¿Qué es Actuador de control de actitud de la nave espacial?

El dispositivo que genera el par de control para la nave espacial es una parte importante del sistema de control de actitud de la nave espacial. Está controlado por el controlador para generar un par que actúa sobre la nave espacial. Los actuadores que controlan la actitud de la nave espacial incluyen actuadores de chorro, volantes, dispositivos de torsión magnética y varillas de gravedad (ver estabilización del gradiente de gravedad).

El par de control generado por el actuador de control de actitud se utiliza para: estabilización de actitud, maniobras de actitud, mantenimiento y establecimiento de la actitud requerida para el control de la órbita, giro hacia arriba, de-rotación, control de velocidad, capítulos de satélites estabilizados por giro (ver estabilización de giro de satélites artificiales) Control de movimiento y precesión y captura de actitud de la nave espacial (ver control de actitud de la nave espacial).

De acuerdo con el principio de generación de par, el actuador de control de actitud de la nave espacial se divide en tres tipos: tipo de descarga masiva, tipo de intercambio de momento y tipo de campo ambiental. La configuración correspondiente de varios actuadores del mismo tipo y las combinaciones correspondientes de diferentes tipos de actuadores pueden permitir que el sistema de control de actitud obtenga una variedad de funciones de control diferentes y mejore la confiabilidad.

"Actuador de descarga masiva"denominado "hélice". La eyección de masa se utiliza para generar un empuje de reacción, y cuando el empuje no pasa por el centro de masa de la nave espacial, se genera un momento de control. Tiene las características de un gran rango de cambio de par y una gran adaptabilidad. Pero puede causar contaminación a los instrumentos ópticos de la nave espacial.

Este tipo de actuador consume propulsor, por lo que no es adecuado para un funcionamiento a largo plazo. La hélice generalmente se compone de un contenedor para almacenar propelente (fluido de trabajo), piezas de control, tuberías y boquillas (Figura 1). La boquilla generalmente se instala de forma fija en la nave espacial.

Según la energía requerida, los propulsores se dividen en propulsores refrigerados por aire (utilizando trabajo de compresión o calor latente de cambio de fase), propulsores químicos y propulsores eléctricos. Las dos primeras categorías también se denominan actuadores de chorro.

El actuador de chorro de aire frío suele utilizar nitrógeno a alta presión. Debido a su bajo impulso específico, solo es adecuado para misiones espaciales con un tiempo de ejecución corto. Pero su estructura es relativamente simple y no corrosiva, por lo que se usa ampliamente.

Hay dos tipos de propulsores químicos, de un componente y de dos componentes. Los sistemas de calefacción eléctrica de hidracina monocomponente e hidracina monocomponente son adecuados para naves espaciales de mayor duración. El sistema de dos componentes puede generar mucho empuje y es adecuado para naves espaciales grandes, como transbordadores espaciales, pero su estructura es más complicada.

Los requisitos técnicos para el uso de propulsores de control de actitud de las naves espaciales son diferentes de los de los motores de cohetes. Se deben considerar los siguientes requisitos: Elija un fluido de trabajo de impulso específico alto.

Para mejorar la precisión del control y reducir el consumo de propulsor, la hélice generalmente funciona en modo de pulso, el impulso del pulso debe ser pequeño y la repetibilidad debe ser mejor; Debería poder trabajar en el vacío, Trabajo confiable en condiciones de ingravidez, temperatura alterna y ambiente de radiación; La hélice debe tener la capacidad de arrancar varias veces (ahora hasta cientos de miles de veces).

El actuador de tipo de intercambio demomento también se denomina dispositivo de almacenamiento de momento (Figura 2). Está compuesto por un volante impulsado por un motor, un marco (algunos lo necesitan, otros no) y circuitos electrónicos. Se basa en el principio de conservación del momento angular y se basa en el intercambio de momento angular entre el volante y la nave espacial para lograr el control.

Según las características de la estructura del volante y la forma en que produce el efecto de control, la clasificación del dispositivo de almacenamiento de momento es la siguiente: La dirección del momento angular no cambia y el tamaño es variable (rueda de inercia): rueda de reacción (momento promedio es cero), rueda de momento (el momento promedio es una constante distinta de cero); La dirección del momento angular es variable, y el tamaño no cambia: el giro de momento de control (hay dos tipos de fotograma simple y doble); La magnitud y La dirección del momento angular es variable: rueda de momento de tipo cuadro (cuadro único y cuadro doble) Dos tipos de cuadro), bola de momento (sin cuadro).

Rueda de impulso

El actuador de tipo de intercambio de impulso tiene las siguientes ventajas en comparación con el actuador de tipo de descarga masiva: Puede implementar control lineal, por lo que la precisión del control es mayor; Es adecuado para superar perturbaciones periódicas, y la energía requerida se puede obtener continuamente de la energía solar. celdas, por lo que es adecuado para trabajos de larga duración; noNo hay problema de contaminación del chorro de aire a los instrumentos ópticos.

Los componentes clave del actuador de intercambio de impulso son el soporte y el motor. Hay tres tipos de soporte: cojinete lubricado con película de aceite a presión dinámica, cojinete de bolas lubricado con líquido y cojinete de suspensión magnética. Los cojinetes de suspensión magnéticos son especialmente adecuados para naves espaciales de alta precisión de larga duración.

Actuador de campo ambiental:utiliza el campo ambiental (campo magnético, campo gravitacional, etc.) para interactuar con la nave espacial para generar torque. Dichos actuadores incluyen dispositivo de par magnético, barra de gravedad, dispositivo de par de radiación solar, dispositivo de par aerodinámico, etc. Los momentos que producen son generalmente pequeños y están relacionados con factores como la altura de la órbita, la forma de la órbita, la estructura de la nave espacial o dispositivo de torsión y la actitud de la nave espacial.

Un dispositivo de torque magnético es un dispositivo que genera un torque magnético por la interacción entre el momento magnético de la nave espacial y el campo magnético ambiental, es simplemente un devanado energizado.

Es adecuado para el control de actitud y el control del momento angular de la nave espacial (incluida la saturación de la descarga del volante), así como para reducir la deriva de actitud causada por el momento ambiental. El par magnético es inversamente proporcional a la tercera potencia de la altura orbital, por lo que los dispositivos de par magnético se utilizan generalmente para satélites de órbita baja.

Los polos de gravedad son adecuados para satélites en órbitas medias y altas. El dispositivo de par de radiación solar es adecuado para satélites de órbita geosincrónica. El dispositivo de par aerodinámico es adecuado para satélites de órbita baja. Estos tipos de dispositivos de torsión se utilizan raramente en la actualidad.