Deep Space Probess'taki Reaksiyon Tekerleklerine Giriş

Reaksiyon tekerlekleri uzay aracı tutum kontrolü temel taşıdır, tork kapasiteleri, enerji tüketimi ve uzun vadeli güvenilirlik arasında hassas bir denge sağlar. Derin uzay araştırmalarında ve bol güneş enerjisine ve sık sık istasyon tutma manevralarına güvenebilecek olan uydular, derin uzay zanaatı, yüksek işaretli sistemlerin tasarımı, bilimsel araçlar ve iletişim için hassas bir denge sağlarken, bu makale mühendislik ilkeleri, ticaret-offları keşfeder ve son dereceleri ve son derece düşük seviyeli uçaklara güvenebilecek olan asteroidleri keşfedin.

Reaksiyon tekerlekleri değişken hızlarda bir rotorla çalışır; rotor ve #8217; agular momentum, uzay aracı üzerinde bir tork kullanır, aksi yönde döndürmeye neden olur.Her bir ya da dört tekerlek üzerinde veya gramer, reaksiyon tekerlek tasarımının tam olarak üç eksenli bir kontrole ulaşması kritik olabilir. Thrusters sadece cazlık için kullanılır.

Derin Uzay Çevrelerinde Güç Kıtları

Derin uzay araştırmaları iki birincil kaynaktan güç alır: Güneş panelleri ve radyoisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG) Bir uzay aracı Güneş'ten uzak, güneş ışınlaması dramatik bir şekilde azalır; Jüpiter sadece birkaç yüz watt'dan (örneğin, New Horizons'tan birkaç dakika sonra) daha ağır, pahalı ve yönetilmelidir.

Ek olarak, derin uzay görevleri genellikle minimum termal kontrol ile uzun kıyı aşamalarını içerir, reaksiyon tekerleklerini düşük sıcaklıklarda dondurabilir ve elektronikler vurgulanmalıdır. Power iletişim, ısıtma, bilgisayar ve tutum kontrolü arasında dikkatli bir şekilde tahsis edilmelidir.

Deep Space Reaction Wheels için Anahtar Tasarım Challenges

Enerji Verimliliği ve Motor Seçimi

Motor bir reaksiyon tekerleğinin kalbidir.Zengin DC motorlar yüksek verimlilik ve uzun yaşamlarından dolayı standarttır. Güç çizerek, tasarımcılar düşük kogging tok ve yüksek manyetik florx yoğunluğu ile motorlar seçerler. Gelişmiş naifikasyon (PWM) Kontrolleri alan odaklı kontrol (FOC) daha fazla verimlilikle elektrik kayıplarına göre daha iyi çalışır. Bazı tasarımları, motorlar yüksek verimlilik noktasında, düşük kogging toplanıcı topaklık hacminde çalışan motorlar, kısa süreler için yüksek çözünürlükte çalışan bir toplanamalar için.

Rejeneratif frenleme başka bir tekniktir: Bir tekerlekin erimesi gerektiğinde, motor jeneratör olarak hareket eder, enerjiyi sık tutum değişiklikleri ile görevlerde% 10-20 oranında azaltır.Bu yenidenkapıs kinetik enerji, aksi takdirde ısıtılabilir.

Vakum ve Aşırı Sıcaklıklarda Termal Yönetim

Derin uzay araştırmaları bir vakumda çalışır, konveksiyon soğutması yok. Motor rüzgarları tarafından üretilen ısı boruları ve faz değiştirme malzemeleri genellikle uzay aracı yapısına yapılmalıdır.Eğer tepki tekerlekleri çok sıcak, yağlayıcı uzay teleskobu gibi çalışırsa, çok soğuk, yağlayıcılar katılaşan ve sertleştirici yüzeylerde çalışırsa, ısı boruları ve faz değiştirme malzemeleri -20°C ve +60°C arasında bir sıcaklık penceresini korumak için.

Mekanik Giysi ve Longevity

Reaksiyon tekerlekleri hareketli parçalarla mekanik sistemlerdir, onları bir uzay aracı başarısızlıkları haline getirir. 2019'da, TANITIM:0)Kepler uzay teleskopu), ikinci bir reaksiyon tekerleğini kaybetti, temel görevini sonlandırır.Zengin yüzeysel yükleyicisi (aktif manyetik taşımalar) en yüksek çözünürlükte, sürekli güç ve kontrol elektronikleri kullanarak aşınmaları gerektirir.

Reddans ve Fault

Başarısızlık ile başa çıkmak için, en derin uzay araştırmaları dört reaksiyon tekerleğini bir piramit konfigürasyonunda taşır, herhangi bir üçü tam üç eksenli kontrol sağlayabilir ( dördüncüsü bir yedektir). Tekerlekler, eğer bir başarısız olursa, kalan üç kişi hala tüm axs, albeit ton kapasiteleri azaltılabilir. Software algoritmaları tespit eder (örneğin, mevcut çatlaklar) ve otonom olarak kontrol sistemini yeniden yapılandırır.

Malzeme Seçimi ve Rotor Tasarımı

Rotor (flywheel) bir ivme depolar: 0:0)momentum = anlık inertia × angular hızı[Döntilmiş bir ivme gereksinimi için, tasarımcılar genellikle yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bir hız veya daha küçük bir tekerlekler kullanarak, daha hızlı bir şekilde ısıtılabilir.

Karbon fiber-reinforced polimerler gibi kompozit malzemeler, düşük termal genişleme ile daha hafif alternatifler olarak ortaya çıkmaktadır. Birim başına yüksek bir inertia arsasına sahip olmak için uyarılabilir, tekerleği hızlandırmak ve decelerate etmek için gerekli olan enerjiyi azaltın. Ancak, kompozitler vakum ve potansiyel mikrokırdaklık altında ısınıyor.

Power-Limited Deep Space Missions için Yenilikçi Çözümler

Manyetik yatakları (SMBs)

En umut verici yeniliklerden biri yüksek sıcaklık süper iletkenliği ile elde edilir.Bu yataklar, 2022 yılında, NASA’ 03.Düzücük Araştırma Merkezi) ile bir motorla birlikte, SMB'lerde sabit bir güç kaybı sağlandığında, yüksek çözünürlükte 77 °C'ye kadar (yalnızca) yüksek çözünürlükte bulunan bir motora sahiptir.

Momentum Unloading without Thrusters

Rezmin tekerlekleri dış tonlar nedeniyle zaman içinde bir ivme biriktirir (solar baskı, yerçekimi gradients).Bir gezegenden kaçınmak için uzay aracının mekaniksel olmayan yönleriyle etkileşime girmesi gerekir; güç sınırlı problar için, iter atışları boşanır ve hassas aletlerle çalışmak için güçlü bir alan yoktur. Bazı araştırmalarla birlikte çalışır.

Başka bir konsept, yüksek talep süreleri boyunca onları düz güç yüklerine çevirerek, yüksek talep aralıkları sırasında motor/jeneratör aracılığıyla kısmen elektrik gücü elde edebilir, ancak derin uzay uygulamaları deneysel olarak kalır.

Gelişmiş Kontrol Algoritmaları

Modern kontrol stratejileri, hız profillerini optimize ederek güç tüketimini azaltır. Model tahmin edici kontrol (MPC) önümüzdeki tavır manevralarını (örneğin, güneş paneli rotasyonu veya bilim aleti işaret eder) ve hızlanan sürücülerin enerji artışlarını en aza indirmelerini öngörebilir.Desaturasyon olayları, uzay aracı ve#8217; güç sistemi yedek kapasiteye sahip olduğunda (örneğin, güneş panelleri azami sabitlemede maksimum donanıma sahip olduğunda).

Vaka Çalışmaları: Reaksiyon Tekerlekleri İnanılmaz Derin Uzay Misyonları

Cassini-Huygens (1997-2017)

Cassini orbiter, Satürn'ü ve aylarını keşfedecek cihazlar için son derece istikrarlı bir şekilde işaret eden dört reaksiyon tekerleği taşıdı:0)Honeywell International[FLT] arasında tüketilen reaksiyon tekerlekleri ve son derece düşük ücretli bir süre boyunca 11 yıllık bir görev için tasarlandı.

Şafak (2007-2018)

Vesta ve Ceres'e yapılan Şafak görevi, Dünya yörüngesinde 10 kW'lık bir kesinti sistemi kullandı, ancak sadece -1.3 kW'ın tepki tekerleklerinden çok daha istikrarlı bir şekilde kontrol etmesi gerekiyordu.

Yeni Ufuklar (2006-still aktif)

Yeni Ufuklar uzay aracı, şimdi Pluto uçlarından sonra Kuiper Kemere'ye doğru ilerliyor, hassas işaret için tek bir ana reaksiyon tekerleğini kullanıyor. Onun gücü bütçesi son derece sıkı: Pluto (39 AU), sadece Dünya seviyesindeki güneş ışığının% 4'ünü alıyor, tüm uzay aracı için yaklaşık 228 W üretiyor. Tekerlek reaksiyonunu çalıştırdığında, mevcut güçlerin önemli bir kısmıdır.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Derin uzay görevleri daha hırslı hale gelir (örneğin, yıldızlararası problar, Uranus ve Neptün'e genişletilmiş görevler), düşük güç, yüksek olasılıklı tepki tekerlekleri teşvik eder. Araştırmaya odaklanır:

  • [0]Mikro- ölçekli tepki tekerlekleri [Dönetici:0) CubeSat tabanlı derin uzay Explorers için sadece birkaç yüz miliwatt üzerinde çalışabilecektir.
  • [FONT:0)Integrated control moment gyroskops (CMGs)), yüksek tork üretimine hafifçe ancak daha karmaşık mekaniklerle birlikte CMG'ler zaten ISS'de kullanılıyor ve miniaturized edilebilir.
  • [FONT:0)Kendi kendine özgü yağlar[Dönetici:0) ve elektrostatiksel kullanımları tamamen ortadan kaldırmak için kullanan sağlam devletler.
  • [FONT:0)Makine öğrenme tabanlı yaşam tahminine göre proaktif olarak program bakımı (örneğin, tekerlek hızı, başarısızlıklar meydana gelmeden önce yeniden dağıtmaya geri döner.

Avrupa Uzay Ajansı (ESA), 0.0° işaretli doğrulukla düşük güç tepki tekerleklerini test etmek için programdır. [FONTA'nın uzay mühendisliği sayfası).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Derin uzay araştırmaları için reaksiyon tekerlekleri tasarlamak, Cassini ve Dawn gibi görevlerin bir egzersizdir: Her bir watt ve kilogram, motor verimliliğini, termal kontrol, yatak teknolojisi ve yazılım algoritmalarının sınırlarına ihtiyaç duyan manyetik yarayağı içerecektir.Bu görevlerin başarısı, Cassini ve iyileştirici kontrol sistemi gibi görevlere hizmet ederken, bir sonraki uzay Explorers üretimi muhtemelen manyetik donanıma sahip olacaktır.

Gelecekteki uzay ve dış güneş sisteminin icy aylarını hedef alan araştırmalarla, uzayın daha verimli tepki tekerlekleri için arayışı, bugün malzeme seçimi, kırmızı tasarruf ve güç yönetimi yapılan ticaret noktalarının bir sınırı olarak kalacaktır.