Системы ориентации КА

[Feol]

А маховики, наоборот - для небольших или неманеврирующих КА с маленькими возмущающими моментами. Например, для геостационарных спутников связи с трехосной системой определения ориентации, типа спутников "Ямал".

Любопытно, что высокое начальство по системам ориентации в НПО ПМ считает, что для геостационарных спутников связи с трехосной системой ориентации наилучший вариант - одномаховичный исполнительный орган, ось вращения которого в номинале перпендикулярна плоскости орбиты. Ну, может, и так... А вообще то начальство очень любит гиродины и все, что на них похоже  :wink: . Есть и политические причины любить гиродины - их очень хотят делать смежники взамен маховиков. Нужна новая, сложная разработка, чтобы загрузить КБ. В нашем секторе любили именно маховичные исп. органы. Мне лично они тоже нравятся. Для того класса аппаратов, которыми занимались, конечно. Сектор стационарщиков - за гиродины. Борьба бесконечная.

Ещё одно преимущество маховиков с нулевым номинальным кин. моментом, которое я вижу - легко обеспечить неограниченную по углам маневренность КА. На исполнительных органах с подвижной осью вращения и ненулевой номинальной скоростью маховиков это возможно только при сильном усложнении конструктива ИО.

[ДалекийГость]

Сектор стационарщиков - за гиродины.

Может это они так из-за классического метода ориентации в ОСК: "одноосная инфракрасная вертикаль + большой ненулевой кин. момент"? Хотя и для этой схемы успешно используются маховики, например, в спутнках Loral. А может из-за больших возмущающих моментов при коррекции орбиты. Но для геостационарных спутников типа "Ямал" со звездным датчиком, навигацией и  плазменными двигателями коррекции, маховики - это самое оно.

Ещё одно преимущество маховиков с нулевым номинальным кин. моментом, которое я вижу - легко обеспечить неограниченную по углам маневренность КА.

По углам - да, легко. Но будут ограничения по угловым ускорениям. Для быстрого изменения ориентации КА лучше поворачивать быстровращающиеся роторы в подвесах гиродинов, чем  быстро раскручивать/тормозить роторы в маховиках.

Есть и политические причины любить гиродины - их очень хотят делать смежники взамен маховиков. Нужна новая, сложная разработка, чтобы загрузить КБ.

Теоретически, это должно "лечиться" конкуренцией между изготовителями.

Борьба бесконечная.

Без неё никак.

[Feol]

Сектор стационарщиков - за гиродины.

Может это они так из-за классического метода ориентации в ОСК: "одноосная инфракрасная вертикаль + большой ненулевой кин. момент"? Хотя и для этой схемы успешно используются маховики, например, в спутнках Loral. А может из-за больших возмущающих моментов при коррекции орбиты. Но для геостационарных спутников типа "Ямал" со звездным датчиком, навигацией и  плазменными двигателями коррекции, маховики - это самое оно.

Имеет место быть. Стационарами не занимался, но до сих пор, насколько мне известно, есть там алгоритмы перехода на такую схему при отказе всего и вся. В т. ч. и управление единственной парой реакт. двигателей при отказе приводов качания оси вращения ротора гиростабилизатора (ГС).

Вторая причина, по моему мнению, историческая. ГСы для первых трехосно ориентированных стационаров (Радуга) разрабатывали на базе ГС Молнии. Той самой, которая родилась ещё в "Энергии". Собственно, первым КА, доставленым на стационар у нас в 1974 г., Молния то и была. Нетрудно уловить суть дальнейшего развития прибора - пассивный упруго-вязкий подвес маховика заменили активным управляемым. Изменилась схема ориентации - вместо солнечной стали ориентировать в орбитальной СК. Но принципиальное наследство Молнии осталось - одномаховичный ГС.

Третья причина - ну любит авторитетное начальство ( http://spacer.rtc.ru/encyk/biogr-book/16R/2417.shtml ) гиродины и все, что на них похоже ! Сложные они, науки там в них больше.

А может из-за больших возмущающих моментов при коррекции орбиты.

Вообще-то, для их платформ они малы. Почти сразу после пуска Сесата прошла команда поднимать программу расчёта возмущающих моментов для него и разбираться, почему момент явно больше расчетного. Перепуг был в том, что при таком моменте гидразина для разгрузки на 12 лет может не хватить. Причина была проста - после каких-то тестов в начальном бардаке СПД забыли выключить  :wink: . Дул он себе, шло возмущение... Выключили  :wink: .

Что касается "больших" коррекций гидразиновыми двигателями, на Глонассах-М возмущение от ДК задается, кажется, 0.1 или 0.2 Нм максимум, если я правильно помню. На практике много меньше. По этому аппарат при коррекции управляется маховиками по штатной схеме, только при превышении порога кинетическим моментом разрешена разгрузка при помощи реактивных двигателей ориентации.

[ДалекийГость]

Вторая причина, по моему мнению, историческая. ГСы для первых трехосно ориентированных стационаров (Радуга) разрабатывали на базе ГС Молнии. Той самой, которая родилась ещё в "Энергии".

Да, в "Энергии" считают, что спутники НПО ПМ выросли из Молниевской "шинели". Но уже десятилетия прошли, да и создавалась Молния не для геостационара.

Сложные они, науки там в них больше.

Это понятно - статьи, диссертации, монографии...

после каких-то тестов в начальном бардаке СПД забыли выключить.

Примерно такое тоже было.

Что касается "больших" коррекций гидразиновыми двигателями, на Глонассах-М возмущение от ДК задается, кажется, 0.1 или 0.2 Нм максимум.

Значит маленькие, с такими возмущениями маховики справятся, если до насыщения не доводить.

[Form1]

Может это они так из-за классического метода ориентации в ОСК: "одноосная инфракрасная вертикаль + большой ненулевой кин. момент"?

А что такое одноосная инфракрасная вертикаль? :oops:

[ДалекийГость]

А что такое одноосная инфракрасная вертикаль?

Это прибор, который измеряет направление на центр Земли (то есть местную вертикаль) по инфракрасному излучению Земли. Удобен тем, что может выполнять измерения круглосуточно, потому что в инфракрасном диапазоне Земля всегда видна как полный круг.

Одноосным называется из-за, того что измеряет направление только одной оси - местной вертикали. Однако в комбинации с ненулевым внутренним кинетическим моментом или при использовании БИНС, этих измерений  достаточно для трехосной ориентации относительно орбитальной системы координат, даже без знания навигационной информации о положении центра масс КА в пространстве.

[Feol]

А вообще, на счет "борьбы" маховиков и гиродинов...

Для всех КА, разработанных по настоящий в НПО ПМ и имеющих активную трехосную систему ориентации, характерно следующее:

1. Относительно малая масса (не более 2700 кг.) и моменты инерции. Следовательно, при прочих равных условиях, не нужны очень большие управляющие моменты, эффекты "усиления момента" гиродинов и т. п.. Не станция "Мир" или МКС.
2. Нет требований на энергичные манёвры в части ориентации КА. Дополняет п. 1 на счет отсутствия необходимости больших управляющих моментах. Не фоторазведчики, где может быть нужно быстрое перенацеливание.
3. Очень высокие требования к длительности срока активного существования. При полной невозможности ремонта на орбите (на станциях возможность замены ИО есть). По долговечности маховики превосходят гиродины. Хотя бы потому, что, при грамотной организации разгрузки, средняя скорость их вращения может быть очень небольшой. На Глонассах-М, например, суммарный кинетический момент всех 3-х маховиков в штатном режиме не превышает 2 - 4 Нмс. А ротор гиродина обязан вращаться на номинале или вблизи его. Износ будет больше + большая сложность прибора.
4. Достаточно высокие требования к снижению массы системы ориентации. На КА нет больших запасов топлива, ещё чего-то, на чьем фоне относительная масса системы могла бы быть небольшой. Гиродины по массе сильно проигрывают маховикам, что по описаным причинам особо неприятно.

Таким образом, ИМХО, на всех трехосно ориентируемых КА разработки НПО ПМ должны были бы быть маховичные ИО. Но увы...

На 1-ой версии одного военого аппарата по политическим и научным соображениям (см. мои посты выше а так же очень точный комментарий 'ДалёкогоГостя' по поводу науки...  :wink:  ) запроектировали некий жуткий бигиродин. Причем, говорят, делали его в Омске впервые, не имея никакого опыта. Аппарат в начале 90-ых был почти готов к пуску, но его, увы, "зарубили". Перепроектированный с нуля, он сейчас снова готов к пуску. На 8 декабря, вроде. Теперь там маховичный исполнительный орган. И оказалось, что один тот бигиродин весил больше, чем вся новая система ориентации вместе взятая, включая кабельную сеть.

Сейчас вновь прорабатывается  перспективный аппарат для той же орбиты. Правда, требования к системе, конечно, намного выше, особенно к точности. Это хорошо, должно быть развитие. Опять бывший мой сектор "проиграл в борьбе". Опять там новый жуткий "очень интересный" гиродин. Теперь Томск взялся за новую для себя разработку. Уже с разработкой появились неожиданные проблемы. И снова будет когда-нибудь "аварийное" тех. решение, переход на маховики или что-то в этом роде. История ни чему не учит.

[Form1]

Вопрос по маховичным системам ориентации. При перенацеливании спутника маховики срабатывают по очереди (первая ось, остановка; вторая ось, остановка; третья ось, остановка) или все одновременно?

И еще, как обычно распологают оси маховиков? Вроде бы удобнее всего по главным осям инерции?

[Feol]

В тех системах, с которыми я сталкивался, на оба вопроса ответ - да.

[Feol]

Ну, то есть, ответ 'да' на первый вопрос означает, что по очереди  :lol:

[Form1]

В тех системах, с которыми я сталкивался, на оба вопроса ответ - да.

Понятно. А почему не всегда делают управление всеми одновременно (не по очереди)? Казалось бы можно быстрее разворачиваться.

[mescalito]

А на Союзах и Прогрессах стоят гиродины или маховики? Или только реактивные сопла.

И как вы думаете какая система ориентации должна быть на "Пароме" ? Масса его может достигать 20 тонн, а это сравнимо с модулем МКС. Да и ресурс 15 лет.
Паром должен ведь стыковаться с полезным грузом, а это подразумевает точное управление. Насколько я понял реактивные сопла для грубого управления. Хотя есть ведь ЖРДМТ с тягами от 0,1 до 100Н.

[А.Коваленко]

А на Союзах и Прогрессах стоят гиродины или маховики? Или только реактивные сопла.

И как вы думаете какая система ориентации должна быть на "Пароме" ? Масса его может достигать 20 тонн, а это сравнимо с модулеи МКС. Да и ресурс 15 лет.
Паром должен ведь стыковаться с полезным грузом, а это подразумевает точное упровление. Насколько я понял реактивные сопла для грубого управления. Хотя есть ведь ЖРДМТ с тягами от 0,1 до 100Н.

На кораблях только ЖРД. Двигатели причаливания и ориентации тягой 13 кг. На "Пароме" будут тоже только двигатели. Никаких маховиков или гиродинов. А точность стабилизации и ориентации достаточна для стыковок, еще ни разу не промахнулись из-за неточной ориентации Просто двигатели работают в импульсном режиме, так что с точностью все в порядке.

[mescalito]

А какие это будут двигатели? Ведь Союзовские на такой ресурс не расчитаны. Может те котрые на МКС стоят.

А сам маршевый С5.80 тоже не на 60 полетов делался. Не сочтите за оффтоп, но поему использование реактивной системы управления на Пароме потребует больших затрат на ресурсные испытания. Использование гиродинов или маховиков оправданней. Раз эти агрегаты давно стоят на КА с ресурсом 15 лет, то логично предположить что они и на Пароме будет дешевле использовать именно их.

Может есть какие-то  тонкости в применении?

[А.Коваленко]

А какие это будут двигатели? Ведь Союзовские на такой ресурс не расчитаны. Может те котрые на МКС стоят.

А сам маршевый С5.80 тоже не на 60 полетов делался. Не сочтите за оффтоп, но поему использование реактивной системы управления на Пароме потребует больших затрат на ресурсные испытания. Использование гиродинов или маховиков оправданней. Раз эти агрегаты давно стоят на КА с ресурсом 15 лет, то логично предположить что они и на Пароме будет дешевле использовать именно их.

Может есть какие-то  тонкости в применении?

А я и не говорил, что на "Пароме" будут С5.80. И вообще, речь о маршевом двигателе или о ДО?
Маховики на крабли не ставят, как и гиродины. Тонкостей много, прежде всего, большие затраты электроэнергии, масса корбля ведь больше, чем у спутника. Да и динамика управления другая. И гиродины все равно потребуют двигателей. Для разгрузки кинетического момента, например. Так что будут все равно две системы.

[mescalito]

Вообще интересно узнать и про маршевый и про двигатели ориентации.
Понятно что на корабли гиродины не ставят, но ведь Паром это вроде как смесь корабля и долговременной станции. Считаючто  должна быть комбинированая система.
ЖРДМТ МКС доказали свою работоспособность еще при эксплуатации "Мира". Правда не знаю сравнимы ли они по количество включений с теми которые требуются Парому.
Для выведения Парому понадобиться как минимум (зависит от схемы выведения) два включения маршевой ДУ. А вот сколько включений двигателей РСУ на стыковку и ориентацию сказать навскидку не могу. Но уверен что гарантировать их включение на ресурсе 15 лет сейчас никто не сможет (имеется ввиду двигатели ориентации). И если как вы говорите нужно много электроэнергии, то наверняка есть оптимальное сочетание характеристик гиродинов, двигателей РСУ, массы топлива и массы солнечных батарей.
Заявленные для Парома 15 лет и 60 полетов трудно выполнимы еще и по требованиям к двигателям системы ориентации и, в первую очередь, маршевому ЖРД. Выполнение требований потребует кучу затрат на разработку, производство (необходим новый материал для сопел) и испытания. Поэтому я считаю что можно обойтись и некой комбинированной системой на гиродинах и РСУ.

[Старый]

Мескалито, да не волнуйтесь вы так! Не будет никакого Парома. Нигде и никогда. И никаких шансов.

[mescalito]

Будет-не будет "устроили тут ромашка"

Когда нибудь аппарат свободно перемещающийся по околоземным орбитам несомненно понадобиться.  Тогда работой завалят и двигателистов, и испытателей, да почти каждое предприятие космопрома будет учавствовать.

[Feol]

Я бы для КА типа Парома посмотрел бы схему, где исполнительные органы при трехосной ориентации - ДО, а в режиме пассивного полета организовать закрутку. На ДО погрешности ориентации до градуса и меньше вполне достижимы, а постоянная трехосная ориентация тут, по моему, не требуется. Так может получиться оптимально.

[mescalito]

Тогда всю нагрузку по ориентации будут нести реактивные сопла. Значит ресурс в 60 полетов для Парома при современном состоянии отрасли пока не достижим никак.