Dünya gözlem uyduları, modern çevresel izleme, iklim bilimi ve felaket yönetiminin iş yollarıdır. crisp, yüksek çözünürlüklü görüntüyü sunmak için - Amazon'da bu hassaslığı ölçmek, hassas tarımı ölçmek veya desteklemek - uzay aracının aşırı derecede istikrarlı ve doğru bir şekilde işaret etmesi gerekir.Bir usulsüz görüntü ve bir bulanıklık genellikle bir istikrara uğrar.

Reaksiyon Tekerlekleri Nedir?

Bir reaksiyon tekerleği geri dönen bir kütledir - bir uydu içinde uçarak, bir elektrik motoru tarafından yavaşlama veya yavaşlamak. temel ilke bir angular momentumu korumadır: tekerleğin tek yönde hızlandığında, uydu gövdesi tam tersi yönde döner.Bu, uzay araçlarının yönlendirmesini (herhangi bir kitleyi) tam olarak ayarlamasına izin verir.

Rezmin tekerlekleri genellikle yüksek bir atalet metal veya kompozit diskten inşa edilir, hassas yataklar üzerinde desteklenir ve fırçasız DC motor tarafından yönlendirilir. Tüm montaj, kapalı bir konteynerde yapılır, genellikle bir inert gazla dolu veya vakumda çalıştırılır, en aza indirmek için yapılır. Modern reaksiyon tekerlekleri kompakttır - CubeSat-boyutlu birimler için yarım metreye kadar ayarlanır - ancak Newton-meter-saniyelerde ölçebilir.

Bir reaksiyon tekerleği ve bir "momentum tekerleği" arasındaki fark ince ama önemlidir. Bir ivme tekerleği genellikle üç eksenli kontrol ve kırmızıya karşı direnmek için sabit bir yüksek hızda bir reaksiyon tekerleği sağlar.

Reaksiyon Tekerlekleri Nasıl Enable Precise Pointing

Bir Dünya gözlem uydusu tek bir eylem değil, kapalı bir kontrol süreci. Uydunun tutum kararlılığı sistemi - yıldız takipçileri, güneş sensörleri ve gyroskopları - alt-arcsan doğruluk için mevcut olan yönelimi hesaplamak. Bir bilgisayar bunu istenen yönelimle karşılaştırır ve herhangi bir hataya ihtiyaç duyulan toparlama sistemini hesaplar.Bu tork komutunu doğrulayan tepki hızına göre değiştirir.

Çünkü reaksiyon tekerlekleri son derece iyi ayarlamalar yapabilir - bazen sadece ikinci bir derecenin birkaç binincisi - Dünya gözlemi için gerekli olan yavaş, sürekli izleme için idealdir.Bir hedefin aşırı yüklenmesi durumunda, bu hedefin birkaç saniye boyunca ayna veya sensör taramaları garanti altına alınması gerekir. Herhangi bir jitter veya oscillation görüntüsü bulanıklaştırır.

Kontrol Algoritma ve Performans

Rejim tekerleklerinin zaman içinde tekerlekler değiştiğinde işaret eden yazılımlar genellikle dış torklar için (örneğin, yüksek çözünürlükte veya güneş radyasyon basıncı gibi) daha iyi hesaplanan bir model tahmin edilebilir kontrol veya adaptif algoritmaları kullanır. Sonuç, modern Dünya gözlemleri normal olarak, normal olarak, ikinci dereceden daha iyi bir şekilde ve stabilite elde etmek için birkaç mikro-radyucu kontrol veya adaptif algoritmaların stabilitesi.

Bir illüstrasyon örneği: NASA'nın Landsat 8 ve Landsat 9, Honeywell'den tepki tekerlekleri kullanıyor ( HR12 ve HR16 modelleri) 9.6 arksaniye bilgilerini işaret etmek ve 5.0 mikro-radyın 1 saniyelik bir entegrasyon dönemi boyunca istikrarını işaret etmek için coğrafi olarak 15 metre içinde doğru olan Operasyonel Arazi Görüntüleyicisi için.

Dünya için Reaksiyon Tekerleklerinin Avantajları

Yönelme görevlerinin işaretlenmesine yönelik tepki tekerlekleri tercihi birkaç net faydadan kaynaklanıyor:

  • [FONT:0]Fuel Verimliliği ve Genişletilmiş Misyon Yaşam: Reaktif tekerlekler, on yıl boyunca güneş panelleri tarafından üretilen, Thrusters pervanant, limitli bir görev ömrüne son verdi.Sadece büyük yörünge manevraları veya acil durum desaturasyon için, uydular 10-15 yıl veya daha fazla çalışabilir.
  • [FONT=0) Yüksek Hassasiyet ve Smoothness: [Dönetici: [Dönetici:0] Rezminler, yüksek çözünürlükte sürekli, lineer bir tork sağlarlar. Mikro-radian, küçük kimyasal iterlerin dürtüsel güçlerini üretirler, bu pürüzsüzliği, sentetikometrik bir yüzey radarı (InSAR-1) gibi görevleri yerine getirirler.
  • [FONT:0)Redüktör:[Dönetici: 0,0)[Döncükler: 0,0)Redüktör:[Döncükler, hassas optik veya güneş hücreleri üzerinde kontraksiyon tekerlekleri üzerinde kontraksiyonlar için kontraseptif olmayan tek seçenektir, bu yüzden maruz kalan aynalarla teleskoplar için tek uygun seçenek değildir.
  • [FONT:0]Mechanical Siksi (in konsepti):) Bir reaksiyon tekerleği meclisinin bir hareket parçası vardır (çoğu valfli, enjekte eden ve aksaklık sistemi ile karşılaştırıldığında, daha yüksek güvenilirliklere tercüme edilebilir.

Sınırlamalar ve Mühendislik Çözümleri

Avantajlarına rağmen, reaksiyon tekerlekleri zorluk çekmeden değildir. En iyi bilinen konu şu şekildedir:0) Uyduyu kontrol etmek için ). Bir reaksiyon tekerleği sadece dış bir ton hızıyla geri dönmelidir, genellikle birkaç bin devrime ulaşırsa, aynı yönde daha fazla tork sağlayamaz - "Odayı kontrol etmek", tekerlek yavaş yavaşlamak zorundadır.

Desaturation Techniques

Üç ana yöntem, yük reaksiyon tekerlek ivmesi için kullanılır:

  • [FONT:0)Magnetic Torklar (Magnetorquers): [Döneticileri, manyetik alan daha zayıf olan manyetik bir dipol yaratırlar, bu da birincil desaturasyon cihazını üretmek için manyetik alan ile etkileşime girerler.
  • [FONT:0]Thrusters (Reaction Control System): [Döneticileri küçük kimyasal veya elektrik iterleri tekerlekleri olmayan bir tokron uygulamak için kısa sürede ateş edebilir. Bu, perten olarak kullanılır - sadece magnetorquers acil manevralar sırasında veya geostationary yörüngede olduğu gibi yeterince toplanamaz.
  • [FONT:0)Gravity Gradient ve Solar Radyasyon Baskısı:[Dönetici: 0,3) Bazı görevlerde, uzay aracının doğal dinamik ortamı kullanılabilir.Köpektif gradient'ye dönerken veya güneşe göre güneş paneli açısını ayarlayarak, küçük torklar tekerlek ivmesini yönetmek için uygulanabilir.

Mekanik Giysi ve Başarısız Modlar

Reaksiyon tekerleği taşımalar uzun süredir en yaygın başarısızlık noktasıdır, bu riskleri hızlandırabilir veya göç edebilir, “süre” veya yüzeylere zarar verebilecek mikroskobik mikroskop üretimine yol açabilir. Yüksek performanslı hızlar bu riskleri hızlar:

  • Braycote 601 veya benzer perfluoropoliether yağları gibi yaşam boyu süren yağlar kullanmak.
  • En iyi bir aralıkta tekerlek ısısını korumak için ekipmana sahip olmak.
  • Kitlesel eksantrikiteleri karşılayan aktif dengesizlik sistemlerini tasarlayın.
  • Birden fazla tekerlek (tipik olarak dört bir tetrahedral konfigürasyonu) çalıştırın, böylece eğer biri başarısız olursa, kalan üçü hala tam kontrol tokunu sağlayabilir.

Mikro-Vibrasyonlar ve Jitter

Mükemmel bir dengeli reaksiyon tekerleği bile kusurları ve motor tokyokları dalga geçmek için bazı titreşimler üretir. Bu mikro-vibrasyonlar yapısal rezonansları heyecanlandırabilir, uydunun kamerasını jitter ve bulanık görüntülere neden olabilir.

  • Pasif vibrasyondaki reaksiyon tekerlekleri (örneğin, ayarlanmış kitle demper veya flexures).
  • Yapısal rezonans frekanslarından kaçınan hızlarda çalışır.
  • Uydunun kendi hızlayıcıları titreşimleri ölçtüğü ve reaksiyon tekerleği motoru rahatsızlıkları iptal etmek için emrediliyor.

Gerçek Dünya Gözlem Sistemleri Reaksiyon Tekerlekleri Kullanıyor

Reaksiyon tekerlekleri Dünya gözlem filosunda çok az şey var. Aşağıda hükümet tarafından yapılan bilimsel misyonlardan ticari yüksek çözünürlüklü görüntüleyicilere kadar önemli örnekler var:

NASA'nın Landsat Programı

Landsat 8 ve 9, 2013 ve 2021 yılında başlatılan, her biri sürekli olarak, küresel 30 metre uzunluğundaki görüntüleyicisi sağlamak için dört adet Honeywell HR16 tepki tekerleği taşıyor.

Avrupa Uzay Ajansı'nın Sentinel-1

Sentinel-1A ve -1B (ve gelecek-1C) C-band sentetik aperture radarlar bir takımda çalışandır. SAR görüntüleme radar aşamasını yeniden yapılandırmak için son derece hassas tutum bilgisi ve kontrol gerektirir. Sentinel-1, Alman şirketinden dört reaksiyon tekerleği kullanır Astro- und Feinwerktechnik Adlerhof (şimdi Airbus Savunma ve Uzayın bir parçası).

Maxar's WorldView-3 ve -4

Bu ticari görüntüleme uyduları, uydunun neredeyse 8 kilometrede doğruyu tutmasını sağlamak için 31-centimeter panchromatic çözünürlüğünü üretir - bu tür keskin görüntüleyici için talep, Honeywell veya Rockwell (Jo Aerospace)'den tepki kontrol döngüsüne tepki verme işlemine kadar 10 metreden daha iyi bir testtir.

NOAA'nın GOES-R Serisi

GOES-16 ve GOES-18 gibi Geostationary hava uyduları, karşıtlık için sürekli yüksek hızda reaksiyon tekerleklerinin değişkeni) gyrooskopik sertlik, Advanced Baseline Imager'ın iyi işaret ettiği için daha büyük bir reaksiyon tekerlekleri sağlamak.

Reaksiyon Wheel Teknolojisinde Geleceği Trendleri

Uydu miniaturizasyon ve ticari takımlar genişliyor olarak, reaksiyon tekerleği gelişimi gelişmeye devam ediyor:

  • [FONT:0) CubeSats içinMiniaturized Wheels:[Dönetici: Birkaç şirket şimdi 200 gram altında ağırlık veriyor ve sadece 1-2 watts harcıyor.Bu, CubeSats'ın alt derece doğru işaretine ulaşmasına izin veriyor, bir ayakkabı kutusu boyutunun yüksek çözünürlüklü olması için. Örnekler, Blue Canyon Technologies XACT tavır kontrolü sistemi ve CubeWheel'i Astrofein'den satın alıyor.
  • [FONT=0) Kontrol Moment Gyroskops (CMGs): [Dönergeli uzay aracı veya hızlı slews gerektiren görevler için (örneğin, hızlı bir başarı için CMG’ler, bir CMG’nin tepki tekerlekleri/CMG sistemleri üzerinde daha yüksek toparlanmış olması için, bir fikre sahip olduğu bir tepki tekerleğinin değiştirilmesine izin verebilir.
  • [FONT:0)Bearingless (Magnetic Suspension) Wheels:[Dönderlik takmak için, araştırma grupları aktif manyetik yatakları kullanarak elde edilen reaksiyon tekerlekleri geliştiriyor.Bu tekerlekler jitter'i azaltıp yaşamı uzatabilir.
  • [FONT:0]Integrated Desaturation:) Future uydular, aynı güç otobüsü kullanan elektrikli tahrik edicileri birleştirebilir. Elektrikli iterler sadece inert gaz için çok iyi torklar sağlayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Reaksiyon tekerlekleri modern Dünya gözlem uydu tasarımının bir temel taşıdır. Sürekli, yüksek çözünürlükte toplanabilme yeteneği, on yıl veya daha uzun süre çalışır, iklim izleme, felaket yanıt ve ticari uzaktan algılama için gerekli olan istikrarlı görüntülemeyi sağlayarak, sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık görülür, motorlar, yörüngelerin sınırlarının ötesine geçmeye zorlanan diğer teknolojilerle gelişmektedir.

Fizik ve reaksiyon tekerlekleri uygulaması hakkında daha fazla bilgi için, Avrupa Uzay Ajansı, tutum kontrol algoritmalarına mükemmel bir genel bakış sunar:0) Yöneylem yazısı).Seksle ilgili daha ayrıntılı özellikler[Döneticileri için ayrıntılı özellikler bulunabilir:2Honeywell HR12 veri sayfası).