גלגלי תגובה מגנטיים מייצגים קפיצת שינוי בשליטה על הגישה לחללית, תוך התייחסות לאחת מנקודות הכישלון המתמשכות ביותר במשימות ארוכות טווח: ללבוש מכני.גלגלי תגובה מסורתיים, תוך יעילות רבה, להסתמך על נושאים פיזיים המידרדרים לאורך זמן בשל חיכוך, התמוטטות סיכה, עייפות חומרית בסביבה החלל הקשה.

הבנת גלגלי תגובה ולבוש מכניזם

לפני בחינה של פתרונות מגנטיים, חשוב להבין כיצד גלגלי התגובה פועלים ומדוע ללבוש מכני הוא כל כך דאגה קריטית. גלגל תגובה הוא בעצם גלגל גלגלים המונע מנוע שמסתובב במהירות גבוהה.על ידי צמצום או משמיד את הרוטור, החללית חווה צעצוע שווה ומנוגד, ומאפשרת לו לסובב סביב ציר זה מבלי לבזבז את החללית או יותר תגובה עבור גלגלים מייצבים.

איך פועל גלגל תגובה מסורתי

גלגלי תגובה קונבנציונליים מעסיקים כדור נושאים או רולר נושאים כדי לתמוך הרוטור.הנושאות שופעות עם סדקים מיוחדים או שמנים שנועדו לפעול בוואקום.מעל אלפי שעות של פעולה, את הפחתות lubricant עקב מחוץ גזים, קרינה, רכיבה תרמיים, סובלים גם ממיקרו-חמחץ, מעבורת, ומעבירה, את כל החיכוך של חיכוך וניתן להגדיל את החלל בצורה יעילה, אפילו עם יחידות קירור גבוהות יותר, או מ-15 שנים.

הבעיה של ללבוש מכני בחלל

סביבת החלל מאיצה ללבוש בכמה דרכים. Vacuum מבטל קירור קונפוקטי, מה שגורם כתמים חמים מקומיים בנושאים שמצמצמצמים סיכה סיכה. טמפרטורות נדנדה - מ-140 מעלות צלזיוס ליקוי עד +120 מעלות צלזיוס באור השמש - כי התרחבות שונה בין גזעים וכדורים.מיקרוגרפי מבטלת את ההתנחלות של פסולת או סיכה, ומאפשרת ללבוש חלקיקים להישאר בתוך משטחים מולקולריים, כמו גם חומרים מכניים, כמו גם מסטיקים, מגורמים מולקולריים, ממריצים מולקולריים, ממתכתיים, ממריצים, מגורמים מולקולריים.

גלגלים מגנטיים כפתרון

גלגלי התגובה המגנטיים מחליפים נושאים פיזיים עם הסחף המגנטי או השעיה אלקטרומגנטית.המסתובב מוחזק במקום על ידי כוחות מגנטיים שנוצרו על ידי אלקטרומגנטים או מגנטים קבועים, ביטול מגע מוצק-לפתורים.בכמה עיצובים, המנוע עצמו משולב עם ההשעיה המגנטית, באמצעות כוחות לורנץ או עקרונות רתיעה ראשוניים לספין-אוף ולתמוך בחיכוך הזה, ללבוש חלקיקים, וצורך בהפסדים בלבד (החומרים) של ריקניים בלבד, רק באמצעות חומרי גלם-לכאורה, רק באמצעות חומרי גלם (החומרים).

התקדמות טכנולוגית חדשה

בעשור האחרון, המחקר והפיתוח יצרו מספר פריצות דרך שמביאות גלגלי תגובה מגנטיים מתחנות המעבדות לחומרה הנקראת טיסה.

דובים מגנטיים פעילים (AMB)

נושאים מגנטיים פעילים משתמשים באלקטרומגנטיות עם שליטה סגורה על מנת למקם את הרקטור עם דיוק מיקרומטר. שיפורים אחרונים במעבדי אותות דיגיטליים ואלקטרוניקה כוח הפכו את מערכות AMB יותר חזקים ויעילים כוח. אלגוריתמים חדשים, כגון לינאריזציה משוב הסתגלות ומודל שליטה חיזויית, לאפשר את הנושא לשמור על חיבת יציבה אפילו תחת עומסים דינמיים של החללית Redundant Actuils coils coils, כך לא מספק תגובה אחת, כמו מרכזי נשימה פחות.

תגיות: Superconductings

נושאות העל ממינוף אפקט Meissner כדי ליצור לווידוי פסיבי. A superconductor קריר מתחת לטמפרטורה הקריטית שלה מגייסים פלוקס מגנטי, מה שגורם לו לנעול על שדה מגנטי קבוע.זה מספק לויטה יציבה לחלוטין ללא שליטה פעילה או קלט כוח להשעיה.ההתקדמות האחרונה במהירויות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של כוח (למשל, YBCO, BCO) הפכו את זה לטמפרטורות פשוטות יותר ויותר.

שיפור אלקטרומגנטי

המנוע שמניע את הרוטור מתפתח גם.אופנועים מסורתיים ללא מחצץ DC עם ליבת ברזל סובלים מ- cogging torque ו-eddy הנוכחי הפסדים. עיצובים חדשים משתמשים בממריצים חסרי ברזל עם רוחות מרוכזות, צמצום היסטריה ומאפשרים תפוקה חלקה יותר של מגנטים-רייטק.חלק מהגלגלים של תגובה מגנטית משלבים מערכת מגנטית משולבת מומנטום-מנועית שבה coils לייצר גם ספין-אווירה כדי לתרום למזג אווירי חשמל נדיר (Ricer) ולהפחית את יכולת קירור גבוהה יותר.

חומרים מדע מתקדם

חומרים ממלאים תפקיד כפול: גלגל הגלגלים של הרוטב עצמו חייב להיות חזק, קל משקל, ויציבות ממדית, בעוד דיור מבני חייב לעמוד עומסי שיגור ו ⁇ תרמיים. Composite זבובים עשויים סיבים פחמן מחזקים פולימרים מציעים יחסים חזקים למשקל משקל גבוה והתרחבות מינימלית של מגנטים במהירות גבוהה, כי רקובים עשויים לעתים קרובות מסגסוגת פלדה גבוהה או טיטניום, אבל מתקדם על ידי קבוצות פחמן-ממות חלשות (מדבקות) ללא פחמן-ממות פחמן-ממות) הם פחות ממתכת (מחוספסים) נמוך יותר מאשר פחמן-מחוספסת (מחץ מגנטיים).

אלקטרוניקה משולבת

המוח של גלגל תגובה מגנטי הוא הבקר שלה.מודרני שדה-סביר ערכות (FPGAs) ומכשירים מערכת-on-chip משלבים את היתוך החיישן, שליטה, תחבורה מנוע, ממשקי תקשורת ליחידה קומפקטית אחת. אלקטרוניקה אלה הם סובלניים קרינה ומסוגלים עיבוד אותות חיישן ב 20 kHz שיעורי אימוץ של תאומים דיגיטליים ולמידה לבריאות מאפשר ניטור מאפשר לזהות סימנים מוקדמים של תכונות כוח או מקבצי הגל הנוכחי.

היתרונות העיקריים של הקטנת ללבוש מכני

המעבר לגלגלי התגובה המגנטית מספק הטבות המשתרעות הרבה מעבר להסרה הברורה של חיכוך.

בסביבה הקרובה של Extended Mission Lifespan

ללא מנגנוני לבישת בהשעיה, גלגלי התגובה המגנטיים יכולים לפעול במשך עשרות שנים.זה משתנה משחק עבור בדיקות חלל עמוקות כמו אלה הנתוואי אל כוכבי הלכת החיצוניים, שבו תחזוקה או החלפת אינה אפשרית.לדוגמה, טלסקופ החלל ג'יימס ווב מסתמך על גלגלי התגובה עבור הצבעה נוחה; גלגל מגנטי יכול להאריך את חייו התפעוליים מההמטרה הנוכחית של 10 שנים או יותר.

שיפור אמינות ו Redundancy

גלגלי תגובה מסורתיים לעתים קרובות מתפוגגים עם רמות רטט גדלות שיכולות להשפיע על כלי מצביע על גלגלים מגנטיים לשמור על רטט נמוך עקבי לאורך חייהם, שכן אין מגע פיזי, הגלגל פחות רגיש לכישלונות פתאומיים ממעצבי המשימה יכול להשתמש פחות גלגלים מקודמים, חיסכון המונים ועלות, תוך השגת אותה או יותר אמינות.עבור מפעילי קבוצות קבוצות קבוצות קבוצות קבוצות שיגור אלפי לווייניים, ההפחתה בכישלונות פחות מתורגמות לכישלונות ישירות להחלפה.

מחיר נמוך של בעלות

למרות שגלגלי התגובה המגנטיים יש כיום עלויות גבוהות יותר בשל אלקטרוניקה מורכבת ודיוק, החיסכון במחזור החיים הם משמעותיים. Satellites כבר לא צריך להיות משוגר עם חומרת גלגל תגובה לחסוך, ומפעילי הקרקע מבלים פחות זמן בניהול בריאות הגלגל.העדר של נושאת סימולציות סיכה מפשט ניהול תרמי ומפחיתה את זיהום של אופטיקה רגישה משמן גזי.

ביצועים משופרים

הסחף המגנטי כמעט מבטל את התצפיות המיקרו-בירוטציה שנוצרת על ידי לקויות.עבור לווינים המבצעים הדמיה כדור הארץ גבוהה או תצפיות אסטרופיזיקה, זה אומר תמונות חדות יותר ופחות צורך לתיקון לאחר עיבוד.רעש הטורק הוא גם נמוך באופן דרמטי, ומאפשר שליטה חלקה יותר עבור מכשירים מגנטיים רגישים.

יישומים במשימות חלל

הגמישות של גלגלי התגובה המגנטית הופכת אותם למגוון רחב של משימות חלל.

לווין תקשורת גיאוגרפי

לווינים אלה דורשים אמינות גבוהה מעל 15-20 שנים חיים.גלגלי תגובה מגנטיים מבטלים את הגורם הנפוץ ביותר לכישלון מוקדם ולהפחית את הצורך בדחפורים מצופים בתחנה.אופרות יכולות לשמור על הצבעה מדויקת עבור בלוטות ספוט ולהימנע מהפרעות תמרון. חברות כמו Airbus ו- Thales Alenia להעריך גלגלים מגנטיים עבור פלטפורמות הדור הבא שלהם.

כדור הארץ ותצפיות מרוחקות

לווייני מסלול כדור הארץ נמוכים המשמשים למעקב אחר כדור הארץ דורשים יציבות גישה מדויקת וגלגלי תגובה מגנטיים נמוכים מאפשרים תקופות הדמיה ארוכות יותר ללא דיטרינג הנגרמת על ידי אי סדרי דרך נושאים.הם גם מאפשרים תמרונים מהירים בין מטרות מבלי לקשור ללבוש מוגזם.סדרת הסינטינל ומשימות אחרות של קופרניקוס יכולות להפיק תועלת מהטכנולוגיה הזו.

תוצאות חיפוש ו-Deep Space Explorers

עבור משימות בין כוכביות, תוחלת חיים היא רבת ערך. Probes כמו וויאג'ר, אשר פעלה במשך יותר מ-40 שנה באמצעות דחף במקום גלגלים תגובה עקב חששות, יכול במקום זאת להסתמך על גלגלים מגנטיים עבור בקרת גישה ללא דלק.

קונסולות לוויין מסחריות

קבוצות כוכבים גדולות (למשל, SpaceX Starlink, אמזון קויפר) מסתמכות על אלפי לווינים לטווח קצר שמשתפים כל 5-7 שנים. בעוד תוחלת החיים קצרה יותר, מספר הלוויינים הופך את האמינות לנהג עלות קריטית.גלגלי תגובה מגנטיים יכולים להפחית את שיעור כשלי על אוביט, אשר מוריד את תדירות שיגור החשמל הקטן יותר, בנוסף, הם מאפשרים לווייניים קטנים יותר כדי להיות מעוצבים עם מנגנונים פשוטים, עם מנגנונים של ייצור.

עתיד Outlook ואתגרים

בעוד שגלגלי תגובה מגנטיים השיגו מורשת טיסה בכמה משימות (למשל, לווייניים מסווגים מסוימים וניסוי הבלון של נאס"א), אימוץ נרחב עדיין עומד בפני מכשולים.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

עיצובי גלגל התגובה המגנטיים הנוכחיים נוטים להיות רב עוצמה יחסית לעמיתיהם המכניים כאשר הם בקנה מידה מתחת 10 Nms קיבולת מומנט.עבור CubeSats ו microsatellites, נפח ותקציב הכוח הם מאוד הדוק.מחקר לתוך נושאים מגנטיים מיניים באמצעות טכנולוגיית MEMS או מנועים מודפס מעגלים הוא מתקדם הפגנות מוצלחות יכול לפתוח את כל שוק הלוויין הקטן.

צריכת חשמל ופירוק חום

נושאים מגנטיים פעילים דורשים כוח מתמשך לשמור על הישווי ושליטה.למרות ההתקדמות באלקטרוניקה בעוצמה נמוכה הביאה את זה לכמה וואטים לגלגל, עבור לווינים קטנים זה יכול להיות משמעותי.על מוליכים נושאים, בעוד פסיבי, דורש כיכלים כי לצרוך כוח ודחה חום. עיצובים זעקה יעילה מסוגל 77 K עם פחות מ 5 וואט הם מפותחים, אבל הם להוסיף מורכבות.

פיתוח של Superconductors High-Temperature Superconductors

מוליכים על-טבעיים של חדר-הזמן יהיו הגביע הקדוש, תוך חיסול מערכות מבוכות לחלוטין.בעוד שעדיין לא זמין מסחרית, גילוי החומרים כמו LK-99 (למרות שנוי במחלוקת) עורר עניין בחקר תרכובות חדשות.אפילו שיפורים חלקיים לטמפרטורות קריטיות גבוהות יותר (למשל, 200 ק) יכול לפשט באופן משמעותי את דרישות הקירור.

תחזוקה אוטונומית ועצמית

חלליות עתידיות עשויות לכלול אבחון לוחיות שיכולות להתאים באופן אוטומטי פרמטרים של נושאים מגנטיים כדי לפצות על חוסר איזון או סחף חיישן קטן. חלק מהמעבדות חוקרות אלקטרוניקה של עצמו שיכולה לשנות סביב סלילים כושלים. בשילוב עם החוסן הטבוע של לייט מגנטי, מערכות כאלה יכולות להשיג שיעורי כשלון כמעט אפס עבור בקרת גישה.

לסיכום, ההתקדמות בגלגלי התגובה המגנטית מעצבת מחדש את עיצוב החללית על ידי הצעת נתיב לשליטה כמעט ללא בגדים.כפי שטכנולוגיה מתבגרת, מערכות אלה יהפכו לסטנדרט על כל מה שדמויות קטנות של כדור הארץ לחוקרים בין כוכבי לכת.התוצאה תהיה אמינה יותר, ארוכה יותר, ומשימות חלל יכולות יותר, ובסופו של דבר תפחיתו את העלויות ודוחפת הגבולות של מה שהאנושות יכולה להשיג מעבר לכדור הארץ.

לקריאה נוספת, ראה מידע של נאס"א על נושאים מגנטיים עבור החללית 1Freave ו-FLT:2 ESA מחקר על נושאים מגנטיים עבור גלגלים לווייניים לוויינים איורים 3 תובנות נוספות ליישומים על מוליכים על-טבעיים ניתן למצוא ב-FLT:4 זה מחקר על מוליכים על גבי נושאים מגנטיים עבור חלל:55 מוליכים ל-זמנית גבוהה יישומים סופר-מסלולאריים ניתן למצוא ב-מסלולאריים גבוהים.