Колесо реакции

Реакция колесо представляет собой исполнительный механизм для управления положением на спутнике . Обычно он состоит из двигателя , вращаемой им массы маховика и управляющей электроники для скорости двигателя.

Принцип работы

Противодействующее колесо изменяет свою скорость вращения , крутящий момент на спутник на той же оси, но в противоположном направлении вращения ( действие и противодействие ). Общее вращение спутниковой системы остается постоянным ( поддерживаемое значение ), в отличие от сопел управления положением или магнитных катушек , которые изменяют вращение системы. Образно говоря, угловой момент перемещается только вперед и назад между корпусом спутника и реактивным колесом ( сохранение углового момента ).

Отличие от поворотного колеса

Не следует путать колеса реакции с вращающимися колесами :

  • Реакционное колесо обычно находится в состоянии покоя и приводится в движение до соответствующей скорости только для изменения положения сателлита или для компенсации внешних мешающих моментов. Обычно на спутник приходится несколько реактивных колес, которые ориентированы в разных пространственных направлениях.
    Если максимальная скорость реактивного колеса достигается после нескольких изменений положения, оно должно быть обесцвечено (остановлено). Для этой цели сопла управления положением или магнитные катушки создают внешний крутящий момент, который противодействует крутящему моменту реактивного колеса при его движении вниз. Это гарантирует, что спутник сохраняет определенную ориентацию в пространстве, несмотря на изменение скорости, и не превращается в нежелательное кувырок. После этого реактивное колесо снова становится доступным для изменения положения.
  • Вращающееся колесо постоянно вращается с высокой скоростью и тем самым создает стабилизирующую скручивание , т.е. Это означает , что реакция на тревожные моменты перпендикулярно к оси от вращения спинового колеса сведено к минимуму. Поэтому обычно на спутник имеется только одно вращающееся колесо (возможно, два дублирующих ). Спиновые колеса используются, например, в классических спутниках GEO со стабилизацией вращения .

Договоренности

Реакционные колеса в четырехгранном расположении

В космических путешествиях используются два основных типа реактивных колес:

  • В аксиально развязанной системе на каждой главной геометрической оси спутника используется реактивное колесо, так что всего их три. Примером трехосного расположения является LAPAN-TUBSAT .
  • Для обеспечения избыточности реактивные колеса установлены в виде тетраэдра , всего их четыре. Это имеет то преимущество, что даже если колесо выходит из строя, система остается полностью работоспособной. Недостатком является сцепление отдельных колес друг с другом: вращение вокруг в геометрической оси спутника всегда приводит к изменению скорости нескольких реакционных колес. Примером тетраэдрического расположения является спутник BIRD .

Момент гироскопа

Гироскоп контрольного момента (КМГ) МКС

В то время как с фиксированными реактивными колесами, три компонента вектора углового момента изменяются индивидуально, чтобы установить в гироскопе контрольного момента (CMG, гироскопический момент) направление и величину этого вектора суммарного a, осью момента, когда гироскоп наклонен. Для этого используется постоянно вращающееся рабочее колесо в карданном подвесе . ЧАС. гироскоп . В виде исключения карданная подвеска несвободная , а регулируется мотором в двух ортогональных направлениях. Возникающий в результате момент реакции поворачивает космический корабль. Вращение вокруг оси крыльчатки регулируется изменением скорости. Эта технология используется, например, на Международной космической станции .

Характеристики

Типичное реактивное колесо для коммерческого спутника среднего размера имеет диаметр от 20 до 30 см, высоту примерно 10 см и общую массу от 5 до 10 кг. При частоте вращения около 5000 об / мин он генерирует по формуле

С участием

угловой момент 20  Нм · с . Напротив, угловой момент прялки или гироскопа момента (см. Выше) составляет 500 Нм и более.

Изменение момента количества движения реактивного колеса путем изменения вызывает противоположное вращение сателлита вокруг оси вращения маховика. Таким образом, ориентацией спутника можно очень точно управлять, внося небольшие изменения во вращение реактивного колеса.

Следующее относится к создаваемому крутящему моменту :

с угловым ускорением .

Крутящий момент определяет, насколько быстро можно изменять вращение и наклонять сателлит. Верхний предел создаваемого крутящего момента обычно составляет от 0,2 до 0,5  Нм .