Reaksjonshjul

Et reaksjonshjul er et aktuator for å kontrollere posisjonen til en satellitt . Den består vanligvis av en motor , en svinghjulsmasse rotert av den, og kontrollelektronikken for motorhastigheten.

Arbeidsprinsipp

Et reaksjonshjul endrer rotasjonshastigheten , et dreiemoment til satellitten på den i samme akse, men i motsatt retning for å rotere ( handling og reaksjon ). Det totale sentrifugeringen til satellittanlegget forblir konstant ( vedlikeholdsverdi ), i motsetning til posisjonskontrolldyser eller magnetiske spoler , som endrer sentrifugeringen til systemet. Figurativt sett forskyves vinkelmomentet bare frem og tilbake mellom satellitthuset og reaksjonshjulet ( bevaring av vinkelmomentet ).

Forskjell til vrihjulet

Reaksjonshjul skal ikke forveksles med spinnhjul :

• Et reaksjonshjul er normalt stille og bringes bare til en tilsvarende hastighet for å endre satellittposisjonen eller for å kompensere for eksterne forstyrrende dreiemomenter. Vanligvis er det flere reaksjonshjul per satellitt, som er justert i forskjellige romlige retninger.
  Hvis maksimumshastigheten til et reaksjonshjul oppnås etter flere posisjonsendringer, må det avmettes (stoppes). For dette formål påfører posisjonskontrolldyser eller magnetiske spoler et eksternt dreiemoment som motvirker reaksjonshjulets når det beveger seg ned. Dette sikrer at satellitten beholder sin definerte retning i rommet til tross for hastighetsendringen og ikke blir til en uønsket tumlebevegelse. Reaksjonshjulet er deretter tilgjengelig igjen for posisjonsendringer.
• Et vrihjul går konstant i høy hastighet og genererer derved en stabiliserende vri , dvs. Dette betyr at reaksjonen på forstyrrende dreiemoment vinkelrett til aksen av rotasjonen av spinnhjulet blir minimalisert. Derfor er det vanligvis bare ett sentrifugeringshjul (muligens to overflødige ) per satellitt. Spinhjul brukes for eksempel i klassiske sentrifugeringsstabiliserte GEO- satellitter.

Arrangementer

Reaksjonshjul i et tetraederarrangement

Det er to hovedordninger for reaksjonshjul som brukes i romfart:

• I et aksialt frakoblet system brukes et reaksjonshjul i hver geometriske hovedakse til satellitten, så totalt tre. Et eksempel på tre-akset arrangement er LAPAN-TUBSAT .
• For å oppnå redundans er reaksjonshjul installert i tetraederarrangementet , totalt fire. Dette har fordelen at hvis et hjul svikter, forblir systemet fortsatt fullt funksjonelt. Ulempen er koblingen av de enkelte hjulene til hverandre: Rotasjonen rundt en geometrisk akse på satellitten resulterer alltid i en endring i hastigheten til flere reaksjonshjul. Et eksempel på tetraederarrangementet er BIRD- satellitten.

Moment gyro

Kontrollmomentgyroskop (CMG) av ISS

Selv med faste reaksjon hjul, de tre komponentene av vinkelmomentet vektoren endres hver for seg, for å sette i kontroll Moment gyroskop (CMG, gyro øyeblikk) retningen og størrelsen av denne vektor total av en, av aksen for øyeblikket gyro er skråstilt. Et konstant roterende løpehjul i en kardanoppheng brukes til dette formålet. H. et gyroskop . Kardanopphenget er unntaksvis ikke gratis , men justeres av en motor i to retvinklede retninger. Det resulterende reaksjonsmomentet dreier romfartøyet. Rotasjonen rundt pumpehjulets akse styres ved å endre hastigheten. Denne teknologien brukes for eksempel på den internasjonale romstasjonen .

Kjennetegn

Et typisk reaksjonshjul for en mellomstor kommersiell satellitt er 20 til 30 cm i diameter, omtrent 10 cm i høyden, og har en total masse på 5 til 10 kg. Med en hastighet på ca. 5.000 o / min genererer den i henhold til formelen

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

Med

• den treghetsmoment ${\ displaystyle J}$
• den vinkelhastigheten ${\ displaystyle \ omega}$

et vinkelmoment på 20  Nm s . Derimot er vinkelmomentet til et sentrifugeringshjul eller et momentgyro (se ovenfor) 500 Nms og mer. ${\ displaystyle L}$

En endring i reaksjonshjulets vinkelmoment ved endring fører til en motsatt rotasjon av satellitten rundt svinghjulets rotasjonsakse. Orienteringen til satellitten kan således styres veldig presist ved å gjøre små endringer i reaksjonshjulets rotasjon. ${\ displaystyle \ omega}$

Følgende gjelder for det genererte dreiemomentet : ${\ displaystyle T}$

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

med vinkelakselerasjonen . ${\ displaystyle {\ dot {\ omega}}}$

Dreiemomentet bestemmer hvor raskt rotasjonen kan endres og satellitten kan vippes. Den øvre grensen for det genererte dreiemomentet er typisk 0,2 til 0,5  Nm .