הקדמה: התפקיד הקריטי של גלגלי תגובה ב-Spacecraft Attitude Control

גלגלי התגובה הם בין המתאמנים האמינות והנפוחים ביותר לשליטה בגישה לחללית.הם מאפשרים שינויים אוריינטציה מדויקים ללא גירושים של דחף, מה שהופך אותם הכרחיים למשימות הדורשות דיוק מצביע על הצבעה נאה – כגון תצפית כדור הארץ, טלסקופים אסטרונומיים, ובדיקות בין כוכביות.בניגוד לדחפורים, גלגלי התגובה מייצרים רק מתחים חשמליים ומכניים רבים על פני חיים, אך גם אופי מכני שלהם מציג כישלונות לאיים באופן הולם אם לא יכולים לטפל בהם באמצעות אסטרטגיות אדומות.

מאמר זה מספק בדיקה מקיפה של אסטרטגיות של מערכת גלגל התגובה להבטחת המשימה.We מכסה את העקרונות הבסיסיים של פעולת גלגל התגובה, הסיכונים הקשורים כשל גלגלים, ארכיטקטורות שונות (מודעה ותוכנה), שיקולי יישום, ואת התרגילים הטובים ביותר נמשכים ממשימות חלליות בעולם האמיתי.עד הסוף, תהיה לך הבנה מעמיקה של איך לעצב ולתפעל מערכת תגובה חזקה השומרת על החללית אפילו לאחר מספר כישלונות.

תוצאות של Reaction Wheel Systems

כיצד פועל הגלגל

גלגל תגובה הוא למעשה מסה מסתובב (גלגל) רכוב על מנוע בתוך דיור.כאשר המנוע מאיץ או משמיד את הגלגל, שימור המומנטום הזווית גורם לחללית לסובב בכיוון ההפוך על ציר הספין של הגלגל.על ידי שליטה במהירות ובכיוון של גלגלים מרובים, החללית יכולה להשיג שליטה של שלוש צירים (pitch, yaw roll).

רוב החללית המודרנית משתמשת בתצורת פירמידת הגלגלים של 4 (FLT:0) או בתצורת פירמידת הגלגלים (FLT:1) או ב-FLT:2orthogonal 3 גלגלים בתוספת תצורה של ריצוף אחד של שלוש גלגלים (הגלגל הנוסף) מספקת ריצוף אדום ללא תוספת של ארבע.הגלגלים מסודרים בדרך כלל זו לזו כך שכל שלוש יכולות לייצר כדי לנקות על כל שלוש צירים, בעוד שארבעה שניות, בעוד שפחות מכחול או ארבע פעמים, או חום, או חום.

המונחים: key Performance Parameters

תכנון מערכת גלגל תגובה כרוך איזון מספר פרמטרים:

  • (ב) קיבולת אחסון של 0Momentum Storage CapacityFLT:1 (N.m) - קובע כמה תנופה זוויתית הגלגל יכול להחזיק לפני הישבן.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Speed RangeFLT:1) - גלגלים טיפוסיים פועלים מאפס עד 3,000-6000 רו"ח, עם כמה יחידות ביצועים גבוהים להגיע 10,000 ריאל.
  • (ב) ,0) צריכת חשמל (PowerצריכהFeloph:1) - חשוב במיוחד עבור לווינים קטנים עם לוחות סולאריים מוגבלים.
  • (ב) [15] ,9) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מדוע רדיונדנסיות היא חיונית למשימות

אפילו גלגלי התגובה האמינו ביותר יש חיים סופיים.ה-FLT:0 כשלון קצבה 1 של 1 לגלגלי התגובה החללית היה היסטורי בסביבות 1–2% לגלגל בשנה, גדל לאחר מספר שנים במסלול.עבור משימה של חמש שנים, ההסתברות של לפחות כשל גלגל אחד הופכת משמעותית.

כשל גלגל תגובה אחד יכול להפוך חללית לא מסוגלת לשמור על שליטה של שלוש צירים.במקרה הגרוע ביותר, החללית עשויה להיכנס לשפל בלתי מבוקר, גרימת אובדן של דור חשמל, חוסר איזון תרמי או נזק לכלים רגישים.גם אם הלוויין עדיין יכול לפעול, זה עלול לאבד את היכולת להצביע בדיוק, להפוך את המטרות העיקריות שלו לבלתי ניתנות להשגה.

אסטרטגיות רדונדנסיות מעדיפות את הסיכונים הללו על ידי מתן חלופות: גלגלים נוספים שיכולים להשתלט, הגדרה מחדש של מערכת הבקרה לעבוד עם פחות גלגלים, או ירידה בדחפורים (אם זמין) המטרה היא להבטיח שכישלון יחיד (או אפילו כישלונות מרובים) אינו מוביל לאובדן משימה.

מצבי כישלונות ב-Reaction Wheels

הבנת מצבי כישלונות מסייעת בעיצוב יעיל של אדמוניות.מצבים נפוצים כוללים:

  • (ב) [15] כשלון כשלון (במדבר כ"ד) - בשל ללבוש, זיהום או אובדן סיכה.
  • (ב) ,0) ממורל מתקצר או פתוח (ב) 1 - תקלות חשמליות המונעות מהמנוע לייצר טורק.
  • (ב) ,0) ,(הפסקות של ⁇ ) , ⁇ מהירות הגלגל או ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) חוסר איזון מכני של חוסר איזון (FLT:1) יכול לגרום לרטטים אשר מדגימים את ביצועי ההצבעה.
  • (ב) ,0) ,Software anomaliesFLT:1, אלגוריתמים שולטים על הגלגל מעבר לגבולות בטוחים.

אסטרטגיות Redundancy

הרדינט Redundancy: Cold vs. Hot Spares

הגישה הפשוטה ביותר היא לכלול גלגלי תגובה נוספים: AFLT:0cold PetFelo 1 הוא ללא שיתוף פעולה עד הנדרש, שמירה על כוח ולבוש מכני. AFLT:2hotחסוך pLT 3:2hotalFLT 3 הוא מסתובב ברציפות (לעתים קרובות במהירות נמוכה) ומוכנות לקחת על עצמו מיד אם הגלגל הראשוני נכשל.

לחלבונים קרים יש את היתרון של חיי מדף ארוכים יותר, אבל הם דורשים תקופת חימום ויכולים להציג מתחים מכניים כאשר לפתע נמתחים למהירויות תפעוליות. Hot חסוך להוסיף צריכת חשמל רציפה ולבוש מצטבר, אבל לחסל את העיכוב.משימות רבות להשתמש בשילוב: אחד או שניים גלגלים כי הם spun ב RPM נמוך (חם) ואחד נוסף קר.

דוגמה: טלסקופ החלל של הולאבל 1 היה במקור שישה גלגלים תגובה (ארבעה ראשיים, שני גיבוי) במהלך חייו, שלושה גלגלים נכשלו, אך הטלסקופ ממשיך לפעול עם שלושה גלגלים שנותרו באמצעות מצב מיוחד של בקרת שלושה גלגלים.

2.צלב-התרגשות ו-Wiring Redundancy

קרוס-סטרלינג כולל חיבור גלגלי תגובה לאוטובוסי חשמל מרובים, אוטובוסים נתונים, ולוחות בקר.אם אספקת חשמל יחידה או קישור נתונים נכשל, ניתן לשלוט על הגלגל באמצעות נתיב חלופי.טכניקה זו חיונית למניעת נקודה אחת של כשל ב-Avionics החללית.

לדוגמה, לוויין טיפוסי עשוי להיות שני מחשבים עצמאיים של בקרת גישה (ACC) ושני יחידות חלוקת חשמל.כל גלגל תגובה הוא חוטף ל- ACC וגם אוטובוסים כוח. כשל אחד ACC או אוטובוס אחד לא מבודד כל גלגל.

3.תוכנות ו-Algorithmic Redundancy

החללית המודרנית מעסיקה אלגוריתמים מודרניים (FLT:0) לזיהוי, בידוד ושיקום (FDIR) 1FIR) אלגוריתמים מזהים באופן אוטומטי גלגל כושל והגדרת מערכת הבקרה.

  • (ב) [17] ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) 3 גלגלים בקרת מצבי שליטה 1R - אם גלגל אחד נכשל, השלושה הנותרים עדיין יכולים לספק שליטה מלאה של שלוש צירים אם מסודרים בגיאומטריה מתאימה (למשל, פירמידה).
  • (FLT:02 גלגל שליטה FLT:1) - במקרים מסוימים, חללית יכולה לשמור על שליטה חלקית על הגישה תוך שימוש רק בשני גלגלים, אבל הציר השלישי חייב להיות נשלט על ידי דחפורים או מפגעים מגנטיים.
  • (FLT:0)Zero-momentum לעומת מודמנטום ההטיה של מודורסFLT:1 - מעבר אלגוריתמים שליטה יכול להפחית את הלחץ על גלגלים שנותרו.

תוכנה כוללת גם את (FLT:0) צופים, מצבי בטיחות, FLT:1 ו-FLT:2graceful DisFLT 3: Pathrs, לדוגמה, אם גלגל מציג רטט עצום, הבקר יכול להפחית באופן דינמי את התוספת המקסימלית שלו כדי למנוע נזק נוסף תוך כדי תרומה לשליטה בגישה.

4.Sewed Configuration and Geometric Redundancy

במקום להציב גלגלים אוטוקונים (אחד בציר), משימות רבות משתמשות בתצורה פירמידתית של תצורת פירמידה:0skeed פירמידה תצורה FLT:1 שבו כל ציר הספין של גלגל הוא בזווית לכל שלושת צירי החללית.בדרך כלל, ארבעה גלגלים ממוקמים כך שכל שלושה מספקים שליטה מלאה.

סידור משותף הוא תצורה של 3-1: שלושה גלגלים אוטוקונים בתוספת גלגל אחד של סקייוורד. השני הוא "ארבע-pyramid" עם כל הגלגלים ב 45 מעלות לשקעי החללית.האחרון מספק הפצה אחידה של יכולת טורקית בין הגלגלים וסימולציות של הקצאת שליטה.

מבחינה מתמטית, מערכת הבקרה פותרת בעיית הקצאה: בהתחשב בקטור ה-torque הרצוי, כיצד כל גלגל לתרום? עם ארבעה גלגלים ורק שלושה פקודות טורק עצמאיות, יש תואר אחד של חופש.זה יכול לשמש למזער צריכת חשמל או לשמור גלגלים בטווחי מהירות בטוחה.

דרישות ל Redundancy

ממשק פיזי והרטינג

גלגלים תגובה מייצרים רטטים שיכולים להשפיע על עומסי תשלום רגישים. Redundancy דורש מיקום זהיר כדי להימנע מתדרציות הפיכה וכדי להבטיח בידוד מכני.כל גלגל צריך להיות רכוב עם מברשות רטט (למשל, הרפסים אתריים או לחי המונים מכווננים).אם גלגל נכשל והופך לא מאוזנים, הרטטים שלו יכולים להגדיל, עלולים להשפיל את הצבעת החללית.

ניהול כוח ו-Thermal Management

ריצה של גלגלים מרובים (כולל חסמים חמים) מגבירה את הביקוש לעוצמה.עבור לוויין טיפוסי נמוך לכדור הארץ (LEO), כל גלגל תגובה יכול לצייר 5-20 W. ארבעה גלגלים בעמדה חמה עשוי לצרוך 40–80 W, אשר יכול להיות חלק משמעותי של כוח האוטובוס.התפרקות תרמית יכול גם כן משנה: המנועים לייצר חום כי יש לקרינה לחלל.

אדריכלות אוטובוסים

גלגלים מתקשרים עם מחשב בקרת הגישה באמצעות ממשקים סדרתיים (למשל, RS-422, CAN אוטובוסים, SpaceWire) כדי לספק נתיב נתונים ריצוף, ממשקי אוטובוס כפול משמשים.לדוגמה, לכל גלגל יש שני טרמפיסטים עצמאיים, אחד מחובר לאוטובוס A ואחד לאוטובוס B. Switches על לוח ההיגיון של הגלגל לבחור את האוטובוס הפעיל על בסיס אותות ניטור בריאות.

גילוי ושיקום (FDI)

ריצוף יעיל דורש זיהוי זמן של כישלונות.טכניקות FDI נפוצות כוללות:

  • (ב) ,0) ,2, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) חיישנים של אימונים:0) ויברציה (Valbrationחיישנים) 1:1 - ק"מ על הר הגלגל יכול לזהות השפלה או חוסר איזון.
  • (ב) עלייה בטמפרטורות בלתי צפויות יכולה להצביע על חיכוך מוגבר או בעיות רוח מוטוריות.
  • (ב) עיין ב-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]

לאחר שהאשמה מזוהה, המערכת חייבת לבודד את המרכיב הכושל ולקבוע מחדש.עבור חילוף קר, מעבר כרוך בהעצמה של הגלגל החוסן, להוריד אותו כדי להתאים למצב המומנטום הנוכחי של החללית (כדי להימנע ממכשולים פתאומיים), ולאחר מכן העברת השליטה.

בדיקות ואימות

אסטרטגיות של רדונדנסיות חייבות להיבדק באופן יסודי על הקרקע.

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) בדיקות הזרקת הזרקה של ההרחבה (FLT:103) כדי להבטיח שהמערכת תזהה כראוי ותבודד את הפגמים.
  • (ב) ,0) בדיקות אטוממיות-האטום 1 (FLT) של ניגודי גלגל בתנאים ריאליים.
  • (ב) ,0) בדיקות סיום (סוף) 1 של גלגלים נושאים כדי להתאים או לעלות על חיי המשימה.

מחקרים: יישום אמיתי-עולם

טלסקופ החלל האבל (HST)

הרכבה של האבל כולל שישה גלגלים בתצורה המספקת ריצוף.ב -30 שנות הפעולה שלה, שלושה גלגלים נכשלו.הטלסקופ תוכנן במקור לפעול עם שלושה מתוך שישה גלגלים, ומערכת הבקרה מחדש באופן אוטומטי להשתמש בגלגלים בריאים הנותרים.לאחר הכישלון השלישי, הצוות פיתח מצב מיוחד שני גלגלים דק באמצעות חומרים מגנטיים עבור ציר שלישי זה הראה את החשיבות של גמישות.

קישור חיצוני:0 (NASA Hubble Noteview System)

טלסקופ החלל Fermima Gamma-ray Space טלסקופ

פרימי משתמש בארבעה גלגלי תגובה בתצורה פירמידתית.ב-2018 גלגל אחד הראה סימנים של חיכוך מוגבר ונלקח משירות.שלוש הגלגלים הנותרים ממשיכים לספק שליטה מלאה, והמשימה פעלה בהצלחה במצב של שלושה גלגלים במשך שנים.לא היה צורך בגלגל גיבוי מעבר לתצורה הראשונית.זה מדגיש את הערך של אדמומיות גיאומטרית.

טלסקופ החלל קפלר

קפלר השיקה עם ארבעה גלגלים תגובה (שלושה פעילים, אחד מחוספס קר) בשנת 2012 ו-2013 שני גלגלים נכשלו, והותיר רק שני גלגלים מבצעיים.מכיוון שהחללית הייתה זקוקה לשלושה גלגלים לצורך הצבעה מדויקת, המשימה עברה למצב מדע חדש (K2) באמצעות שני הגלגלים הנותרים בתוספת לחץ סולארי עבור ציר שלישי.

לוויינים של כוכבי הלכת (CubeSats)

לווינים קטנים לעתים קרובות יש שטח מוגבל עבור גלגלים מחוסנים.קבוצת Dove נושאת בדרך כלל שלושה גלגלים תגובה (ללא חומרה Redundancy) אם אחד נכשל, הלוויין מבוסס על חומרים מגנטיים ואלגוריתמים שליטה כדי לשמור על הצבעת קוארזה, מספיק עבור הדמיה כדור הארץ.

שיטות טובות ביותר עבור עיצוב Redundant Reaction Wheel Systems

  • (FLT:0) השתמש בתצורה של פירמידת 4 גלגלים 1:1 כבסיס.הוא מספק שליטה מלאה לאחר כשל גלגל אחד ולעתים קרובות לאחר שני כשלים בהתאם לגיאומטריה.
  • (ב) ,0) למנוע גם התחממות וגם ריצוף קר 1 (ב) שבו ניתן להשגה. חסוך חם להבטיח נטילת מיידי; חסוך קר להאריך את חיי המערכת הכוללת.
  • (ב) ,0) כוח המלכודת ואוטובוסים נתונים של ההרחבה 1 (FLT:1) כדי לחסל נקודות כשל יחיד ב-Avionics.
  • (ב) ,0) ,Implement חזק FDIRFLT:1 עם מספר רב של שכבות: כלבי שמירה חומרה, מעקבי תוכנה ודרכי התערבות קרקעיים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Use רטט מנטרול 1:001, כדי להפיג את הפרעות הגלגל מהמבנה של החללית.
  • (ב) ,0) ,100 בדיקות קרקעיות מקיףות (FLT) 1 כולל תרחישים של כשל.
  • (FLT:0) מוניטור בריאות גלגל בזמן אמת LT:1) באמצעות טלמטורי נטייה לזהות השפלה לפני שכישלון מתרחש.
  • (הופנה מהדף FLT:0) ,העליון אסטרטגיית ניהול התנופה 1 (FLT:1) אשר נמנעת משרטט גלגלים בודדים, חלוקת הביקוש לסטרק באופן שווה.

נושאים מתקדמים: פיתוח טכנולוגיות Redundancy Technologies

זמן בקרה גיאוסקופים (CMGs)

CMGs הם אלטרנטיבה לגלגלי תגובה, המציעים יכולות מומנט גבוהות יותר.חלק מהחלליות הגדולות משתמשות ב- CMGs בתצורה מאוזנת (למשל, תחנת החלל הבינלאומית משתמשת בארבעה CMGs, הדורשת רק שלושה עבור שליטה) עם זאת, CMGs יש מנגנונים מורכבים יותר וצורות כישלונות שונות.עבור משימות הדורשות שיוט מהיר וגמישות גבוהה, CMG עשוי להיות מועדף, אבל עדיין תגובה דומיננטית לגלגלים.

גלגלים מגנטיים

נושאים מגנטיים פעילים מבטלים מגע מכני, צמצום ללבוש ומאפשרים לפעול במהירות גבוהה מאוד.גלגלים אלה יכולים לבנות באדום במערכת הבקרה הנושאת (רובם וחיישנים) בעודם עדיין ניסיוניים, הם מבטיחים חיים ארוכים יותר ותנודתיות נמוכה יותר.כמה משימות טסו גלגלים מגנטיים הנושאים, במיוחד על לוויינים של גרמניה:0BIRDFLT:1 וקצת תשלומים סיניים.

גז קר וחשמלי מונעים לניהול הרגעום

לא ניתן לפסול גלגלים ללא מקור חיצוני לדחף מסורתי (גז קר או hydrazine) הם בשימוש, אבל הם נדחפים.חשמל מונעים דחף גבוה יותר, ומאפשרים ניהול תנופה ארוך יותר ללא עונשים משמעותיים.חלק מהמשימות כיום משתמשים ב-FLT:0 Hall Effect PushersFLT:1 או FLT2: דחף ל-Altralrof: 3.

עלויות מסחר: מחיר, מסה ומורכבות

הוספת גלגלי תגובה מאוזנים מגדילה את מסת החללית, עלות ומורכבות.כל גלגל נוסף מוסיף בערך 1-5 ק"ג (ללוויינים קטנים) ל-15-30 ק"ג (עבור גדולים) למקורות נוספים, לרתום, ולבדיקה גם להגדיל את מאמצי הפיתוח. מהנדסי מערכת חייבים לבצע הפסקת סחר בין הביטחון הנוסף לבין העלות והתקציב ההמוני של המשימה.

For low-cost LEO missions with short lifetimes (2–3 years), a simple three-wheel system with no hardware redundancy may be acceptable, relying on magnetic torquers for backup. For long-duration science missions (5–15 years) or expensive national security satellites, full redundancy (4 wheels + cross-strapping) is standard. Fail-safe modes that use thrusters only as a last resort can reduce the number of redundant wheels needed.

קישור חיצוני:0 (הסקירה של מדע בדיוני) של שיקולי גלגל התגובה

מסקנה

מערכת הגלגל תגובה מחדש היא אבן הפינה של אבטחת המשימה של החללית.על ידי שילוב של גלגלים מרובים, נתיבי כוח חוצה-מלכד והנתונים, ותוכנות חכמות FDIR, מהנדסים יכולים ליצור מערכות בקרת גישה הסובלות מכישלונות רכיב מבלי להתפשר על המשימה.הבחירה של אסטרטגיה של ונדנסיכות תלויה משך המשימה, עלות, מגבלות המוניות ורמת סיכון מקובלת.

דוגמאות היסטוריות של האבל, קפלר ופרמי מוכיחות כי ריצוף מעוצב היטב לא רק מונע כשל משימה, אלא גם יכול לאפשר מדע חדש לאחר כישלונות בלתי צפויים.כפי שעיצובי חלל מתפתחים - אל מערכות קטנות יותר, גמישות יותר ואוטונומיות יותר - עקרונות של ונדנסיות נשאר חיוני.

עבור כל משימה שבה הצבעה מדויקת היא קריטית, השקעה במערכת גלגל תגובה חזקה ומפוכחת אינה הוצאה – זוהי מדיניות ביטוח שמגינה על כל ההשקעה של הפרויקט.

(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇