ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Система гравитационной стабилизации искусственных спутников из "Движение искусственного спутника относительно центра масс " Проведение научных исследований в межпланетном пространстве с помощью искусственных спутников часто требует точной трехосной или одноосной ориентации спутника на Землю в течение длительного времени. Применение активных систем ориентации при значительном времени существования спутника приводит к ряду трудностей, связанных с большим расходом энергии или рабочего тела, весом и сложностью этих систем. [c.115] Возможно создание пассивных систем стабилизации на основе использования свойств магнитных и гравитационных полей, эффектов светового давления, сопротивления атмосферы и др. Важное положительное свойство пассивных систем заключается в том, что эти системы могут функционировать продолжительное время без расходования энергии или рабочего тела. Наиболее существенный недостаток пассивных систем — сравнительно малая величина управляющих моментов. [c.115] В статье Д. Е. Охоцимского и В. А. Сарычева [60] рассматривается возможность стабилизации спутника относительно трехгранника, образованного радиусом-вектором, трансверсалью и бинормалью к орбите, то есть относительно орбитальной системы координат. [c.115] Принцип стабилизации основан на использовании описанного и проанализированного в предыдущих параграфах свойства ньютоновского поля сил определенным образом ориентировать движущееся в нем тело, обладающее трехосным эллипсоидом инерции. Ниже излагается указанная статья [60. [c.116] Если спутник движется в центральном ньютоновском поле сил по круговой орбите, то существуют четыре устойчивых положения относительного равновесия, соответствующие совпадению наибольшей оси эллипсоида инерции спутника с радиусом-вектором и наименьшей оси с бинормалью к орбите (рис. 8). Положения устойчивого равновесия переходят одно в другое при поворотах спутника на 180° вокруг радиуса-вектора и бинормали к орбите. В абсолютной системе координат положению относительного равновесия соответствует вращение спутника вокруг бинормали к орбите с угловой скоростью, равной угловой скорости движения центра масс спутника по орбите. [c.116] При отсутствии внутреннего рассеивания энергии величина амплитуд малых колебаний спутника относительно равновесного положения не меняется с течением времени. Точность стабилизации определяется начальными значениями углов и угловых скоростей спутника. Введение диссипативных сил в систему превращает положения устойчивого относительного равновесия спутника в асимптотически устойчивые. Тогда амплитуды собственных колебаний, обусловленных начальными значениями углов и угловых скоростей, стремятся к нулю. [c.116] Основной недостаток схемы демпфирования колебаний спутника с помощью вязкой жидкости заключается в том, что для сравнительно быстрого рассеивания энергии требуется большое количество жидкости, так как оказывается, что в оптимальном случае демпфирования момент инерции жидкости должен быть сравним по величине с максимальным моментом инерции спутника. Эффективность этой схемы несколько повышается, если поместить жидкость в замкнутый тороидальный объем, расположенный вне спутника. [c.117] Охоцимский в 1956 г. предложил более эффективную схему стабилизации и демпфирования. [c.117] Нежесткое фиксирование взаимного положения спутника и стабилизатора с помощью упругой связи осуществлено с целью ввести в систему линейные демпфирующие члены, используя относительную подвижность спутника и стабилизатора. Практическая реализация линейного демпфирования в системе спутник — стабилизатор возможна, например, с помощью магнитного демпфера, действие которого основано на использовании токов Фуко, или жидкостного демпфера. Подобные демпферы широко применяются в приборостроении. [c.118] Моменты инерции стабилизатора пропорциональны квадрату длины штанг, а максимальный размер штанг определяется лишь требованиями жесткости конструкции. Поэтому необходимое для удовлетворительного переходного процесса соотношение между моментами инерции спутника и стабилизатора легко обеспечивается с помощью малых масс на концах штанг за счет увеличения их длины. В конструктивном отношении удобны, по-видимому, складные, или телескопические, штанги либо штанги, выполненные из металлических лент, свертывающихся под действием сил упругости в трубки. [c.118] Схема системы спутник — стабилизатор на рис. 24 является наиболее простой и в то же время общей, так как она решает поставленную задачу стабилизации при любых параметрах спутника. Рассмотрение более сложных форм стабилизатора ничего нового к этой схеме не добавляет. [c.119] При движении спутника на орбитах с высотой, меньшей 600 км, необходимо учитывать влияние атмосферы, которое сводится в основном к силам сопротивления, приложенным в центрах давления спутника и стабилизатора и направленным против скорости центра масс системы спутник — стабилизатор. [c.119] Сформулированные условия являются достаточными. Эти условия, учитывая гравитационную устойчивость системы спутник — стабилизатор и наличие упругой связи, могут быть ослаблены. [c.120] На круговой орбите учет сопротивления атмосферы приводит к увеличению частот собственных колебаний системы спутник — стабилизатор. Второй эффект воздействия сопротивления атмосферы на колебания системы связан с увлечением атмосферы враидаюидейся Землей и зависит от наклонения и высоты орбиты и положения центров давления спутника и стабилизатора. [c.120] На эллиптической орбите влияние атмосферы Земли на движение системы спутник — стабилизатор более сложно, что связано с изменением плотности атмосферы с высотой. [c.120] При достаточно хорошем знании аэродинамических сил, действуюидих на спутник и стабилизатор, колебания, обусловленные воздействием атмосферы, могут быть рассчитаны и учтены. [c.120] Требование застабилизировать спутник в заданном устойчивом положении равновесия накладывает ограничения на начальные условия спутника после его отделения от последней ступени ракеты-носителя. Значения углов и угловых скоростей спутника должны быть такими, чтобы в процессе успокоения переход из одного устойчивого положения равновесия в другое был исключен. Если это условие не выполнено, то систему гравитационной стабилизации следует ввести в рабочий диапазон с помоидью активной системы успокоения, уменьшающей начальные амплитуды до необходимой величины. Уменьшение начальной угловой скорости системы возможно также за счет увеличения ее моментов инерции в процессе раскрывания штанг стабилизатора, находившихся до выведения спутника на орбиту в сложенном состоянии. [c.121] Вернуться к основной статье