книги из ГПНТБ / Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов

щим образом изменять полярность выходных сигналов усилителей.

Для поддержания постоянства скорости вращения в систему необходимо добавить измерители скорости вра­ щения и строить ее по замкнутому принципу."

Максимальная скорость вращения ограничивается частотными свойствами магнитометров и электромагни­ тов. Так как полоса пропускания их около 1000 Гц, то

рости вращения необходимо компенсировать потерю его

Для ориентации оси вращения спутника «Тирос-2» и последующих из этой серии использован дипольный мо­ мент, возникающий при прохождении тока по катушке, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси вра­ щения аппарата [30]. Команды на электромагнит могут подаваться от магнитомеров или с Земли по радиолинии. Включенный в требуемое время электромагнит, взаимо­ действуя с геомагнитным полем, создает корректирую­ щий момент, линия действия которого лежит в экватори-

альной плоскости спутника. Под действием этого момен­ та спутник, как свободный гироскоп, будет прецессировать в заданном направлении. Так как время включения электромагнита ограничено собственным вращением спутника, то для его разворота на значительные углы по­ требуется неоднократное срабатывание системы кор­ рекции.

Спутник «Тирос-9», выполненный в форме маховика, также стабилизирован вращением. Ось вращения спут­ ника после расцепки с носителем направляется по ка­ сательной к орбите. Затем при помощи управляющих мо­ ментов магнитной системы ось вращения прецессирует до тех пор, пока не станет перпендикулярной к плоскости орбиты. С этого момента спутник будет казаться катя­ щимся по орбите вокруг Земли, что послужило причиной для его названия: «спутник — колесо» [14].

Режим колеса имеет большие преимущества для спутника, несущего телевизионные камеры, которые пе­ редают снимки облачного покрова Земли. В процессе каждого оборота спутника оптические оси камер, распо­ ложенные перпендикулярно к оси вращения, всегда на­ правлены на Землю. Это позволяет при условии синхро­ низации вращения спутника относительно земной поверхности постоянно производить серию снимков в на­ правлении местной вертикали.

Подробный анализ возможных ошибок при определе­ нии пространственной ориентации спутника показал, что в наихудшем случае вероятное значение ошибки стаби­ лизации оси вращения в направлении нормали к плос­ кости орбиты составляет 1,3 • 10- 2 рад, а среднее значение менее 0,87 • 10~2 рад. При трех корректирующих циклах в неделю точность периода вращения спутника посред­ ством катушки приемлемых размеров может быть вы­ держана в пределах ± 8 м-с.

Глава З

СТАБИЛИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ПРИ ПОМОЩИ ДВИГАТЕЛЕЙ-МАХОВИКОВ

3.1. Принципы построения систем угловой

стабилизации с использованием двигателеймаховиков

Системы угловой стабилизации с двигателями-махо­ виками строятся по принципу замкнутых систем автома­ тического регулирования. Конструктивная простота в со­ четании с достаточно высокой точностью объясняют тот факт, что эти системы одни из первых нашли практиче­ ское применение. Основными недостатками систем с дви­ гателями-маховиками являются ограниченный ресурс и способность входить в режим насыщения. Первый недо­ статок объясняется наличием трущихся частей (подшип­ ники привода и маховика), второй — максимально до­ пустимой скоростью вращения.

В основу принципа действия систем, использующих в качестве исполнительных органов вращающиеся мас­ сы, положен закон сохранения момента количества дви­ жения.

Основными режимами работы систем с двигателямимаховиками являются:

—режим стабилизации (ориентации) углового поло­ жения аппарата;

—режим сброса кинетического момента;

—режим программных разворотов;

—режим стабилизации угловой скорости аппарата, стабилизированного вращением.

Рассмотрим особенности каждого режима на приме­

ния постоянства угловой скорости КА, стабилизирован­ ных вращением. В этом режиме торможение заранее раскрученного маховика эквивалентно компенсации по­

где 1М — момент инерции маховика и вращающихся ча­ стей привода. Сложив (3.1) и (3.2), получим

В режиме стабилизации отри нулевых начальных ус­ ловиях и Mz = const интегрирование уравнения (3.3) дает

Для этого режима необходимо потребовать, чтобы # = 0, тогда из (3.4) получим

"«=-T-t. (3.5)

' м

Следовательно, для решения данной задачи необхо­ димо постоянно увеличивать скорость вращения махови­ ка. Очевидно, что это может длиться до тех пор, пока Юм^сом.н, где сом.н — угловая скорость маховика, соот­ ветствующая началу режима насыщения.

с двигателями-маховиками с позиций теории автоматиче­ ского регулирования. Полагая датчик угла и усилитель

В первом приближении датчик угловой скорости мож­ но считать идеальным дифференцирующим звеном с пе­ редаточной функцией

Wi(s)=k»s. (3.27)

Привод маховика чаще всего является апериодиче­ ским звеном второго порядка, передаточная функция ко­ торого соответствует выражению