Почему отработанные спутники быстро вращаются?

[ДалекийГость]

Однако почему советскую? Стабилизация вращением, причём вращением всего спутника - фирменная традиция США..

Стабилизация вращением самих спутников и стабилизация с использованием гиростабилизаторов - это совсем разные способы стабилизации.

И более сотни американских спутников стабилизированных вращением продолжают вертеться в могиле.

Они вертелись и при жизни. Однако они вряд ли смогут дать такие яркие вспышки, как старые советские спутники.

[Старый]

Стабилизация вращением самих спутников и стабилизация с использованием гиростабилизаторов - это совсем разные способы стабилизации.

Это один и тот же способ стабилизации, кажись я вам это уже рассказывал.  

Они вертелись и при жизни. Однако они вряд ли смогут дать такие яркие вспышки, как старые советские спутники.

У них нет плоских солнечных батарей, дающих вспышки, и тем не менее любители наблюдали их вращение ещё в 80-е гг.

[ДалекийГость]

Это один и тот же способ стабилизации, кажись я вам это уже рассказывал.

Вы много чего рассказываете, к сожалению.
Да, мы имели с Вами беседу по поводу различных типов стабилизации КА. В виду отсутствия у Вас знаний, необходимых для понимания этой темы, беседа была бессмысленной и я не хочу ее повторять.

Но, если вдруг Вы действительно хотите разобраться в этой теме, сообщаю Вам о таком существенном отличии между этими типами стабилизации.

Для точной трехосной стабилизации(ориентации) геостационарных спутников связи:
- при использовании гиростабилизатора с ненулевым номинальным кинетическим моментом, не требуется точное знание угла рыскания,  
- при стабилизации вращением спутника, требуется точное знание угла рыскания для задания точного направления вращения спутника.

Сможете разобраться почему возникает это отличие?

[Старый]

Это один и тот же способ стабилизации, кажись я вам это уже рассказывал.

В виду отсутствия у Вас знаний, необходимых для понимания этой темы, беседа была бессмысленной и я не хочу ее повторять.

Ну поговорите с Феолом. Он делал эту систему.

Для точной трехосной стабилизации(ориентации) геостационарных спутников связи:
- при использовании гиростабилизатора с ненулевым номинальным кинетическим моментом, не требуется точное знание угла рыскания,  
- при стабилизации вращением спутника, требуется точное знание угла рыскания для задания точного направления вращения спутника.

Сможете разобраться почему возникает это отличие?

Ещё раз: теории и практике стабилизации без разницы какая часть спутника вращается - барабан солнечных батарей или специально выделенный гироскоп. Всё остальное - вопрос отдельный.

[Старый]

Да, Далёкий гость, и если я не ошибаюсь тогда вы вообще отрицали существование систем трёхосной стабилизации на одном гироскопе? Напомните: я не ошибся?

[АниКей]

Анатомия спутника[/size]
№10 (2817) | Октябрь 2008

....Итак, ориентация аппарата определена. Если она отличается от требуемой, немедленно выдаются команды «исполнительным органам», например, микродвигателям на сжатом газе или жидком топливе. Обычно такие двигатели работают в импульсном режиме: короткий толчок, чтобы начать поворот, и тут же новый в противоположном направлении, чтобы не «проскочить» нужное положение. Теоретически достаточно иметь 8—12 таких двигателей (по две пары для каждой оси вращения), однако для надежности их ставят больше. Чем точнее требуется выдерживать ориентацию аппарата, тем чаще приходится включать двигатели, что повышает расход топлива.

Другую возможность управления ориентацией обеспечивают силовые гироскопы — гиродины. Их работа основана на законе сохранения момента импульса. Если под влиянием внешних факторов станция стала разворачиваться в определенном направлении, достаточно «подкрутить» маховик гиродина в ту же сторону, он «примет вращение на себя» и нежелательный поворот станции прекратится.

С помощью гиродинов можно не только стабилизировать спутник, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей. Но чтобы гиродины были эффективны, они должны обладать большим моментом инерции, что предполагает значительную массу и размеры. Для крупных спутников силовые гироскопы могут быть очень велики. Например, три силовых гироскопа американской станции «Скайлэб» весили по 110 килограммов каждый и делали около 9000 об/мин. На Международной космической станции (МКС) гиродины — это устройства размером с большую стиральную машину, каждое массой около 300 килограммов. Несмотря на тяжесть, использовать их все же выгоднее, чем постоянно снабжать станцию топливом.

Однако большой гиродин нельзя разгонять быстрее нескольких сотен или максимум тысяч оборотов в минуту. Если внешние возмущения постоянно закручивают аппарат в одну и ту же сторону, то со временем маховик выходит на предельные обороты и его приходится «разгружать», включая двигатели ориентации.

Для стабилизации аппарата достаточно трех гиродинов с взаимно перпендикулярными осями. Но обычно их ставят больше: как и всякое изделие, имеющее подвижные детали, гиродины могут ломаться. Тогда их приходится ремонтировать или заменять. В 2004 году для ремонта гиродинов, расположенных «за бортом» МКС, ее экипажу пришлось совершить несколько выходов в открытый космос. Замену отработавших свой ресурс и вышедших из строя гиродинов выполняли астронавты NASA, когда посещали на орбите телескоп «Хаббл». Очередная такая операция запланирована на конец 2008 года. Без нее космический телескоп, скорее всего, выйдет из строя в будущем году...

Игорь Афанасьев, Дмитрий Воронцов

http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6330/

[АниКей]

.... Конструктивно спутник «Молния-1» состоял из герметического корпуса с установленной в нём аппаратурой. Снаружи корпуса располагались корректирующая двигательная установка, солнечные батареи, антенны, внешние радиаторы системы терморегулирования, исполнительные органы и шаровые баллоны с запасами азота для системы ориентации. На борту спутника имелись три ретранслятора (один рабочий и два резервных) мощностью по 40 Вт для ретрансляции широкополосных передач либо двусторонней многоканальной телефонии с возможностью вторичного уплотнения телефонных каналов тональным телеграфом, либо телевидения с одновременной передачей звукового сопровождения. На случай нехватки электроэнергии ретранслятор имел ещё два передатчика с пониженной мощностью по 20 ватт каждый. Другими словами, бортовой ретранслятор фактически состоял из пяти  приемопередающих блоков.

Функционирование спутника контролировалось радиотелеметрической системой, системой терморегулирования, системой электропитания, оснащенной солнечными и буферными аккумуляторными химическими батареями для работы во время нахождения в тени и системой управления ориентацией, о которой следует сказать подробнее. На спутнике впервые была применено управление движением объекта вокруг центра масс по трем осям с помощью одного гироскопа. При этом силовой гироскоп в некоторых режимах служил и датчиком
...
....

http://znaniya-sila.narod.ru/p_cosmos/psat01.htm

[АниКей]

Спутник связи "Молния-1"[/size]
...
Работу спутника поддерживали и контролировали "обычные" системы - радиотелеметрическая, терморегулирования, электропитания (с использованием солнечных и буферных химических батарей). Оригинальной и новой была система управления ориентацией. Она - единственная в мире, где управление движением объекта вокруг центра масс по трем осям осуществляется одним гироскопом. При этом силовой гироскоп в некоторых режимах служит и датчиком.

Учитывая большую длительность сеансов связи и значительную энергоемкость аппаратуры, солнечные батареи должны быть постоянно ориентированы на светило. Поэтому одной из основных задач системы стало поддержание батарей в постоянном положении в пространстве, а следовательно, и корпуса (к которому они жестко прикреплены. Для этого, после того как спутник отделялся от последней ступени ракеты-носителя и возникающие при этом возмущения гасились, его продольная ось (по которой направлена и ось гироскопа) с помощью оптических датчиков и микродвигателей направлялась на Солнце, а гироскоп раскручивался до больших оборотов. А как известно, особенность гироскопа ("волчка") и состоит в том, что, будучи раскрученным, он сохраняет постоянным направление своей оси в пространстве (пример такого "гироскопа" - наша Земля). На ракетах-носителях эти приборы применяются только как датчики. В простейших системах управления различных космических аппаратов, где "волчки" могут быть и силовыми элементами, и датчиками, их корпуса крепятся к основной конструкции жесткими связями. На "Молнии-1" эта традиция была нарушена - массивный гироскоп помещался внутри корпуса спутника, связанный с ним лишь слабыми пружинками с демпферами (для уменьшения колебаний). Фактически космический аппарат как бы "висел", привязанный к гироскопу. Эта нарушенная механика системы управления ориентацией с использованием силовых гироскопов потребовала разработки очень сложной теории. Но сложность ее за счет специально подобранных свойств системы "волчок-объект", как это ни парадоксально, компенсировалась тем, что электронная управляющая часть системы оказалась очень простой и, как следствие, очень надежной (для иллюстрации скажем, что за многие годы система ориентации спутника "Молния" работала безотказно). Дополняется эта гироскопическая система традиционными микродвигателями, работающими на сжатом азоте, с их помощью "выбираются" незначительные отклонения объекта от заданного положения за счет возмущений или временных изменений траектории или "подправляется" ориентация для проведения коррекций орбиты. Сочетание силового гироскопа и микродвигателей позволило создать очень экономичную систему ориентации с минимальными расходами рабочего тела.

http://www.technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/233/1578

[ДалекийГость]

Ну поговорите с Феолом. Он делал эту систему.

Мы с ним говорили. Никаких существенных разногласий не возникало.

Всё остальное - вопрос отдельный.

Я и не сомневался, что Вы не поймете, о чем идет речь.

если я не ошибаюсь тогда вы вообще отрицали существование систем трёхосной стабилизации на одном гироскопе? Напомните: я не ошибся?

Было бы странно, если бы Вы не смогли механически запомнить то, что я Вам повторил несколько раз.

Повторю еще раз.

1) Систем трехосной стабилизации на одном гироскопе с осью вращения ротора, неподвижной относительно  КА - не бывает.

2) Для трехосной стабилизации геостационарных спутников связи требуетса, как мимимум, два гироскопа с осями вращения роторов, неподвижными относительно КА.

[АниКей]

http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/znan/1977/3-elektromehan.html

....При рассмотрении конструкции и динамики движения типового спутника мы упомянули проведенные эксперименты по «закрутке» космического летательного аппарата «Космос-14» вокруг своей оси, по превращению его в своего рода силовой гироскоп, ориентированный на Солнце. Используя этот принцип для создания спутника связи «Молния», советские конструкторы для обеспечения солнечной батареи энергией Солнца установили на спутнике «Молния-1», электродвигатель-маховик с большим моментом инерции ротора, соизмеримым с моментом инерции аппарата в целом. При ориентации спутника по двум осям на Солнце с помощью солнечных датчиков и газореактивной системы так, чтобы ось двигателя-маховика проходила через центр масс Солнца, можно было путем включения электродвигателя создать «силовой гироскоп» с осью вращения ротора, направленной на Солнце.

На рис. 7 представлена схема управления спутником за один цикл эллиптического движения его вокруг Земли. Из него видно, что над освещенным Солнцем полушарием Земли спутник с помощью электромеханического силового гироскопа сохраняет свое направление в пространстве. Для того чтобы обеспечить работу аппаратуры радиосвязи, на спутнике «Молния» установлены следящие системы, которые направляют антенны на заданный район и тем самым обеспечивают прием и передачу информации. При этом силовой электромеханический двигатель-гироскоп используется также для программного поворота системы путем изменения угловой скорости ротора двигателя, т. е. как двигатель-маховик, о чем подробнее будет сказано дальше...

...

[Вал]

На всех геостационарных КА разработки НПО ПМ (ИСС), запущенных по сегодняшний день, используется одномаховичный гиростабилизатор с ненулевым номинальным кинетическим моментом.

А можно вопрос, чисто ради любопытства?
Как на сегодняшних спутниках  происходит разгрузка накопленного, в результате постоянных коррекций, момента маховика для избежания "насыщения"?  Расходом рабочего тела? Или есть еще какие фокусы?

[АниКей]

Электромеханические исполнительные органы (ЭМИО) систем ориентации и стабилизации КА[/size]
http://polus.tomsknet.ru/?id=211
Основные технические харктеристики ЭМИО

СИЛОВОЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР ДЛЯ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ, СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А.И. Чернышев, В.П. Лянзбург, Г.Н. Гладышев, В.С. Дмитриев
http://www.mai.ru/conf/aerospace/internetconf/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&t=396

[Вал]

Электромеханические исполнительные органы (ЭМИО) систем ориентации и стабилизации КА[/size]
http://polus.tomsknet.ru/?id=211
Основные технические харктеристики ЭМИО

Спасибо, но кажется их продукция мне в обозрим будущем не понадобится  
Я хотел узнать про то, как все-таки сейчас выходят из положения на спутниках, где установлена одномаховичная система стабилизации, когда момент маховика близок к максимальному (максимальные обороты), а корректировать по этому каналу положение спутника нужно. На "Молниях" для разгрузки включали двигатели коррекции на сжатом азоте и одновременно тормозили маховик. А сейчас как?

[ДалекийГость]

Как на сегодняшних спутниках происходит разгрузка накопленного, в результате постоянных коррекций, момента маховика)

Я хотел узнать про то, как все-таки сейчас выходят из положения на спутниках, где установлена одномаховичная система стабилизации, когда момент маховика близок к максимальному (максимальные обороты)

Накопление момента в том, что Вы называете одномаховичной системой стабилизации, происходит не только в виде роста момента маховика, но и поворота(смещения) оси вращения маховика относительно номинального положения. Если ось  вращения сместится к максимально допустимому положению, то ее нужно будет вернуть в более нормальное положение (чтобы не потерять возможность выполнения стабилизации).

То есть разгрузка маховика состоит из двух операций:
1) разгрузка по скорости вращения маховика
2) разгрузка  по направлению оси вращения маховика.

Для обоих разгрузок требуется приложение внешего момента, как Вы справедливо заметили, например, за счет расхода рабочего тела.  Либо за счет внешних факторов, для экономии рабочего тела (если она требуется). Например, за счет гравитационного поля, магнитного поля, аэродинамики, давления солнечного света. На геостационаре активно используется последнее.

[Вал]

Накопление момента в том, что Вы называете одномаховичной системой стабилизации, происходит не только в виде роста момента маховика, но и поворота(смещения) оси вращения маховика относительно номинального положения. Если ось  вращения сместится к максимально допустимому положению, то ее нужно будет вернуть в более нормальное положение (чтобы не потерять возможность выполнения стабилизации).

То есть разгрузка маховика состоит из двух операций:
1) разгрузка по скорости вращения маховика
2) разгрузка  по направлению оси вращения маховика.

Для обоих разгрузок требуется приложение внешего момента, как Вы справедливо заметили за счет расхода рабочего тела.  Либо за счет внешних факторов, для экономии рабочего тела. Например, за счет гравитационного поля, магнитного поля, аэродинамического давления, давления солнечного света. На геостационаре активно используется последнее.

Значит сегодня специалисты пытаются превратить "вредные" внешние возмущающие моменты, какими бы они не казались исчезающе малыми по величине в "полезные", Думаю, действительно, подход рациональнейший для увеличения САС и экономии топлива.
Спасибо, ДалекийГость, за разъяснение!

[ДалекийГость]

Значит сегодня специалисты пытаются превратить "вредные" внешние возмущающие моменты, какими бы они не казались исчезающе малыми по величине в "полезные"

Именно так.

На МКС, например, есть такой интересный режим ("TEA"), когда кинетический момент в среднем не накапливается в течение долгого времени. МКС колеблется относительно номинального положения так, чтобы "вредные" моменты компенсировали друг друга.

[Брабонт]

Спасибо, ДалекийГость, за разъяснение!

Присоединяюсь. Информативно.

[Feol]

Это один и тот же способ стабилизации, кажись я вам это уже рассказывал.

Вы много чего рассказываете, к сожалению.
Да, мы имели с Вами беседу по поводу различных типов стабилизации КА. В виду отсутствия у Вас знаний, необходимых для понимания этой темы, беседа была бессмысленной и я не хочу ее повторять.

Но, если вдруг Вы действительно хотите разобраться в этой теме, сообщаю Вам о таком существенном отличии между этими типами стабилизации.

Для точной трехосной стабилизации(ориентации) геостационарных спутников связи:
- при использовании гиростабилизатора с ненулевым номинальным кинетическим моментом, не требуется точное знание угла рыскания,  
- при стабилизации вращением спутника, требуется точное знание угла рыскания для задания точного направления вращения спутника.

Сможете разобраться почему возникает это отличие?

Кстати, в основном для повышения точности управления по рысканью и был введён на стационарах разработки НПО ПМ (ОАО ИСС) упомянутый здесь БИГ. Он позволяет точно знать угол рысканья и активно стабилизировать его. Однако из-за низкой надёжности прибора на многих КА фактически работает резервная схема без прямого измерения угла рысканья (за счёт перехода отклонения по рысканью в отклонение по крену за 1/4 витка при работающем одноосном гиростабилизаторе). И в целом такие КА нормально решают целевую задачу. Альтернативный метод повышения точности по рысканью - измерение его с использованием звёздных датчиков. В простейшем случае было достаточно датчика полярной звезды и такие схемы НПО ПМ использовало до БИГ. В будущем мне видится постепенный переход всей измерительной части систем ориентации (особенно высокоточных) на универсальные звёздные датчики (способные работать по любому участку неба).

[АниКей]

Кому интересно, http://www.vniiem.ru/ru/index.php?option=com_content&view=article&id=288:2010-02-17-21-42-21&catid=39:2008-04-05-02-40-20&Itemid=64 - еще характеристики двигателей-маховиков для систем ориентации космических аппаратов

Двигатели-маховики ДМ в течение ряда лет успешно эксплуатировались на космических аппаратах "МЕТЕОР-3", "РЕСУРС", "ЭЛЕКТРО" (GOMS), КОРОНАС-ФОТОН. Двигатель-маховик ДМ1-20 используется в экспериментальной системе ориентации гидрометеорологического КА "Метеор-М" и системе ориентации университетского спутника "Татьяна-2".


и была еще тема про ГИВУС http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=6197&postdays=0&postorder=asc&start=0 , и про гироскопы http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7698&postdays=0&postorder=asc&start=0

[ДалекийГость]

Кстати, в основном для повышения точности управления по рысканью и был введён на стационарах разработки НПО ПМ (ОАО ИСС) упомянутый здесь БИГ.

Если использовать высокоточный датчик вертикали и прецезионные маховики, то БИГ не потребуется. В 90-х годах прошлого века,  в этом режиме на геостационарных спутниках с точными приборами достигалась точость по рысканию - 5 уговых минут.  Точнее вроде и не требовалось. Но теперь этот режим с ненулевым номинальным моментом потерял свою популярность по сравнению с режимом управления на маховиках с нулевым номинальным моментом.