Исполнительные органы системы ориентации космического аппарата.
Сначала мы рассмотрим вопросы выбора исполнительных органов подсистемы управления ориентацией, которые приведены в таблице 1. Начнем с динамических и кинетических маховиков. Динамический маховикпредставляет собой приводной электродвигатель, на валу которого закреплен ротор (маховая масса) с большим осевым моментом инерции. Такой маховик может вращаться в любую сторону с любой скоростью, и обеспечивает управление ориентацией космического аппарата по оси, параллельной оси вращения маховика. Кинетический маховикявляется разновидностью динамического маховика, у которого номинальная скорость вращения отлична от нуля, что обеспечивает квазипостоянный кинетический момент. Этот кинетический момент придает космическому аппарату свойство гироскопической устойчивости по двум осям, а динамический момент, развиваемый маховиком при изменении скорости его вращения относительно номинального значения, может использоваться для высокоточного управления относительно третьей оси, параллельной оси вращения маховика.
При определении параметров маховиков необходимо определиться с постоянной и переменой составляющей внешних возмущающих моментов, действующих на космический аппарат, а также сделать обоснованный выбор между требуемыми кинетическим и динамическим моментами маховика. Для трехосной подсистемы управления ориентацией и стабилизации космического аппарата действие циклически изменяющегося внешнего возмущающего момента будет приводить к изменению кинетического момента динамических маховиков с той же частотой, что позволит маховикам создавать управляющие моменты для парирования внешних возмущений и стабилизации космического аппарата. Обычно мы определяем необходимый запас кинетического момента динамического маховика, исходя из необходимости парирования периодических возмущений на каждом витке полета космического аппарата, что обеспечит минимизацию количества включений системы разгрузки маховиков. Таким образом, средний возмущающий момент, действующий в течение четверти или половины витка, определяет минимально необходимый запас кинетического момента динамического маховика. Постоянно действующие возмущающие моменты и суммарный запас системы динамических маховиков по кинетическому моменту и будет определять частоту сброса накопленного системой кинетического момента.
Запас динамических маховиков по управляющему моменту обычно определяется требованиями к режимам переориентации космического аппарата либо необходимостью сохранения управляемости при действии максимальных по величине возмущающих моментов без потерь точности управления ориентацией.
Для обеспечения трехосной ориентации космического аппарата необходимо по меньшей мере три динамических маховика, оси вращения которых должны быть некомпланарными. Часто в составе подсистемы управления ориентацией космического аппарата предусматривают дополнительный четвертый маховик, который включается в работу при отказе одного из трех основных маховиков. Если маховики установлены не по ортогональной схеме,то необходимы дополнительные запасы по динамическому и кинетическому моментам для компенсации перекрестных связей. Обычно также используются маховики с характеристиками, несколько превышающими минимальные требования, что позволяет применять стандартные, серийно изготавливаемые приборы.
Таблица 1
Типовые исполнительные органы подсистемы контроля и управления
ориентацией космического аппарата
| Тип прибора | Характеристики | Масса, кг | Мощность, Вт | Изготовители |
| Реактивные двигатели малой тяги на горячем газе (гидразин) | Тяга от 0.5 до 9000 Н | Различная* | Различная* | Rocket Research, Hamilton Standard |
| Реактивные двигатели малой тяги на холодном газе | Тяга не более 5 Н** | Различная* | Различная* | TRW, Marquardt, Walter Kidde, Hughes |
| Динамические и кинетические маховики | Кинетический момент от 0.4 до 400 (для кинетических маховиков) Нм при скорости вращения от 1200 до 5000 об/мин Управляющий момент от 0.01 до 1 Нм | От 2 до 20 | От 10 до 110 | Bendix, General Electric, Honeywell |
| Силовые гироскопические стабилизаторы | Управляющий момент от 25 до 500 Нм | Более 40 | От 90 до 150 | Bendix, Honeywell |
| Магнитные исполнительные органы | Магнитный момент от 1 до 4000 Ам2*** | От 0.4 до 50 | 0т 0.6 до 16 | Ithaco, Hughes, Lockheed, McDonnell Douglas |