Reaktiopyörä

Reaktio pyörä on toimilaite varten asennon ohjaamiseksi satelliitti . Se koostuu yleensä moottorista , sen pyöritetystä vauhtipyörämassasta ja moottorin nopeuden ohjauselektroniikasta.

Toimintaperiaate

Reaktiopyörä tuo muutoksen pyörimisnopeutensa , vääntömomentin siihen satelliittiin, joka on samalla akselilla, mutta vastakkaiseen suuntaan pyörimään ( toiminta ja reaktio ). Satelliittijärjestelmän kokonaiskierros pysyy vakiona ( ylläpitoarvo ), toisin kuin paikannussuuttimet tai magneettikäämit , jotka muuttavat järjestelmän pyörimistä. Kuvaannollisesti kulmamomentti siirtyy vain edestakaisin satelliittikotelon ja reaktiopyörän välillä ( kulmamomentin säilyminen ).

Ero kiertopyörään

Reaktiopyöriä ei pidä sekoittaa linkouspyöriin :

• Reaktiopyörä on normaalisti pysähdyksissä ja saatetaan vastaavaan nopeuteen vain satelliitin sijainnin muuttamiseksi tai ulkoisten häiritsevien momenttien kompensoimiseksi. Satelliittia kohden on tyypillisesti useita reaktiopyöriä, jotka ovat linjassa eri paikkasuunnissa.
  Jos reaktiopyörän suurin nopeus saavutetaan useiden asennonmuutosten jälkeen, sen on oltava tyydyttymätön (pysäytetty). Tätä tarkoitusta varten asennonohjaussuuttimilla tai magneettikäämeillä on ulkoinen vääntömomentti, joka vastustaa reaktiopyörän momenttia, kun se liikkuu alaspäin. Tämä varmistaa, että satelliitti säilyttää määrätyn suunnan avaruudessa nopeuden muutoksesta huolimatta eikä muutu ei-toivotuksi kaatumisliikkeeksi. Reaktiopyörä on sitten jälleen käytettävissä asennon muutoksiin.
• Kiertopyörä käy jatkuvasti suurella nopeudella ja tuottaa siten vakauttavan kierteen , ts. Tämä tarkoittaa sitä, että reaktio häiritsemättä vääntömomentit kohtisuoraa , että akselin ja pyörimisen spin pyörä on minimoitu. Siksi satelliittia kohden on tyypillisesti vain yksi linkouspyörä (mahdollisesti kaksi redundanttia ). Spin-pyöriä käytetään esimerkiksi klassisissa spin-stabiloiduissa GEO- satelliiteissa.

Järjestelyt

Reaktiopyörät tetraedrisessä järjestelyssä

Avaruustoiminnassa käytettäviä reaktiopyöriä on kaksi pääjärjestystä:

• Aksiaalisesti irrotetussa järjestelmässä reaktiopyörää käytetään satelliitin kussakin geometrisessa pääakselissa, joten kaikkiaan kolmea. Esimerkki kolmiakselisesta järjestelystä on LAPAN-TUBSAT .
• Redundanssin saavuttamiseksi reaktiopyörät asennetaan tetraedrijärjestelyyn , yhteensä neljä. Tällä on se etu, että jos pyörä vikaantuu, järjestelmä on edelleen täysin toimiva. Haitta on kytkentä yksittäisiä pyöriä toistensa kanssa: kiertoliike geometrisen satelliitin aina johtaa muutokseen nopeudessa useita reaktio pyörien. Esimerkki tetraedraalisesta järjestelystä on BIRD- satelliitti.

Hetki gyro

ISS: n kontrollimomenttigyroskooppi (CMG)

Kun taas kiinteä reaktio pyörät, kolme komponentit on impulssimomentti vektori muutetaan yksilöllisesti, jotta asetettu valvonta hetki gyroskooppi (CMG, gyroskooppi hetkellä) suunta ja suuruus tämän vektorin yhteensä a, jonka akseli hetkellä gyro kallistetaan. Tätä tarkoitusta varten käytetään jatkuvasti pyörivää juoksupyörää kardaanisuspensiossa . H. gyroskooppi . Poikkeuksena kardaanijousitus ei ole vapaa , mutta sitä säätää moottori kahteen kohtisuoraan suuntaan. Tuloksena oleva reaktiomomentti kääntää avaruusaluksen. Pyörimistä juoksupyörän akselin ympäri ohjataan muuttamalla nopeutta. Tätä tekniikkaa käytetään esimerkiksi kansainvälisellä avaruusasemalla .

Ominaisuudet

Tyypillinen reaktiopyörä keskikokoiselle kaupalliselle satelliitille on halkaisijaltaan 20-30 cm, korkeus noin 10 cm, ja sen kokonaispaino on 5-10 kg. Noin 5000 r / min nopeudella se tuottaa kaavan mukaisesti

${\ displaystyle L = J \, \ omega}$

Kanssa

• Massahitausmomentti ${\ displaystyle J}$
• kulmanopeus ${\ displaystyle \ omega}$

kulmamomentti 20  Nm s . Sitä vastoin linkouspyörän tai momentygyron (katso yllä) kulmamomentti on 500 Nms ja enemmän. ${\ displaystyle L}$

Reaktiopyörän kulmamomentin muutos vaihtamalla aiheuttaa satelliitin vastakkaisen pyörimisen vauhtipyörän pyörimisakselin ympäri. Satelliitin suuntaa voidaan siten hallita hyvin tarkasti tekemällä pieniä muutoksia reaktiopyörän pyörimiseen. ${\ displaystyle \ omega}$

Seuraava koskee syntyvää momenttia : ${\ displaystyle T}$

${\ displaystyle T = J \, {\ piste {\ omega}}}$

kanssa kulmakiihtyvyys . ${\ displaystyle {\ piste {\ omega}}}$

Vääntömomentti määrittää kuinka nopeasti pyörimistä voidaan muuttaa ja satelliitti kallistuu. Tuotetun vääntömomentin yläraja on tyypillisesti 0,2 - 0,5  Nm .