مقدمه مقدماتی

چرخ های واکنش یک پایه از سیستم های کنترل نگرش ماهواره مدرن است که امکان می دهد دقت بدون حرکت قابل خرج شده را نشان دهد.که بر اساس اصل حفاظت از حرکت زاویه ای عمل می کند، این چرخ های چرخش اجازه می دهد تا فضاپیما در مورد محور خود با چابکی بالا چرخش کند، با این حال، حتی نقص های تولید دقیقه یا پوشیدن در طول زمان می تواند عدم تعادل در این چرخ ها را نشان دهد.

اصول عملیات چرخ واکنش

یک چرخ واکنش یک پرواز با سرعت بالا است که به قاب ماهواره نصب شده است.با تغییر سرعت چرخش آن، حرکت زاویه ای چرخ با بدن فضاپیما، باعث چرخش در اطراف محور چرخ می شود، اکثر ماهواره ها از سه یا چهار چرخ یا چهار چرخ نصب شده به طور مساوی برای کنترل کامل سه محور استفاده می کنند.

انواع Im Balance: Static در مقابل Dynamic

تعادل به دو شکل تقسیم می شود. عدم تعادل آماری هنگامی رخ می دهد که مرکز توده چرخ با محور چرخش هندسی آن هماهنگ نیست، این یک نیروی سانتریفوژی متناسب با مربع سرعت ساختاری، باعث لرزش در هواپیما از چرخ. [F:2Dnamy نام تجاری] [F3] اغلب ایجاد یک محور حرکت متناوب با یک نوار چرخش خاص، به ویژه در چرخش، که در چرخش، به طور متناوب، به طور خاص، به طور متناوب، به طور همزمان با چرخش، به طور خاص، به طور معمول، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور مستقیم، به طور معمول، تحریک لرزش در چرخش، تحریک لرزش در چرخش، به طور معمول، به طور خاص، تحریک لرزش در چرخش، تحریک لرزش در سرعت چرخش، تحریک لرزش در سرعت چرخش، تحریک لرزش در سرعت چرخش، ایجاد می شود.

چگونه تعادل داده های ماهواره ای را دقیق می کند

خطاهای نگرش ناشی از عدم تعادل چرخ واکنش به طور مستقیم به خطاهای داده ترجمه می کند. شدت بستگی به نوع ماموریت دارد.برای ماهواره های تصویربرداری، یک خطای اشاره ای از حتی چند قوسی می تواند یک پیکسل را بر روی زمین با متر تغییر دهد و باعث می شود که بین باندها یا تحریفات هندسی در موزاییک ها، خط دید کاهش نسبت سیگنال به دقت ثابت و تنظیم شود - این اندازه گیری های دقیق طیفی یا تحریف در اندازه گیری های پوشش گیاهی.

تاثیر کمی: Jitter و Pointing Balance

ارتعاشات فرکانس بالا (jitter) ناشی از عدم تعادل باعث تار شدن سنسور های فشار دهنده می شود، جایی که یک خط از آشکارسازها در سراسر زمین حرکت می کند، jitter باعث ایجاد نوار و پیچ و تاب هندسی برای سنسورهای فریم (مانند کسانی که در دوربین های سیاره ای قرار دارند)، حرکت تصویر را در طول نوردهی معمولی برای ماهواره های مشاهده زمین با وضوح بالا برای ثبات نقطه بهتر از چرخ قوس دوم در هنگام عبور از سرعت 10 میلی ثانیه می کند، به خصوص هنگامی که می تواند حرکت ساختاری را به طور معمول عبور دهد.

مثال: زمین های 8 و مشکلات چرخ واکنش

مأموریت زمینی 8، سنگ بنای تصویربرداری جهانی زمین، ناهنجاری های حرکتی را تجربه کرده است که نیاز به مدیریت دقیق برای حفظ کیفیت داده ها دارد.در سال 2013، یک چرخ واکنش شروع به نشان دادن اصطکاک فزاینده کرد، سپس منجر به ارتعاشات شد. اپراتورهای مأموریت اجرای کار های عملیاتی، مانند تنظیم پروفایل سرعت چرخ و استفاده از چرخ های یدکی، برای جلوگیری از تخریب در عملیات تصویر زمین (0) اطلاعات حیاتی و حیاتی.

اتهام طولانی مدت خطاهای

تعادل ثابت باقی نمی ماند؛ می تواند در طول زمان به دلیل سایش، دوچرخه سواری حرارتی و خزش مواد بدتر شود. تخریب تدریجی اغلب ناشناخته می رود تا زمانی که به آستانه ای برسد که محصولات داده ها برای ماموریت های طولانی مدت غیرقابل استفاده می شوند (به عنوان مثال، محموله های خارجی ایستگاه فضایی بین المللی یا کاوشگرهای عمیق فضای عمیق)، و تشخیص روند های عدم تعادل ضروری برای به حداکثر رساندن ماموریت حیاتی هستند.

تکنیک های پذیرش: از طراحی پیشگیرانه تا اصلاح زمان واقعی

مهندسان به این مشکل در سطوح مختلف حمله می کنند: در طول تولید، قبل از راه اندازی، از طریق عملیات های روی و یابیت، و از طریق نرم افزار کنترل، بهترین راه حل ها دقت مکانیکی، کنترل تطبیقی و تخصص عملیاتی را ترکیب می کنند.

تعادل دقیق و On-Orbit کالیبراسیون

چرخ های واکنش به تحمل های بسیار تنگ در طول تولید متعادل هستند – به طور معمول در عرض چند میلی گرم-ملیمتر عدم تعادل. علی رغم این، خلاء و شرایط گرانش صفر می توانند تعادل را تغییر دهند، برخی ماهواره ها مکانیسم های متعادل سازی فعال را حمل می کنند: توده های کوچک به طور شعاعی در چرخ حرکت می کنند تا تعادل باقی مانده در مدار را تصحیح کنند.به عنوان مثال، رصدخانه اشعه ایکس dra از چنین سیستم هایی برای جبران سرعت حرکت می کند (به عنوان مثال).

سیستم های مدیریت ارتعاشی

عایق های مکانیکی به عنوان فیلترهای کم تحرک عمل می کنند، ارتعاشات ضعیف کننده (بالای یک فرکانس خاص قبل از رسیدن به ساختار ماهواره ای) طرح های مشترک شامل سیم سیم، لوله های elastomeric، و مرطوب کننده های توده ای تنظیم شده (به عنوان مثال، سیستم هدایت دقیق تلسکوپ جیمز Webb Space)، کل چرخ واکنش های متحرک ناسا (FDOF) را به سیستم های نظارت بر نور خورشید (F) استفاده می کنند.

الگوریتم های کنترل پیشرفته

سیستم های کنترل نگرش مدرن الگوریتم هایی را به کار می گیرند که از ویژگی های اختلال در هر چرخ واکنش آگاه هستند. دو رویکرد قدرتمند عبارتند از:

  • جبران برگشت خوراک سازگار ؛ کنترل کننده گشتاور را در سرعت چرخ معین تخمین می زند و یک سیگنال ضد ضربه را تزریق می کند تا آن را نفی کند.این می تواند با استفاده از یک جدول نگاه به دست آمده از داده های کالیبراسیون بر روی یا بیت اجرا شود.
  • نظارت بر ناظر بر حرکت : یک فیلتر زمان واقعی برآورد گشتاور ناشی از ارتعاشات و تنظیم فرمان چرخ بر اساس آن، به طور موثر لغو اثر عدم تعادل بدون سخت افزار اضافی.

این تکنیک ها به ویژه در ترکیب با پیکربندی چرخ اضافی موثر هستند، به ADCS اجازه می دهد تا حرکت زاویه ای را در میان چرخ ها برای جلوگیری از محدوده سرعت مشکل ساز، توزیع کند.

مدیریت سرعت: اجتناب از سرعت های بحرانی

هر چرخ واکنش دارای سرعت چرخش خاصی است که در آن نوسانات ساختاری ارتعاشات عدم تعادل را تقویت می کند (سیستم کنترل می تواند برنامه ریزی شود تا سرعت های آن را به سرعت (جنبشنگ) از بین ببرد یا از حل و فصل نزدیک آنها جلوگیری کند.[۳] این روش "فیلترسازی" یک کاهش نرم افزار ساده اما موثر است.

بهترین روش های عملیاتی و Redundancy

اپراتورهای ماهواره ای عملکرد چرخ واکنش را به طور مداوم با استفاده از تلهومتر نظارت می کنند: چرخ فعلی، دما، سرعت و سنسورهای میکرو-شتاب کننده.روند در اصطکاک یا دامنه های ارتعاشی پرچم شکست های اضطراری را نشان می دهد؛ هنگامی که یک چرخ عدم تعادل مشکل ساز را نشان می دهد، اپراتورهای می توانند به یک چرخ یدکی تغییر دهند یا حالت کنترل نگرش را تنظیم کنند (به عنوان مثال، استفاده از محرک برای جلوگیری از چرخ های فضایی هابل برای کاهش قابلیت های علمی آن ادامه می یابد.

مسیر های آینده: سخت افزار و نوآوری های نرم افزار

چرخ های واکنش نسل بعدی با یاتاقان های معلق مغناطیسی (چرخه های مغناطیسی فعال) طراحی شده اند که تماس مکانیکی را از بین می برند، در نتیجه کاهش اصطکاک و سایش که منجر به عدم تعادل می شود، همچنین اجازه می دهد تا تعادل زمان واقعی با تنظیم نیروهای تعلیق، CubeSats و ماهواره های کوچک به طور فزاینده ای از چرخ های واکنش مینیاتوری با الگوریتم های متعادل سازی یکپارچه استفاده کنند.

نتیجه گیری

عدم تعادل چرخ واکنش یک واقعیت ناتوان در پرواز فضایی است که ناشی از تحمل تولید، پیری مواد و شرایط عملیاتی پویا است. تأثیر آن بر دقت داده های ماهواره ای می تواند عمیق باشد - از تار ظریف در تصاویر تا خطاهای قابل توجهی در اندازه گیری های علمی در اینجا، با این حال از طریق متعادل سازی دقیق، کنترل ارتعاش، و نظارت هوشیار، مهندسان یک ابزار قوی برای کاهش این عملیات های با دقت بالا (به عنوان ابزار کنترل دقیق) ایجاد کرده اند.