XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время все космические аппараты (КА) ориентируются определенным образом в пространстве. На борту КА имеется комплекс устройств, которые обеспечивают требуемую ориентацию в пространстве.

Управление ориентацией КА является главным режимом, т.к. это движение продолжается непрерывно длительный промежуток времени. Управление ориентацией сводится к тем или иным вращательным движениям, т.е. это управление угловым положение КА.

Основная задача системы управления КА – это компенсация возмущений, действующих на него в полете. Одним из основных элементов систем управления является исполнительный орган (ИО).

Применение определенного типа ИО зависит от задач, которые необходимо решить системе ориентации

При использовании органов реактивных сопел возникает большая динамическая ошибка при стабилизации углового положения КА из-за автоколебательного режима. Этот недостаток отсутствует в системах ориентации на основе реактивных двигателей-маховиков. Генератор управляющего момента такого типа является инерционным, т.к. не требует отброса массы и управляющие моменты связаны с проявление инерционных свойств вращающихся тел [1].

Самый простой пример такого ИО – маховик, который установлен на опорах любого типа, работающих в режиме изменения кинетического момента:

Рисунок 1 – ИО на базе двигателя-маховика

Данный ИО применяется в активных системах ориентации КА. Конструктивно он выполнен в виде электродвигателя с маховой массой, установленной на валу и имеет 1 степень свободы, связанной с осью вращения вала OZ.

Угловая скорость маховика изменяется в большом диапазоне, а значит и кинетический момент маховика тоже. Управляющий момент не зависит от места расположения ИО на корпусе КА.

Для полной ориентации КА относительно системы координат (СК) ориентация должна быть трехосной.

Рассмотренный ИО является простейшим типом. Он создает управляющий момент относительно оси, вдоль которой расположен вектор кинетического момента H.

Вращение маховика осуществляется электрическими двигателями. Это объясняется простотой получения энергии для двигателя и управления им, что является важным требованием для ИО. В настоящее время наибольшее применение находят бесконтактный двигатель постоянного тока и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Стремление устранить механический коллекторно-щеточный узел и заменить его каким-либо бесконтактным устройством с теми же функциями привело к появлению так называемых бесконтактных двигателей постоянного тока. Эти двигатели имеют такие же характеристики, как двигатели с обычным коллектором, но обладают более высокой надежностью и простотой в эксплуатации, не создают при своей работе радиопомех и дополнительного шума [2].

Требование отсутствия необходимости в обслуживании наилучшим образом удовлетворяется двигателем переменного тока (асинхронными), не содержащими скользящих контактов. Тем не менее двигатели переменного тока не обладают видом механических и регулировочных характеристик, благоприятным с точки зрения регулирования частоты вращения и условий пуска. Для улучшения пусковых свойств, механической и регулировочной характеристик, увеличивают активное сопротивление ротора. Это приводит к увеличение критического скольжения и возрастанию пускового момента.

Список литературы

Дмитриев В.С. Электромеханические исполнительные органы систем ориентации космических аппаратов. Часть I: учебное пособие / В.С. Дмитриев, Т. Г. Костюченко, Г. Н. Гладышев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 208 с.

Овчинников И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (мала и средняя мощность) / И. Е. Овчинников: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА-Вск, 2006. – 336 с.