Назначение и состав систем ориентации

В наши дни космические аппараты из экзотических превратились в обычное средство решения повседневных задач. Космические аппараты используются в:

- телевидении;

- телеграфно-телефонной связи;

- прогнозирование погоды;

- геодезии и т.д.

Рисунок 1 - Схема системы управления космическим аппаратом

Из рисунка 1 видно, что эти два направления имеют самостоятельные задачи: одна из них обеспечивает необходимую величину управляющего воздействия для вывода космического аппарата в расчетную точку пространства с заданной скоростью в требуемый момент времени, вторая определяет величины и направления управляющих воздействий для создания требуемого углового движения космического аппарата относительно его центра масс, чтобы гарантировать совмещение осей космического аппарата с осями системы координат, называемой базовой.

Большое разнообразие конкретных технических задач, возникающих перед разработчиками систем ориентации космических аппаратов, привело к созданию множества типов этих систем, а, следовательно, и их функциональных узлов, а том числе и исполнительных органов.

По степени полноты выполняемых функций системы ориентации следует разделить на два вида: одноосные и трехосные.

Первый тип ориентирует лишь одну ось космического аппарата требуемым образом, две другие остаются произвольными. Примером может служить система радиосвязи с Землей, где необходимым условием является направление антенны в заданную точку.

Второй вид систем ориентации представляет полную ориентацию трех осей космического аппарата определенным образом.

Рисунок 2 - орбитальная система координат

На рисунке 2 показана орбитальная система координат. Соединив центр Земли с центром масс космического аппарата и продолжив эту линию, получим положительное направление оси OY; перпен­дикулярно плоскости орбиты направим ось OZ, а ось OX направляется таким об­разом, чтобы система координат была правой.

Данная система является базовой и относительно ее осей совершаются про­граммные угловые движения космического аппарата.

Используя терминологию, заимствованную из авиации, углы отклонения называют соответственно углами рыскания, тангажа и крена.

Практически ориентация летательного аппарата может производиться двумя принципиально различными методами: пассивным и активным (рис. 3).

Рисунок 3 - Классификация систем ориентации космического аппарата

Пассивной ориентацией принято называть ориентацию летательного аппарата, осуществляемую за счет внешних моментов, создаваемых в результате взаимодействия с окружающей средой. Основными видами пассивной ориентации являются: гравитационная, аэродинамическая, аэродинамическая, магнитная ориентация [3]. Пассивные методы ориентации наряду с их существенными достоинствами – простотой
и минимальными энергетическими затратами – имеют ряд ограничений. Основная особенность, ограничивающая их применение, состоит в том, что каждый из этих методов может использоваться для ориентации летательного аппарата лишь относительно одной, вполне определенной,
системы отсчета и не обеспечивает возможность переориентации.
Активные методы ориентации не имеют недостатков, присущих пассивным методам, хотя и требуют затраты энергии или массы для создания стабилизирующих моментов. При этом в процессе ориентации происходит потребление энергии или расход массы, запасенной на борту космического летательного аппарата (электроэнергии, сжатого газа, химического топлива), или затраты энергии солнечных батарей. Данные методы позволяют обеспечить ориентацию относительно любой базовой системы отсчета и производить переориентацию, т. е. переход от одной ориентации к другой, в тех случаях, когда это необходимо.

В зависимости от степени участия человека в управлении системы ориентации подразделяют на автоматические, полуавтоматические и системы ручной ориентации.

Системы ориентации делят также на: грубые, точность ориентации у которых до десяти градусов; средние, точность ориентации у которых единицы градусов; точные, точность ориентации у которых составляет угловые минуты.

Существует ряд других признаков, по которым возможно классифицировать системы ориентации. Однако из отмеченного следует, что одна и та же система ориентации по своим техническим характеристикам может быть отнесена к нескольким классам: автоматической, точной, активной и т.д. [4].