導入事例

反応車輪は、現代の衛星態度制御システムの角質であり、拡張可能な推進力なしで精密なポピートを可能にします。 角度の運動の保全の原則に基づいて動作し、これらの回転フライホイールは、宇宙船が、その軸について高い敏捷性を回転させることを可能にします。 しかし、微細な製造の不完全性や時間の摩耗さえ、これらの車輪の不均衡を導入することができます。 その結果、振動とトルク障害は、衛星の方向性を維持するために、衛星の方向性(またはその態度を直接に示す)、衛星の方向性を低下させる能力を低下させます。 地球の信頼性、および地球の正確さ、または、任意の方向性を観察する。

反応ホイール操作の基礎

反応車輪は、衛星フレームに搭載された高速フライホイールです。 回転速度を変えることで、ホイールの軸線周りの回転を引き起こし、宇宙船体とホイール交換角度の運動量。 ほとんどの衛星は、3軸または4軸の四角形マウントホイールを使用します。 態度の決定と制御システム(ADCS)の精度は、反応車輪が予測可能なトルクのみを生成するという前提に頼ります。 Imbalanceはこの仮定を中断します。

バランスの種類:静的対動的

バランスは2つの形態に分類されます。 静的不均衡は、質量のホイールの中心が幾何学的回転軸と衝突しないときに発生します。 これは、回転速度の正方形に遠心力比例を乱し、車輪の平面での振動を引き起こします。 動的不均衡は、特に、運動能力が変化するかどうかを変化させるときに発音します。

Imbalance が衛星データの正確性を低下させる方法

反作用の車輪の不均衡から派生する高度の間違いはデータ間違いに直接翻訳します。重症度は代表的なタイプによって決まります。イメージ投射衛星のために、数アーク秒の指摘の間違いはメートルによって地面のピクセルを移すことができま、そして帯域間の不規則化を引き起こしますまたはmosaicsの幾何学的なdistortion。分光器のために、視力の漂流のラインは信号に騒音の比率を減らし、スペクトルの特徴の誤訳をもたらすことができます。放射状の測定は、測定の正確さを低下させます;これらの測定の正確さを点検するために測定します;

量的影響: ジッタとポインティング安定性

不均衡な結果によって引き起こされる高周波振動(ジッタ)。 プッシュルームセンサーのために、検出器のラインが地面に広がり、ジッタは除去および幾何学的な歪みを生成します。 フラミングセンサー(惑星のカメラのそれらのように)のために、それは露出の間にイメージの動きを作成します。 高解像地球観測衛星のための典型的な要件は、10ミリ秒以上0.1アーク秒よりも優れた安定性を指摘します。 反応ホイールの不均衡は、特に構造的な速度を超えたこの図をプッシュすることができます。

例:ランドサット8と反応ホイールの問題

ランドサット8ミッションは、グローバルランドイメージングの角質である、より慎重に管理し、データ品質を維持するために必要とされている反応ホイール異常を経験しました。 2013年に、反応ホイールは、摩擦の増加を展示し、振動につながりました。 ミッションオペレーターは、ホイール速度プロファイルを調整したり、スペアホイールを使用して、操作ランドイメージャ(OLI)データで劣化を回避するなどの操作上の回避策を実装しました。 この現実的なケースでは、ホイールの健康と科学的なデータ完全性の間の重要なリンクを示しています。 [LTF] [LT] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]] [F]] [F]]] [F] [F]]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [[F] [F] [[F] [[F]] [[F] [[F] [F]] [[F] [[F

エラーの長期蓄積

バランスは一定を維持しません。軸受の摩耗、熱循環および材料のクリープによる時間をかけて悪化させることができます。 残留期間は、データ製品が使用不能になるしきい値に達するまで、しばしば無知になります。 長期的ミッション(例えば、国際宇宙ステーションの外部ペイロードまたはディープスペースプローブ)のために、初期の検出と不均衡傾向の補正は、ミッション寿命を最大化するために不可欠です。

緩和テクニック:予防的設計からリアルタイム補正まで

エンジニアは、製造中、起動前、オン軌道操作、および制御ソフトウェアを介して複数のレベルで問題を攻撃します。 最高のソリューションは、機械的精度、適応制御、および運用上の専門知識を組み合わせます。

精密バランスとオン軌道の校正

反応車輪は、生産中に非常に厳しい許容範囲にバランスが取れます。特に、数ミリグラム単位の不均衡を調節します。これにもかかわらず、真空およびゼロ重力条件はバランスをシフトすることができます。一部の衛星は、アクティブバランス機構を運びます。小さな質量は、軌道内の残留不均衡を正しくするために車輪内で放射状に移動しました。例えば、チャンドラX線天文台は、そのようなシステムを微調整するために使用しました。さらに、キャリブレーションの期間は、チームと調整を許容します。

振動分離システム

機械式分離器は、衛星構造に到達する前に、一定の周波数上の振動を加速する低パスフィルタとして機能します。 一般的な設計には、ワイヤロープ分離器、エラストマーマウント、および調整された質量減衰器が含まれます。 機器は、ジッタに非常に敏感な(例えば、ジェームズ・ウェブ・スペース・テレスコープの微細なガイダンスシステム)、反応ホイール・アセンブリは、高周波振動を分離する軟式スプリング・プラットフォームに取り付けられます。 NASAのソーラー[F]は、[F]を滑らかにするために[F] [F] [F] [F] [F] は、 [F] [F] [F] [F] [F] [F] 太陽] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]

高度制御アルゴリズム

現代の姿勢制御システムは、各反応ホイールの障害特性を認識するアルゴリズムを採用しています。 2つの強力なアプローチは次のとおりです。

  • 適応型フィーダーフォワード補償[: コントローラは、特定のホイール速度で障害トルクを推定し、それを無視する対向信号を注入します。 これは、オン軌道校正データから派生するルックアップテーブルを使用して実装することができます。
  • []分散スペーサベースコントロール[:リアルタイムフィルタは振動誘発トルクを推定し、ホイールコマンドを調節します。これにより、追加のハードウェアなしで不均衡効果を効果的にキャンセルします。

これらの技術は、冗長ホイール構成と組み合わせると特に効果的です。ADCSは、問題のある速度範囲を避けるために、ホイール間で角度の運動量を再分配することができます。

スピード管理: 重要な速度を回避する

反応ホイールには、構造共鳴が不均衡振動を増幅する特定の回転速度があります。制御システムは、それらの速度を素早く(アジャイル旋回)飛ばしたり、それらの近くでセッティングを避けるためにプログラムすることができます。この「ノッチフィルタリング」アプローチは、シンプルで効果的なソフトウェア緩和です。 ESAのコペルニクスSentinel-2のようなミッションのために、速度管理レジムは、テレメトリー分析に基づいてルーチンを定期的に更新されます。[FLT] [FLT] [FLT] [F] [F] [FLT] [F] [F] [F] [F] [FLT] [F] [F] [F] [F]] [F] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]

オペレーションベストプラクティスと冗長性

衛星オペレータは、遠隔操作を使用して、反応ホイールの性能を継続的に監視します: ホイール電流, 温度, 速度, マイクロ振動センサー. 摩擦や振動振幅のフラグの潜在障害に耐える傾向. 1 つのホイールが問題の不均衡を提示する場合, オペレータは、スペアホイールに切り替えることができますか、態度制御モードを調整することができます (例えば, 粗いポインティングのためのスラスターを使用して). 例えば, 耐圧性能を削減し、その残りのデータを管理するために、数年間にわたって動作するハブブル宇宙望遠鏡が、そのデータを保存します.

未来の方向:ハードウェアとソフトウェアイノベーション

次世代の反応車輪は磁気的に中断された軸受け(活動的な磁気軸受け)と機械接触を除去する設計され、それによって不均衡をもたらす摩擦および摩耗を減らします。磁気軸受けはまた懸濁液の力を調整することによってリアルタイムのバランスをとることを可能にします。CubeSatsおよび小さい衛星はます統合されたバランスをとるアルゴリズムのミニチュア反作用の車輪を使用します。ソフトウェア 側面では、機械学習は不均衡の進化を予測し、自動的に制御の利益を調節するために探しています。

コンテンツ

反応車輪の不均衡は、製造の許容、材料の老化および動的操作条件から生じる宇宙飛行の不必要な現実です。衛星データの正確さへのその影響は、イメージの微妙な膨らみから科学的な測定の重要な間違いまで動かすことができるprofoundです。しかし、厳密なバランスをとることによって、振動分離、適応制御および活気のある監視は、エンジニアはこれらの効果を緩和するために強いツールキットを開発しました。ミッションとして、高次元の車輪は、常に正確な方向性を把握する方向性を保ちます。