Исполнительные органы системы ориентации ка. Разгрузка систем ориентации космических аппаратов

Система ориентации космического аппарата - одна из бортовых систем космического аппарата обеспечивающая определённое положение осей аппарата относительно некоторых заданных направлений. Необходимость данной системы обусловлена следующими задачами:

ориентирование солнечных батарей на Солнце;
для навигационных измерений;
для проведения различных исследований;
при передачи информации с помощью остронаправленной антенны ;
перед включением тормозного или разгонного двигателя с целью изменения траектории полёта.

Задачи выполняемые аппаратом могут требовать как постоянной ориентации, так и кратковременной. Системы ориентации могут обеспечивать одноосную или полную (трёхосную) ориентацию. Системы ориентации не требующие затрат энергии называют пассивными, к ним относятся: гравитационная, инерционная, аэродинамическая и др. К активным системам относят: реактивные двигатели ориентации, гиродины , маховики, соленоиды и т. д., они требуют затрат энергии запасаемой на борту аппарата. В пилотируемой космонавтике помимо автоматических систем ориентации применяются системы с ручным управлением.

Датчики

В качестве датчиков текущего положения аппарата обычно применяются электронно-оптические датчики использующие в качестве ориентиров различные небесные светила: Солнце, Землю, Луну, звёзды . Используется видимый или инфракрасный спектр , второе удобнее, например для Земли, так как в инфракрасной области спектра дневная и ночная сторона отличаются слабо.

Кроме оптических датчиков могут применяться: ионные датчики, датчики магнитного поля Земли, гироскопические датчики.

Система стабилизации

При переходе с одной орбиты на другую, переходе на траекторию спуска, когда работает основная двигательная установка необходимо сохранять неизменным направление осей аппарата. Для решения этой задачи предназначена система стабилизации . При стабилизации величина возмущающих сил и моментов намного выше, для их компенсации требуются значительные затраты энергии. Длительности нахождения в этом режиме относительно мала.

Системы стабилизации и ориентации ввиду близости выполняемых ими задач нередко частично объединяют, например, используют одни и те же датчики. В таких случаях можно говорить о единой системе ориентации и стабилизации космического аппарата .

Пассивные системы

Эти системы отличаются экономичностью, однако им присущ ряд ограничений.

Гравитационная

Данная система стабилизации использует гравитационное поле планеты, для Земли её использование эффективно для высот орбит от 200 км до 2000 км.

Аэродинамическая

Использование данной системы возможно на низких орбитах, где имеются остатки атмосферы, для Земли это высоты от 200 до 400 км. Для высот более 2500 км возможно использование давления солнечных лучей для создания аналогичной системы.

Электромагнитная

Путём установки на борту аппарата постоянных магнитов можно добиться определённого положения аппарата относительно силовых линий магнитного поля Земли . Если вместо постоянных магнитов использовать соленоиды , то становится возможным эффективное управление положением, такая система относится уже к разряду активных. Использование электромагнитных систем для подобных Земле планет возможно на высотах от 600 до 6000 км.

Активные системы

Системы данного типа требуют затрат энергии.

Газовые сопла

Гироскопы

Для ориентации и стабилизации массивных космических аппаратов на стационарных орбитах используются инерционные маховики и гиродины . Вращение маховика обычно обеспечивается электродвигателем.

Система на базе инерционных маховиков особенно эффективна при знакопеременных возмущениях, если же возмущения однонаправлены, то через некоторое время достигается предел управляемости и необходимо вмешательство с помощью какой-либо ещё системы стабилизации, например, включение ракетного двигателя («разгрузка»).

Примечания

Литература

Гущин В. Н. Системы ориентации и стабилизации // Основы устройства космических аппаратов: Учебник для вузов. - М .: Машиностроение, 2003. - С. 241-257. - 272 с. - 1000 экз. - ISBN 5-217-01301-X

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Система ориентации космического аппарата" в других словарях:

- (система обеспечения температурного режима) служебная система космического аппарата обеспечивает поддержание баланса между получаемой тепловой энергией и её отдачей, перераспределением тепловой энергией между конструкциями аппарата и таким… … Википедия

Спутник связи Молния 1. Хорошо видны 6 панелей солнечных батарей, жёстко закреплённых на корпусе. Для максимизации мощности такой установки необходима постоянная ориентация корпуса аппарата на Солнце, что потребовало разработки оригинальной… … Википедия

Система передачи информации космического аппарата совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих передавать информацию между космическим аппаратом (КА) и центром управления полётом этого космического аппарата. Передаваемую… … Википедия

Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии … Википедия

Или полезный груз космического аппарата это количество, тип или масса полезного оборудования, ради которого создается или запускается данный космический аппарат. В технической литературе обычно используются сокращения этого термина: «ПГ»… … Википедия

система - 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… …

Система ГЛОНАСС - Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС (GLONASS) является российским аналогом американской Системы глобального позиционирования (GPS) и предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских … Энциклопедия ньюсмейкеров

Система цифрового управления космического корабля "Прогресс" - Впервые к МКС отправится российский грузовой космический корабль "Прогресс", оборудованный цифровым управлением. Бортовая электронно‑вычислительная машина (БЦВМ) ‑ комплекс цифровых устройств, предназначенных для быстрого расчета… … Энциклопедия ньюсмейкеров

ГОСТ Р 53864-2010: Глобальная навигационная спутниковая система. Сети геодезические спутниковые. Термины и определения - Терминология ГОСТ Р 53864 2010: Глобальная навигационная спутниковая система. Сети геодезические спутниковые. Термины и определения оригинал документа: 27 абсолютный метод определения координат пункта спутниковой геодезической сети по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Координаты … Википедия

"Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю" - так, по легенде, сказал Архимед, научно объяснив интуитивно понимаемый принцип работы рычага. Но в космическом вакууме опоры нет. А спутникам нужно, чтобы солнечные батареи смотрели на Солнце, антенны - на Землю, камера - на интересный участок Марса, а двигатель для коррекции орбиты - строго в определенную точку пространства. Приходится что-то придумывать, чтобы опереться на пустоту.

Двигатели ориентации

Самый очевидный вариант - поставить специальные небольшие двигатели, которые будут управлять ориентацией аппарата:

Двигатели ориентации лунного модуля

Двигатели можно сделать мощными, чтобы поворачивать тяжелые аппараты или крутиться быстрее, или очень слабыми, чтобы поворачиваться очень точно. Они сравнительно мало весят и не требуют электроэнергии, когда не работают. Все бы хорошо, но для того, чтобы поворачиваться, нужно тратить топливо, а его всегда ограниченное количество. Да и у самих двигателей есть ограничения по количеству запусков и общему времени работы.
Двигатели ориентации можно также использовать для орбитальных маневров, особенно если планируется стыковка. Маршевый двигатель может толкать аппарат только в одну сторону, а с помощью двигателей ориентации можно смещаться по всем осям.

Достоинства:

Простота.

Обеспечивают ориентацию по всем трем осям.

Сравнительно небольшая масса.

Гибкость: можно сделать мощные или очень точные двигатели.

Могут использоваться для маневрирования на орбите.

Могут долго находиться в выключенном состоянии.

Недостатки:

Расход топлива.

Ограничение по количеству запусков и общему времени работы.

Загрязнение окрестностей аппарата сгоревшим топливом (может быть актуально для телескопов).

Двигатели ориентации используются обычно там, где требуется активное, сравнительно редкое или короткое по времени изменение ориентации аппарата. Поэтому они стоят на всех пилотируемых аппаратах, и обычно предпочтительны для межпланетных станций, которые месяцами и годами летят в спящем режиме, сохраняя построенную ориентацию.

Двигатели причаливания и ориентации корабля "Союз" на МАКС-2005. Красное - защитные крышки, которые снимаются перед полетом

Работа ДПО корабля "Союз" во время стыковки с МКС в ускоренном воспроизведении

Стабилизация вращением

Всем нам с детства известна способность волчка сохранять вертикальное положение. Если раскрутить космический аппарат, он будет вести себя совершенно также, сохраняя стабилизацию по оси вращения.

Если нас устраивает стабилизация по одной оси, мы не собираемся поворачивать аппарат в разные стороны и делать фотографии с длинной выдержкой, этот способ может оказаться очень экономным.

Достоинства:

Простота.

Экономичность - раскручиваемся один раз и крутимся хоть столетиями.

Недостатки:

Стабилизация только по одной оси.

Нельзя поворачивать аппарат.

Вращение может мешать работе оборудования.

Исторически, стабилизацию вращением очень полюбили американцы. Все зонды программы "Пионер" стабилизировались вращением. На первых аппаратах это делалось из-за низкой грузоподъемности ракет - стабилизировать шестикилограммовый "Пионер-4" другими способами на технологиях 1959 года было невозможно. Стабилизация вращением "Пионеров" -10 и -11 выглядит отличным решением - если движение Земли по орбите укладывается в диаграмму направленности антенны, зонд постоянно "на связи", не тратя на это ни грамма топлива и не боясь отказа системы ориентации. Два зонда "Пионер-Венера" стабилизировали вращением, наверное, уже по привычке - на одном из них антенна механически вращалась, чтобы нацеливаться на Землю, что выглядит уже не очень рационально.
Кроме межпланетных станций, американцы широко использовали закрутку разгонных блоков. В этом случае твердотопливные разгонные блоки не нуждались в отдельной системе ориентации.

Запуск спутника с разгонным блоком PAM-D с борта Спейс Шаттла (смотреть с 4:06)

После разгона можно было достаточно просто затормозить вращение, используя закон сохранения момента импульса (пример в невесомости , пример на котиках) - небольшие грузы разматывались на тросиках и замедляли вращение аппарата .

Маховик (Reaction wheel)

Так же как кошка, которая в падении закручивает хвост в противоположную перевороту туловища сторону, космический аппарат может управлять ориентацией с помощью маховика. Например, если мы хотим повернуть аппарат по часовой стрелке:

Начальное состояние: аппарат неподвижен, маховик неподвижен.

Раскручиваем маховик против часовой стрелки, аппарат начинает поворачиваться по часовой стрелке.

Когда повернулись на нужный угол: останавливаем вращение маховика, аппарат останавливается.

Если маховик уже вращается, то, меняя его скорость, мы можем создавать силу, которая поворачивает аппарат. Вот на этом видео можно по высоте тона вращения маховика определить, что понижение скорости вращения (более низкий звук) создает силу, поворачивающую платформу по часовой стрелке, повышение скорости (более высокий звук) - против (смотреть с 1:44):

Использование маховиков позволяет поворачиваться с высокой точностью и не тратить драгоценное топливо. Но, как и любая другая техническая система, маховики имеют свои недостатки. Прежде всего, один маховик может поворачивать аппарат только по одной оси. Чтобы полностью управлять ориентацией аппарата нужно три маховика. А учитывая необходимость резервирования, шесть или больше. Также, скорость поворота прямо пропорциональна массе маховика и скорости его вращения и обратно пропорциональна массе аппарата. Говоря простым языком, чем больше масса аппарата, тем тяжелее должны быть маховики. Также, любой маховик имеет предельную скорость вращения и может разорваться, если его раскрутить сильнее. А если возмущающая сила действует на аппарат в одном направлении, то маховик со временем дойдет до предельной скорости, и нужно будет его разгружать какой-нибудь другой системой. Ну и, наконец, как и любая механика, маховик со временем изнашивается и может выйти из строя.

Достоинства:

Не требует расхода топлива.

Позволяет очень точно нацеливать аппарат.

Недостатки:

Малопригодны для активного маневрирования, вращение сравнительно медленное.

Требуется еще одна система ориентации для разгрузки маховиков.

Со временем изнашиваются и выходят из строя.

На каждую ось нужен минимум один маховик.

Маховики очень выгодны, если нам часто приходится перенацеливать аппарат, не меняя его орбиты. Поэтому маховики стоят на орбитальных телескопах. Например, на "Хаббле" стоят четыре маховика, обеспечивая резервированное управление по двум осям. У "Хаббла" нет задачи вращаться вокруг своей оси, поэтому маховики используются для поворота телескопа "вверх/вниз" и "вправо/влево".

Один из маховиков телескопа "Хаббл"

Гиродин (Control moment gyroscope)

Свойство волчка сохранять вертикальное положение можно использовать еще одним способом - на него можно опереться (с 1:10):

Если поместить такой волчок в подвесную систему, то можно, "опираясь" на него, поворачиваться в нужную сторону. Такие конструкции называются силовыми гироскопами или гиродинами. Главное отличие гиродина от маховика - в том, что маховик жестко установлен на одной оси и управляет ориентацией, изменяя скорость своего вращения. Гиродин же установлен в подвесе, который может вращаться в одной или нескольких плоскостях, и может не менять скорость своего вращения. В этом видео наглядно видно движение подвеса, при том, что высота тона вращения гиродина не меняется.

С точки зрения функциональности, гиродин - это "продвинутый" маховик. Гиродины эффективнее обычных маховиков, но и сложнее. Они могут управлять ориентацией гораздо более тяжелых аппаратов, но разделяют достоинства и недостатки маховиков. В этом видео показано, что гиродины, как и маховики, нуждаются в разгрузке - когда ось подвеса не может больше поворачиваться, велосипед начинает падать:

Достоинства:

Такие же, как у маховика.

Эффективнее, чем маховик - гиродин той же массы может управлять ориентацией гораздо более тяжелого аппарата.

Недостатки:

Такие же, как у маховика.

Сложнее маховика.

Гиродины, благодаря своей эффективности, используются на орбитальных станциях. Например, на МКС стоят четыре гиродина по 300 кг каждый.

Замена гиродина на МКС

Электромагнитная система ориентации

Магнитное поле Земли способно поворачивать стрелку компаса, значит, эту силу можно использовать для того, чтобы управлять ориентацией космического аппарата. Если поставить на спутник постоянные магниты, то действующая сила будет неуправляемой. А если поставить катушки-соленоиды, то, подавая на них ток, можно создавать нужный управляющий момент:

Три соленоида, установленных в перпендикулярных плоскостях, позволяют управлять ориентацией спутника по всем трем осям. Точнее, они обеспечивают хорошее управление по двум осям, стремясь установить аппарат как стрелку компаса. Управление по третьей оси обеспечивается изменением направления магнитного поля Земли при полете аппарата по орбите.

Электромагнитная ориентация не может быть точной из-за случайных колебаний магнитного поля Земли, и ее эффективность падает с высотой. Да и в целом, силы, создаваемые соленоидами, невелики. Также их использование ограничено небесными телами с достаточно сильным магнитным полем, например, на орбите Марса, они практически бесполезны. Зато соленоиды не содержат движущихся частей, не тратят топливо и энергетически эффективны.

Достоинства:

Простота.

Не требуют топлива.

Небольшая масса.

Не содержат движущихся частей и практически не изнашиваются.

Недостатки:

Небольшие управляющие силы.

Невысокая точность.

Требуется магнитное поле у небесного тела, вокруг которого обращается аппарат.

Эффективность зависит от высоты.

Электромагнитная ориентация используется как основная на кубсатах и прочих небольших аппаратах. Также ее часто используют для разгрузки маховиков или гиродинов. Например, телескоп "Хаббл" использует в качестве основной системы ориентации маховики, а разгружает их электромагнитной системой.

Пример соленоида для космических аппаратов. Сайт производителя утверждает, что уже больше 80 соленоидов стоят на различных спутниках

Гравитационная стабилизация

Притяжение двух тел обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Поэтому, если наш спутник выдвинет длинный шест с грузом, то получившаяся "гантель" будет стремиться занять вертикальное положение, когда ее нижняя часть будет притягиваться к Земле чуть сильнее, чем верхняя. Вот компьютерное моделирование 1963 года (!), показывающее этот эффект:

В первой части видео спутник занимает устойчивое положение по оси к Земле. В реальности случайные возмущения будут нарушать идеальное равновесие, и спутник будет колебаться вокруг оси, поэтому обычно такие системы дополняют демпфером. Небольшая емкость с жидкостью будет превращать энергию колебаний в тепловую и "успокаивать" спутник.

Достоинства:

Очень простая система.

Ориентация строится пассивно, без системы управления.

Недостатки:

Ориентация строится медленно из-за слабости сил, действующих на тело.

Низкая точность.

Только один тип ориентации - осью к центру Земли.

Эффект падает с высотой.

Спутник может перевернуться "вверх тормашками" относительно нужной ориентации.

Гравитационная система ориентации используется в основном на небольших аппаратах, не требующих точной стабилизации. Она хорошо подходит для некоторых типов кубсатов, также, ей, например, был оснащен спутник "Юбилейный":

Аэродинамическая стабилизация

Следы земной атмосферы заметны и выше ста километров, а большая скорость спутников означает, что они будут сильнее тормозиться. Обычно эта сила очень мешает, потому что спутники достаточно быстро тормозятся, спускаются еще ниже и сгорают в плотных слоях атмосферы. Но, тем не менее, это сила, которая действует всегда против вектора орбитальной скорости, и ее можно использовать. Первые эксперименты были проведены еще в 60-х. Вот, например, отечественный аппарат "Космос-149", запущенный в 1967 году:

Низкая орбита, где аэродинамические силы максимальны, негостеприимное место. Но иногда там необходимо находиться для большей точности измерений. Очень красивое решение было использовано в спутнике GOCE , который изучал гравитационное поле Земли. Низкая орбита (~260 км) сделала эффективной систему аэродинамической стабилизации, а, чтобы спутник не сгорел слишком быстро, он постоянно ускорялся небольшим ионным двигателем. Получившийся аппарат мало похож на привычные спутники, кто-то даже назвал его "спутниковым Феррари":

Благодаря ионному двигателю GOCE смог проработать с 2009 по 2013 годы, составив самую подробную гравитационную карту Земли.

Достоинства:

Аэродинамическая сила бесплатна и не требует специальной системы управления.

Недостатки:

Надо что-то делать, чтобы спутник не сгорел быстро в плотных слоях атмосферы.

Сила зависит от высоты.

Возможна ориентация только по одной оси.

Солнечный парус

Для построения ориентации можно еще использовать давление солнечного света . Солнечный парус обычно рассматривается как способ движения, но на спутник сложной формы с антеннами и солнечными батареями Солнце тоже будет действовать. Это может рассматриваться как помеха для других систем ориентации, либо, если разработчики рассчитали моменты сил заранее, это можно использовать для помощи построения ориентации спутника. Уже в 1973 году зонд Маринер-10, отправившийся к Венере и Меркурию, использовал солнечное давление для построения ориентации аппарата. Вдохновляет находчивость Лаборатории атмосферной и космической физики - когда на телескопе "Кеплер" отказали два из четырех маховиков, лаборатория разработала способ построения ориентации при помощи двух оставшихся маховиков и солнечного давления, чтобы телескоп последовательно рассматривал четыре участка пространства в год:

Очень интересным был отечественный проект Регата-Плазма , разрабатывавшийся в 90-х годах. С помощью солнечного паруса-стабилизатора и поворачивающихся рулей аппарат занимал положение в направлении Солнца и при необходимости мог быть закручен:

Даже сейчас подобная система была бы уникальной и очень интересной, жаль, что проект был закрыт.

Достоинства:

Совершенно бесплатное солнечное давление.

Недостатки:

Нельзя построить произвольную ориентацию по трем осям.

Не работает в тени, что важно, например, для низкой земной орбиты.

Заключение

Для сил, которые зависят от высоты полета, есть примерный график:

Еще одно видео с котиками и реальными гиродинами NASA.
Более сложное видео по той же теме - "Проектирование системы ориентации и стабилизации" от сообщества "Твой сектор космоса".

По тегу публикации о двигателях, топливе, баках, стартовых сооружениях и тому подобных интересных, но не очень заметных из-за своей привычности вещах.

Использование: в ракетно-космической технике. Сущность: система стабилизации космического аппарата содержит каналы управления по тангажу и рысканью из последовательно соединенных датчика отклонения углового ускорения и угловой скорости, суммирующего усилителя и рулевой машинки, датчика отклонения линейного ускорения и линейной скорости, двигательной установки, камера сгорания которой установлена с возможностью линейного перемещения вдоль поперечных осей космического аппарата. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области ракетно-космической техники по разделу системы управления космическими аппаратами (КА). Особенности рассматриваемого класса КА состоит в том, что по условиям компоновки:

1. Плечо управляющего момента мало из-за близости точки опоры двигательной установки (ДУ) к центру масс КА. 2. Кроме возмущения в виде момента, возмущение в виде силы также имеет значительную величину. Известна система стабилизации (СС) рассматриваемого класса КА, состоящая из датчика угла, корректирующего контура, усилителя, пулевого привода. Указанная система имеет следующие недостатки:

1. Она неэффективна при стабилизации КА с малым плечом управления. 2. Не обеспечиваются малые погрешности стабилизации поперечных скоростей центра масс КА, т.к. кроме возмущающего момента, возмущающая сила имеет значительную величину (по причине малого плеча угла поворота двигателя требуются большие и дающие соответственно большие составляющие поперечных сил). Наиболее близким техническим решением для предлагаемой системы является автомат стабилизации (АС), состоящий из корректирующего контура, акселерометра, интегратора, суммирующего усилителя, рулевой машинки, отрицательной обратной связи. Однако этот АС по указанным выше причинам также не может быть использован для точной стабилизации поперечных скоростей на участках коррекции траектории при действии возмущающей силы и при малом плече управляющего момента. Общим принципиальным недостатком вышеуказанных систем стабилизации является то, что в качестве исполнительного органа используется поворотная двигательная установка в кардановом подвесе. При малом плече управления, определяемом расстояние между центром тяжести КА и точкой приложения силы от ДУ, для получения управляющего момента с целью парирования возмущения требуются значительные углы и угловые скорости поворота камеры сгорания ДУ. Это неизбежно вызывает большую составляющую боковой (поперечной) возмущающей силы. В предлагаемом изобретении этот недостаток устраняется тем, что камера сгорания (КС) перемещается линейно вдоль осей стабилизации КА, что создает только управляющий момент без большой поперечной силы. Сущность изобретения заключается в том, что в систему стабилизации КА, содержащую двигательную установку с камерой сгорания, точка опоры которой расположена вблизи центра масс КА, каналы управления по тангажу и рысканию, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных суммирующего усилителя и рулевой машинки, дополнительно введены в каждый канал датчик отклонения углового ускорения и угловой скорости относительно центра масс КА и датчик отклонения линейной скорости центра масс КА, выходы которых соединены со входами суммирующего усилителя, а камера сгорания двигательной установки установлена с возможностью линейного перемещения вдоль поперечных осей КА. Техническим результатом является повышение точности стабилизации и режиме коррекции траектории путем повышения точности стабилизации поперечных скоростей центра масс КА.2 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой СС центра масс в направлении оси Y. Она состоит для канала Т из датчика отклонения линейных ускорений и скорости 1, датчика отклонения угловых ускорения и скорости 2, соединенных с суммирующим усилителем 3, выход которого подсоединен ко входу рулевой машинки 4 (РМ). Шток РМ линейно перемещает камеру сгорания (КС) ДУ 5 по направляющим и прижимным роликам и промежуточной плате. На фиг. 2 приведена схема датчика отклонения угловых ускорения и скорости КА. Он содержит последовательно соединенные гироскопический измеритель угловой скорости и дифференцирующий операционный усилитель. Он содержит гироскоп 1, пружину 2, демпфер 3, рамки 4, потенциометр 5. На фиг. 3 представлена схема датчика отклонения линейных ускорения и скорости КА. Он содержит последовательно соединенные акселерометр (А) и интегрирующий операционный усилитель (ИСУ). Он содержит корпус 1, инерционную массу 2, направляющие 3, датчик сигнала 4, пружину 5, демпфер 6. На фиг. 4 показана схематическая конструкция ДУ. Линейное перемещение КС обеспечивается поступательным перемещением в двух независимых ортогональных направлениях вдоль осей КА по оси Y для канала Т и по оси Z для канала Р. Система стабилизации работает следующим образом. Ввиду идентичности каналов СС по тангажу (Т) и рысканию (Р) и для упрощения описания рассматривается канал Т. Предлагаемая СС работает по каналу Т (аналогично по каналу Р) следующим образом: с выходов блоков 1 и 2 сигналы поступают на блок 3, с которого управляющий сигнал поступает на блок 4, перемещающий КС (блок 5) и создающий управляющий момент относительно центра масс КА. Характерной и принципиальной особенностью предлагаемой системы в отличие от прототипа является то, что на вход блока 3 не подаются:

Сигнал обратной связи с рулевой машинки;

Сигнал, пропорциональный угловому отклонению КА;

Сигнал, пропорциональный линейному отклонению КА. Предлагаемая СС является авторским приближением системы к инвариантной. Для системы уравнений, описывающей динамику движения для канала Т

Условие полной инвариантности

По возмущающему моменту M в

По возмущающей силе F в

(1) уравнение моментов;

(2) уравнение сил;

(3) уравнение управления;

V угловое отклонение КА по Т;

Y линейное перемещение КА вдоль оси Y;

Перемещение исполнительного органа;

A об, a yv , a yv коэффициенты уравнения;

W сс передаточная функция системы стабилизации;

F упр функционал управления, содержащий функционал F 1 по Y, функционал F 2 по v и коэффициент обратной связи привода Кос,

P оператор Лампласа и К сх крутизна скоростной характеристики привода. Добиться в реальной системе выполнения полной инвариантности (нулевого отклонения) сложно. Предлагаемая СС позволяет минимизировать динамическое отклонение по линейной скорости центра масс при ограниченном времени, присущем режиму коррекции траектории КА путем частичного удовлетворения условий инвариантности, т.е. приближение к нулевым значениям условий (4) и (5). Это достигается:

Отключением обратной связи K со =0),

Формированием алгоритма управления таким образом, чтобы при P _ 0 передаточная функция СС W сс _ 0 за счет отключения позиционных составляющих по v и y в функционалах управления F 1 и F 2 . Датчик отклонения угловых ускорения и скорости КА представлен на фиг. 3. Здесь ГИУС измеряет значения угловой скорости вокруг оси чувствительности Y. Пружина 2 служит для баланса гироскопического момента гироскопа, а демпфер 3 для сглаживания колебаний собственной частоты. Установившееся положение соответствует равенству гироскопического момента и момента пружины, оно регистрируется потенциометром 5 и электрический сигнал поступает на выход "а", пропорциональный угловой скорости около центра масс, а также на вход дифференцирующего операционного усилителя, передаточная функция которого

T д =R ос C постоянная времени дифференцирования;

T а =R в C постоянная времени фильтрации высоких частот помехи. Таким образом на выход "б" датчика поступает отфильтрованный электрический сигнал, пропорциональный угловому ускорению около центра масс КА. Схема датчика отклонения линейных ускорения и скорости КА (блок 1) приведена на фиг. 3. Акселерометр измеряет линейное ускорение КА вдоль оси чувствительности прибора. Инерционная сила массы 2, пропорциональная ускорению, уравновешивается силой пружин 5 при перемещении массы вдоль направляющей 3. Собственные колебания сглаживаются демпфером 6. В результате смещенное равновесное состояние фиксируется потенциометром 4 и в виде электрического сигнала, пропорционального линейному ускорению центра масс КА, поступает на выход "а", а также на вход интегрирующего операционного усилителя. Передаточная функция ПОУ

T п =R вх C постоянная времени интегрирования. Таким образом, на выход "б" датчика поступает электрический сигнал, пропорциональный линейной скорости центра масс КА. Ролики направляющие 1, 3 и прижимные 2, 4 выполнены в виде цилиндрических элементов, катящихся по направляющим, причем прижимные ролики 2, 4 прижимаются пружинами для исключения люфта. Промежуточное основание 5 конструктивно выполнено в виде платы, вдоль которой по направляющей на роликах 1, 2 линейно перемещается КС вдоль оси Y, а сама плата линейно перемещается на роликах 3, 4.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система стабилизации космического аппарата (КА), содержащая двигательную установку с камерой сгорания, точка опоры которой расположена вблизи центра масс КА, каналы управления по тангажу и рысканью, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных суммирующего усилителя и рулевой машинки, отличающаяся тем, что в каждый канал дополнительно введены датчик отклонения углового ускорения и угловой скорости относительно центра масс КА и датчик отклонения линейного ускорения и линейной скорости центра масс КА, выходы которых соединены с входами суммирующего усилителя, а камера сгорания двигательной установки установлена с возможностью линейного перемещения вдоль поперечных осей КА.