גלגלי התגובה הם העורכים הלא-מרוסים של בקרת הגישה של החללית.גלגלי השוטפים האלה מאפשרים לווינים וחוקרים לסובבים ולשמור על אוריינטציה מדויקת ללא גירושים, מה שהופך אותם הכרחיים למשימות החל מהתבוננות כדור הארץ ועד חקר החלל העמוק.אבל למרות האלגנטיות והיעילות שלהם, גלגלי התגובה מציגים אתגר מתמשך: תנודות מכניות, כפי שהם מסתובבים באלפי מהפכות לדקה, חוסר איזון זעיר של חומרים מורכבים, לא יכול לגרום לדימויים של תפקודים מדויקים, אלא לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות ויציבות, אך ורק לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות, יש צורך של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים של תפקודים, אך ורק לתנודות מהירות ויציבות, אך ורק לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות, אך ורק לתנודות מהירות ויציבות, יש צורך בתנודות מהירות, יש צורך בתנודות מהירות ויציבות, אך ורק לתנודות מהירות, יש צורך בתנודות מהירות, יש צורך בתנודות מהירות, יש צורך בתנודות מהירות, אך ורק לתנודות

בעשור האחרון נעשו התקדמות משמעותית בטכניקות גוברות המבודדות או מבטלות את הרטטים האלה במקורן.על ידי חשיבה מחדש כיצד גלגלי התגובה מצמידים לאוטובוס החללית, המהנדסים פתחו רמות חדשות של יציבות. מאמר זה חוקר את אופי הרטטים של גלגל התגובה, את המגבלות של גישות מסורתיות עליות הרות, ואת הטכניקות החדשניות - ממאומטמים פסיביים ועד לעומס מגנטי - אשר מעצבים מחדש משימות לביקוש.

המונחים: Reaction Wheel Vibrations

(ב) גלגלים מייצרים תנודות באמצעות מספר מנגנונים: המקורות העיקריים הם FLT:0 (לא איזון בין 1 ל') ,FLT:2bearingרעש FLT 3: ו-FLT:4 מנועים מעבורת:5 רוטוולים בלתי-מושלם, אפילו כאשר מאוזנת בקפידה במהלך הייצור, מציגה כוחות תקופתיים בתדר הספין והנזקים שלה הם אלה אשר משמשים לעתים קרובות על פני מבנה רחב של גלגלים, כמו גם על פני שטח רחב של תאים, כגון:

התוכן amplitude ותדירות של רטטים אלה תלוי מהירות הגלגל.כפי הגלגל מאיץ או decelerates לייצר torque, ספקטרום הרטט טאטא בטווח, פוטנציאל מבנים מרגש של החללית הפיכה זה יכול להגביר את הרטטים וליצור לולאות משוב המשפיעות על יציבות הגישה. עבור מכשירים מדעיים הדורשים רמות ג'יטר של פחות מכמה מיקרורדדים, תגובה יכול להיות דומה חיישנים בחלל.

השפעה על תשלום רגיש

ויברציות מגלגלי תגובה יכולות לגרום לדימוי מטושטש במצלמות ברזולוציה גבוהה, להפחית את יחס האות-ל-אין במטרים, ולהציג שגיאות במסוף תקשורת לייזר.אפילו רטטים קטנים לכאורה יכולים לצבור לאורך זמן, להפחתת מדידות ארוכות טווח.הפחתת הרטטים האלה משפרות באופן ישיר את איכות הנתונים, מגבירה את יעילות התצפית, ומרחיב את המעטפה התפעולית של מכשירים.

אתגרים מסורתיים

שיטות הגדלות האמנה מתייחסות גלגל התגובה כגוף נוקשה הטמון ישירות למבנה החללית. בעוד גישה זו היא פשוטה, אמינה וחסכונית המונים, היא משדרת רטטים עם תנופה מינימלית.הניסיונות המוקדמים להפחית את הרטט הסתמך על איזון זהיר של הרכבה גלגל והשימוש בהרים גמישים, כגון O-rings או grommets, אשר מספקים בידוד פסיבי בתדרים גבוהים עם זאת, פתרונות מסחר.

(ב) [13]:0) ריגיד הגדלה של ה- 1FLT מציע נוקשות גבוהה, אשר מועיל לשמירה על היישור והימנעות משינויים מבניים, אך היא אינה מספקת בידוד; כל כוח הפרעה עובר ישירות אל החללית:2 עוברי elastomeric הוא גורם לדלקתיים או לגרורות גבוהות יותר, אך לעתים קרובות יש מגבלות ורמות יכולות להידרדרות לאורך זמן, כדי להוסיף לקרינה יקרה, ומהירות גבוהה יותר, כך, כך, כמו גם כן, לקרינה מהירה יותר, או לקרינה מהירה יותר, היא עלולה להוסיף אתגרים נוספים.

בלנקום גלגל התגובה רוטטור הוא תרגול סטנדרטי, אבל זה לא יכול להסיר את כל חוסר איזון, במיוחד כמו שינויים מהירות כמו דובים ללבוש.אפילו הגלגלים המאוזנים ביותר עדיין לייצר הפרעות שאריות.יתר על כן, הרטטים המושרה הם אקראיים ביסודו ולא ניתן לבטל על ידי איזון לבד. כתוצאה מכך, להסתמך רק על ייצור מדויק ולחות פסיבית הוכיחה לא מספיק עבור המשימות התובעניות ביותר.

טכניקות הרטינג חדשניות

בתגובה למגבלות אלה, המהנדסים פיתחו חבילת אסטרטגיות מתקדמות של צמיחה מתקדמת, אשר באופן פעיל או פסיבי מבודדת גלגל תגובה מהמבנה החללית.טכניקות אלה נופלות לארבע קטגוריות רחבות, כל אחת מהן עם עקרונות תפעוליים נפרדים ומאפיינים של ביצועים.

המונחים: Isolators

(החלל הוא מתווך) הם מכשירים פסיביים המוצבים בין גלגל התגובה לבין החללית לחסום שידור רטט.העיצובים המתקדמים ביותר להשתמש ב-FLT:0elastomeric ComplexsFLT:1 או FLT:2 תאים מפונומטיים 3 כדי להשיג נוקשות נמוכה ולחות גבוהה בטווח תדר ממוקד.

דוגמה בולטת היא החומר הפנוסטי של 0D-StrutTM isoltureatorFLT:1 שפותח על ידי Honeywell, אשר משתמש בחומר מולקולי מכוונן לספוג אנרגיה רטט.המתאמניים האלה ממוקמים בדרך כלל בנקודות מרובות עלות סביב עומס הגלגל, יצירת ממשק רך אשר מקטין את התנועה הריגולציה של הגלגל מהחללית.

(ב) ,0) המוצר של גלגל התגובה של הוליוול (Honeywell) קוהרט 1 (FLT:1 ), משלב בידוד רטט פסיבי כתכונה אינטגרלית, המדגים את הכדאיות המסחרית של גישה זו.עבור קובצי תופים, חברות כמו FLT:2 Blue Canyon TechnologiesFLT 3: להציע כאבי גב של גלגל תגובה משולבים עם מורדים מוטבעים, איזון ביצועים עם מגבלות גודל.

הר געש גמיש

הרים גמישים הם וריאציות על בידוד פסיבי המשתמש מבנים מתכתיים או מורכבים - כגון כיפוף חוט, לולאות חוט, או על על על על על מעיינות - לספק נוקשות צירית נמוכה ומאוחר יותר תוך שמירה על נוקשות גבוהה עדרסאלית. זה ציות סלקטיבית מאפשר את ההר לתמוך התגובה הנקורית של הגלגל (שזה בעצם רגע טהור) בעוד הוא מתנפח רטטים.

[ה]התחבולה של החבל העובש [ה] הוא הר גמיש נפוץ המורכב מכבל נירוסטה משולש בין צלחות הרים.הוא מציע גם לחות וחוסנות, ונוקשותו יכולה להיות מכוונת על ידי שינוי הקוטר ומספר ה-SiOS (R) שימושים נוספים בעיצובים של מחסנים ו-Ebalomallastalalr2F2Flastalalr2F.

המגבלה העיקרית של הרות גמישות היא הלהקה הצרה יחסית של בידוד יעיל; הם מבצעים את הטוב ביותר בתדרים מעל תדירות resonant של ההר.ניתוח ברמת המערכת קפדנית נדרש כדי להבטיח כי תדירות resonant של הגלגל על הרפלקסים גמישים שלה לא עולה בקנה אחד עם כל מצבי חלל או גלגל בקרה על גלגל התגובה.

בקרת Vbration

בקרה אקטיבית של רטט (AVC) משתמשת בחיישנים ומבצעים כדי ליצור כוחות מנוגדים אשר מבטלים את הרטטים בזמן אמת.מערכת AVC טיפוסית מורכבת מאיץ'ים או חיישנים כוח הרכובים על בניין הגלגל או מבנה החללית, אלגוריתם בקרה (לעתים קרובות מבוסס על סינון הסתגלות, הזנה קדימה, או בקרה), ופונקציות אדזואלקטריות או אלקטרומגנטיות שמשלמים את הכוחות הנכונים.

יישום מוצלח אחד הוא מערכת בידוד (AVIS) AVIS)BuildFLT 1 טס על טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) למרות JWST משתמש בשילוב של בידוד פסיבי ופעיל, המערכת הפעילה מפחיתה באופן דרמטי את ג'ייטר מגלגל התגובה של הטלסקופ כמעפות.

בקרה אקטיבית מוסיפה מורכבות, צריכת חשמל ומיסה, אך הביצועים שלה יכולים להיות מעולים בשיטות פסיביות בלבד.עבור משימות שבהן דרישות הרטט הן קיצוניות, AVC היא לעתים קרובות הפתרון היחיד בר קיימא.מערכות AVC ממותרות כעת בפיתוח לווינים קטנים, תוך מינוף התקדמות במערכות מיקרו-אלקטרוניקה (MS) ומעבדי אותות דיגיטליים בעלי עוצמה נמוכה.

המונחים מגנטיים

הגישה הקיצונית ביותר לבידוד רטט היא לחסל מגע פיזי לחלוטין.טיווץ מגנטי (maglev) גלגלי התגובה הזמניים את הרוטור באמצעות שדות מגנטיים, הסרת הצורך בנושאים מכניים ובכך לחסל את הרטטים המוערכים לחלוטין.בגלגל תגובה מגברית, הרוטור הוא מושיט ונצמד על ידי כוחות אלקטרומגנטיים, ומיקומה נשלט באופן פעיל ב-5xs (תרגום תלתלים, שני חיישנים) באמצעות מיקום משוב.

חברות כמו FLT:0 ,Reaction Wheel Innovation (FLT:103) מוסדות מחקר כגון FLT:2 מכונים מעבדת מערכות החלל של MIT למערכות חלל של PIRPLT 3 פיתחו אבטיפוס מטבוליות.מערכות אלה מציעות חיכוך כמעט אפס, ללא ללבוש, ופעולה ללא רטט בתדרים מעל רוחב פס הבקרה.

אחד היתרונות המרכזיים של maglev הוא כי רטטים מחוסר איזון רוטר אינם מועברים לדיור כי אין דרך מכנית.הדיור יכול להיות מוחזק יחסית יציב לחללית, וכל כוחות מגנטיים שוכנים מתפרסים באופן פעיל.המסחר הוא כי מערכת ההשביטציה עצמה יכולה לייצר רטטים אם לא מכוונן באופן מושלם, אבל אלה בדרך כלל נמוכים בהרבה מאשר רעש.

הערכה השוואתית של טכניקות

כל טכניקה עולה תופסת נקודה אחרת במרחב העיצוב של עלות, מורכבות, מסה, וביצועים של ירידה ברטטט.

  • (FLT:0) וליברטורים (מעבירים): אנדרל 1 (low-cost), כוח נמוך, קומפקטי יותר (המכונה 100 הרץ), אך מספקים בידוד מועט בתדרים נמוכים יותר.
  • (FLT:0) הרהורים: FLT:1 מעלות מתון, אין כוח נדרש, מצוין עבור הישרדות עומס. Narrow רוחב פס אבל פשוט ליישם.הטוב ביותר בשימוש כאשר ספקטרום ההפרעה הוא ידוע ואינו מכיל רכיבים נמוכים.
  • (FLT:0) בקרת ויברציה קולקטיבית: FLT:1 עלות גבוהה וצריכת חשמל, אך יכול לבטל את הרטטים בטווח תדר רחב, כולל הפרעות תת- 10 הרץ.הכרחי לאסטרונומיה ומשימות בין-פריאומטריה גבוהות.
  • (FLT:0 Magnetic לויtation: FLT:1) המורכבות הגבוהה ביותר והשימוש בכוח. מציעה את הביצועים התאורטיים הטובים ביותר על ידי ביטול מגע מכני.עדיין בשלב אב-טיפוס עבור רוב היישומים; מוגבל למשימות הדגל שיכול להצדיק את עלות הפיתוח.

היתרונות של הרהורים חדשניים

אימוץ של טכניקות מתקדמות אלה הופך את שילוב גלגל התגובה מ קצבה לתוך מאפשר.

  • (FLT:0) איכות התמונה העולה: FLT:1 על ידי צמצום ה-Jitter, טלסקופים יכולים להשיג ביצועים מוגבלים במידה ניכרת גם עם לוחות מהירים ומטרות תצפית מרובות.
  • דרישות הצבעה:0 (FLT:103) עם הפרעות קטנות יותר, מערכת בקרת הגישה יכולה לפעול עם שולי רחב יותר, צמצום צריכת מניעה להאריך את חיי המשימה.
  • (FLT:0) כלי הפוך: FIRLT:1 מכשירים אשר דרשו בעבר פלטפורמה ייעודית ללא הפרעות יכול להיות משותף עם גלגלי תגובה, פשט עיצוב חלליות.
  • (FLT:0) בדיקות ועלויות הסמכה:FreaLT:1) סביבות רטט משופרות פירושו פחות עייפות מבנית ופחות בדיקות כישורים עבור רכיבים רגישים.
  • (FLT:0) שיפור הדיוק של לוויין קטן: FLT:1 CubeSats ו microsats יכול עכשיו מארחים שכר גבוה ביצועים שהיו פעם רק אפשרי על אוטובוסים גדולים, הודות למולקולטורים קומפקטיים ומערכות AVC.

אתגרים

למרות היתרונות האלה, פריסת הרים מתקדמים אינה ללא קשיים. מהנדסי חלל חייבים לשקול את המכשולים הבאים:

  • תקציב:0 (מבקשים:0) תקציב: 1 (Isolators, פועל, ואלקטרוניקה שליטה מוסיפים מסה המתחרה עם עומס ומניעה הקצאות.
  • (FLT:0) יציבות תרמית: 1FLT חומרים אלסטומריים יכולים לשנות נוקשות עם טמפרטורה, שינוי ביצועי בידוד. למערכות Active דורש ניהול תרמי כדי להבטיח חיישן ואמינות אקטוטור.
  • (ב) ⁇ :0 (Launch Survivalmia: FLT:1 הרצים חייבים לעמוד בעומסי גמול גבוהים במהלך ההשקה ללא עיוות קבוע או כישלון.
  • (FLT:0) אינטראקציה בין קונטרול: 1FLT:1 הן הרות פסיביות ופעילות המשפיעות על הדינמיקה המבנית של החללית ולופה בקרת גישה.ניתוח זהיר ובדיקה נדרשים כדי למנוע אינטראקציות משבשות.
  • (FLT:0) אמינות: מערכות ActiveFLT:1 יש יותר מצבי כישלונות פוטנציאליים מאשר אלה פסיביים. Redundancy ו-less design growth Cost, אך ייתכן שיידרש למשימות ארוכות טווח.

כיוונים עתידיים

מחקר ופיתוח ממשיכים לדחוף את הגבולות של הפחתה של גלגל התגובה.כמה מגמות מתעוררות:

  • (FLT:0) מימון של מערכות AVC:FreaLT:1 Advances in meMS accelerometers, ⁇ electric Actuators, ומיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך עושים שליטה פעילה עבור CubeSats. לדוגמה, FLT:2AVC-CubeFovph 3 מושג נחקר באוניברסיטת טוקיו נועד לשלב פעיל לתוך נפח 2U.
  • (FLT:0) למידה של מחיקת רטט: אלגוריתמים הסתגלותיים יכולים ללמוד את החתימה של הגלגל ולהתאים את השליטה בזמן אמת, טיפול ברטטים לא-התאריים מביצועים של ללבוש או שינויים בטמפרטורה.
  • (FLT:0) חבילות משולבות של גלגל גלגלים: FIRLT:1 , יצרני גלגל התגובה מתחילים להציע "drop-in" אסיפות הכוללות את המבודד כמרכיב בנוי.זה מקטין את המורכבות של הנדסת המערכת ומבטיח ביצועים מותאמים אישית.
  • (FLT:0) מערכות פסיביות-אקטיביות: חללית עתיד LT:1 עשוי להשתמש בגישה היברידית שבה מתווך פסיבי מטפל ברטטים גבוהים ומערכת פעילה מטפלת בהפרעות בתדר נמוך, השגת בידוד רחב עם כוח נמוך יותר מאשר פתרון פעיל לחלוטין.
  • החוקרים חוקרים את עיצובים המשלבים אחסון (תפקוד גלגל פעולה) עם בקרת גישה (כרגע שליטה) באמצעות היגוי מגנטי, שעלולים לחסל נושאים מכניים לחלוטין עבור מערכת בקרת גישה שלמה.

דפי הטכנולוגיה של סוכנות החלל האירופית (FLT:0) של סוכנות החלל האירופית על בידוד הרטטים של ראטווי (VallowingFLT) 1:1 מספקים סקירה מצוינת של פרויקטים מתמשכים, בעוד ש-FLT:2 NASAA's Small Spacecraft State of the ArtcioFLT 3: דו"ח בנושא יישום מעשי לבידוד טילים קטן.

מסקנה

תנודות גלגל התגובה הן מכשול מתמשך להשגת יציבות מצביעה הנדרשת למשימות חלל מתקדמות.עם זאת, העשור האחרון ראה התקדמות יוצאת דופן בטכניקות גוברות המפחיתות את ההפרעות הללו.ממריצים ומדרגות גמישות מציעים פתרונות פשוטים, אמינים עבור יישומים רבים, בעוד שפיתוח פעיל של שליטה ועומס מגנטי מספק את הביצועים הקיצוניים הדרושים עבור מעמודי הדגל ורכיבי רוחב פס מורכבים, אלה הופכים לפתרונות נגישים למפתחים חדשים של כוח, אשר יכולים להיות נגישים, ללא גישה יעילה יותר, אשר יהיו זמינים למפתחות, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים למפתחות אבטחה מהירה יותר, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, בין מרכזי אבטחה, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, בין מרכזי אבטחה, אשר יהיו זמינים, בין מרכזי אבטחה, עם מגמות אבטחה, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, אשר יהיו זמינים, 000 דרכים חלופיות, 000 דרכים חלופיות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 דרכים חלופיות, 000, 000, 000 דרכים חלופיות, 000, 000 דרכים חלופיות, 000,