ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Назначение и классификация систем ориентации и стабилизации из "Системы ориентации и стабилизации космических кораблей Изд2 " Первые искусственные спутники вращались в пространстве, не имея никакой ориентации. В связи с увеличением объема задач, возложенных на искусственные спутники, и по мере развития космической техники возникла необходимость ориентировать и стабилизировать их во время полета. Решение этой задачи возложено на систему ориентации и стабилизации, Ориентированные во время полета КА имеют следующие преимущества 1) лучшие условия для измерений и наблюдений, проводимых в космосе 2) лучшие информационные свойства направленных антенн 3) большую эффективность солнечных батарей 4) лучшие условия для терморегулирования и др. [c.4] Успех научно-исследовательских работ, проводимых в космическом, 1ространстве с помощью летательных аппаратов, во многом зависит от технических и эксплуатационных характеристик систем ориентации и стабилизации. Поэтому возникает необходимость в простых, надежных, точных, легких, работающих в течение длительного времени с минимальными затратами энергии системах ориентации и стабилизации КА. Правильный выбор систем ориентации и стабилизации позволяет успешно осуществлять проведение таких научных экспериментов, как возвращение на Землю спутника или космического корабля наблюдение за Солнцем и исследование явлений, происходящих на нем использование системы ретрансляционных спутников для целей глобальной радиосвязи и телевидения использование спутников для метеорологических и геодезических целей и других экспериментов в межпланетном пространстве. [c.4] Полеты КА, используемых для научных исследований и решения народнохозяйственных задач, в основном не требуют выполнения сложных поворотных маневров и прецизионной ориентации аппарата. Эффективность использования таких аппаратов оценивается прежде всего временем их активного существования. [c.4] Специалисты, занимающиеся созданием систем управления угловым движением, в своей практической работе часто подменяют понятие ориентация понятием стабилизация , хотя они не являются взаимозаменяемыми [68]. [c.5] Ориентация — это процесс, в результате которого КА занимает oiipe-деленное положение или последовательность определенных, положений в пространстве. Как правило, система ориентации, ликвидируя большое первоначальное отклонение, совмещает связанную систему координат с опорной (базовой) системой координат последняя задается на борту КА с помощью специальных устройств и приборов и может быть либо неподвижной, либо перемещаться в инерциальном пространстве. [c.5] Стабилизация это процесс устранения 1неиабежно возникающих в полете угловых отклонений связанной системы координат КА от опорной системы координат. Система стабилизации придает летательному аппарату способность после определенной ориентации в пространстве восстанавливать свое первоначальное положетие, нарушенное внутренними или внешними возмущающими воздействиями, или сопротивляться действию возмущений. [c.5] Таким образом, система управления угловым движением КА относительно центра масс делится на две систему ориентации, реализующую опорную систему координат и первоначально совмещающую с ней связанную с КА систему координат, и систему стабилизации, использующую информацию системы ориентации об угловом отклонении КА от заданного направления в пространстве и ликвидирующую с помощью различного рода устройств это отклонение. Можно сказать, что первая система управляет в пространстве положением КА в большом , а вторая управляет положением КА в малом , т.е. управляет аппаратом относительно положения уже заданного системой ориентации, совмещая связанную систему координат с опорной системой. Система стабилизации и система ориентации образуют вместе с КА сложную взаимосвязанную динамическую систему управления угловым движением. [c.5] Кроме ориентации и стабилизации, система управления угловым движением КА вьшолняет также функции успокоения. Последние заключаются в том, чтобы за короткое время погасить большие угловые скорости, возникающие, например, в момент отделения КА от ракеты-носителя и достигающие нескольких градусов в секунду [45J. Для гашения больших начальных угловых скоростей и ориентации КА в пространстве заданным образом используются специальные системы предварительного успокоения, которые рассматриваются в гл. 3. [c.5] Пассивная система ориентации и стабилизации — это система, которая не требует на борту КА источника энергии для своей работы. Для создания управляющих моментов она использует физические свойства средьд, окружающей КА (гравитационное или магнитное поле, солнечное давление, аэродинамическое сопротивление), или свойство свободно вращающегося твердого тела сохранять неподвижной в инерциальном пространстве ось вращения. В пассивных системах не только ориентация, но и стабилизация КА, например демпфирование собственных колебаний, достигается без использования активных управляющих устройств. [c.6] С развитием космической техники повышаются требования к точности, надежности, массе и ресурсам систем ориентации и стабилизации. Строгое лимитирование запасов энергии и рабочего тела на борту КА с длительным сроком активного существования, а тжже повышенные требования к точности ориентации на некоторых участках полета приводят к тому, что ни пассивные, ни активные системы в отдельности не отвечают всем предъявляемым к ним требованиям. [c.7] Комбинированные системы, представляющие собой сочетание газо-ре ктивной системы предварительного успокоения (СПУ) с пассивной аэродинамической системой ориентации, применялись на различных спутниках серии Космос [15]. Здесь газореактиная система использовалась в качестве системы предварительного успокоения, а пассивная — для дальнейшей длительной ориентации и стабилизации искусственного спутника. [c.7] Выбор системы ориентации и стабилизации в основном определяется задачами, решаемыми в течение полета, и характеристиками КА. В процессе проектирования систем должен быть принят во внимание ряд важных факторов [50] 1) требования к точности ориентации и стабилизации 2) ограничения по массе, габаритным размерам и потребляемой мощности 3) требования по обеспечению надежности системы при выполнении своих функций и возможность дублирования элементов системы 4) простота конструкщш системы и срок активного существования 5) требова-Ш1Я к коррекции скорости полета и стабилизации КА в процессе маневров, которые могут привести к усложнению конструкции системы 6) конфигурация КА и общие технические требования к нему, которые могут оказать влияние на систему в отношении типа датчиков, их поля зрения, расположения двигателей и других элементов системы 7) требования к угловой скорости КА в процессе управления 8) число управляемых степеней свободы 9) требования к приращениям линейной скорости в период вывода КА на орбиту 10) взаимодействие системы ориентации и стабилизации с подсистемами КА, которое должно быть детально изучено в начальной стадии проектирования 11) требования к режимам работы системы 12) динамическая модель КА (упругость конструкцйи, моменты инерции, распределение массы КА, несовпадение строительных осей с главными центральными осями инерции и тд.). [c.8] Для большинства КА основным требованием является точность ориентации и стабилизации. Один и тот же КА в течение полета может иметь несколько режимов рабо(ты с различной точностью ориентации и стабилизации. Например, на активных участках полета, где проводится коррекция положения КА, астрономические наблюдения или фотографирование поверхности планет, требуется более высокая точность, чем на пассивных участках. [c.8] В зависимости от задач, решаемых КА, требования к точности сильно меняются. Для некоторых задач, включающих изучение космического пространства и метеорогические наблюдения, приемлемой является ориентация и стабилизация аппарата с точностью 1... 10°. Такую точность может обеспечить пассивная система. [c.9] При решении астрономических задач требования к точности ориентации являются более жесткими и определяются прежде всего разрешающей способностью телескопа. Если дл фотографирования планет на космическом аппарате используется большой телескоп, то во время экспозиции точность его ориентации должна поддерживаться в пределах долей угловой секунды. Такую точность ориентации можно обеспечить только с помощью активных маховичных или гироскопических систем [36]. [c.9] Ориентация панелей солнечных батарей на Солнце может быть с грубой точностью порядка 10.. . 15°, в то время как сам спутник должен ориентироваться на центр Земли с высокой точностью. Антенны спутников связи обычно ориентируются с точностью до 1°. Требование такой точности ориентации связано с применением на спутниках связи направленных антенн, которые являются не только более эффективными, но и экономически более вьи-одными, поскольку упрощается бортовая приемопередающая аппаратура наземных станций, не говоря уже о меньших энергетических затратах при той же эффективности. Если необходимо получить изображение, то допускаемая угловая скорость спутника в процессе стабилизации может иметь решающее значение при выборе типа системы и ее проектировании. Для решения подобного рода задач, когда КА и его элементы должны ориентироваться с различной точностью и относительно разных опорных систем координат, целесообразно применять комбинированные системы, в которых невысокая точность обеспечивается пассивными методами, а высокая — активными. [c.9] Управление в космическом пространстве существенно отличается от управления в земных условиях. Во-первых, условия, существующие в космосе, отличаются от земных наличием невесомости, интенсивной радиации, разрежения, близкого к абсолютному вакууму, и, следовательно, почти полным отсутствием естественного демпфирования. Эти факторы усложняют конструкщ1ю элементов системы ориентации и стабилизации и делают чрезвычайно трудоемкими и дорогостоящими их моделирование в лабораторных условиях. Во-вторых, в космическом пространстве возмущающие моменты, действующие на летательный аппарат, очень малы и поэтому обычно нет необходимости в больших по величине восстанавливающих моментах, создаваемых системой ориентации и стабилизации. Однако небольшие возмущающие моменты в условиях почти полного вакуума и отсутствия естественного демпфирования оказывают существенное влияние на движение КА, особенно пассивных систем ориентации и стабилизации, у которых управляющие моменты малы по величине. По этой причине приобретают особо важное значение вопросы динамйки систем ориентации и стабилизации. [c.10] Ввиду отсутствия в космических условиях естественного демпфирования требуется создавать демпфирующие моменты искусственным путем с помощью специальных устройств. В настоящее время для системы ориентации разработаны и успешно применяются специальные устройства, которые за счет использования естественных сил окружающих полей позволяют демпфировать колебательные движения КА [85]. От выбранных демпфирующих устройств зависят динамические характеристики и точность пассивных систем. Вопросы демпфирования КА, стабилизируемых с помощью пассивных систем, на первый взгляд, кажутся достаточно простыми. На самом же деле задача создания простых, надежных, легких и обеспечивающих высокую точность демпфирующих устройств представляет собой сложную техническую проблему, которая имеет решающее значение при проектировании и разработке систем ориентации и стабилизации. [c.10] Вернуться к основной статье