Reaksiyon Tekerlekleri: Uzaylı Attitude Kontrolü Vakfı

Uzay tabanlı bilimsel araştırma görevleri, uzun süre boyunca aşırı hassas ve istikrarlı yönelimli araçları işaret etme yeteneğine bağlıdır. Reaksiyon tekerlekleri bu yeteneği hızlandırıcı, teleskoplar, spektrometreler için vazgeçilmez hale getirmek ve diğer hassas ücret yüklerini azaltmak için mühendislik stratejileri.Bu elektromekanik cihazlar, hızlı uçarak uçan uçan uçan uçaklarda bir ivme sağlar ve bu ivmeyi kontrol eden rotasyonlara devre dışı bırakmak için sağlar.

Reaksiyon Tekerlekleri Nasıl Çalışıyor: Fizik ve Mekanik

Bir reaksiyon tekerleği aslında bir iplik rotoru -tipik olarak bir disk veya silindir - uzay aracı içindeki bir montaj üzerinde durdu. Tekerlekin elektrikli motoru, rotoru hızlandırdığında, agular momentumunun korunması, uzay aracının tersinin tersi yönde dönmesine neden olur.Farklı axes ile uyumlu olarak, tutum kontrolü sistemi yüksek hassasiyetle bir şekilde uzay aracına yön veren herhangi bir yönde yönlendirebilir.

Bileşenler ve Tasarım

Modern reaksiyon tekerlekleri fırçasız DC motorunu, yüksek atalet anı ile uçarak, hassas yataklar (sıradan angular temas veya hidrodinamik), ve kontrol elektronik ünitesi. Malzemeler vakumya, radyasyona ve aşırı termal döngülerine dayanmalıdır; birçok uzay destekli tekerlekler özel düşük yağ kullanıyor.

Üç-Axis Control Constructs

Çoğu uzay aracı üç veya üç eksenli kontrol için üç eksenli reaksiyon tekerleklerini kullanıyor, örneğin, bu tasarımda dördüncüsü yardımcı olabilir, ancak reaksiyon tekerlekleri, tüm tutum otoriteleri korumak için gerekli olan bir tekerlek kaybı sağlar.

Neden Reaksiyon Tekerlekleri Bilimsel Misyonlar İçin Temelde

Yüksek çözünürlüklü kameralar, interferometreler, spektrograflar ve korograflar miliarik saniyede veya daha iyi durumda olan stabiliteyi işaret eder. Thruster bazlı tutum kontrolü, jitterleri yanma ve geçici ateşlemelerden getirir, egzoz ile kirletir ve sonsuz pervanant sunar. Rezasyon tekerlekleri düzgün, sürekli ve yakıtsız tavır kontrolü, uzun süre boyunca görev süresi ve daha yüksek veri kalitesi sağlar.

Hassasiyet ve Jitter Azalt

Uzun entegrasyonlar için bir hedef sabit tutma yeteneği, sabit olmayan eskileri tespit etmek, uzak galaksileri okumak veya astrometri yapmak için çok önemlidir. Reaksiyon tekerlekleri, yüksek derecede dengeli bir şekilde uçarak minimum titreşimlerle çalışır, ancak küçük dengesizlikler Jitter'i çalıştırabilir. Modern görevler aktif titreşim izolasyon platformlarını ve besleme kontrol algoritmalarının oturmasını sağlar.

Yakıt Tasarrufları ve Misyon Yaşam Zamanları

Geleneksel iterler her zaman uzay teleskobu gibi görevlerin sürekli olarak dokuz yıl boyunca gözlemlenmesi, yakıtlı yüklere sınırlandırılması gerekir. Rezistanslı pompalı sistemler veya radyoisotope jeneratörleri tarafından uzun yıllar boyunca temin edilebilir.Bu avantaj, Kepler Space Teleskobu gibi görevlerin, dokuz yıl boyunca sürekli olarak gözlemlenmesini sağlar, daha uzun süreli operasyonlarda 150.000'den fazla gezegendeki nüfus çalışması ve zaman alanı astronomik için zengin istatistik örneği toplar.

Ağlama ve Hızlı Slew Cap yükümlülükleri

Reaksiyon tekerlekleri hızla hızlanabilir, bir uzay aracının birkaç dakika içinde başka bir hedeften yeniden yönlendirmesine izin verebilir - yavaş iter tabanlı sistemlerle imkansız bir şey. TESS (Transiting Exoplanet Survey Uydu) misyonu, daha sonra zemin tabanlı teleskoplar ve JWST tarafından incelenebilir.

Sınırlamalar ve Mühendislik Meydanları

Birçok avantajlarına rağmen, reaksiyon tekerlekleri belirli başarısızlık modlarını ve operasyonel kısıtlamaları, görev planlayıcılarının ele alması gerekir.En yaygın başarısızlık, aşınma, kirlenme veya yağlanma kaybı nedeniyle bozulmadır. Zamanla, çekme hızları ve zarar verici ırkları ve topları üretir. yaşlanma süreci daha yüksek akım hıza yol açabilir ve olaylı tekerlek nöbetçileri içerir.

Momentum Saturation ve Desaturation

Çünkü reaksiyon tekerlekleri sadece son derece fazla bir momentum depolayabilir, sonunda gezegendeki manyetik torklara ulaşıp, herhangi bir pervanant gerektiren bir ivme gerektirir. Derin uzay misyonları için, desiyonlar veya manyetik torklar kullanarak dış toparlamalar kullanır, tekerlekleri azaltmak için hızları düşük bir küresel yörüngede azaltırlar, manyetik torkçılar gezegenin manyetik alanıyla etkileşime girerler, pervanantaj olmadan.

Başarısızlık ve Red dışı Stratejiler

En ünlü reaksiyon tekerleği başarısızlıkları Kepler misyonunda gerçekleşti: Dört tekerlekten ikisi dört yıl içinde başarısız oldu, fotometri için istikrarlı işaret tutma yeteneğini azalttı. Uzaylı, en azından bir tane yedekli ve yaratıcı hata kurtarmanın değerini genişletemedi. Modern görevler çoğu zaman üç eksenli kontrolü sağlamak için geri kalan dört reaksiyon tekerleğini tekrarladı.

Termal ve Radyasyon Hassasiyeti

Reaksiyon tekerlekleri motordan ısı ve radyatörler yoluyla reddedilmelidir. Yüksek tekerlek hızları yerelleştirilmiş ısıtmaya neden olabilir; eşitsiz termal genişleme, rotoru ve degrad bakiyesini daraltabilir. Derin alanda, radyasyon seviyelerinin on yıllar boyunca elektronik ve degradan yağdırmasına zarar verebilir. Shielding ve hata-tolerant elektronikleri bu etkileri azaltmak için kullanılır.

Vaka Çalışmaları: Reaksiyon Tekerlekleri Notable Scientific Missions

Belirli görevlerin incelenmesi, reaksiyon tekerleklerinin nasıl atılımlar yaptığını ve hangi başarısızlıkların değerli dersler öğrettiğini ortaya koymaktadır.

Hubble Uzay Teleskopu

Hubble, başlangıçta Bendix Corporation'dan dört tepki tekerleği taşıdı (daha sonra Honeywell). 2009 yılında bir Serviking Misyonu yerine iki tekerlek değiştirildi ve teleskop, başarısız olduğunda, sadece iki çalışan tekerlekle birlikte çalışırdı, Hubble bilimi operasyonlarına sadece iki tane gyroskop ve manyetik torkçı kullanarak devam etti, ancak çevikliği azaldı.

James Webb Space Teleskobu

JWST altı reaksiyon tekerleğini kullanır - dört birincil ve iki yedekleme - 0.066 arksaniyenin doğruluğunu işaretle elde etmek için, tekerlekler 6000 RPM'ye kadar hızlanır ve vibrasyona monte edilirler ve jitter ve exoplanet atmosferini en aza indirmek için.

Kepler and K2

Kepler'in iki reaksiyon tekerleğinin kaybı, uzay aracının stabilize edilmesine yardımcı olmak için yaratıcı bir yeniden güneş radyasyon baskısını zorladı, daha sonra K2 misyonunda kullanılan bir teknik.Bu hibrit tutum kontrolü, yeni alanların fotometrik izlemesine izin verdi, birçok exoplanet keşiflerini notladı, ancak bu deneyim, yüksek lisanssız donanıma rağmen, gelecekteki görevler için tekerlek özelliklerini geliştirmeye yol açtı.

Gaia Misyonu

Avrupa Uzay Ajansı Gaia astrometri görevi, ultra-stable tarama için tepki tekerleklerine dayanıyor, bu yüzden Gaia’nın tekerlekleri mikroarksaniye duyarlılığına kontrol ediliyor ve uzayın kapağını sürekli olarak döndürmek için uzayın en düşük hızlarda çalışır ve Gaia’nın tekerlekleri titreşimleri en aza indirmek için sürekli olarak hızlanıyor.

Reaksiyon Wheel Technology'de Future Developments

Gelecek nesil bilim misyonlarını desteklemek için - büyük segmente edilmiş teleskoplar, yerçekimi dalga gözlemleyicileri ve interferometrik diziler gibi -reksiyon tekerleği teknolojisi güvenilir, hassas ve kompaktlıkta ilerlemelidir.

Manyetik yataklar ve İletişimsiz Operasyonlar

Manyetik süspansiyon tamamen mekanik yatakları ortadan kaldırır, aşınma ve kirlenme riskini ortadan kaldırır. Birkaç araştırma kurumu ve havacılık şirketleri, uçan teknoloji gösterisi ile çok yüksek hızlarda çalışabilecek aktif manyetik yatakları geliştiriyor.Bu tekerlekler aslında sınırsız yaşam vaat ediyor, çünkü fiziksel temas yok. zorluk istikrar ve güç verimliliği koruyor, ancak deneysel birimler binlerce saat süren sürekli operasyon göstermiştir. ESA'nın PROBA-3 misyonu uçan teknoloji gösterisi için manyetik yatak tekerlekleri kullanır.

Gelişmiş malzemeler ve İmalat

Kompozit rotorlar ve yeni yüksek güçlü alaşımlar, hız kapasitesi artırılırken tekerlek kütlesini azaltır. Katkılı üretim (3D baskı) karmaşık geometriyi optimize edilmiş ısı reddedilmesi ve dinamikleri için sağlar. Improv denge ölçüm teknikleri - otomatik in-situ dengelemesi dahil - bu yenilikler, uzay aracı tasarımcıları daha küçük momentum depolamalarına sığmasına yardımcı olur.

Entegre Kontrol ve Titreşim İptal

Future reaksiyon tekerlekleri, karşı-uçlu kitle veya pastazo eylemcileri kullanarak etkin olarak titreşimleri iptal eden akıllı elektronikleri içerecektir. Yazılım temelli rahatsızlık reddedilmesi ile birlikte, bu daha hassas optik aletlerin metroloji-grad stabilitesi ile çalışmasını sağlayacaktır. Makine öğrenme algoritmaları, güvenli operasyonel yaşamı genişletmek için tekerlek bozulması ve kontrol stratejileri öngörebilir.

Reddans ve modüler Mimarlık

Küçük uydu takımyıldızları ve kesmiş uzay araçları modüler, standartlaştırılmış reaksiyon tekerlekleri için çağrıda bulunabilir veya yörüngede değiştirilebilecektir. NASA'nın On-Orbit Servicing, Assembly ve Manufacturing (OSAM) programı, tepki tekerleklerinin robotik değiştirilmesini göstermek, görev ömürlerini uzatarak misyonu planlamasını mümkün kılar.

Upcoming Flagship Missions'teki Reaksiyon Wheels Rolü

Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi planlı gözlemleyiciler, özellikle de Avrupa Extremely Large Teleskobu (top tabanlı, ancak karşılaştırılabilir bir karşılaştırma olarak) ve önerilen Lazer Interferometre Uzay Anteni (LISA) hassas işaret ve sürüklenmesiz kontrol için reaksiyon tekerleklerine güvenecektir. LISA, özellikle de, fotoğrafta özgür bir operasyon gerektirir; reaksiyon tekerlekleri sadece kolarz tutumlar için kullanılacaktır, ancak önerilen lazer Interferometre Uzay Anteni (LISA) mikro-güvenli ve dengeli bir şekilde kontrol için.

Roman Space Teleskobu

Orta 2020'lerde başlamak için Set, Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, yüksek çözünürlüklü bir kamera taşıyacak ve bu tekerleklerin beş yıllık birincil görev üzerindeki güvenilirliğine bağlı olacak.

Lazer Interferometre Uzayı (LISA)

LISA, 2,5 milyon kilometreden farklı bir üçgen oluşumunda uçan üç uzay aracından oluşacaktır. Her uzay aracı sürekli hızda çalışan ve manyetik yataklarda askıya alınan tepki tekerlekleri başarıyla gösteren, benzer tekerlekleri kullanarak gerekli stabiliteyi başarıyla göstermiştir.

Sonuç: Reaksiyon Tekerlekleri Enablers of Discovery

Reaksiyon tekerlekleri son dört on yılda neredeyse her büyük uzay tabanlı bilimsel keşifleri gerçekleştirdi. Hubble'ın ikonik derin alan görüntüleri Kepler'in binlerce eski aday için, bu önemsiz cihazlar, hassas bilimler için daha büyük bir başarı sağladılar, daha büyük bir zayıflığa ve performansa sahip olmayan bir yetenek sağladılar – giyerek, ivme kazanım, ivme kazanım, enerjik uzay planlayıcılarına ve başarısızlıklara neden olacakları ve yenilikçi hata kurtarma görevlerine sahip oldu.

Daha fazla okuma için, gerçek dünya başvurusu için [DÜDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜye Olmayanlar İçindeki Teknik Raporlar Server Girişi], NASA tarafından yapılan tekerlek tasarımı üzerine giriş, kağıt [[DÜye Olmayanlar İçindeki Tavsiyeler:2)Reaction Wheel Mission page)