Гиродин: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Строка 46: | Строка 46: | ||
[[Категория:Приборы]] |
[[Категория:Приборы]] |
||
[[Категория:Механика твёрдого тела]] |
[[Категория:Механика твёрдого тела]] |
||
[[Категория:Гироскоп]] |
Версия от 23:21, 18 ноября 2017
Гиродин — механизм, вращающееся инерциальное устройство, применяемое для высокоточной стабилизации и ориентации[1], как правило, космических аппаратов (КА), обеспечивающее правильную ориентацию их 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[2].
Принцип работы гиродина заключается в создании гироскопического момента[3], 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.
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.
Конструкция
Этот раздел статьи ещё не написан. |
- 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.
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
Как двигатели-маховики, так и гиродины простой конструкции[4] имеют ограничение по созданию механического момента. Крупные двигатели-маховики 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 и уменьшая обороты маховика.
Гиродины простой конструкции используют поворот оси маховиков для создания гироскопического момента. После поворота рамок гироскопа более чем на 90 градусов, гироскопический момент меняет знак на противоположный.[4] Поэтому, во избежание значительного уменьшения гироскопического момента, в случае гиродина также приходится включать двигатели ориентации, «разгружая» кинематику гироскопа. Гиродины более сложных конструкций могут быть лишены данного недостатка.[4]
См. также
Ссылки
- Афанасьев Игорь, Воронцов Дмитрий. Анатомия спутника // Вокруг света, №10 (2817), октябрь 2008
- Акашев Д.И., Якимовский Д.О., Яковец О.Б.Силовые гироскопические комплексы для малых космических аппаратов // ФГУП «НИИ командных приборов»
Примечания
- ↑ С помощью гиродинов можно не только стабилизировать КА, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей.
- ↑ Электромеханические устройства космических аппаратов и ракет-носителей
- ↑ Demonstrating GYRO effect - high RPM objects (видео на YouTube)
- ↑ 1 2 3 http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st6354.pdf Тарасов Алексей Александрович, Проблема насыщения по кинетическому моменту типовых гиродинов и её решение. 27 декабря 2014 г.