우주선 자세 제어

우주선 자세 제어는 관성 기준 프레임 또는 천체, 특정 필드, 주변 물체 등과 같은 다른 물체에 대해 우주선(차량 또는 위성)의 방향을 제어하는 과정입니다.

차량 자세를 제어하려면 차량 방향을 측정하는 센서, 차량 방향을 원하는 자세로 설정하는 데 필요한 토크를 적용하는 액추에이터, (1) 현재 자세의 센서 측정값 및 (2) 원하는 자세의 사양을 기반으로 액추에이터를 명령하는 알고리즘이 필요합니다.센서, 액추에이터 및 알고리즘의 조합을 연구하는 통합 분야를 GNC(Guidance, Navigation and Control)라고 합니다.

개요

우주선의 자세는 일반적으로 다양한 이유로 안정되고 통제되어야 합니다.우주선 고이득 안테나가 통신을 위해 지구를 정확하게 가리킬 수 있도록 종종 필요합니다. 그래서 탑재 실험은 정확한 수집과 데이터의 후속 해석을 위한 정확한 지시를 달성할 수 있습니다. 그래서 햇빛과 그림자의 가열과 냉각 효과가 열 제어에 지능적으로 사용될 수 있습니다.또한 지침: 짧은 추진 기동은 올바른 방향으로 실행되어야 합니다.

안정화의 종류

우주선의 자세 제어는 두 가지 주요 접근 방식 중 하나를 사용하여 유지됩니다.

스핀 안정화회전 안정화는 회전하는 우주선 질량의 자이로스코프 작용을 안정화 메커니즘으로 사용하여 우주선 회전을 설정함으로써 달성됩니다.추진 시스템 스러스터는 스핀 속도 또는 스핀 안정화된 자세에서 원하는 변화를 주기 위해 가끔 발사됩니다.원하는 경우 스러스터를 사용하거나 요요이드 스핀을 통해 회전을 중지할 수 있습니다.태양계 바깥쪽에 있는 파이어니어 10호와 파이어니어 11호 탐사선은 스핀 안정화 우주선의 [1]예입니다.
3축 안정화는 우주선이 회전하지 않고 원하는 방향으로 고정되는 우주선 자세 제어의 대안적인 방법입니다.
- 한 가지 방법은 작은 추진기를 사용하여 허용된 자세 오류의 데드밴드 내에서 우주선을 계속해서 앞뒤로 찌르는 것입니다.스러스터는 MEC(^[2]질량 방출 제어) 시스템 또는 반응 제어 시스템(RCS)이라고도 할 수 있습니다.우주 탐사선 보이저 1호와 보이저 2호는 이 방법을 사용하고 있으며, 2015년 7월 현재 100kg의 추진제 중 약 4분의 3을^[3] 사용했습니다.
- 3축 안정화를 달성하는 또 다른 방법은 우주선에 탑재된 3개의 직교 축에 장착된 전기 동력 반응 바퀴, 운동량 바퀴를 사용하는 것입니다.그들은 우주선과 바퀴 사이에서 각운동량을 주고받을 수 있는 수단을 제공합니다.차량을 지정된 축으로 회전하려면 해당 축의 반응 휠이 반대 방향으로 가속됩니다.차량을 뒤로 회전시키기 위해 휠 속도가 느려집니다.예를 들어, 태양 광자 압력 또는 중력 구배로 인한 외부 토크로 인해 시스템에 축적되는 과도한 운동량은 때때로 우주선에 제어된 토크를 적용하여 시스템에서 제거하여 휠이 컴퓨터 제어 하에서 원하는 속도로 돌아갈 수 있도록 해야 합니다.이는 운동량 불포화 또는 운동량 언로드 기동이라고 하는 기동 중에 수행됩니다.대부분의 우주선은 포화 기동을 위해 토크를 적용하기 위해 추진기 시스템을 사용합니다.허블 우주 망원경은 추진체 배기 가스로 오염될 수 있는 민감한 광학 장치를 가지고 있었고 대신 포화 기동을 위해 자기 토크를 사용했습니다.

스핀 안정화와 3축 안정화에는 장점과 단점이 있습니다.스핀 안정화된 우주선은 필드 및 입자 기기뿐만 아니라 일부 광학 스캐닝 기기에 적합한 연속적인 스위핑 모션을 제공하지만, 과학 관측 또는 지구와의 통신을 위해 목표물을 향해야 하는 안테나 또는 광학 기기의 스핀을 제거하기 위해 복잡한 시스템이 필요할 수 있습니다.3축 제어 우주선은 광학 기기와 안테나를 회전시킬 필요 없이 조준할 수 있지만, 그들은 그들의 분야와 입자 기구를 가장 잘 활용하기 위해 특별한 회전 기동을 수행해야 할 수도 있습니다.스러스터가 일상적인 안정화를 위해 사용되는 경우, 영상과 같은 광학적 관측은 우주선이 항상 천천히 앞뒤로 흔들리며 항상 정확하게 예측할 수 있는 것은 아니라는 것을 알고 설계되어야 합니다.반동 휠은 관측을 위해 훨씬 더 안정적인 우주선을 제공하지만 우주선에 질량을 추가하고 기계적 수명이 제한되며 빈번한 운동량 포화 기동이 필요합니다. 이는 ^{[citation needed]}추진기의 사용으로 인해 발생하는 가속으로 인해 항법 솔루션을 교란시킬 수 있습니다.

조음

많은 우주선들은 관절을 필요로 하는 부품들을 가지고 있습니다.예를 들어, 보이저와 갈릴레오는 우주선 방향과 거의 독립적으로 광학 기기가 목표물을 향하도록 스캔 플랫폼으로 설계되었습니다.화성 궤도선과 같은 많은 우주선들은 태양을 추적하여 우주선에 전력을 공급할 수 있도록 태양 전지판을 가지고 있습니다.카시니의 주 엔진 노즐은 조종이 가능했습니다.태양 전지판, 스캔 플랫폼, 또는 노즐을 가리키는 위치를 아는 것은 우주선의 자세에 대한 지식을 필요로 합니다.단일 하위 시스템이 우주선의 자세, 태양의 위치, 그리고 지구의 위치를 추적하기 때문에, 그것은 부속물을 가리키는 적절한 방향을 계산할 수 있습니다.이는 논리적으로 동일한 하위 시스템인 AACS(자세 및 관절 제어 하위 시스템)에 속하며, 자세 및 관절을 모두 관리합니다.AACS라는 이름은 심지어 그것이 명확하게 ^[4]표현할 부속물이 없더라도 우주선으로 옮겨질 수 있습니다.

기하학.

자세는 물체가 차지하는 공간에 어떻게 배치되는지에 대한 설명의 일부입니다.자세와 위치는 물체가 어떻게 공간에 배치되는지를 완전히 설명합니다. (로봇 공학과 컴퓨터 비전과 같은 일부 응용 프로그램의 경우, 자세와 자세를 함께 포즈라고 알려진 하나의 설명으로 결합하는 것이 관례입니다.)

자세는 다양한 방법을 사용하여 설명할 수 있지만 가장 일반적인 방법은 회전 행렬, 쿼터니언 및 오일러 각도입니다.오일러 각도는 종종 시각화하기에 가장 간단한 표현이지만, 짐벌록이라고 알려진 현상 때문에 조작성이 높은 시스템에 문제를 일으킬 수 있습니다.반면에 회전 행렬은 세 개의 값 대신 아홉 개의 값을 요구하는 대신 태도에 대한 완전한 설명을 제공합니다.회전 행렬을 사용하면 계산 비용이 증가할 수 있으며 작업하기가 더 어려울 수 있습니다.쿼터니언은 짐벌 잠금에 시달리지 않고 태도를 완전히 설명하기 위해 4개의 값만 필요하다는 점에서 적절한 절충안을 제공합니다.

강체의 방향을 변경하는 것은 강체에 부착된 기준 프레임의 축을 회전시키는 것과 같습니다.

태도 결정

자세 제어를 수행하기 전에 현재 자세를 결정해야 합니다.자세는 단일 측정으로 직접 측정할 수 없으므로 측정 세트(종종 다른 센서 사용)에서 계산(또는 추정)해야 합니다.이는 통계적으로(현재 사용 가능한 측정치만 사용하여 자세를 계산) 수행하거나, 현재 자세의 최적 추정치를 얻기 위해 이전 자세 추정치를 현재 센서 측정치와 통계적으로 결합하는 통계 필터(가장 일반적으로 칼만 필터)를 사용하여 수행할 수 있습니다.

위치/위치

일부 센서 및 응용 분야(예: 자력계를 사용하는 우주선)의 경우 정확한 위치도 알아야 합니다.자세 추정을 사용할 수 있지만^{[clarification needed]}, 우주선의 경우 자세 ^{[citation needed]}추정과 별개로 (궤도 결정을 통해) 위치를 추정하는 것으로 충분합니다.지구 근처에서 작동하는 지상 차량과 우주선의 경우 위성 내비게이션 시스템의 등장으로 정확한 위치 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다.이 문제는 심우주 차량 또는 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GNSS)이 거부한 환경에서 작동하는 지상파 차량의 경우 더욱 복잡해집니다(내비게이션 참조).

정적 자세 추정 방법

정적 태도 추정 방법은 와바의 문제에 대한 해결책입니다.데이븐포트의 q-method, QUEST, TRIAD, 특이치 ^[5]분해 등 많은 솔루션이 제안되었습니다.

순차 추정 방법

칼만 필터링은 각도 ^[6]비율뿐만 아니라 자세를 순차적으로 추정하는 데 사용될 수 있습니다.자세 역학(강체 역학과 자세 운동학의 조합)은 비선형이기 때문에 선형 칼만 필터로는 충분하지 않습니다.자세 역학이 매우 비선형적이지 않기 때문에 확장 칼만 필터는 일반적으로 충분합니다(그러나 크라시디스와 마켈리는 무향 칼만 필터를 사용할 수 있으며, 초기 추정치가 ^[7]낮은 경우에 이점을 제공할 수 있음을 입증했습니다).여러 방법이 제안되었지만, MEKF(Multiplicative Extended Kalman Filter)가 가장 일반적인 접근 ^{[citation needed]}방식입니다.이 접근 방식은 오류 쿼터니언의 곱셈 공식을 사용하여 쿼터니언의 단일 제약 조건을 더 잘 처리할 수 있습니다.또한 각도 비율을 직접 추정하지 않고 자이로에서 측정된 각도 비율을 직접 사용하여 시간 내에 회전 역학을 전파하는 동적 모델 대체 기술을 사용하는 것이 일반적입니다.자이로는 일반적으로 시스템에 작용하는 외란 토크에 대한 지식보다 훨씬 정확하기 때문에 대부분의 응용 분야에서 유효합니다(각도 속도의 정확한 추정에 필요함).

자세 제어 알고리즘

제어 알고리즘은 차량 센서로부터 데이터를 수신하고 액추에이터로 적절한 명령을 유도하여 차량을 원하는 자세로 회전시키는 컴퓨터 프로그램입니다.알고리듬은 임무 요구 사항에 따라 매우 단순한(예: 비례 제어) 것부터 복잡한 비선형 추정기 또는 많은 중간 유형에 이르기까지 다양합니다.일반적으로 자세 제어 알고리즘은 컴퓨터 하드웨어에서 실행되는 소프트웨어의 일부로, 지상에서 명령을 수신하고 지상국으로 전송하기 위해 차량 데이터 원격 측정을 포맷합니다.

자세 제어 알고리즘은 특정 자세 기동에 대한 요구 사항을 기반으로 작성 및 구현됩니다.중력 구배 안정화와 같은 수동적 자세 제어의 구현 외에도, 대부분의 우주선은 전형적인 자세 제어 루프를 나타내는 능동적 제어를 사용합니다.제어 알고리즘의 설계는 단순한 비례-적분-파생 컨트롤러(PID 컨트롤러)를 사용하여 대부분의 제어 요구를 충족시키지만 특정 자세 기동에 사용할 액추에이터에 따라 달라집니다.

측정된 자세와 원하는 자세의 차이로 설명되는 오류 신호를 기반으로 액추에이터에 대한 적절한 명령을 얻습니다.오차 신호는 일반적으로 오일러 각도(Δ, Δ, Δ)로 측정되지만, 이에 대한 대안은 방향 코사인 행렬 또는 오차 쿼터로 설명될 수 있습니다.가장 일반적인 PID 컨트롤러는 다음과 같이 자세에 따라 오류 신호(편차)에 반응합니다.

$T_{c}(t)=K_{\text{p}e(t)+K_{\text{i}}\int_{0}^{t}e(\text)\,d\text+K_{\text{d}}{\dot{e}}(t),$

$T_{c}$ 서 ${$ 는 $T_{c}$ 제어 토크이고 $,$ e{ $displaystyle$ e $e$ }는 자세 편차 신호이며, $K_{\text{p}},K_{\text{i}},K_{\text{d}}$ $K_{\text{p}},K_{\text{i}},K_{\text{d}}$ ${\$ i}, K_{\ $text{d}}$ 는 $K_{\text{p}},K_{\text{i}},K_{\text{d}}$ PID 컨트롤러 매개 변수입니다.

이것의 간단한 구현은 운동량 또는 반응 휠을 액추에이터로 사용하는 나디르 포인팅을 위한 비례 제어의 적용일 수 있습니다.바퀴의 운동량 변화에 기초하여, 제어 법칙은 다음과 같이 3축 x, y, z로 정의될 수 있습니다.

$T_{c}x=-K_{\text{q1}}q_{1}+K_{\text{w1}}{w_{x}}$

$T_{c}y=-K_{\text{q2}}q_{2}+K_{\text{w2}}{w_{y}}$

$T_{c}z=-K_{\text{q3}}q_{3}+K_{\text{w3}}{w_{z}}$

이 제어 알고리즘은 운동량 덤프에도 영향을 미칩니다.

또 다른 중요하고 공통적인 제어 알고리즘은 우주선의 각운동량을 약화시키는 덤블링의 개념을 포함합니다.우주선을 추락시켜야 하는 필요성은 발사체에서 방출된 후 통제할 수 없는 상태에서 발생합니다.지구 저궤도(LEO)에 있는 대부분의 우주선은 지구 자기장의 효과를 활용하는 자기 교란 개념을 사용합니다.제어 알고리즘은 B-Dot 컨트롤러라고 불리며 제어 액추에이터로 자기 코일 또는 토크 로드에 의존합니다.제어 법칙은 차체 고정 자기계 신호의 변화 속도 측정을 기반으로 합니다.

${{displaystyle m=-K{\dot {B}}}$

$m$ 서m({ $displaystyle$ m $m$ })은 자기 토크의 명령된 자기 쌍극자 $모멘트$ 이고 K({ $displaystyle$ K $})$ 는 $K$ 비례 이득이며 $({$ 는 ${\dot {B}}$ 지구 자기장의 변화 속도입니다.

센서

상대 자세 센서

많은 센서가 자세 변화 속도를 반영하는 출력을 생성합니다.이것들은 태도를 결정하기 위해 그것들을 사용하기 위해 알려진 초기 태도 또는 외부 정보를 필요로 합니다.이러한 종류의 센서 중 대부분은 소음이 발생하여 절대 자세 센서로 보정하지 않으면 부정확해집니다.

자이로스코프

자이로스코프는 외부 물체의 관찰에 의존하지 않고 3차원 공간에서 회전을 감지하는 장치입니다.고전적으로 자이로스코프는 회전하는 질량으로 구성되지만 닫힌 경로 주변에 반사되는 간섭성 빛을 이용하는 "링 레이저 자이로"도 있습니다.또 다른 유형의 "자이로"는 반구형 공명기 자이로로, 와인 잔 모양의 크리스탈 컵이 손가락으로 가장자리를 문지르는 것처럼 "노래"를 부를 수 있습니다.진동의 방향은 관성 공간에서 고정되므로, 우주선에 대한 진동의 방향을 측정하는 것은 관성 ^[8]공간에 대한 우주선의 움직임을 감지하는 데 사용될 수 있습니다.

동작 기준 단위

모션 기준 장치는 단일 또는 다중 축 모션 센서가 있는 일종의 관성 측정 장치입니다.MEMS 자이로스코프를 사용합니다.일부 다축 MRU는 롤, 피치, 요 및 하이브를 측정할 수 있습니다.그들은 항공 분야 ^[9]밖에서 다음과 같은 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

안테나 동작 보정 및 안정화
동적 포지셔닝
해상 크레인의 상승 보상
고속 크래프트 모션 컨트롤 및 댐핑 시스템
수중 음향 위치 설정
단일 및 다중 빔 에코 사운더의 모션 보정
해양파 측정
해상 구조물 움직임 모니터링
자율형 수중차량 및 원격조종 수중차량의 방향 및 자세측정
선박동태모니터링

절대 자세 센서

이 등급의 센서는 우주선 외부의 필드, 물체 또는 기타 현상의 위치 또는 방향을 감지합니다.

지평선 센서

지평선 센서는 지구 대기의 '림프', 즉 지평선에서 빛을 감지하는 광학 기기입니다.훨씬 더 차가운 우주 배경과 비교하여 대기의 비교적 따뜻한 온도를 감지하는 열 적외선 감지가 종종 사용됩니다.이 센서는 두 개의 직교 축에 대한 지구에 대한 방향을 제공합니다.항성 관측에 기초한 센서보다 정밀도가 떨어지는 경향이 있습니다.접지 ^[10]센서라고도 합니다.

궤도 자이로 나침반

지구 자이로 나침반이 진자를 사용하여 국부 중력을 감지하고 자이로를 지구의 스핀 벡터와 정렬하도록 강제하는 방식과 유사하게, 궤도 자이로 나침반은 지평선 센서를 사용하여 지구 중심 방향을 감지하고 자이로는 궤도 평면에 수직인 축 주위의 회전을 감지합니다.따라서 수평 센서는 피치 및 롤 측정을 제공하고 자이로는 ^[11]요를 제공합니다.Tait-Bryan 각도를 참조하십시오.

태양 센서

태양 센서는 태양으로 향하는 방향을 감지하는 장치입니다.이것은 임무 요구 사항에 따라 일부 태양 전지와 음영처럼 간단할 수도 있고 조종 가능한 망원경처럼 복잡할 수도 있습니다.

접지 센서

지구 센서는 지구로 향하는 방향을 감지하는 장치입니다.그것은 보통 적외선 카메라입니다; 오늘날 태도를 감지하는 주요 방법은 별 추적기이지만, 지구 센서는 낮은 비용과 ^[10]신뢰성을 위해 여전히 위성에 통합되어 있습니다.

별 추적기

STARS 실시간 별 추적 소프트웨어는 2012-12-29일 남극에서 발사된 고고도 풍선 운반 우주론 실험인 EBEX 2012의 이미지로 작동합니다.

별 추적기는 광전지 또는 ^[12]카메라를 사용하여 별의 위치를 측정하는 광학 장치입니다.그것은 밝기와 분광형의 크기를 사용하여 주변의 별들의 상대적인 위치를 식별하고 계산합니다.

자력계

자력계는 자기장의 세기를 감지하는 장치이며, 3축 3단 방향으로 사용할 경우 자기장의 세기를 감지하는 장치입니다.우주선 항법 보조 장치로서 감지된 자기장의 세기와 방향을 온보드 또는 지상 기반 안내 컴퓨터의 메모리에 저장된 지구 자기장 지도와 비교합니다.우주선의 위치가 알려지면 태도를 ^[13]유추할 수 있습니다.

액튜에이터

자세 제어는 다음과 같은 여러 메커니즘을 통해 얻을 수 있습니다.

스러스터스

버니어 스러스터는 스테이션 유지에도 사용될 수 있기 때문에 가장 일반적인 액추에이터입니다.스러스터는 3개 축 모두에 대한 안정화를 제공하는 시스템으로 구성되어야 하며, 일반적으로 차량에 변환이 전달되지 않도록 토크를 커플로 제공하기 위해 각 축에 최소 2개의 스러스터가 사용됩니다.연료 사용, 엔진 마모 및 컨트롤 밸브의 사이클이 제한됩니다.자세 제어 시스템의 연료 효율은 특정 임펄스(배기 속도에 비례)와 제공할 수 있는 최소 토크 임펄스(정확한 제어를 위해 스러스터를 얼마나 자주 발사해야 하는지 결정)에 의해 결정됩니다.스러스터는 회전을 시작하기 위해 한 방향으로 발사되어야 하며, 새로운 방향을 유지하려면 반대 방향으로 다시 발사되어야 합니다.추진 장치 시스템은 보스톡, 수성, 제미니, 아폴로, 소유즈, 그리고 우주 왕복선을 포함한 대부분의 유인 우주선에 사용되어 왔습니다.

임무 수행 시간에 대한 연료 제한을 최소화하기 위해 보조 자세 제어 시스템을 사용하여 태양 전지의 전력을 사용하여 이온화된 가스를 전기적으로 극한 속도로 가속하는 소형 이온 추진기와 같이 차량 회전을 더 낮은 수준으로 줄일 수 있습니다.

반응/모멘트 휠

모멘트 휠은 차량의 방향을 바꾸는 데 필요한 방향과 반대 방향으로 회전하도록 만들어진 전기 모터 구동식 로터입니다.추진력 바퀴는 우주선 질량의 작은 부분을 차지하고 컴퓨터로 제어되기 때문에 정확한 제어를 제공합니다.모멘텀 휠은 베어링 마찰 및 고장 문제를 ^[14]방지하기 위해 일반적으로 자기 베어링에 매달려 있습니다.우주선 반응 휠은 종종 기계식 볼 베어링을 사용합니다.

3차원 공간에서 방향을 유지하려면 최소 3개의 반응 휠을 ^[15]사용해야 하며, 추가 장치를 사용하여 단일 고장 보호 기능을 제공해야 합니다.오일러 각도를 참조하십시오.

제어 모멘트 자이로

이 로터는 일정한 속도로 회전하며, 자세 제어를 제공하기 위해 짐벌에 장착됩니다.CMG는 자이로 스핀 축에 직교하는 두 축에 대한 제어를 제공하지만 3축 제어에는 여전히 두 개의 장치가 필요합니다.짐벌과 구동 모터가 제공되어야 하기 때문에 CMG는 비용과 질량 측면에서 약간 더 비쌉니다.CMG가 발휘하는 최대 토크(최대 각운동량 변화는 아님)는 운동량 휠에 비해 크기 때문에 대형 우주선에 더 적합합니다.주요 결점은 추가 복잡성으로 인해 고장 점의 수가 증가한다는 것입니다.이러한 이유로 국제 우주 정거장은 4개의 CMG 세트를 사용하여 이중 고장 허용도를 제공합니다.

태양열 돛

소형 태양 돛(반사광에 의해 유도된 반력으로 추력을 생성하는 장치)은 작은 자세 제어 및 속도 조정을 위해 사용될 수 있습니다.이 응용 프로그램은 연료 소모 없이 제어 모멘트를 생성하여 장기간 임무에서 많은 양의 연료를 절약할 수 있습니다.예를 들어, 매리너 10호는 태양 전지와 안테나를 작은 태양 돛으로 사용하여 자세를 조정했습니다.

중력-구배 안정화

궤도에서, 한 축이 다른 두 축보다 훨씬 긴 우주선은 그 긴 축이 행성의 질량 중심을 가리키도록 자발적으로 방향을 잡을 것입니다.이 시스템은 활성 제어 시스템이나 연료 지출이 필요하지 않다는 장점이 있습니다.그 효과는 조석력에 의해 발생합니다.차량의 상단이 하단보다 중력을 덜 느낍니다.이는 장축이 중력 방향과 동일한 선형이 아닐 때마다 복원 토크를 제공합니다.댐핑 수단이 제공되지 않는 한 우주선은 국부적인 수직 주위를 진동할 것입니다.때때로 테더는 위성의 두 부분을 연결하여 안정화 토크를 증가시키는 데 사용됩니다.그러한 테더의 문제는 모래알만큼 작은 유성체가 테더를 갈라놓을 수 있다는 것입니다.

자기 토크

코일 또는 (매우 작은 위성에서) 영구 자석은 국부 자기장에 대해 모멘트를 작용시킵니다.이 방법은 반응할 자기장이 있는 경우에만 작동합니다.하나의 고전적인 필드 "코일"은 실제로 행성 자기장에서 전도성 테더의 형태입니다.그러한 전도성 테더는 또한 궤도 붕괴를 희생하면서 전력을 생성할 수 있습니다.반대로, 태양 전지 전력을 사용하여 역류를 유도함으로써 궤도를 올릴 수 있습니다.이상적인 방사형 자기장에서 지구 자기장의 엄청난 변동성으로 인해 이 자기장과 결합하는 토크에 기초한 제어 법칙은 매우 비선형적일 것입니다.또한 주어진 시간에 2축 컨트롤만 사용할 수 있으므로 모든 속도를 무효화하기 위해 차량 방향 변경이 필요할 수 있습니다.

수동적 자세 제어

위성에 대한 수동 자세 제어에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.첫 번째 것은 중력 구배를 사용하여 장축(관성 모멘트가 가장 작은 축)이 지구를 향하는 네 개의 안정된 상태로 이어집니다.이 시스템은 4개의 안정된 상태를 가지고 있기 때문에 위성이 선호하는 방향(예: 행성을 가리키는 카메라)을 가지고 있다면 위성과 테더를 종단 간에 뒤집을 수 있는 어떤 방법이 필요합니다.

두 번째 수동 시스템은 ^[16]자석 덕분에 위성을 지구 자기장을 따라 향하게 합니다.이러한 순수하게 수동적인 자세 제어 시스템은 우주선이 에너지 최소값을 중심으로 진동하기 때문에 제한된 조준 정확도를 가집니다.이 단점은 이력 소재 또는 점성 댐퍼일 수 있는 댐퍼를 추가함으로써 해결됩니다.점성 댐퍼는 우주선에 장착된 작은 유체 캔 또는 탱크로, 내부 마찰을 증가시키기 위해 내부 배플이 있을 수 있습니다.댐퍼 내부의 마찰로 인해 진동 에너지가 점차 비스코스 댐퍼 내부에서 방출되는 열로 변환됩니다.

수동적 자세 제어의 세 번째 형태는 공기역학적 안정화입니다.이 기능은 GASPACS(Get Away Special Passive Depositive Control Satellite) 기술 시연에서 설명한 것처럼 드래그 그레이디언트를 사용하여 수행할 수 있습니다.지구 저궤도에서 항력으로 인한 힘은 중력 구배로 인한 힘보다 훨씬 우세하다[17] 인공위성이 공기역학적 수동 자세 제어를 사용할 때,지구의 상층 대기로부터 온 공기 분자는 압력의 중심이 질량 중심 뒤에 남아있는 방식으로 위성을 공격한다,화살의 깃털이 화살을 안정시키는 것과 유사합니다.가스팩스는 1m 공기 주입식 '에어로붐'을 사용했는데, 이는 위성 뒤로 확장되어 위성의 속도 벡터를 따라 안정화 토크를 생성했습니다.^[18]

참고 항목

레퍼런스

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