Система ориентации и стабилизации

Системы ориентации и стабилизации КА принято классифицировать на пассивные, полупассивные, полуактивные, активные и комбинированные. 

Пассивные системы. 

Пассивные системы используют в качестве управляющих моментов только внешние силы. При этом бортовые источники энергии, датчики и логическая схема системы управления отсутствуют. Наибольшее применение на практике нашли пассивные системы, в основу работы которых положены следующие принципы: стабилизация вращением, гравитационная стабилизация, стабилизация с помощью сил давления солнечного излучения, аэродинамическая, магнитная стабилизация и их комбинации.

Существуют следующие основные типы пассивных систем:

-системы стабилизации вращением, не обладающие способностью управления скоростью вращения КА, его переориентацией, прецессией оси вращения и используемые для инерциальной ориентации оси вращения при условии, что накопленные в течение всего срока активного существования спутника (САС) ошибки ориентации не превышают допустимые; 

-гравитационные системы с демпфированием, обеспечивающие ориентацию КА по местной вертикали со средней точностью порядка 5°-10°; 

-системы с ориентацией солнечных батарей и демпфированием, используемые для ориентации на Солнце со средней точностью порядка нескольких градусов; 

-аэродинамические системы с ориентацией аэродинамических рулей и демпфированием, используемые для ориентации вектора линейной скорости КА со средней точностью не выше нескольких градусов; 

-магнитные системы с демпфированием, используемые для ориентации КА вдоль вектора напряженности геомагнитного поля с точностью порядка 1-3°. Комбинированными пассивными системами являются гравитационно-магнитные, гравитационно-солнечные, гравитационно-аэродинамические, и т.п. системы. 

Полупассивные системы.

Полупассивные системы не содержат датчиков ориентации, в качестве основного источника управляющих моментов используют внешние силы, а бортовая энергия используется незначительно. Примеры используемых на практике полупассивных систем: 

-системы гравитационной стабилизации с постоянным демпфированием и постоянным кинетическим моментом гироскопов по оси тангажа для увеличения восстанавливающих моментов спутника по крену и рысканию; 

-системы инерциальной стабилизации с помощью маховиков с использованием сил давления солнечного излучения, предназначенные для двухосной ориентации на Солнце;

-системы аэродинамической стабилизации с маховиком, управляющим углом тангажа, используемые для трехосной ориентации.

Из комбинированных полупассивных систем можно назвать системы аэродинамической и гравитационной стабилизации с маховиками или гироскопами, осуществляющие двух и трех осную стабилизацию КА. 

Полуактивные системы. 

В полуактивных системах применяются датчики ориентации, но не по всем каналам управления. По одним каналам для управления могут использоваться моменты взаимодействия исполнительных органов спутника с внешними силами, а по другим реактивные двигатели или внутренние моменты. К полуактивным системам относятся: 

-системы стабилизации вращением, обеспечивающие возможность переориентации, управления прецессией и скоростью собственного вращения; 

-системы стабилизации вращением, управление которыми осуществляется либо магнитной либо реактивной системой;

-системы стабилизации вращением, с использованием гравитационного момента для управления вектором кинетического момента КА.

Активные системы.

В активных системах применяются датчики ориентации для всех управляемых степеней свободы. Управление производится с использованием моментов сил тяги реактивных двигателей или моментов внешних сил, а также, если это экономично, с использованием управляющих моментов, обусловленных внутренними источниками. Для повышения экономической и технической эффективности активных систем применяются различные логические устройства. 

К активным системам можно отнести: 

-системы трехосной стабилизации, использующие маховики или реактивные двигатели для накопления момента и магнитные или гравитационные устройства для моментной разгрузки маховиков; 

-системы трехосной стабилизации с помощью реактивных двигателей;

-системы трехосной стабилизации, использующие моментные гироскопы для накопления момента и реактивные двигатели или магнитные и гравитационные устройства для моментной разгрузки гироскопов.

Комбинированные системы.

Комбинированные, или гибридные, системы имеют число управляемых степеней свободы боле трех и представляют собой различные комбинации рассмотренных выше систем. Первые КА имели пассивные системы стабилизации вращением. В дальнейшем основное внимание уделялось активным и комбинированным системам трехосной стабилизации и управления. Трудности, возникшие при их реализации, привели к созданию сравнительно простых пассивных, полупассивных и полуактивных систем. 

Далее рассмотрим СОиС на примере активной системы.