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为什么人造卫星在太空不会随意翻滚

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为什么人造卫星在太空不会随意翻滚

为什么人造卫星在太空不会随意翻滚

人造卫星在太空中飞行,会受到残余空气动力、微流星撞击力、地球扁圆度引起的不均匀引力、太阳辐射压力,以及卫星内部的运动机构(如弹簧、发动机)等干扰力的影响,导致卫星的姿态甚至轨道发生变化。另外,每种卫星都有自己特定的任务,在飞行时对它的飞行姿态都有一定的要求。比如,通信卫星上的抛物面天线和对地观测卫星上的相机要始终对准地面,太阳观测卫星上的望远镜要一直对准太阳。为此,卫星上装有姿态控制和轨道控制分系统。

所谓卫星的姿态控制就是控制卫星的飞行姿态,保持姿态轴的稳定,并根据需要改变姿态轴的方向。由于各种干扰,卫星在空间的姿态角和姿态角速度往往会偏离设计值,这时就要进行控制和调整。

卫星的姿态控制分系统有被动和主动两种。其中,被动控制系统的控制力不需要消耗卫星上的能源,而是用卫星的动力特性或空间环境力矩来提供,主要有自旋稳定等方式。主动控制系统是根据姿态误差(测量值与标称值之差)形成控制指令,产生控制力矩,实现姿态控制。它主要采取飞轮控制和喷气控制等方式,可对卫星进行三轴稳定控制,这种方式被目前多数卫星采用。

自旋稳定方式是通过卫星绕一个轴自旋来保持稳定。简单地说,其原理与旋转的陀螺类似:高速旋转可以保持物体的转轴方向不变。早期的卫星大多采用这种简单的控制方式。在卫星表面沿切线方向对称地装上小火箭发动机,需要时就点燃小发动机,产生力矩,使卫星旋转起来,也可由末级运载火箭起旋。高速旋转的卫星,其自转轴在空间的指向就会保持不变。

三轴稳定方式是对卫星相互垂直的三个轴都进行控制,不允许任何一个轴产生超出规定值的转动和摆动。实现卫星三轴姿态控制的系统一般包括姿态敏感器、姿态控制器和姿态执行机构三部分。姿态敏感器有惯性敏感器、地球敏感器、太阳敏感器、星敏感器等,用于察觉和测量卫星的姿态变化,即卫星沿各个轴的转动角度、转动角速度有多大,是否超出规定的范围。

姿态控制器用于把姿态敏感器送来的卫星姿态角变化值的信号,经过一系列比较、处理,产生控制信号输送到姿态执行机构。姿态执行机构则根据姿态控制器送来的控制信号产生力矩,使卫星姿态恢复到正确的位置,常用的执行机构有反作用飞轮和推力器。当卫星的姿态处于所要求的姿态时,飞轮保持匀速旋转;如果卫星偏离了某一位置,飞轮加速或减速,产生一个相反方向的力矩,使卫星回复到所要求的姿态位置。卫星三个轴向各设置一个这样的飞轮,就能控制卫星三个轴方向的姿态。也可以在卫星三个轴的方向安置若干个小的推力器,一旦卫星偏离所要求的姿态,相应方向的推力器就会喷出气体,产生推力,使卫星回到所要求的姿态位置。

QQ:279582008

—— 100000whys

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