6) vasıtasıyla direksiyon makinelerinin (RM) (7, 8) girişlerine bağlanır ve motorla (9) süspansiyonun düzlemsel paralel hareketlerini sağlar. Pitch kanalı (“T”) kontrolü sağlar doğrusal hareket“OZ” ekseni boyunca YOZ düzleminde motor 9 ile süspansiyon (direksiyon çubuğu 7 kanal “T”) ve sapma kanalı (“P”), YOZ düzleminde motor 9 ile süspansiyonun doğrusal hareketinin kontrolünü sağlar “OY” ekseni (direksiyon çubuğu makineleri 8 kanallı "P"). Ek olarak, eğim ("T") ve sapma ("P") kontrol kanallarının her biri, bir açı sensörü (10, 11) ve bir toplama amplifikatörüne (5, 6) bağlı bir entegre cihaz (12, 13) içerir. Birleştirici cihazın girişi Şekil 12, 13, açısal hızlanma ve hız sapması sensörünün (2) ikinci çıkışına bağlanır. Toplama amplifikatörünün (5, 6) beşinci girişi, direksiyon makinesinin (7, 8) ikinci çıkışına bağlanır. bu bölümdeki kanal araçları (blok 1-13) aynıdır ve ünlü esaslara göre uygulanabilir teknik çözümlerörneğin bkz. kitap. "Alan Yönetimi uçak", K.B. Alekseev, G.G. Bebenin, ed. Makine Mühendisliği, 1964 (1, 2 - s. 115, Şekil 4.2); (3, 4 - s. 163, Şekil 4-28); (5, 6 - s. 217, Şekil 5.17); (10, 11 - s. 117, Şekil 4.3); (12, 13 - s. 218, Şekil 5.19). Sistem, artışı ve dolayısıyla oksitleyici ve yakıttan gelen yakıt tüketimini kontrol eden, 16, 17, 18, 19 numaralı valflerin girişlerine bağlı iki mantıksal blok (LB-1, LB-2) 14, 15 ile donatılmıştır. tanklar ve düşük itişli motorların (20, 21, 22, 23) bağlantısı ve her mantıksal bloğun (14, 15) girişleri, her iki kanalın direksiyon makinelerinin (7, 8) üçüncü çıkışlarına bağlanır. LB-1 uygulamasının bir örneği Şekil 2'de gösterilmektedir. 2, burada 24'ü dekuplaj diyotlarıdır; 25 - ayar dirençleri, 26 - normalde kapalı kontaklara sahip röleler ve "+" adım kanalında normalde açık kontaklar; 27 - “-” adım kanalındaki benzer röle; 28 - “+” sapma kanalındaki benzer röle; 29 - “-” sapma kanalındaki benzer röle; 261, 262, 213 - röle 26'nın kontak grupları; 271, 272, 273 - röle 27'nin kontak grupları; 281, 282, 283 - röle 28'in kontak grupları; 291, 292, 293 - röle 29'un kontak grupları; 30, 31 - sırasıyla birinci ve ikinci yakıt depolarındaki takviye valflerini kontrol etmek için röleler; 32, 33 - sırasıyla birinci ve ikinci oksitleyici tanklardaki takviye valflerini kontrol etmek için röleler. LB-2'nin uygulanmasına bir örnek Şekil 2'de gösterilmektedir. 3, burada 24'ü dekuplaj diyotlarıdır; 25 - ayar dirençleri, 34 - normalde kapalı kontaklara sahip röleler ve "+" adım kanalında normalde açık kontaklar; 35 - kanal “-” adımındaki röle; 36 - kanal rölesi “+” sapma; 37 - kanal rölesi “-” sapma; 341, 351, 361, 371 - ilgili rölelerin (34, 35, 36, 37) kontak grupları; 38 - “+” adım kanalındaki düşük itmeli motor kontrol rölesi; 39 - “-” adım kanalındaki düşük itmeli motor kontrol rölesi; 40 - “+” sapma kanalındaki düşük itmeli motor kontrol rölesi; 41 - “-” sapma kanalındaki düşük itmeli motor kontrol rölesi.
Stabilizasyon sisteminin çalışması sırasında, toplama yükselticisinin (5, 6) girişleri, sensörlerden (1, 2, 3, 4, 10, 11) ve entegre cihazdan (12, 13) gelen sinyallere ek olarak, direksiyonun konumu hakkında bilgi alır. motor çubuğu (RM) 7, 8 her stabilizasyon kanalında. Perde stabilizasyon kanalında ilk eşiğe ulaşıldığında verilen değer direksiyon çubuğu stroku (örneğin, 7), sinyal büyüklükle orantılıçubuğun stroku (örneğin potansiyometrelerden geri bildirim) aynı zamanda ilgili tanktaki takviye kontrol valfına bir komut veren LB-1 mantıksal bloğunun ilgili girişine de beslenir. Bu depodaki takviye miktarı da buna bağlı olarak azalır ve bu depodaki yakıt bileşeninin tüketimi de azalır. Üretimde biriken farkın neden olduğu dışmerkezliğin büyüklüğünün azaltılması süreci başlar. Benzer işlemler sapma stabilizasyon kanalında da gerçekleşebilir ve sonuç olarak biriken eksantrikliğin belirli bir seviyeye kadar azalmasına yol açabilir. PM'lerin monte edildiği stabilizasyon eksenleri ve yakıt tanklarının simetri eksenleri çakışmadığından (aralarındaki açı yaklaşık 45°'dir), LB-1, kontrol komutları oluşturmak için her iki PM'nin çubuklarının konumu hakkındaki bilgileri kullanır . Yakıt besleme sistemi, bir depodaki takviyeyi daha az miktarda yakıtla sınırlayarak, turbo pompa ünitesinin çıkışındaki toplam akış hızını korurken yakıt tüketimi aynı adı taşıyan iki tanktan yeniden dağıtılacak şekilde tasarlanmıştır. (TPA). Uzaktan kumandanın itme kuvveti sabit kalır. Ayrıca, CG konumunu değiştirme sürecinin dinamiği, yükseltme sınırlamasının derecesine bağlıdır. Belirli bir tank dolumu için sınırlama derecesi deneysel olarak belirlenebilir. Yakıt tüketiminin yeniden dağıtılması nedeniyle ağırlık merkezinin (CG) sapması azalacaktır. Tankların maksimum düzeyde doldurulması ve tahrik sisteminin daha uzun süreli çalışması durumunda, belirli bir tanktaki takviyeyi sınırlandırma girişiminin, ters yönde eksantrikliğin artmasına yol açması mümkündür. Bu durumda LB-1 vanayı kapatacak ve geri yükleyecektir. orijinal değer artırmak. RB'nin stabilizasyonunu garanti etmek için, yakıt tüketiminin yeniden dağıtımının takviyeyi sınırlandırmaya tepkisinin yavaş bir süreç olduğu ve takviye valfi açıldıktan sonra bir süre için eksantrikliğin, CG'nin artmasının mümkün olduğu dikkate alınırsa Artmaya devam ederse, pasif bölümlerdeki RB stabilizasyon motorlarının LB-2 bağlantısının girişinde ek bir kontrol sinyali seviyesi sağlanır ve bu, RB stabilizasyonunu sağlamak için olası bölgenin genişletilmesi için bir miktar marj sağlar. Düşük itmeli motorların bağlantısının, RB'nin stabilizasyonunun dinamik parametrelerinin ölçülmesinin sonuçlarına dayanarak değil, ana kontrol motorunun konumunun analizi sonucunda yapılması esastır. Çalışma prensibi mantık devresi sonraki: örneğin RMT kanalındaki çubuğun stroku, kontrol akımının işaretine bağlı olarak ayar direnci tarafından belirlenen karşılık gelen değere ulaştığında, ilgili röle 26 veya 27 bunun kontak grupları etkinleştirilir. röle ilgili konumu alacaktır ve bunun sonucunda ilgili yakıt deposundaki takviye valflerini kapatmak için bir komut verilecektir. Bizim durumumuzda RB'nin stabilizasyon eksenleri ve tankların simetri eksenleri çakışmadığından, ilgili tankın basınçlandırma valfinin kapatılması, RM çubuğunun eğimdeki vuruşlarının büyüklüğüne ve işaretine göre belirlenir ve sapma kanalları, sunulan diyagramdan aşağıdaki gibidir. Perde ve sapma kanallarındaki direksiyon dişlisi çubuklarının stroku ile orantılı sinyaller, dekuplaj diyotları ve ayar dirençleri aracılığıyla LB-2 mantıksal cihazının girişlerine beslenir. Her bir stabilizasyon kanalındaki giriş sinyalinin işaretine bağlı olarak LB-2, pitch kanalında ve yalpalama kanalında ek kontrol torku oluşturan ilgili düşük itmeli motorları (DMT) bağlamak için sinyaller üretir.
Önerilen stabilizasyon sistemi, uzay aracına etki eden rahatsızlıkların seviyesini azaltmayı ve stabilizasyonun hızını ve güvenilirliğini arttırmayı mümkün kılar.
Buluş formülü
Uzay aracının uzunlamasına eksenine göre simetrik olarak yerleştirilmiş, küresel oksitleyici ve yakıt tanklarına sahip bir tahrik sistemi ve uzay aracının kütle merkezine yakın bir süspansiyona monte edilmiş bir roket motoru içeren bir uzay aracı (SV) için stabilizasyon sistemi. Süspansiyonun motorla boylamasına eksene dik bir düzlemde düzlem paralel hareketi Her biri doğrusal ivme ve hız sapması sensörleri ve açısal ivme ve hız sapması sensörleri içeren, bir eğim kontrol kanalı ve bir sapma kontrol kanalı içeren bir uzay aracı, çıkışları, süspansiyonun motorla düzlemsel paralel hareketlerini sağlayan direksiyon makinelerinin girişlerine bir toplama amplifikatörü aracılığıyla bağlanır; stabilizasyon sisteminin açı sensörleri ve eğim ve sapma kontrolüne yerleştirilmiş entegre cihazlarla donatılmış olması bakımından farklıdır Oksitleyici ve yakıt tanklarından gelen yakıt tüketimini ve düşük itişli motorların bağlantısını kontrol eden valflerin girişlerine bağlı iki mantıksal blok ve eğim ve sapma kontrol kanallarının her birinde, entegre cihazın girişi açısal ivme ve hız sapması sensörünün ikinci çıkışı ve açı sensörünün ve entegre cihazın çıkışları, sırasıyla toplama yükselticisinin üçüncü ve dördüncü girişine bağlanır, beşinci girişi ise ikinci çıkışlara bağlanır. yönlendirme makinelerinin ve her bir mantık bloğunun girişleri, her iki kanalın yönlendirme motorlarının üçüncü çıkışlarına bağlanır.
Küçük uzay aracı "Chibis-M"nin boşaltma sistemi için elektromıknatısların montajı
Çoğu modern uzay aracı, uzay aracı gövdesinin yönlendirilmesi için volan veya cayro-güç sistemleriyle donatılmıştır. Yürütme organları Bu sistemler (ilk durumda motorlar-volanlar ve ikincisinde güç jiroskopları) hoş olmayan bir özelliğe sahiptir - bir süre sürekli çalıştıktan sonra kontrol torku üretme yeteneklerini kaybederler. Volan motorları maksimum dönüş hızlarına ulaşır ve buna doygunluk yürütülmesinin gerekli olduğu boşaltma birikmiş kinetik momentten yönlendirme sistemleri. Bunu yapmak için, her uydunun, yürütme organlarını orijinal durumlarına getirmeye hizmet eden bir boşaltma sistemi (aslında, genellikle ana sistemin parçası olarak yapılan bir yardımcı yönlendirme sistemi) vardır. Boşaltma sistemleri reaktif, elektromanyetik ve yerçekimseldir.
Geçen sonbaharda boşaltma sistemleri hakkında konuşacağıma söz verdim ve bunun, üç yıllık standart bekleme süresini birkaç kez azalttığı ortaya çıktı. Philip Terekhov'dan sonra yoğunlaşan yazı yazma arzusu, lozga , uzay aracı yönlendirme sistemlerinin aktüatörleri ve sensörleri hakkında çok mantıklı bir şekilde yazdı. Bu fırsatı değerlendirerek Philip'in LiveJournal'ını okumanızı tavsiye ederim - bence bu, uzayla ilgili en iyi Rus popüler bilim blogu. Ama asıl noktaya.
Sorumluluk reddi beyanı
Her zamanki gibi, "Moped benim değil" sözü olmadan yapamam - asıl işim uzay aracının tahrik sistemleriyle ilgili. Ama bize 533 numaralı temel bölümde “Uzay araçları için yönlendirme sistemleri” dersi ruhla öğretildi ve ben de ona aşılandım. Bu nedenle, büyük ölçüde Vladimir Nikolaevich Vasiliev'in özetine ve monografisine dayanarak ilgili bir konu hakkında bir not yazmaya çalışacağım.
Ve işte başka bir nokta: VNIIEM yalnızca çalışmalarımızda ele almamız gereken volan yönlendirme sistemleri ve elektromanyetik boşaltma sistemleri (tescilli "harcama dışı" yönlendirme sistemleri) ile çalışır. Diğer her şeyi literatürü okuyarak biliyorum.
Boşaltma sistemlerine duyulan ihtiyaç
Mektubun ilk satırlarında, çalışma prensibinin daha detaylı anlatıldığı, örnekler ve illüstrasyonların bulunduğu volan motorları ve jiroskoplar hakkındaki hikayeye değinmeden geçilemez.
Volan yönlendirme sistemleri. Burada her şey basit - volan motoru yalnızca rotorun hızlanması (veya frenlenmesi) sırasında kontrol torku oluşturur. Şu tarihte: sabit hız dönme anı sıfıra eşit. Buna göre, motor yeterince uzun bir süre tork üretirse, maksimum dönüş hızına (genellikle yaklaşık 5000 rpm) güvenli bir şekilde ulaşacaktır - ve bu noktada tork üretimi duracaktır, işte bu, volan doymuştur.
Bir itiraz öngörüyorum: Peki ya o anı verirseniz zıt yönler, bu durumda hız ya artacak ya da azalacaktır (dönüşüne kadar) karşı taraf) - ve hiçbir doygunluk meydana gelmez. Sorun şu ki, uzay aracını etkileyen bazı rahatsızlıklar aynı işarete sahip ve volanımız da değişmek zorunda kalacak. harici rahatsız edici anı biriktirir, yavaş yavaş ivme kazanıyor. 
SPD-50, MicroSatWhill “Kanopusa-V”yi çalıştırıyor
Çarpıcı bir örnek, vektörü kütle merkezinden geçmeyen yörünge düzeltme motorundan kaynaklanan bozulmadır. Bir keresinde SPD-50 motorundan kaynaklanan bozuklukların (14 mN itme gücü) Canopus-V'nin dört küçük volanını nasıl doyurmaya çalıştığını simüle etmiştim - ama bunu yapamadılar. Ve 0,5 N itme kuvvetiyle (dolu depoyla çalışmanın başlangıcında) hidrazin üzerinde çalışan K50-10.5 motorları olsaydı, motor çalışmasının beşinci dakikasında doygunluk meydana gelirdi.
Jiroskop güç sistemleri. Burada, güç jiroskopları (jirodinler) sistemleri yürütme organları olarak kullanılıyor. Rotorları G kinetik momentine sahip olan ve çerçevelerin dönme eksenleri paralel olan iki özdeş jiroskoptan oluşan bir sistemi ele alacağız: 
Elektro manyetik sistemler boşaltma 
Dünyanın manyetik alanı
Bu tür bir sistem pusula ile aynı faydalı fikir üzerine inşa edilmiştir - kontrol torku, bobinin akım ve Dünyanın manyetik alanı ile etkileşiminden kaynaklanır.
Kural olarak, bir uzay aracında her yönlendirme ekseni için bir tane olmak üzere üç bobin vardır. Bobin sarımı elbette kopyalanır. Manyetik özellikler bobinler Am 2 olarak ifade edilen manyetik momentiyle karakterize edilir.
Dünya'ya yakın yörüngelerdeki jeomanyetik alan, ekseni gezegenimizin dönme ekseninden 11,5 derece sapmış olgun bir elmanın şeklini andırıyor. Tüm elektrik hatları ikiden geçiyor manyetik kutuplar Kuzey Kutbu ve Antarktika'da bulunur, bu nedenle Dünya'nın kutup bölgelerinde alan çizgileri daha yaygındır ve oradaki manyetik alanın genliği ekvatordakinin iki katı kadar yüksektir. Referans olarak, ekvatorda genliğin jeomanyetik alan 31 µT'dir ve kutupların yakınında 62 µT'dir. Manyetik alan, uydunun yörüngesinin yarı ana ekseninin küpüyle orantılı olarak azalır.
Manyetik bobinden gelen kontrol torkunu hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanırız:
M = P x B,
burada M kontrol torkudur [Nm cinsinden], P – manyetik moment bobinler [Am 2 ], B Dünyanın manyetik alanıdır [T]. Ve işte formülün öne çıkan kısmı kalın harflerle ve “x” simgesi bize formülün vektörler halinde yazıldığını ve hakkında konuşuyoruz O vektör çarpımı Tanım gereği modülü olan bir vektör olan:
M=PBsin α,
burada α vektörler arasındaki açıdır.
0'ın sinüsünün 0 ve 90 derecenin sinüsünün bir olduğunu hatırlarsak, eksen boyunca torku bir bobin kullanarak üretmenin en iyi yol olduğu anlaşılır. vektöre dik manyetik indüksiyon. Ve bunun tersi de geçerlidir, eğer manyetik bobinin ekseni şu yönde çakışıyorsa: Güç hattı Dünyanın manyetik alanı - böyle bir bobin bir tork yaratmayacaktır. İşte bu sınırlamadır (torkun yalnızca bobindeki akıma değil aynı zamanda coğrafi koordinatlar Uzay aracı), uydular için tamamen manyetik yönlendirme sistemlerinin kullanılmasına izin vermedi uzaktan algılama Dünya'dan yüksek gereksinimler doğruluk açısından.
Üstelik elektriği israf etmemek için, kullanarak boşaltma manyetik bobinler Dünyanın kutup bölgelerinde üretiliyor (hatırlayın, Canopus-B uçuşunun yarım devrini simüle ettim - o zaman volanlardan gelen tork yine de sıfırlanacak) ve analog boşaltma sistemlerinin zamanından beri manyetometreler dahil edildi “elektromıknatısları açmanın ne zaman mümkün olduğunu” belirleyen sistemler.
SPUTNIX tarafından geliştirilen elektromanyetik boşaltma sistemi bloklarının örnekleri: 
Yerçekimi boşaltma sistemleri 
SC "Gonets-M"
Gonets-M uzay aracına baktığınızda çubuk gözünüze çarpacak yerçekimi sistemi Basınçlı bölmenin üst alt kısmına monte edilen yönlendirme. Gerçek şu ki, Dünya'nın çekim alanı, dambıl şeklindeki herhangi bir ürünü dikey konuma yerleştirme ve bu konumda tutma eğilimindedir. Gonets-M'yi küçük bir açıyla bile olsa yana çevirirseniz veya yuvarlarsanız, Dünya'nın çekim alanı hemen uyduyu geri döndürme eğiliminde olan bir an yaratacaktır. Gonz-M oryantasyon sistemi aslında bu şekilde tasarlandı.
Mir ve Skylab yörünge istasyonlarının jiroskoplarını boşaltmak için aynı prensip kullanıldı - bilimsel ekipmanın çalışmasındaki duraklamalar sırasında, istasyonun yönü, yerçekimi alanının jirodin sistemini boşaltan bir an yaratacak şekilde değişti. Açısal momentum sıfırlandıktan sonra istasyonun yönelimi eski durumuna getirildi. Bu, istasyonun yönlendirme sistemi jet motorlarının çalışma sıvısından büyük ölçüde tasarruf etti. ISS'de yerçekimsel boşaltmanın kullanılıp kullanılmadığını söyleyemem.
RCC'nin evrensel yaklaşımı "İlerleme" 
SC "Resurs-P"
İlerleme Roketi ve Uzay Merkezi'nden (Samara) uzmanların, Resurs-P uzay aracının altı güç jiroskopundan oluşan bir kompleksi boşaltma konusundaki yaklaşımının bir örneği, derin bir izlenim bırakıyor ve şöyle açıklıyor: Samara'da geliştirilen Resurs-DK1'in nasıl geliştirildiği üç yerine dokuz yıldır uçuyor ve hâlâ hizmette.
Dolayısıyla, Albatross hareket kontrol sisteminde girodinleri boşaltmak için aşağıdakiler kullanılır:
- manyetik bobinlere dayalı kinetik torku hafifletmek için bir sistem (JSC NIIEM tarafından geliştirilmiştir);
- jet motorlarının kontrolü ve entegre bir tahrik sisteminin ana motor bölmesinin yalpa çemberi süspansiyonunun kontrolü;
- güneş panellerinin yeniden konumlandırılması kullanılabilir (düşük yörüngeli "Yantarlar" için aerodinamik tork tahliyesi bu şekilde gerçekleştirildi).
Genel olarak, güç kaynağı sistemlerinde olduğu gibi, hayatta kalmak için nasıl mücadele edileceği Progress'ten öğrenilebilir.
Efsaneye göre Arşimet, "Bana bir dayanak noktası verin, Dünya'yı alt üst edeceğim" dedi ve kolun sezgisel olarak anlaşılan ilkesini bilimsel olarak açıkladı. Ancak uzay boşluğunda destek yoktur. Ve uyduların Güneş'e bakmak için güneş panellerine, Dünya'ya bakmak için antenlere, Mars'ın ilginç bir kısmına bakmak için bir kameraya ve uzayda belirli bir noktaya tam olarak işaret edecek şekilde yörüngeyi düzeltecek bir motora ihtiyacı var. Boşluğa güvenmek için bir şeyler bulmalısın.
Tutum iticileri
En belirgin seçenek, cihazın yönünü kontrol edecek özel küçük motorlar kurmaktır:
Ay Modülü Tutum İticileri
Motorlar, ağır araçları döndürmek veya daha hızlı dönmek için güçlü veya çok hassas dönmek için çok zayıf yapılabilir. Nispeten hafiftirler ve kullanılmadıklarında elektriğe ihtiyaç duymazlar. Her şey yoluna girecek ama dönebilmek için yakıt harcamanız gerekiyor ve her zaman sınırlı miktarda oluyor. Motorların da çalıştırma sayısı ve toplam çalışma süresi konusunda sınırlamaları vardır.
Tutum iticileri, özellikle yanaşma planlanıyorsa, yörünge manevraları için de kullanılabilir. Tahrik motoru aracı yalnızca bir yönde itebilir, ancak durum motorlarının yardımıyla tüm eksenler boyunca kaydırılabilir.
Avantajları:
- Sadelik.
- Üç eksenin tamamı boyunca yönlendirme sağlayın.
- Nispeten küçük kütle.
- Esneklik: Güçlü veya çok hassas motorlar yapılabilir.
- Yörüngede manevra yapmak için kullanılabilir.
- Uzun süre kapalı kalabilirler.
- Yakıt tüketimi.
- Başlatma sayısında ve toplam çalışma süresinde sınırlama.
- Cihazın çevresinin yanmış yakıtla kirlenmesi (teleskoplarla ilgili olabilir).
MAKS-2005'te Soyuz uzay aracının bağlanması ve yönlendirilmesi için motorlar. Kırmızı - uçuştan önce çıkarılan koruyucu kapaklar
Hızlandırılmış üremede ISS'ye yanaşma sırasında Soyuz uzay aracının çalışması
Dönme stabilizasyonu
Çocukluğumuzdan beri hepimiz tepenin dikey konumu koruma yeteneğini biliyoruz. Uzay aracını döndürürseniz, tam olarak aynı şekilde davranacak ve dönme ekseni boyunca stabilizasyonu koruyacaktır.
Bir eksen boyunca stabilizasyondan memnun kalırsak cihazı döndürmeyeceğiz. farklı taraflar ve uzun pozlamalı fotoğraflar çekerken bu yöntem oldukça ekonomik olabilir.
Avantajları:
- Sadelik.
- Ekonomik - Bir kez dönüyoruz ve yüzyıllarca dönüyoruz.
- Yalnızca tek eksende stabilizasyon.
- Cihaz döndürülemez.
- Dönme, ekipmanın çalışmasına müdahale edebilir.
Gezegenlerarası istasyonlara ek olarak, Amerikalılar üst aşamaların dönüşünü yaygın olarak kullandılar. Bu durumda katı yakıtlı üst kademelere ihtiyaç duyulmadı. ayrı sistem yönlendirme.
Bir uyduyu başlatmak hızlanan blok Uzay Mekiğinden PAM-D (4:06'dan itibaren izleyin)
Hızlanmanın ardından, açısal momentumun korunumu yasasını kullanarak dönüşü basitçe yavaşlatmak mümkündü ( sıfır yerçekimi örneği, contalardaki örnek) - kablolardaki küçük yükler çözüldü ve cihazın dönüşünü yavaşlattı.
Volan (Reaksiyon çarkı)
Tıpkı düşerken kuyruğunu vücudunun dönüş yönünün tersine çeviren bir kedi gibi, uzay aracı da bir volan kullanarak yönünü kontrol edebilir. Örneğin cihazı saat yönünde döndürmek istiyorsak:- Başlangıç durumu: cihaz sabittir, volan sabittir.
- Volanı saat yönünün tersine çeviriyoruz, cihaz saat yönünde dönmeye başlıyor.
- İstenilen açıya döndüğümüzde volanın dönüşünü durdururuz, cihaz durur.
Volanların kullanımı ile dönmenizi sağlar yüksek doğruluk ve değerli yakıtı israf etmekten kaçının. Ama diğerleri gibi teknik sistem volanların dezavantajları vardır. Her şeyden önce, bir volan cihazı yalnızca bir eksen boyunca döndürebilir. Cihazın yönünü tam olarak kontrol etmek için üç volana ihtiyaç vardır. Ve rezervasyon ihtiyacı göz önüne alındığında, altı veya daha fazla. Ayrıca dönme hızı, volanın kütlesi ve dönüş hızı ile doğru orantılı, aparatın kütlesi ile ise ters orantılıdır. Konuşuyorum basit bir dille, Nasıl daha fazla kütle aparat, volanların daha ağır olması gerekir. Ayrıca herhangi bir volanın maksimum dönüş hızı vardır ve çok fazla döndürülürse kırılabilir. Ve aparata bir yönde rahatsız edici bir kuvvet etki ederse, o zaman volan eninde sonunda maksimum hızına ulaşacak ve başka bir sistem tarafından yükünün boşaltılması gerekecektir. Ve son olarak, herhangi bir mekanik gibi volan da zamanla aşınır ve arızalanabilir.
Avantajları:
- Yakıt tüketimi gerektirmez.
- Cihazın çok hassas hedeflenmesine olanak sağlar.
- Aktif manevra için uygun olmadığından dönüş nispeten yavaştır.
- Volanları rahatlatmak için başka bir yönlendirme sistemine ihtiyaç vardır.
- Zamanla aşınırlar ve başarısız olurlar.
- Her aks en az bir volan gerektirir.
Hubble teleskopunun volanlarından biri
Girodin (Kontrol momenti jiroskopu)
Üst kısmın dikey konumu koruma yeteneği bir şekilde daha kullanılabilir - üzerine yaslanabilirsiniz (1:10'dan itibaren):Böyle bir üst kısmı bir süspansiyon sistemine yerleştirirseniz, üzerine "yaslanabilirsiniz" ve istediğiniz yöne dönebilirsiniz. Bu tür tasarımlara güç jiroskopları veya jiroskoplar denir. Gyrodyne ve volan arasındaki temel fark, volanın bir eksen üzerine sağlam bir şekilde monte edilmesi ve dönüş hızını değiştirerek yönünü kontrol etmesidir. Girodin, bir veya daha fazla düzlemde dönebilen ve dönüş hızını değiştirmeyebilen bir süspansiyona monte edilmiştir. Bu videoda, girodinin dönüş aralığı değişmese de gimbalin hareketini net bir şekilde görebilirsiniz.
İşlevsellik açısından gyrodyne “gelişmiş” bir volandır. Gyrodyne'ler geleneksel volanlardan daha verimlidir ancak aynı zamanda daha karmaşıktır. Çok daha ağır araçların yönünü kontrol edebilirler ancak volanların avantaj ve dezavantajlarını paylaşırlar. Bu video, volanlar gibi jiroskopların da boşaltılması gerektiğini gösterir; süspansiyon ekseni artık dönemediğinde bisiklet düşmeye başlar:
Avantajları:
- Volanın aynısı.
- Aynı kütledeki bir girodin, volandan daha verimli bir şekilde çok daha ağır bir aracın yönünü kontrol edebilir.
- Volanın aynısı.
- Volandan daha karmaşık.
ISS'deki girodinin değiştirilmesi
Elektromanyetik tutum kontrol sistemi
Dünyanın manyetik alanı pusula iğnesini döndürebilecek kapasitededir, bu da bu kuvvetin bir uzay aracının yönünü kontrol etmek için kullanılabileceği anlamına gelir. Eğer onu bir uyduya koyarsan kalıcı mıknatıslar, O etkili kuvvet kontrol edilemez olacaktır. Ve eğer solenoid bobinler takarsanız, onlara akım vererek istenen kontrol torkunu oluşturabilirsiniz:Üç solenoid takılı dik düzlemler, üç eksenin tümü boyunca uydu yönünü kontrol etmenize olanak tanır. Daha doğrusu sağlarlar iyi yönetim cihazı bir pusula iğnesi gibi konumlandırmaya çalışarak iki eksen boyunca. Üçüncü eksen boyunca kontrol, cihazın yörüngedeki uçuşu sırasında Dünya'nın manyetik alanının yönü değiştirilerek sağlanıyor.
Elektromanyetik yönlendirme, Dünya'nın manyetik alanındaki rastgele dalgalanmalar nedeniyle doğru olamaz ve etkinliği rakımla birlikte azalır. Ve genel olarak solenoidlerin yarattığı kuvvetler küçüktür. Ayrıca kullanımları yeterince güçlü gök cisimleriyle sınırlıdır. manyetik alanörneğin Mars'ın yörüngesinde pratik olarak işe yaramazlar. Ancak solenoidler hareketli parça içermez, yakıt israfı yapmaz ve enerji tasarrufludur.
Avantajları:
- Sadelik.
- Yakıt gerektirmez.
- Küçük kütle.
- Hareketli parça içermezler ve neredeyse aşınmazlar.
- Küçük kontrol kuvvetleri.
- Düşük doğruluk.
- Manyetik alan gerektirir gök cismi, cihazın etrafında döndüğü yer.
- Verimlilik rakıma bağlıdır.
Uzay aracı için bir solenoid örneği. Üreticinin web sitesi, çeşitli uydulara halihazırda 80'den fazla solenoidin kurulu olduğunu iddia ediyor
Yerçekimi stabilizasyonu
İki cismin çekimi aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Bu nedenle, eğer arkadaşımız uzun bir direği bir yük ile uzatırsa, ortaya çıkan "dambıl", kaldırıldığında dikey bir pozisyon alma eğiliminde olacaktır. alt kısım Dünya'ya en üsttekinden biraz daha güçlü bir şekilde çekilecek. Burada bilgisayar modelleme 1963 (!), bu etkiyi gösteriyor:Videonun ilk bölümünde uydu, Dünya'ya olan ekseni boyunca sabit bir pozisyon alıyor. Gerçekte, rastgele bozulmalar ideal dengeyi bozacak ve uydu kendi ekseni etrafında salınacaktır, dolayısıyla bu tür sistemler genellikle bir sönümleyici ile desteklenir. Küçük bir sıvı kabı, titreşim enerjisini ısıya dönüştürecek ve uyduyu "sakinleştirecektir".
Avantajları:
- Çok basit bir sistem.
- Oryantasyon, bir kontrol sistemi olmadan pasif olarak inşa edilmiştir.
- Vücuda etki eden kuvvetlerin zayıflığı nedeniyle oryantasyon yavaş bir şekilde inşa edilir.
- Düşük doğruluk.
- Yalnızca tek bir yönelim türü vardır; eksen Dünya'nın merkezine doğrudur.
- Etki yükseklik arttıkça azalır.
- Uydu istenilen yöne göre ters dönebilir.
Aerodinamik stabilizasyon
İzler dünyanın atmosferi yüz kilometrenin üzerinde bile görülebiliyor ve uyduların hızının yüksek olması onların daha da yavaşlayacağı anlamına geliyor. Genellikle bu kuvvet çok rahatsız edicidir çünkü uydular oldukça hızlı yavaşlar, daha da aşağıya iner ve atmosferin yoğun katmanlarında yanar. Ancak yine de bu her zaman vektöre karşı hareket eden bir kuvvettir. yörünge hızı ve kullanılabilir. İlk deneyler 60'lı yıllarda yapıldı. Örneğin, 1967'de fırlatılan yerli uzay aracı "Cosmos-149":
Aerodinamik kuvvetlerin en büyük olduğu alçak yörünge, yaşanması zor bir yer. Ancak bazen daha yüksek ölçüm doğruluğu için orada olmak gerekir. Dünyanın çekim alanını inceleyen GOCE uydusunda çok güzel bir çözüm kullanıldı. Alçak yörünge (~260 km) yapıldı etkili sistem aerodinamik stabilizasyonu sağlamak ve uydunun çok çabuk yanmasını önlemek için küçük bir iyon motoruyla sürekli olarak hızlandırılıyordu. Ortaya çıkan cihaz geleneksel uydulara pek benzemiyor; hatta birisi ona "Ferrari uydusu" adını bile verdi:
Sayesinde iyon motoru GOCE, 2009'dan 2013'e kadar çalışarak Dünya'nın en ayrıntılı yerçekimi haritasını üretmeyi başardı.
Avantajları:
- Aerodinamik kuvvet ücretsizdir ve özel sistem yönetmek.
Kusurlar:
- Uydunun atmosferin yoğun katmanlarında hızla yanmasını önlemek için bir şeyler yapılması gerekiyor.
- Güç yüksekliğe bağlıdır.
- Yalnızca bir eksen boyunca yönlendirme mümkündür.
Güneş yelkeni
Yönelimi oluşturmak için güneş ışığı basıncını da kullanabilirsiniz. Güneş yelkeni genellikle bir itme yöntemi olarak kabul edilir, ancak bir uydu karmaşık şekil antenli ve güneş panelleri Güneş de harekete geçecek. Bu, diğer konum kontrol sistemlerine bir müdahale olarak görülebilir veya tasarımcılar torkları önceden hesaplamışsa uydunun konumunu oluşturmaya yardımcı olmak için kullanılabilir. Daha 1973 yılında Venüs ve Merkür'e giden Mariner 10 sondası, cihazın yönünü belirlemek için güneş basıncını kullandı. Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı'nın yaratıcılığı ilham vericidir; Kepler teleskopundaki dört volandan ikisi arızalandığında, laboratuvar kalan iki volanı ve güneş basıncını kullanarak teleskopun sırayla dört alanı görüntüleyeceği bir yönlendirme oluşturmanın bir yolunu geliştirdi. yıllık alan:
90'lı yıllarda geliştirilen yerli proje Regatta-Plasma oldukça ilgi çekiciydi. Güneş dengeleyici yelken ve dönen dümenlerin yardımıyla cihaz Güneş yönünde bir pozisyon aldı ve gerekirse bükülebilir:
Şimdi bile böyle bir sistem benzersiz ve çok ilginç olurdu; projenin kapatılması üzücü.
Avantajları:
- Tamamen ücretsiz güneş basıncı.
- Üç eksen boyunca keyfi bir yönelim oluşturmak imkansızdır.
- Örneğin alçak Dünya yörüngesi için önemli olan gölgede çalışmaz.
Çözüm
Uçuş yüksekliğine bağlı kuvvetler için yaklaşık bir grafik vardır:
Başka bir video kediler ve gerçek NASA jiroskoplarıyla.
Daha karmaşık video aynı konu üzerinde - "Yönlendirme ve stabilizasyon sisteminin tasarımı""Uzay sektörünüz" topluluğundan.
Etiket olarak, motorlar, yakıt, tanklar, fırlatma tesisleri ve benzeri ilginç ancak aşinalıklarından dolayı pek fark edilmeyen şeylerle ilgili yayınlar.