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 — механизм, вращающееся инерциальное устройство, применяемое для высокоточной ориентации и стабилизации, как правило, космических аппаратов (КА), обеспечивающее правильную ориентацию в полёте и предотвращающее беспорядочное вращение. Гиродин — это двухстепенный^{[прояснить]} управляющий силовой гироскоп, выступающий в роли гиростабилизатора. На КА он заменил более простые системы на базе двигателя-маховика.

Принцип же работы гиродина заключается в создании гироскопического момента, действующего через опоры гироскопа. Действие этого устройства основано на законе сохранения момента импульса. Например, когда двигатель-маховик раскручивается в одну сторону, то КА, соответственно, начинает вращаться 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.

С помощью гиродинов можно не только стабилизировать КА, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей.

Конструкция

Размеры гиродинов

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.

Практические аспекты использования

Если речь идёт о применении гиродинов в 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 трёх 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, её экипажу пришлось совершить несколько выходов в открытый космос.

Замену отработавших свой ресурс и вышедших из строя гиродинов выполняли астронавты НАСА, 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).

Разгрузка гиродинов

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.

См. также

• Искусственный спутник Земли
• Момент инерции
• Момент импульса
• Момент силы

Ссылки

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