Cum să vă sprijiniți de gol, salvați-l

"Dă-mi un punct de susținere și voi întoarce Pământul" - așa că, potrivit legendei, Arhimede a spus, explicând științific principiul intuitiv înțeles al operării pârghiilor. Dar nu există nici un sprijin în vidul cosmic. Și sateliții au nevoie de bateriile solare să privească la Soare, antenele de pe Pământ, camera pe site-ul interesant al lui Marte și motorul pentru a corecta orbita - strict la un anumit punct din spațiu. Trebuie să inventăm ceva pentru a ne baza pe gol.

Motoare de orientare

Opțiunea cea mai evidentă este de a pune motoare speciale mici care să controleze orientarea dispozitivului:

Motoarele pot fi făcute puternice pentru a transforma vehiculele grele sau pentru a se roti mai repede sau foarte slabe pentru a se transforma foarte precis. Ei au o greutate relativ scăzută și nu necesită energie electrică atunci când nu funcționează. Totul ar fi bine, dar pentru a vă întoarce, trebuie să cheltuiți combustibil și întotdeauna o sumă limitată. Și motoarele au limitări în ceea ce privește numărul de porniri și timpul total de funcționare.
Motoarele de orientare pot fi folosite și pentru manevrele orbitale, mai ales dacă se planifică andocarea. Motorul de propulsie poate împinge dispozitivul într-o singură direcție, iar cu ajutorul motoarelor de orientare este posibil să se miște de-a lungul tuturor axelor.

• Simplitatea.
• Oferiți orientare pe toate cele trei axe.
• Masă relativ mică.
• Flexibilitate: puteți face motoare puternice sau foarte precise.
• Poate fi folosit pentru manevrarea pe orbită.
• Poate fi lungă în starea off.

• Consumul de combustibil.
• Limitați numărul de porniri și timpul total de funcționare.
• Contaminarea mediului înconjurător al aparatului cu combustibil ars (poate fi relevant pentru telescoape).

Motoarele de orientare sunt utilizate de obicei atunci când este necesară o schimbare activă, relativ rară sau pe termen scurt a orientării dispozitivului. Prin urmare, ele stau pe toate vehiculele echipate și sunt de obicei preferate pentru stațiile interplanetare care, timp de luni și ani, zboară în modul somn, păstrând orientarea construită.

Lucrarea navei spațiale Soyuz în timpul andocării cu ISS în reproducerea accelerată

Stabilizarea prin rotație

Toți din copilărie cunoaștem abilitatea de a menține o poziție verticală. Dacă nava spațiale este dezlănțuită, ea se va comporta complet, de asemenea, menținând stabilizarea pe axa de rotație.

Dacă suntem mulțumiți de stabilizarea de-a lungul unei axe, nu vom schimba dispozitivul în direcții diferite și nu vom face fotografii cu expunere lungă, această metodă poate fi foarte economică.

• Simplitatea.
• Economie - ne întoarcem o singură dată și ne întoarcem cel puțin pentru secole.

• Stabilizarea numai pe o axă.
• Nu porniți mașina.
• Rotația poate interfera cu funcționarea echipamentului.

Din punct de vedere istoric, stabilizarea rotației a fost foarte iubită de americani. Toate sondele programului Pioneer au fost stabilizate prin rotație. În primul aparat a fost realizat din cauza rachetelor duty joasă - stabilizarea shestikilogrammovy „Pioneer 4“ în alte moduri, era imposibil să 1,959 tehnologie. Stabilizarea „Pionierilor“ rotație -10 și -11 arată soluția perfectă - în cazul în care mișcarea Pământului pe orbita sa se încadrează în tiparul antenei, sonda este în mod constant „în contact“, fără a cheltui un singur gram de combustibil și să nu se teamă de eșec al sistemului de orientare. Două sonda „Rotația Pioneer Venus stabilizat, probabil, deja din obișnuință - pe una dintre antena este rotită mecanic să urmărească Pământ, aceasta nu pare a fi foarte rațional.
În plus față de stațiile interplanetare, americanii au folosit pe scară largă răsucirea blocurilor de accelerare. În acest caz, etapele superioare ale combustibilului solid nu necesită un sistem de orientare separat.

Lansarea satelitului cu treapta superioară PAM-D de la nava spațială

După accelerare, a fost posibilă frânarea pur și simplu a rotației folosind legea de conservare a momentului unghiular (exemplu în lipsa de greutate, exemplu pe sigiliu) - încărcări mici au fost derulate pe cabluri și a încetinit rotația aparatului.

Volantul (roata de reacție)

La fel ca o pisică care, într-o toamnă, răstoarnă coada în partea opusă a trunchiului, nava spațială poate controla orientarea cu ajutorul unui volant. De exemplu, dacă vrem să rotim dispozitivul în sensul acelor de ceasornic:

1. Starea inițială: dispozitivul este staționar, volantul este în staționare.
2. Răsuceam roata de mână în sens invers acelor de ceasornic, mașina începe să se rotească în sensul acelor de ceasornic.
3. Când virați la unghiul dorit: opriți rotirea volantului, dispozitivul se oprește.

Folosirea volantului vă permite să vă întoarceți cu mare precizie și să nu pierdeți carburant prețios. Dar, ca orice alt sistem tehnic, volanele au dezavantajele lor. Mai întâi, un volant poate roti mașina numai pe o axă. Pentru a controla complet orientarea dispozitivului, aveți nevoie de trei volanți. Și având în vedere nevoia de redundanță, șase sau mai multe. De asemenea, viteza de rotație este direct proporțională cu masa volantului și viteza de rotație și este invers proporțională cu masa mașinii. În termeni simpli, cu cât este mai mare masa aparatului, cu atât mai grele ar trebui să fie volanele. De asemenea, orice volant are o viteză limitată de rotație și se poate rupe dacă este deșurubat mai puternic. Și dacă forța perturbativă acționează asupra aparatului într-o singură direcție, atunci volantul va atinge în cele din urmă viteza de limitare și va fi necesar să o descărcați de un alt sistem. În cele din urmă, ca orice mecanic, volantul în cele din urmă se scoate și poate eșua.

• Nu necesită consum de combustibil.
• Vă permite să vizați cu precizie dispozitivul.

• Necorespunzător pentru manevre active, rotația este relativ lentă.
• Un alt sistem de orientare este necesar pentru descărcarea volantului.
• În timp, uzura și eșecul.
• Fiecare axă necesită cel puțin un volant.

Seturile de rotire sunt foarte benefice, dacă de cele mai multe ori trebuie să retardăm dispozitivul fără a schimba orbita. De aceea, volanele stau pe telescoapele orbitale. De exemplu, pe "Hubble" există patru volante, oferind un control redundant pe două axe. Hubble nu are nici o sarcină să se rotească în jurul axei sale, deci volanele sunt folosite pentru a activa telescopul "sus / jos" și "dreapta / stânga".

Una dintre volanele telescopului Hubble

Gyrodine (giroscop de control al momentului)

Proprietatea din partea de sus pentru a păstra poziția verticală poate fi utilizată într-un alt mod - vă puteți baza pe ea:

• La fel ca volantul.
• Mai eficient decât volantul - girodina aceleiași mase poate controla orientarea unui aparat mult mai greu.

• La fel ca volantul.
• Mai dificil decât un volant.

Gidorinele, datorită eficienței lor, sunt folosite în stațiile orbitale. De exemplu, în ISS există patru gyrodine de câte 300 kg fiecare.

Sistem de orientare electromagnetică

Câmpul magnetic al Pământului poate roti acul busolei, ceea ce înseamnă că această forță poate fi utilizată pentru a controla orientarea navei spațiale. Dacă plasați magneți permanenți pe satelit, atunci forța de acțiune va fi incontrolabilă. Și dacă puneți bobine, solenoide, atunci, dându-le curent, puteți crea momentul potrivit de control:

Trei solenoide instalate pe planuri perpendiculare vă permit să controlați orientarea satelitului de-a lungul celor trei axe. Mai precis, ele oferă un control bun în două axe, încercând să setați dispozitivul ca un ac de busolă. Controlul asupra celei de-a treia axe este asigurat prin schimbarea direcției câmpului magnetic al Pământului în timpul zborului dispozitivului pe orbită.

Orientarea electromagnetică nu poate fi precisă datorită oscilațiilor aleatorii ale câmpului magnetic al Pământului, iar eficiența sa coboară cu altitudine. Și, în general, forțele generate de solenoizi sunt mici. De asemenea, utilizarea lor este limitată la corpurile celeste cu un câmp magnetic suficient de puternic, de exemplu, pe orbita planetei Marte, ele sunt practic inutile. Dar solenoizii nu conțin părți în mișcare, nu consumă combustibil și sunt eficienți din punct de vedere energetic.

• Simplitatea.
• Nu necesita combustibil.
• O masă mică.
• Ele nu conțin părți în mișcare și practic nu se uzează.

• Micii forțe de control.
• Precizie redusă.
• Un câmp magnetic este necesar în apropierea corpului ceresc în jurul căruia aparatul se rotește.
• Eficacitatea depinde de înălțime.

Orientarea electromagnetică este utilizată ca principală pentru cusate și alte aparate mici. De asemenea, este adesea folosit pentru descărcarea volantelor sau girodinelor. De exemplu, telescopul Hubble folosește volanele ca sistem de orientare primară, dar le eliberează de sistemul electromagnetic.

Stabilizarea gravitațională

Atracția a două corpuri este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Prin urmare, dacă satelitul nostru împinge un pol lung cu o sarcină, "gantera" rezultată va avea tendința de a ocupa o poziție verticală atunci când partea sa inferioară este atrasă de Pământ puțin mai mult decât cea superioară. Iată o simulare pe calculator din 1963 (!), Afișând acest efect:

• Sistem foarte simplu.
• Orientarea este construită pasiv, fără un sistem de control.

• Orientarea este construită încet din cauza slăbiciunii forțelor care acționează asupra corpului.
• Precizie redusă.
• Numai un tip de orientare este axa spre centrul Pământului.
• Efectul scade cu înălțimea.
• Satelitul se poate roti cu susul în jos în raport cu orientarea dorită.

Sistemul de orientare gravitațională este utilizat în principal pe dispozitive mici, care nu necesită o stabilizare precisă. Este potrivit pentru unele tipuri de kubbaths, de asemenea, de exemplu, a fost echipat cu satelitul "Jubilee":

Stabilizarea aerodinamică

Urmele atmosferei pământului sunt vizibile și mai mult de o sută de kilometri, iar viteza mare a sateliților înseamnă că vor fi mai inhibați. De obicei, această forță este foarte împiedicată, deoarece sateliții sunt frânți rapid, coboară chiar mai jos și ard în straturi dense din atmosferă. Dar, totuși, este o forță care întotdeauna acționează împotriva vectorului vitezei orbitale și poate fi folosită. Primele experimente au fost efectuate în anii '60. Aici, de exemplu, "Kosmos-149" intern, lansat în 1967:

O orbită joasă, unde forțele aerodinamice sunt maxime, un loc neospitalier. Dar, uneori, este necesar să existe o precizie mai mare a măsurătorilor. O soluție foarte frumoasă a fost folosită în satelitul GOCE. care au studiat câmpul gravitațional al Pământului. Orbită scăzută (

260 km) a făcut un sistem eficient de stabilizare aerodinamică, și că satelitul nu a ars prea repede, se accelerează în mod constant motor de ioni mici. Dispozitivul care rezultă este puțin asemănător satelor obișnuite, cineva chiar a numit-o "satelit Ferrari":

• Forța aerodinamică este gratuită și nu necesită un sistem special de control.

• Este necesar să faceți ceva, astfel încât satelitul să nu se ardă repede în straturi dense din atmosferă.
• Forța depinde de înălțime.
• Este posibilă o singură orientare a unei axe.

Navigarea solară

Pentru a construi orientarea, puteți utiliza în continuare presiunea de lumină solară. Navigarea solară este de obicei considerată un mod de mișcare, dar soarele va acționa și pe un satelit complex cu antene și baterii solare. Acest lucru poate fi văzut ca un obstacol pentru alte sisteme de direcționare, sau în cazul în care dezvoltatorii calculează cuplurile în avans, acesta poate fi folosit pentru a ajuta la construirea de orientare prin satelit. Deja în 1973, sonda Mariner-10, care mergea la Venus și Mercury, folosea presiunea solare pentru a construi orientarea aparatului. Inspiră Laboratorul inventivitatea pentru atmosferica si Space Fizica - în cazul în care telescopul „Kepler“ a fost respinsă de două dintre cele patru volantele, laboratorul a dezvoltat o metodă de construcție orientarea folosind două volantele rămase și presiunea solară spre telescop în mod constant considerate patru zone de spațiu pe an:

Foarte interesant a fost proiectul național Regatta-Plasma. dezvoltat în anii '90. Cu ajutorul unui stabilizator solar de vele și a roților de cotitură, dispozitivul a luat o poziție în direcția Soarelui și, dacă este necesar, ar putea fi răsucite:

Chiar și acum un astfel de sistem ar fi unic și foarte interesant, este păcat că proiectul a fost închis.

• Absolut liberă presiune solară.

• Nu puteți construi o orientare arbitrară pe trei axe.
• Nu funcționează în umbre, ceea ce este important, de exemplu, pentru o orbită a Pământului scăzută.

concluzie

Pentru forțele care depind de altitudinea de zbor există un program aproximativ:

Articole similare

• Nimic, cum ar fi goliciunea, este totul, un asalt filosofic