Tutum kontrolü - Attitude control

Tutum kontrolü yönünü kontrol etme sürecidir. havacılık bir ile ilgili araç eylemsiz referans çerçevesi veya gibi başka bir varlık Gök küresi, belirli alanlar ve yakındaki nesneler vb.

Araç tutumunu kontrol etmek, sensörler araç yönünü ölçmek için, aktüatörler aracı istenen bir konuma yönlendirmek için gereken torkları uygulamak ve algoritmalar aktüatörlere (1) mevcut durumun sensör ölçümlerine ve (2) istenen bir konumun özelliklerine göre komut vermek. Sensörlerin, aktüatörlerin ve algoritmaların kombinasyonunu inceleyen entegre alan denir rehberlik, navigasyon ve kontrol (GNC).

Uçak tutum kontrolü

yaw

Saha

rulo

Bir uçak tavrı üç yönde sabitlenmiştir: yaw, yukarı ve aşağı hareket eden bir eksen etrafında sola veya sağa burun; Saha, kanattan kanada uzanan bir eksen etrafında burun yukarı veya aşağı; ve ruloburundan kuyruğa uzanan bir eksen etrafında dönme. Asansörler (yatay kuyrukta hareket eden kanatlar) perde üretir, a dümen dikey kuyrukta sapma üretir ve kanatçıklar (zıt yönlerde hareket eden kanatlardaki kanatlar) rulo üretir.

Uzay aracı tutum kontrolü

Bir uzay aracının tavrı tipik olarak çeşitli nedenlerle stabilize edilmeli ve kontrol edilmelidir. Genellikle uzay aracının yüksek kazançlı anten iletişim için Dünya'ya doğru bir şekilde işaret edilebilir, böylece gemideki deneyler, verilerin doğru bir şekilde toplanması ve ardından yorumlanması için hassas işaretlemeyi başarabilir, böylece güneş ışığının ve gölgenin ısıtma ve soğutma etkileri, termal kontrol ve ayrıca rehberlik için akıllıca kullanılabilir: kısa itici manevralar doğru yönde gerçekleştirilmelidir.

Stabilizasyon türleri

Uzay aracında tutum kontrolünü stabilize etmek için iki temel yaklaşım vardır:^{[kaynak belirtilmeli ]}

Spin stabilizasyonu stabilizasyon mekanizması olarak dönen uzay aracı kütlesinin jiroskopik hareketini kullanarak uzay aracının dönüşünü ayarlayarak gerçekleştirilir. İtme sistemi iticileri, dönüş hızında veya dönüş stabilize tutumunda istenen değişiklikleri yapmak için yalnızca ara sıra ateşlenir. İstenirse, pervaneler kullanılarak veya döndürme işlemi durdurulabilir. yo-yo de-spin. Pioneer 10 ve Pioneer 11 Dış güneş sistemindeki sondalar, dönüş stabilize uzay aracı örnekleridir.
Üç eksenli stabilizasyon uzay aracının herhangi bir dönüş olmaksızın istenen yönde sabit tutulduğu alternatif bir uzay aracı tutum kontrolü yöntemidir.
- Bir yöntem, uzay aracını bir uzay aracı içinde sürekli olarak ileri geri hareket ettirmek için küçük iticiler kullanmaktır. ölü bant % izin verilen tutum hatası. İticiler ayrıca kütle tahliye kontrolü (MEC) olarak da adlandırılabilir.^[1] sistemler veya reaksiyon kontrol sistemleri (RCS). Uzay araştırmaları Voyager 1 ve Voyager 2 bu yöntemi kullanıyor ve yaklaşık dörtte üçünü kullanmış^[2] 100 kg itici yakıtının Temmuz 2015 itibarı ile.
- Üç eksenli stabilizasyon elde etmenin başka bir yöntemi, elektrikle çalışan kullanmaktır. reaksiyon tekerlekleri uzay aracındaki üç dik eksene monte edilen momentum çarkları olarak da adlandırılır. Ticaret yapmak için bir araç sağlarlar açısal momentum uzay aracı ve tekerlekler arasında ileri geri. Aracı belirli bir eksende döndürmek için, o eksendeki tepki çarkı ters yönde hızlandırılır. Aracı geri döndürmek için tekerlek yavaşlatılır. Örneğin, güneş foton basıncından veya güneş enerjisinden kaynaklanan harici torklardan dolayı sistemde oluşan aşırı momentum yerçekimi gradyanları tekerleklerin bilgisayar kontrolü altında istenen hıza dönmesine izin vermek için uzay aracına kontrollü tork uygulayarak ara sıra sistemden çıkarılmalıdır. Bu, momentum desatürasyonu veya momentum boşaltma manevraları adı verilen manevralar sırasında yapılır. Çoğu uzay aracı, desatürasyon manevraları için torku uygulamak için bir itici sistemi kullanır. Tarafından farklı bir yaklaşım kullanılmıştır. Hubble uzay teleskobu, itici egzozu ile kirlenebilecek hassas optiklere sahip olan ve bunun yerine kullanılan manyetik torklar desatürasyon manevraları için.

Hem spin stabilizasyonu hem de üç eksenli stabilizasyonun avantajları ve dezavantajları vardır. Spin-stabilize tekne, alanlar ve parçacık enstrümanları ve bazı optik tarama enstrümanları için arzu edilen sürekli bir süpürme hareketi sağlar, ancak bunlar, bilimsel gözlemler veya Dünya ile iletişim. Üç eksenli kontrollü araç, optik aletleri ve antenleri, onları döndürmeye gerek kalmadan yönlendirebilir, ancak alanlarını ve parçacık aletlerini en iyi şekilde kullanmak için özel döner manevralar gerçekleştirmeleri gerekebilir. Rutin stabilizasyon için iticiler kullanılıyorsa, görüntüleme gibi optik gözlemler, uzay aracının her zaman yavaşça ileri geri sallandığını ve her zaman tam olarak tahmin edilemeyeceğini bilerek tasarlanmalıdır. Reaksiyon çarkları, gözlem yapmak için çok daha istikrarlı bir uzay aracı sağlar, ancak uzay aracına kütle eklerler, sınırlı bir mekanik ömürleri vardır ve sık sık momentum desatürasyon manevraları gerektirirler, bu da iticilerin kullanımından kaynaklanan ivmeler nedeniyle navigasyon çözümlerini bozabilir. .^{[kaynak belirtilmeli ]}

Artikülasyon

Birçok uzay aracının eklemlenme gerektiren bileşenleri vardır. Voyager ve Galileo örneğin, optik aletleri hedeflerine yönlendirmek için uzay aracı yönünden büyük ölçüde bağımsız olarak tarama platformları ile tasarlanmıştır. Mars yörüngeleri gibi birçok uzay aracının, uzay aracına elektrik gücü sağlayabilmesi için Güneş'i takip etmesi gereken güneş panelleri vardır. Cassini's ana motor nozülleri yönlendirilebilirdi. Bir güneş panelini veya tarama platformunu veya bir nozulu nereye yönlendireceğinizi bilmek - yani nasıl eklemleneceğini - uzay aracının tavrı hakkında bilgi sahibi olmayı gerektirir. Tek bir alt sistem uzay aracının tutumunu, Güneş'in konumunu ve Dünya'nın konumunu takip ettiğinden, uzantıları işaret etmek için doğru yönü hesaplayabilir. Mantıksal olarak aynı alt sisteme - Tutum ve Artikülasyon Kontrol Alt Sistemine (AACS), daha sonra hem tutumu hem de eklemlenmeyi yönetmek için düşer. AACS adı, ifade edilecek uzantıları olmasa bile bir uzay aracına bile taşınabilir.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Geometri

Tutum, bir nesnenin nasıl yerleştirildiğinin açıklamasının bir parçasıdır. Uzay işgal eder. Tutum ve konum, bir nesnenin uzaya nasıl yerleştirildiğini tam olarak tanımlar. (Robotik ve bilgisayar görüşü gibi bazı uygulamalar için, konum ve tutumu tek bir tanımda birleştirmek gelenekseldir. Poz.)

Tutum, çeşitli yöntemler kullanılarak tanımlanabilir; ancak en yaygın olanları Rotasyon matrisleri, Kuaterniyonlar, ve Euler açıları. Euler açıları çoğu zaman görselleştirmek için en basit temsil olsa da, yüksek manevra kabiliyetine sahip sistemler için sorunlara neden olabilir. Gimbal kilidi. Öte yandan bir rotasyon matrisi, üç yerine dokuz değer gerektirme pahasına tutumun tam bir tanımını sağlar. Bir rotasyon matrisinin kullanılması, hesaplama maliyetinin artmasına neden olabilir ve bunlarla çalışmak daha zor olabilir. Kuaterniyonlar, gimbal kilitten muzdarip olmadıkları ve tutumu tam olarak tanımlamak için yalnızca dört değer gerektirdikleri için makul bir uzlaşma sunar.

Bir yönünü değiştirme sağlam vücut aynıdır dönen A'nın eksenleri referans çerçevesi ona bağlı.

Sensörler

Göreceli tutum sensörleri

Birçok sensör, tutumdaki değişim oranını yansıtan çıktılar üretir. Bunlar, tutumu belirlemek için bilinen bir ilk tutum veya harici bilgi gerektirir. Bu sınıftaki sensörlerin çoğunda bir miktar gürültü vardır ve bu, mutlak durum sensörleri tarafından düzeltilmezse yanlışlıklara yol açar.

Jiroskoplar

Jiroskoplar içinde dönüşü algılayan cihazlardır üç boyutlu uzay dış nesnelerin gözlemine güvenmeden. Klasik olarak bir jiroskop, dönen bir kütleden oluşur, ancak aynı zamanda "halka lazer jiroskopları "kapalı bir yolun etrafından yansıyan tutarlı ışığı kullanmak. Başka bir" jiroskop "türü, yarım küre rezonatör cayro bir şarap kadehi şeklindeki kristal bir kadehin, parmağın kenarına sürüldüğü gibi bir şarap kadehinin "şarkı söylediği" gibi salınıma yönlendirilebildiği yer. Salınımın yönü eylemsiz alanda sabitlenmiştir, bu nedenle uzay aracının eylemsiz alana göre hareketini algılamak için uzay aracına göre salınımın yönünü ölçmek kullanılabilir.^[3]

Hareket referans birimleri

Hareket referans birimleri bir tür Atalet ölçü birimi tek veya çok eksenli hareket sensörleri ile. Kullanırlar MEMS jiroskopları. Bazı çok eksenli MRU'lar ölçüm yapabilir yuvarlan, eğ, yalpala ve kaldır. Havacılık alanı dışında, örneğin:^[4]

Anten hareket telafisi ve stabilizasyon
Dinamik konumlandırma
Ağır tazminat açık deniz vinçlerinin sayısı
Yüksek hızlı tekne hareket kontrol ve sönümleme sistemleri
Hidro akustik konumlandırma
Tekli ve tekli hareket telafisi çok ışınlı yankılananlar
Okyanus dalgası ölçümleri
Açık deniz yapısı hareket izleme
Yönelim ve tutum ölçümleri Otonom su altı araçları ve Uzaktan çalıştırılan su altı araçları
Gemi hareket izleme

Mutlak tutum sensörleri

Bu sensör sınıfı, uzay aracı dışındaki alanların, nesnelerin veya diğer olayların konumunu veya yönünü algılar.

Ufuk sensörü

Bir ufuk sensörü Dünya atmosferinin 'uzuvundan', yani ufuktan gelen ışığı algılayan optik bir araçtır. Termal kızılötesi Daha soğuk olana kıyasla atmosferin karşılaştırmalı sıcaklığını algılayan algılama sıklıkla kullanılır. kozmik arka plan. Bu sensör, Dünya'ya göre iki ortogonal eksene göre yönlendirme sağlar. Yıldız gözlemine dayalı sensörlerden daha az hassas olma eğilimindedir. Bazen bir Toprak sensörü olarak adlandırılır.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Yörünge cayro pusula

Karasal bir cayro pusula kullanır sarkaç yerel yerçekimini algılamak ve jirosunu Dünya'nın dönüş vektörüyle hizalanmaya zorlamak ve bu nedenle kuzeyi işaret etmek için yörünge cayro pusula Dünya'nın merkezinin yönünü algılamak için bir ufuk sensörü ve yörünge düzlemine normal bir eksen etrafında dönüşü algılamak için bir jiroskop kullanır. Böylece ufuk sensörü, eğim ve yuvarlanma ölçümleri sağlar ve jiroskop sapma sağlar.^{[kaynak belirtilmeli ]} Görmek Tait-Bryan açıları.

Güneş sensörü

Bir güneş sensörü yönünü algılayan bir cihazdır. Güneş. Bu, bazıları kadar basit olabilir Güneş hücreleri ve gölgeler veya yönlendirilebilir kadar karmaşık teleskop, görev gereksinimlerine bağlı olarak.

Toprak sensörü

Bir Toprak sensörü yönünü algılayan bir cihazdır Dünya. Genellikle bir Kızılötesi kamera; günümüzde tutumu tespit etmenin ana yöntemi, yıldız izci ancak Dünya sensörleri, düşük maliyetleri ve güvenilirlikleri nedeniyle uydulara hala entegre edilmiştir.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Yıldız izleyici

STARS gerçek zamanlı yıldız izleme yazılımı, EBEX 2012, 2012-12-29'da Antarktika'dan başlatılan bir yüksek irtifa balon kaynaklı kozmoloji deneyi

Bir yıldız izci konumlarını ölçen optik bir cihazdır. star (s) kullanıyor fotosel (s) veya bir kamera.^[5] Yıldızların etrafındaki göreceli konumunu belirlemek ve ardından hesaplamak için parlaklığın büyüklüğünü ve spektral türü kullanır.

Manyetometre

Bir manyetometre algılayan bir cihazdır manyetik alan güç ve üç eksenli üçlüde kullanıldığında manyetik alan yönü. Bir uzay aracı seyir yardımı olarak, algılanan alan gücü ve yönü bir haritayla karşılaştırılır. Dünyanın manyetik alanı Yerleşik veya yer tabanlı bir kılavuz bilgisayarının belleğinde saklanır. Uzay aracının konumu biliniyorsa, tutum çıkarılabilir.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Tutum belirleme

Tutum kontrolü yapılmadan önce, mevcut tutum belirlenmelidir. Tutum herhangi bir tek ölçümle doğrudan ölçülemez ve bu nedenle hesaplanmalıdır (veya tahmini ) bir dizi ölçümden (genellikle farklı sensörler kullanarak). Bu, statik olarak (yalnızca mevcut ölçümleri kullanarak tutum hesaplaması) veya istatistiksel bir filtre (en yaygın olarak, Kalman filtresi ) mevcut durum hakkında optimum bir tahmin elde etmek için önceki tutum tahminlerini mevcut sensör ölçümleriyle istatistiksel olarak birleştiren.

Bazı sensörler ve uygulamalar için (manyetometre kullanan uzay aracı gibi) kesin konum da bilinmelidir. Poz tahmini kullanılabilirken, uzay aracı için genellikle konumu tahmin etmek yeterlidir ( Yörünge belirleme ) tutum tahmininden ayrı. Dünyaya yakın çalışan kara araçları ve uzay araçları için Uydu seyir sistemi sistemleri hassas konum bilgisinin kolayca elde edilmesini sağlar. Bu sorun, derin uzay araçları veya Global Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) reddedilen ortamlarda çalışan kara araçları için daha karmaşık hale gelir (bkz. Navigasyon ).

Statik tutum tahmin yöntemleri

Statik tutum tahmin yöntemleri, Wahba'nın sorunu. Davenport'un q-yöntemi, QUEST, TRIAD ve tekil değer ayrışımı.^[6]

Sıralı tahmin yöntemleri

Kalman filtreleme, açısal hızın yanı sıra tutumu sıralı olarak tahmin etmek için kullanılabilir.^[7] Çünkü tutum dinamikleri (kombinasyonu katı gövde dinamiği ve tutum kinematiği) doğrusal değildir, doğrusal bir Kalman filtresi yeterli değildir. Tutum dinamikleri çok doğrusal olmadığı için, Genişletilmiş Kalman filtresi genellikle yeterlidir (ancak Crassidis ve Markely, Kokusuz Kalman filtresi kullanılabilir ve ilk tahminin zayıf olduğu durumlarda fayda sağlayabilir).^[8] Birden çok yöntem önerilmiştir, ancak Çarpımlı Genişletilmiş Kalman Filtresi (MEKF) açık ara en yaygın yaklaşımdır.^{[kaynak belirtilmeli ]} Bu yaklaşım, kuaterniyon üzerindeki birlik kısıtlamasının daha iyi ele alınmasına izin veren hata kuaterniyonunun çarpımsal formülasyonunu kullanır. Dinamik model değiştirme olarak bilinen bir tekniğin kullanılması da yaygındır; burada açısal hız doğrudan tahmin edilmez, bunun yerine jirodan ölçülen açısal hız doğrudan dönme dinamiklerini zamanda ileriye doğru yaymak için kullanılır. Bu, çoğu uygulama için geçerlidir, çünkü jiroskoplar tipik olarak sisteme etki eden bozucu torklara ilişkin bilgiden çok daha hassastır (bu, açısal hızın kesin tahmini için gereklidir).

Kontrol algoritmaları

Kontrol algoritmaları vardır bilgisayar programları araç sensörlerinden veri alan ve aracı istenen konuma döndürmek için aktüatörlere uygun komutları türeten. Algoritmalar çok basitten ör. orantılı kontrol, görev gereksinimlerine bağlı olarak karmaşık doğrusal olmayan tahmin edicilere veya birçok ara tipe. Tipik olarak, tutum kontrol algoritmaları, yazılım üzerinde koşmak donanım yerden komutlar alan ve araç verilerini biçimlendiren telemetri bir yer istasyonuna iletim için.

Tutum kontrol algoritmaları, belirli bir tutum manevrası gerekliliğine göre yazılır ve uygulanır. Pasif tutum kontrolünün uygulanmasının yanı sıra, yerçekimi-gradyan stabilizasyonu Çoğu uzay aracı, tipik bir tutum kontrol döngüsü sergileyen aktif kontrolü kullanır. Kontrol algoritmasının tasarımı, basit bir yaklaşım kullanılmasına rağmen, belirli bir tutum manevrası için kullanılacak aktüatöre bağlıdır. orantılı-integral-türev denetleyici (PID denetleyici) çoğu kontrol ihtiyacını karşılar.

Aktüatörlere yönelik uygun komutlar, ölçülen ve istenen tutum arasındaki fark olarak tanımlanan hata sinyallerine dayanılarak elde edilir. Hata sinyalleri genellikle şu şekilde ölçülür: euler açıları (Φ, θ, Ψ), ancak buna bir alternatif şu şekilde tanımlanabilir: yön kosinüs matris veya hata kuaterniyonlar. En yaygın olan PID kontrolörü, tutuma göre bir hata sinyaline (sapma) aşağıdaki gibi tepki verir.

${ displaystyle T_ {c} (t) = K _ { text {p}} e (t) + K _ { text {i}} int _ {0} ^ {t} e ( tau) , d tau + K _ { text {d}} { nokta {e}} (t),}$

nerede ${ displaystyle T_ {c}}$ kontrol torku, ${ displaystyle e}$ tutum sapma sinyali ve ${ displaystyle K _ { text {p}}, K _ { text {i}}, K _ { text {d}}}$ PID denetleyici parametreleridir.

Bunun basit bir uygulaması, orantılı kontrolün uygulanması olabilir. nadir işaret aktüatör olarak ya momentum ya da reaksiyon çarklarının kullanılması. Tekerleklerin momentumundaki değişime bağlı olarak, kontrol yasası 3 eksenli x, y, z olarak tanımlanabilir.

${ displaystyle T_ {c} x = -K _ { text {q1}} q_ {1} + K _ { text {w1}} {w_ {x}},}$

${ displaystyle T_ {c} y = -K _ { text {q2}} q_ {2} + K _ { text {w2}} {w_ {y}},}$

${ displaystyle T_ {c} z = -K _ { text {q3}} q_ {3} + K _ { text {w3}} {w_ {z}},}$

Bu kontrol algoritması aynı zamanda momentum boşaltımını da etkiler.

Bir diğer önemli ve yaygın kontrol algoritması, uzay aracının açısal momentumunu zayıflatan kopma kavramını içerir. Uzay aracını sökme ihtiyacı, fırlatma aracından bırakıldıktan sonra kontrol edilemeyen durumdan kaynaklanmaktadır. Çoğu uzay aracı alçak dünya yörüngesi (LEO), dünyanın manyetik alanının etkisini kullanan manyetik koparma konseptini kullanır. Kontrol algoritmasına B-Dot kontrolörü denir ve manyetik bobinler veya kontrol aktüatörleri olarak tork çubukları. Kontrol kanunu, sabit vücut değişim oranının ölçülmesine dayanmaktadır. manyetometre sinyaller.

${ displaystyle m = -K { nokta {B}}}$

nerede ${ displaystyle m}$ manyetik torklayıcının komuta edilen manyetik dipol momentidir ve ${ displaystyle K}$ orantılı kazanç ve ${ displaystyle { dot {B}}}$ Dünya'nın manyetik alanının değişim oranıdır.

Aktüatörler

Tutum kontrolü birkaç mekanizma ile elde edilebilir, özellikle:^{[kaynak belirtilmeli ]}

İticiler

Sürmeli iticiler istasyon tutmak için de kullanılabileceklerinden en yaygın aktüatörlerdir. İticiler, üç eksenin tümü hakkında stabilizasyon sağlamak için bir sistem olarak düzenlenmelidir ve tork olarak her eksende genellikle en az iki itici kullanılır. çift vermeyi önlemek için tercüme araca. Sınırlamaları yakıt kullanımı, motor aşınması ve kontrol valflerinin döngüleridir. Bir tutum kontrol sisteminin yakıt verimliliği, onun tarafından belirlenir. özgül dürtü (egzoz hızıyla orantılı) ve sağlayabileceği en küçük tork darbesi (bu, hassas kontrol sağlamak için iticilerin ne sıklıkla ateşlemesi gerektiğini belirler). İticiler, dönüşü başlatmak için bir yönde ve yeni bir yönelim yapılacaksa yine ters yönde ateşlenmelidir. İtici sistemleri, insanlı uzay araçlarının çoğunda kullanılmıştır. Vostok, Merkür, ikizler burcu, Apollo, Soyuz, ve Uzay mekiği.

Görev süresindeki yakıt sınırlamasını en aza indirmek için, aracın dönüşünü küçük gibi daha düşük seviyelere düşürmek için yardımcı durum kontrol sistemleri kullanılabilir. iyon iticiler güneş pillerinden gelen gücü kullanarak iyonize gazları elektriksel olarak aşırı hızlara hızlandıran.

Spin stabilizasyonu

Tek bir araç ekseninin yönünü stabilize etmek için tüm uzay aracının kendisi döndürülebilir. Bu yöntem, bir fırlatma aracının son aşamasını stabilize etmek için yaygın olarak kullanılır. Tüm uzay aracı ve bağlı bir katı roket motoru, döndürme masasının monte edildiği alt aşamadaki tutum kontrol sistemi tarafından yönlendirilen bir "döndürme masası" üzerinde, roketin itme ekseni etrafında döndürülür. Son yörüngeye ulaşıldığında, uydu çeşitli yollarla döndürülebilir veya sola döndürülebilir. Uyduların dönüş stabilizasyonu yalnızca, uydunun ömrü boyunca önemli ölçüde değişmesi gerekmeyen ve son derece yüksek hassasiyetli nişan almaya gerek duymayan birincil yönelim eksenine sahip görevler için geçerlidir. Ayrıca yıldız alanını veya Dünya'nın yüzeyini veya atmosferini taraması gereken aletlerin olduğu görevler için de kullanışlıdır.^{[kaynak belirtilmeli ]} Görmek spin-stabilize uydu.

Momentum tekerlekleri

Bunlar elektrik motoru aracı yeniden yönlendirmek için gereken yönün tersi yönde dönmek üzere yapılmış tahrikli rotorlar. Momentum çarkları, uzay aracının kütlesinin küçük bir bölümünü oluşturduğundan ve bilgisayar kontrollü olduğundan, hassas kontrol sağlarlar. Momentum çarkları genellikle manyetik yataklar Sürtünme ve bozulma problemlerini önlemek için.^{[kaynak belirtilmeli ]} Üç boyutlu uzayda oryantasyonu korumak için minimum üç kullanılmalıdır,^[9] tek arıza koruması sağlayan ek birimler ile. Görmek Euler açıları.

Kontrol momenti jiroskopları

Bunlar sabit hızda döndürülmüş rotorlardır. yalpa çemberleri tutum kontrolü sağlamak. CMG, gyro spin eksenine ortogonal olan iki eksen hakkında kontrol sağlasa da, üç eksenli kontrol hala iki ünite gerektirir. Bir CMG, maliyet ve kütle açısından biraz daha pahalıdır, çünkü yalpa çemberleri ve tahrik motorları sağlanmalıdır. Bir CMG tarafından uygulanan maksimum tork (ancak maksimum açısal momentum değişikliği değil), bir momentum çarkından daha büyüktür ve bu da onu büyük uzay aracı için daha uygun hale getirir. Büyük bir dezavantaj, başarısızlık noktalarının sayısını artıran ek karmaşıklıktır. Bu nedenle Uluslararası Uzay istasyonu ikili arıza toleransı sağlamak için dört CMG seti kullanır.

Güneş yelkenleri

Küçük güneş yelkenleri (gelen ışığı yansıtarak indüklenen bir reaksiyon kuvveti olarak itme üreten cihazlar), küçük tutum kontrolü ve hız ayarlamaları yapmak için kullanılabilir. Bu uygulama, yakıt harcaması olmadan kontrol anları üreterek uzun süreli bir görevde büyük miktarlarda yakıt tasarrufu sağlayabilir. Örneğin, Denizci 10 güneş pillerini ve antenlerini küçük güneş yelkenleri gibi kullanarak tutumunu ayarladı.

Yerçekimi-gradyan stabilizasyonu

Yörüngede, bir ekseni diğer ikisinden çok daha uzun olan bir uzay aracı, uzun ekseni gezegenin kütle merkezine işaret edecek şekilde kendiliğinden yönlenecektir. Bu sistem, aktif bir kontrol sistemine veya yakıt harcamasına ihtiyaç duymama erdemine sahiptir. Etkiye bir gelgit kuvveti. Aracın üst ucu, alt ucundan daha az yerçekimi çekiyor. Bu, uzun eksen yerçekimi yönüyle eş doğrusal olmadığında bir geri yükleme torku sağlar. Bazı sönümleme araçları sağlanmadıkça, uzay aracı yerel dikey etrafında salınım yapacaktır. Ara sıra ipler Dengeleme torkunu artırmak için bir uydunun iki parçasını birbirine bağlamak için kullanılır. Bu tür bağlarla ilgili bir sorun, bir kum tanesi kadar küçük meteoroidlerin onları ayırabilmesidir.

Manyetik torklar

Bobinler veya (çok küçük uydularda) kalıcı mıknatıslar yerel manyetik alana karşı bir moment uygulayın. Bu yöntem, yalnızca tepki verilecek bir manyetik alanın olduğu yerde işe yarar. Bir klasik alan "bobini" aslında bir iletken ip gezegensel bir manyetik alanda. Böylesi bir iletken ip, aynı zamanda pahasına elektrik gücü de üretebilir. yörünge bozulması. Tersine, güneş pili gücünü kullanarak bir karşı akım oluşturarak yörünge yükseltilebilir. İdeal bir radyal alandan Dünya'nın manyetik alanındaki muazzam değişkenlik nedeniyle, bu alana bağlanan torklara dayanan kontrol yasaları oldukça doğrusal olmayacaktır. Ayrıca, herhangi bir zamanda yalnızca iki eksenli kontrol mevcuttur, bu, tüm hızları geçersiz kılmak için bir aracın yeniden yönlendirilmesi gerekebileceği anlamına gelir.

Saf pasif tutum kontrolü

Uydular için iki ana pasif kontrol türü vardır. İlki yerçekimi gradyanını kullanır ve uzun eksen (en küçük eylemsizlik momentine sahip eksen) Dünya'ya doğru bakan dört kararlı duruma yol açar. Bu sistem dört kararlı duruma sahip olduğundan, uydu tercih edilen bir yöne sahipse, örn. gezegene dönük bir kamera, uyduyu döndürmenin bir yolu ve uçtan uca ipine ihtiyaç var. Diğer pasif sistem, bir mıknatıs sayesinde uyduyu Dünya'nın manyetik alanı boyunca yönlendirir.^[10] Bu tamamen pasif tutum kontrol sistemleri, sınırlı bir işaretleme doğruluğuna sahiptir, çünkü uzay aracı minimum enerji çevresinde salınacaktır. Bu dezavantaj, histeretik malzemeler veya viskoz bir sönümleyici olabilen sönümleyici eklenerek aşılır. Viskoz damper, uzay aracına monte edilmiş, muhtemelen iç sürtünmeyi artırmak için iç bölmelerle birlikte küçük bir kutu veya sıvı deposudur. Sönümleyici içindeki sürtünme, salınım enerjisini viskoz damper içinde dağılan ısıya kademeli olarak dönüştürecektir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ "Uzay Uçuşunun Temelleri Bölüm II. Uzay Uçuş Projeleri". Nasa.gov. Alındı 2015-07-15.
^ "Voyager Haftalık Raporları". Nasa.gov. Alındı 2015-07-15.
^ "Yarım Küre Rezonatör Döngüsü" (PDF). Northropgrumman.com. Alındı 2013-09-09.
^ "MRU Uygulamaları". Kongsberg Maritime AS. Alındı 29 Ocak 2015.
^ "Yıldız Kamera". NASA. Mayıs 2004. Arşivlenen orijinal 21 Temmuz 2011. Alındı 25 Mayıs 2012.
^ Markley, F. Landis; Crassidis, John L. (2014), "Statik Tutum Belirleme Yöntemleri", Uzay Aracı Durum Belirleme ve Kontrolünün Temelleri, Springer New York, s. 183–233, doi:10.1007/978-1-4939-0802-8_5, ISBN 9781493908011
^ Markley, F. Landis; Crassidis, John L. (2014), "Dinamik Sistemlerin Tahmini: Uygulamalar", Uzay Aracı Durum Belirleme ve Kontrolünün Temelleri, Springer New York, s. 451–512, doi:10.1007/978-1-4939-0802-8_5, ISBN 9781493908011
^ Crassidis, John L .; Markley, F. Landis (23 Mayıs 2012). Uzay Aracı Durum Tahmini için "Kokusuz Filtreleme". Rehberlik, Kontrol ve Dinamikler Dergisi. 26 (4): 536–542. doi:10.2514/2.5102.
^ "Uzay Aracı Durum Kontrolü İçin Darbeli Plazma İticilerinin İncelenmesi" (PDF). Erps.spacegrant.org. Arşivlenen orijinal (PDF) 2014-04-22 tarihinde. Alındı 2013-09-09.
^ OUFTI nanosatellitleri için Tutum ve Belirleme Kontrol Sistemleri. Vincent Francois-Lavet (2010-05-31)

[1] "Uzay Uçuşunun Temelleri Bölüm II. Uzay Uçuş Projeleri". Nasa.gov. Alındı 2015-07-15.

[2] "Voyager Haftalık Raporları". Nasa.gov. Alındı 2015-07-15.

[3] "Yarım Küre Rezonatör Döngüsü" (PDF). Northropgrumman.com. Alındı 2013-09-09.

[4] "MRU Uygulamaları". Kongsberg Maritime AS. Alındı 29 Ocak 2015.

[5] "Yıldız Kamera". NASA. Mayıs 2004. Arşivlenen orijinal 21 Temmuz 2011. Alındı 25 Mayıs 2012.

[6] Markley, F. Landis; Crassidis, John L. (2014), "Statik Tutum Belirleme Yöntemleri", Uzay Aracı Durum Belirleme ve Kontrolünün Temelleri, Springer New York, s. 183–233, doi:10.1007/978-1-4939-0802-8_5, ISBN 9781493908011

[7] Markley, F. Landis; Crassidis, John L. (2014), "Dinamik Sistemlerin Tahmini: Uygulamalar", Uzay Aracı Durum Belirleme ve Kontrolünün Temelleri, Springer New York, s. 451–512, doi:10.1007/978-1-4939-0802-8_5, ISBN 9781493908011

[8] Crassidis, John L .; Markley, F. Landis (23 Mayıs 2012). Uzay Aracı Durum Tahmini için "Kokusuz Filtreleme". Rehberlik, Kontrol ve Dinamikler Dergisi. 26 (4): 536–542. doi:10.2514/2.5102.

[9] "Uzay Aracı Durum Kontrolü İçin Darbeli Plazma İticilerinin İncelenmesi" (PDF). Erps.spacegrant.org. Arşivlenen orijinal (PDF) 2014-04-22 tarihinde. Alındı 2013-09-09.

[10] OUFTI nanosatellitleri için Tutum ve Belirleme Kontrol Sistemleri. Vincent Francois-Lavet (2010-05-31)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]