Какие факторы определяют, использует ли космический корабль/зонд/спутник гироскопы или двигатели для вращения?

Скажем, я разрабатываю зонд или спутник. Чтобы контролировать его положение, я могу добавить несколько гироскопов, или я могу поставить двигатели на каждый угол, или я могу добавить оба и выбрать один в полете в зависимости от ситуации. Как решить, что использовать? Как это зависит от проектного срока службы, массы, ожидаемой частоты изменения ориентации и орбиты зонда?

Было бы здорово, если бы вы подкрепили свое объяснение парой примеров.

Ответы (2)

Для справки, на самом деле есть третья возможность, Magnetorquers. Вот почему вы должны использовать один против другого.

Магнитоторкеры — недорогие, не требующие особого ухода, но работают не во всех ситуациях. Обычно используется космическими кораблями LEO и имеет небольшие размеры. Они работают, отталкиваясь от магнитного поля.

Реактивные колеса (или гироскопы) — Хитрость здесь в том, что вы не можете устранить изменение импульса, используя только реактивные колеса. Вам нужно либо остановить движение космического корабля, либо разгрузить импульс с помощью другой формы движения. Они отлично работают, если вы можете разумно ожидать, что в конечном итоге космический корабль будет иметь такой же угловой момент. Они имеют свойство ломаться со временем, но могут прослужить много лет. Причина, по которой они не могут, заключается в том, что они обмениваются импульсом космического корабля с импульсом колеса. Вы можете сделать постоянное изменение только в том случае, если вы толкаете что-то внешнее или толкаете что-то к себе или от себя. Колеса реакции просто изменяют импульс до тех пор, пока колесо не перестанет вращаться. Они могут изменить ориентацию, но не импульс. Посмотреть это видеоза хорошую демонстрацию.

Двигатели - работают постоянно, но потребляют топливо. Таким образом, вы ограничены тем, сколько вы можете их использовать, в зависимости от загрузки топлива и времени жизни миссии. Кроме того, их выхлопы могут быть опасны для вашего спутника, если он несет что-то чувствительное, как в случае с космическим телескопом Хаббла, где двигатели могут загрязнить оптику .

Суть в том, что вы используете то, что можете, и окажете минимальное воздействие на свой космический корабль.

Почему реактивное колесо не может навсегда изменить отношение?
Откуда возьмется импульс?
Импульс определяется как изменение линейного количества движения тела и не имеет отношения к изменению углового положения...
Реактивное колесо не может вносить постоянные изменения, потому что они не вызывают внешнего воздействия на космический корабль.
Внешняя сила не нужна для изменения линейного или углового положения, только для изменения линейной или угловой скорости и импульса...
Не забывайте о гироскопах Control Moment, которые используют концепцию, отличную от реактивных колес.
@ User58220: Хороший вопрос, я отредактировал, чтобы уточнить.
@PearsonArtPhoto В ответе говорится, что «[реактивные колеса] не могут постоянно изменять отношение», а также говорится, что «они могут менять ориентацию». Разве «отношение» не то же самое, что «ориентация»? Могу ли я навсегда переориентировать космический корабль с наблюдения за Бетельгейзе на наблюдение за Вегой только с помощью реактивных колес? До и после этого маневра угловой момент был бы равен нулю (WRT для далеких звезд). Чистое изменение импульса также равно нулю. Только отношение = ориентация изменится навсегда. Это возможно только с реактивными колесами?
Ориентация - это часть отношения, но да, я вижу, что мне все еще нужно улучшить этот ответ. Вы можете изменить наведение космического корабля, вы просто не можете остановить вращение космического корабля. Поскольку большинство спутников будут слегка вращаться естественным образом...
Для слегка связанной ситуации погуглите «угловой момент мотоцикла», чтобы увидеть, как мотоциклисты в прыжке (фактически VeryLEO) используют дроссель/тормоз, чтобы изменить свою угловую ориентацию в воздухе, используя колеса велосипеда в качестве реактивных колес.

В дополнение к ответу @PearsonArtPhoto можно использовать колесо реакции, чтобы навсегда изменить отношение. Рассмотрим невращающийся спутник с невращающимся гироскопом. Если для раскручивания гироскопа используется двигатель, третий закон Ньютона требует, чтобы на спутник прикладывался обратный крутящий момент, и он начнет вращаться в противоположном направлении. По истечении подходящего периода времени гироскоп тормозится до остановки, после чего сохранение углового момента диктует, что спутник и гироскоп снова не вращаются, а спутник указывает в желаемом новом направлении.

Если спутник испытывает какой-либо внешний крутящий момент, то реактивное колесо можно использовать для сохранения нового углового момента, сохраняя фиксированное положение спутника. В этом случае гироскоп должен постоянно вращаться, пока угловой момент не будет «сброшен», или не появится какой-то противоположный внешний момент...

Не могли бы вы немного пояснить, пожалуйста? Когда «гироскоп тормозится до остановки», импульс от него передается обратно к тормозному телу, так что вы, по сути, возвращаетесь в то место, откуда начали вращение гироскопа (сохранение импульса). Реактивные колеса могут накапливать ограниченный поступательный импульс, поскольку их скорость вращения ограничена, и они не могут вращаться бесконечно, поэтому я должен согласиться с Пирсоном в том, что их изменение положения также не является постоянным. Я упускаю из виду то, что вы пытаетесь донести? Как можно «сбросить» угловой момент, хранящийся в реактивных колесах?
Попробуйте так: встаньте, повернитесь и снова сядьте. Возвращаетесь ли вы в исходное положение? Вы временно меняете свою угловую скорость, передавая угловой момент Земле. Когда вы прекращаете вращение, АМ перестраивается, как было, но изменение углового положения остается постоянным...
Только то, что в космосе нет Земли, на которой можно было бы сидеть... тогда что?
Земля была вашим реактивным колесом; в космосе используйте все, что можете. Космонавт, парящий в космосе, мог вертеть большими пальцами Во время верчения он вращался (медленно!) вперед (или назад, в зависимости от направления вращения) по тангажу; когда он переставал вертеться, он переставал вращаться. Он не вернётся к своему прежнему поведению...
Эта последняя аналогия на самом деле не помогает, но давайте представим, что вращающиеся большие пальцы могут служить устройством хранения импульса, тогда да, он остановится. Это то же самое, о чем я говорил. Вы, кажется, не в полной мере понимаете, что означает "отношение" в динамике полета. Речь идет об ориентации объекта в инерциальной системе отсчета . То, что «он перестанет вращаться» — его первоначальная позиция. Так что да, вы фактически вернетесь к тому, с чего начали, что касается отношения. Таким образом, никаких постоянных изменений в отношении.
Итак, отношение означает «состояние вращения»? Какой термин используется для описания ориентации; например: «Нам нужно, чтобы Хаббл _____?_____ оставался постоянным, пока мы фотографируем эту галактику»?
Это все еще отношение, но в приведенном вами примере вы, вероятно, имеете в виду одну или несколько из трех его осей, фиксированных по отношению к наблюдаемому объекту. Так что это скорее «скорость вращения по отношению к [...]», где она, конечно, также может быть равна 0, или иногда упоминается как фиксированная , замороженная или поддерживаемая позиция . Более того , статья Википедии о контроле отношения на самом деле не так уж и плоха, я не могу найти в ней каких-либо вопиющих ошибок.
Это неправильно. Когда вы тормозите гироскоп до упора, гироскоп создает крутящий момент в направлении вращения спутника. Поэтому, когда ваш гироскоп остановится, спутник начнет вращаться.
Какие факторы определяют, использует ли космический корабль/зонд/спутник гироскопы или двигатели для вращения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v