Гиродин

Технический персонал Боинга готовит гиродин CMG-1, для экипажа STS-93, который установит его на ферму Z1 МКС, и который впоследствии выйдет из строя.
(Фото НАСА, 1998 год)

Гиродин — вращающееся инерциальное устройство, применяемое для высокоточной ориентации и стабилизации, как правило, космических аппаратов (КА), обеспечивающее правильную ориентацию в полете и предотвращающее беспорядочное вращение.

Гиродин — это двухстепенный управляющий силовой гироскоп, выступающий в роли гиростабилизатора. На КА он заменил более простые системы на базе двигателя-маховика. Принцип работы этих инерциальных устройств основан на законе сохранения момента импульса. Например, когда двигатель-маховик раскручивается в одну сторону, то КА, соответственно, начинает крутиться в другую сторону. Если под влиянием внешних факторов КА начал разворачиваться в определённом направлении, достаточно увеличить скорость вращения маховика в ту же сторону, чтобы он скомпенсировал момент («принял вращение на себя») и нежелательный поворот КА прекратится.

Принцип же работы гиродина заключается в создании гироскопического момента, действующего через опоры гироскопа.

Размеры гиродинов

С помощью гиродинов можно не только стабилизировать КА, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей. Чтобы гиродины были эффективны, они должны обладать большим моментом инерции, что предполагает значительную массу и размеры. Для крупных спутников силовые гироскопы могут быть очень велики. Например, три силовых гироскопа американской орбитальной станции «Скайлэб» весили по 110 кг каждый и вращались с частотой около 9000 об/мин. На Международной космической станции (МКС) гиродины — это устройства с размерами более метра по осям измерений и массой около 300 кг. Несмотря на значительную массу, использовать их всё же выгоднее, чем постоянно снабжать станцию топливом.

Разгрузка гиродинов

Однако большие гиродины нельзя разгонять быстрее нескольких сотен или максимум тысяч оборотов в минуту. Если внешние возмущения постоянно закручивают аппарат в одну и ту же сторону, то со временем маховик выходит на предельные обороты и его приходится «разгружать», включая двигатели ориентации.

Практические аспекты использования

Как упоминалось выше, основное назначение гиродинов — это стабилизация и ориентация космического аппарата. Если речь идёт о беспилотном аппарате, управление которого осуществляется дистанционно, то приоритетной становится высокоточная ориентация корабля, для обеспечения устойчивой дальней космической связи, осуществляемой с помощью узконаправленных параболических антенн.

Для стабилизации аппарата достаточно трех гиродинов с взаимно перпендикулярными осями. Но обычно их ставят больше: как и всякое изделие, имеющее подвижные детали, гиродины могут ломаться. Тогда их приходится ремонтировать или заменять.

В 2004 году для ремонта гиродинов, расположенных «за бортом» МКС, ее экипажу пришлось совершить несколько выходов в открытый космос.

Замену отработавших свой ресурс и вышедших из строя гиродинов выполняли астронавты NASA, когда посещали на орбите телескоп «Хаббл».

Двухстепенной гиростабилизатор, применяемый в космической промышленности США, носит название CMG от англ. control momentum gyroscope (буквально: гироскоп с управляющим моментом).

Ссылки

• «Силовые гироскопические комплексы для прецизионных высокодинамичных систем ориентации космических аппаратов.», Сорокин А. В. (битая ссылка)
• «Анатомия спутника», Афанасьев Игорь, Воронцов Дмитрий; Вокруг света, №10 (2817), Октябрь 2008

См. также

• Гироскоп
• Искусственный спутник Земли
• Космический аппарат
• Момент инерции
• Момент импульса
• Момент силы