Uzay Astronomisinde Stability Matters Neden Nokta
Uzaylı astronomik araçlar Dünya atmosferinin üzerinde çok fazla faaliyet gösteriyor, bu da uzak nesnelerden ışıkların çoğunu engeller ve hatta uzayın vakumlarında bile, bu cihazlar keskin görüntüler yakalamada muazzam zorluklarla karşı karşıya kalacak. Uzaylı sistemler bu sorunu öncelikle akıllı bir elektromekanik cihazla çözmüş olmalı: bu hassas bir nesneyi saatlerce takip etmek veya takip etmek.
Mekanikçiler bir uzay aracının yönünü değiştirebilirken, uzaydaki tekerleklerin astronomik aletlerini rahatsız eden ve uygulamalarını James Webb Uzay Teleskobu ve ötesinde daha verimli bir alternatif sağlar.
Reaksiyon Tekerlekleri Nedir?
Onun özünde, bir reaksiyon tekerleği, bir uzay aracı içinde bir elektrik motoruna bağlı bir dönüşdür. Motor hızlandığında veya tekerleği zayıflatırsa, uzaysal momentumun korunması, uzaysal bir görüntüleme için gerekli olan iyi bir tutum kontrolüne neden olur.Bir veya daha fazla tekerleklerin hızını kontrol ederek, mühendisler yüksek hassasiyetle ve dışsal bir pervanantaj olmadan hareket ettirebilir.Bu ilke, Newton'un üçüncü kanununda temel olarak, Newton'un üçüncü yasasında temel olan iyi bir tutum kontrolüne izin verir.
Reaksiyon Wheels'ın Arkasında Fizik
Temel fizik basittir: bir reaksiyon tekerleği kapalı bir sistemin parçasıdır. Uzaylı artı tekerlek, uzayda dış bir tonluk eylemleri olmadan sürekli olarak sürekli olan bir ivmeye sahiptir.Bu ilişki mühendislere tam olarak kontrol sağlar: hızdaki küçük bir değişiklik, hızdaki küçük bir ivme sağlar.
Üç eksenli stabilizasyon için, çoğu uzay aracı, bir eksen etrafında her kontrol rotasyonu (pitch, yaw, roll) etrafında bir dizi hıza kadar üç reaksiyon tekerleği kullanır. Bazı görevler, bir başarısız durumunda dördüncü kattan yukarı doğrulanmış bir tekerlek ekler. Tekerlekler, tasarım ve görev gereksinimlerine bağlı olarak, dakikada sıfırdan birkaç bin devrimden gelen hızlarda geri dönebilir.
Bir Reaksiyon Wheel Assembly
Tipik bir reaksiyon tekerleği meclisi birkaç önemli parçadan oluşur:
- [FONT:0)Flywheel: [Dönekli: [Dönekli, tam olarak dengeli bir rotor, genellikle metal veya kompozit malzemeden yapılmış. Kitle dağıtım, tekerlek miktarını dikte eden inertia anısını belirler.
- [FONT:0)Elektrik motoru: [Dönetici: [Dönetici:0) Bir fırçasız DC motor, uçucu hızlandıran veya sildiren bir sürücü elektronik ünitesi tarafından kontrol edilir.
- [FONT:0)Bearings:[[Döncükler:) Yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, genellikle vakum ve aşırı sıcaklıklar için optimize edilmiş olan, miliyi miniz ve aşınmaya devam ederken destekler.
- [FONT:0)Housing: Tekerlekleri kirlenmeden koruyan ve yapısal destek sağlayan mühürlenmiş bir muhafaza. Ayrıca motor tarafından üretilen ısıyı bozmak için termal yönetim özellikleri de içerir.
- [FONT=0)Speed sensör:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir tachometre veya optik encoder gibi bir cihaz kontrol sistemine gerçek zamanlı geri bildirimler sağlar.
Uzay destekli reaksiyon tekerlekleri vibrasyonları, termal bisiklet ve radyasyonun etkilerine dayanmalıdır. Genellikle 5–15 yıl boyunca tasarlanırlar, ancak birçok kişi beklentileri aştı.
Reaksiyon Tekerlekleri Nasıl Enable Stabil Görüntüleme
Uzaydaki sabit görüntüleme, sabit bir çizgi-görünü minimum jitter ile korumak için teleskop gerektirir, genellikle uzatılmış dönemler için. Reaksiyon tekerlekleri bunu üç ana mekanizmayla elde eder: iyi işaret kontrolü, rahatsız edici reddedilme ve uzun vadeli bir yıldız.
Güzel Noktalama Kontrol
Uzay Teleskobu bir yıldız gözlemlendiğinde, birkaç bininci bir yaysaniyesi içinde hedef almalı. Tekerlekler bu hassaslık seviyesi için ihtiyaç duyulan küçük tonlar üretmek için bir devrimin hızını değiştirebilir.
Bu iyi kontrol özellikle korograflar ve interferometreler için kritik, altmışlık bile gözlemleri mahvedebilir. Reaksiyon tekerlekleri, yüksek çözünürlüklü görüntüleme için onları vazgeçilmez hale getiremez.
Disturbance Rejeksiyon
Uzaylı yörüngede sayısız dış tonlara tabidir: güneş radyasyon baskı, yerçekimi gradient etkiler, manyetik alanlar ve hatta mikrometeoroidlerin küçük etkisi, aktif tazminat olmadan, bu güçler yavaş yavaş yavaş yavaş bu teleskopu herhangi bir istenmeyen rotasyonu iptal etmeye zorlar.
Örneğin, Güneş Dünya L2 Lagrange noktasında çalışan James Webb Uzay Teleskopu, büyük güneş koruyucusu üzerinde sürekli güneş radyasyon baskısını deneyimliyor. Reaksiyon tekerlekleri bu torkları absorbe etmeye izin veriyor, hassas optiklere güvenmeksizin hassas işaretini korumak ve değerli yakıtları tüketecek.
Uzun Süreli Staring
Birçok astronomik gözlem, teleskopun saatlerce tek bir hedefte görünmesi veya hatta günlerce uzak galaksiler veya geçiş eskileri gibi sert nesnelerden yeterince fotometri toplamak için teleskop gerektirir.Bu süre zarfında, uzay aracının ışığının amacından ölçülmemesi gerekir. Reaksiyon tekerlekleri uzun süre boyunca gerekli toparlanabilir ve sürekli olarak orta hızlarda çalışamaz.Bu kapasite, eski bir geçiş fotometrisinde, bir yıldızın ışıkını ölçemez.
İyi işaret için tepki tekerlekleri kullanan Kepler uzay teleskopu, bu istikrara çok fazla şey borçludur. Kepler dört yıl boyunca tek bir gökde yıldıza baktı, 150.000'den fazla yıldızın parlaklığını sürekli olarak izleyelim.
Diğer Attitude Kontrol Yöntemleri Üzerinde Avantajları
Reaksiyon tekerlekleri uzay aracı yönlendirmesini kontrol etmenin tek yolu olmasa da, astronomik araçlar için farklı avantajlar sunarlar:
- [FONT:0) Yüksek hassas:[Döneticiler çok iyi tork adımlar üretebilir, alt-arcsan işaret doğruluk sağlar.
- [FONT:0] Hiç pervanant tüketim: [Döncükler aksine, reaksiyon tekerlekleri sadece güneş panelleri tarafından oluşturulabilecek elektrik gücü gerektirir. Bu, misyon hayatını genişletir ve kütleyi azaltır.
- [Düzücük titreşim: [Düzücük Olmayanlar İçin Çok Daha Kolay Bir Şekilde Kesir, Mekanik Sinirlerden Görüntülü Görüntüler.
- [FONT:0) Redplacecy:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir tetrahedral düzenlemede dört tekerlek ile, bir tekerlek kaybı hala üç eksenli kontrole izin verir, görev sağlamlığını geliştirir.
Kontrol anı gyroskops (CMGs) Uluslararası Uzay İstasyonu gibi büyük uzay aracı için bir alternatif sunuyor, ancak daha ağır ve daha karmaşıktır. Çoğu uzay teleskopları için, reaksiyon tekerlekleri hassas, verimlilik ve basitlik en iyi dengesini grevler.
Sınırlamalar ve Mitigation Strategies
Reaksiyon tekerlekleri dezavantajları olmadan değildir. Mühendisler sınırlamalarını aşmak için birkaç strateji geliştirdiler.
Reaksiyon
Çünkü bir reaksiyon tekerleği sadece belirli bir hız aralığında (tipik olarak birkaç bin RPM) geri dönebiliyor, ancak sabit veya manyetik torklar (Dünya manyetik alanı ile etkileşime giren) ile etkileşime girilmesi ve bu yönde bir kontrol sağlamadığı söylenir.
Örneğin, Hubble Uzay Teleskobu, tepki tekerleklerinden ivme kazanmak için manyetik tonları kullanıyor. Bu, tekerleklerin normal aralıksız pervane olmadan çalışmasını sağlar. Ancak, düşük Dünya yörüngesinin ötesindeki görevler (örneğin JWST gibi) manyetik torkçılara güvenemez, çünkü interplanetary manyetik alan zayıf veya kullanılamaz.
Asr ve Mikrovibrasyonlar
Rezminatörler sınırlı yağlarla vakumda çalışır. Yıllar boyunca, yağlayıcılar küçülebilir, istenmeyen titreşimler üretmek için tekerleği arttırabilir ve bu mikrovibrasyonlar uzaysal ısı ve düşük görüntü kalitesi ile ortaya çıkabilir, özellikle yüksek uzaysal frekanslarda bunu azaltırlar.
Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu (eski WFIRST) gibi bazı yeni görevler, gelişmiş yatak malzemeleri ve aktif vibrasyon iptalleriyle tasarlanmış "kahraman" reaksiyon tekerleklerinin kullanımını araştırıyor. Bu yenilikler koronografik doğrudan exoplanets görüntüleme için gerekli seviyelere düşürmek için tasarlanmıştır.
Single-Point Başarısızlıkları
Birçok görev kırmızı yedek tekerlekleri içeriyor olsa da, bir tekerlekten daha fazla başarısızlık görevi tehlikeye atabilir. Kepler uzay teleskopu 2013 yılında iki tane reaksiyon tekerleğini ilk exoplanet anketini sona erdirmektedir. Ancak, mühendisler kalan tekerlekleri ve güneş basıncını K2 olarak adlandırılan bir takip görevi için dengeleme görevi için kullandı.
Reaksiyon Tekerlekleri Kullanılabilir Uzay Misyonları
Hubble Uzay Teleskopu
1990 yılında başlatılan Hubble, servis görevleri sırasında altı reaksiyon tekerleği kullanıyor, ancak tasarım derin uzay görüntülerinin eski atmosferlere yol açmasını sağlayacak şekilde kanıtlandı.0) Hubble, kontrol genel bakış açısını kilitledi[Dönemli 1 $).
James Webb Space Teleskobu
JWST, bir tetrahedral konfigürasyonunda altı reaksiyon tekerleği ile çalışır, çünkü yüzeysel rahatsızlıkların en aza indirildiği yerde, teleskopun birkaç mil içinde bir hedefin içine işaret ettiği bir koarse işaret sistemi vardır, sonra reaksiyon tekerlekleri de milis hassaslığı hedeftir.
Kepler ve K2 Misyonlar
NASA'nın Kepler misyonu, her iki tekerlekin de K2 misyonunu tetikledi ve Kepler'in performansını kontrol etmek için dört reaksiyon tekerleği kullandı.[Devrim ve PLATO gibi görevlerin tasarımını etkiledi).
Gaia
Avrupa Uzay Ajansının Gaia misyonu, bir milyar yıldız üzerinde haritalanıyor, Gaia’nın tepki tekerleklerinin performanslarını yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş performans belgesi[ESAFLT:1).
Reaksiyon Wheel Technology'de Future Yol
astronomik araçlar her zaman yüksek bir istikrar talep ediyor –özellikle de Dünya gibi eskileri doğrudan görüntüleme için –reaction tekerlek teknolojisi, performans geliştirmek için vaat eden çeşitli alanları gelişmeye devam ediyor:
- [FONT:0)Magnetic yataklar:[Dönetici:[Dönetici:0) Manyetik kullanım ile geleneksel top taşımalarını geri yükleme, aşınma ve titreşimi azaltma. Manyetik yataklarla deneysel reaksiyon tekerlekleri ISS üzerinde test edildi ve gelecekteki yüksek güvenilirlik görevleri için standart olabilir.
- [FONT=0]Active damping:[Dönetici:[Dönetici:0)[Döneticileri veya manyetik barajları gerçek zamanlı olarak iptal edebilir.Bu yaklaşım Lynx X-ray observatory konsepti için incelenir.
- [FONT:0) Yüksek enerji kapasitesi:[Dönetici: [Dönetici:0) Daha güçlü motorlarla daha fazla angular momentumunu depolayabilir, ivme çöpleri arasındaki süreyi genişletir.Bu, iter kullanımı sınırlı olan derin uzay görevleri için önemlidir.
- [FONT:0]Hybrid sistemleri: [Dönetici: [Dönetici:0] [FOLNT=FONT=0)Hybrid sistemleri: [Döneticileri kontrol an jiros veya hatta küçük iterleri olan tepki tekerlekleri en iyi performans için bir kombinasyon kullanacak.
Bu yenilikler, Habitable Worlds Gözlemevi gibi bir sonraki nesil teleskopları ve Büyük Ultraviolet Optik Ultra fotomior (LUVOIR) görüntüleme kayaçları yansıtarak gerekli olan stabiliteyi elde etmek için sağlayacaktır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Reaksiyon tekerlekleri uzaydan astronomik araçlar için temel bir teknolojidir.Sessiz, kesin ve pervantsız tavır kontrolü sağlayarak, bilim insanlarının her şeyi eski galaksilerden en uzak galaksilere çalışmalarına izin verirler. - modern sınırlar mümkün olduğunca hırslı gözlemleyiciler geliştirirken, bu heyecan verici adımlar atarak, bu heyecan verici gözlemleyicileri ortaya çıkarırlar, Hubble'ın ikonik görüntülerin JWST'nin derin kızılötesi görüşlerine daha iyi performans göstermesine izin verir.