Системы навигации и ориентации КА

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.

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

Газовые сопла или микроракетные двигатели малой тяги способны создавать большие управляющие усилия и таким образом парировать практически любые возмущения. Это свойство сделало этот способ управления ориентацией аппарата весьма распространённым как в задачах активной ориентации, так и стабилизации.

Для создания тяги может быть использована энергия сжатого газа (обычно азот или гелий), разложения вещества, горения жидкого или твёрдого топлива, электрическая и т. д.

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»).

Углы Эйлера — углы, описывающие поворот абсолютно твердого тела в трёхмерном евклидовом пространстве.

Крен, тангаж и рыскание — угловые движения летательного аппарата или другого транспортного средства

Крен - один из трёх углов (крен, тангаж и рыскание), соответствующих трём углам Эйлера, которые задают ориентацию аппарата относительно нормальной системы координат. Крен, в классическом его понятии, не определён при тангаже равном 90° и −90°. Угол крена обозначается буквой γ (гамма)^[1]. В отличие от самолётов, угол поворота ракеты вокруг продольной оси называется не креном, а углом вращения, и обозначается буквой φ (фи). Вызывается работой элеронов — элементов механизации крыла.

Тангаж (фр. tangage — килевая качка) — угловое движение летательного аппарата или судна относительно главной поперечной оси инерции. Угол тангажа — угол между продольной осью летательного аппарата или судна и горизонтальной плоскостью. Угол тангажа обозначается буквой θ (тета). В авиации различают тангаж с увеличением угла (подъём носа) — кабрирование, и с уменьшением угла (опускание носа) — пикирование; вызывается отклонением руля высоты.

Рыскание (рысканье) — угловые движения летательного аппарата, судна, автомобиля относительно вертикальной оси а также небольшие изменения курса вправо или влево, свойственные судну. Один из трёх углов (крен, тангаж и рыскание), соответствующих трём углам Эйлера, которые задают поворотное положение летательного аппарата относительно его центра. Угол рысканья обозначается буквой ψ (пси).

Поиск по сайту: