Reakciós kerék

A reakciókerék a műhold helyzetének szabályozására szolgáló működtető eszköz . Általában motorból , az általa forgatott lendkerék tömegéből és a motor fordulatszámának vezérlő elektronikájából áll.

Működési elv

A reakciókerék megváltoztatja a forgási sebességét , a rajta lévő műhold nyomatékát ugyanabban a tengelyben, de az ellenkező irányban forog ( működés és reakció ). A műholdas rendszer teljes spinje állandó marad ( karbantartási érték ), ellentétben a helyzetszabályozó fúvókákkal vagy mágneses tekercsekkel , amelyek megváltoztatják a rendszer spinjét. Átvitt értelemben a szögimpulzus csak előre-hátra tolódik el a műhold háza és a reakciókerék között ( a szögimpulzus megőrzése ).

Különbség a tekercsen

A reakciókereket nem szabad összekeverni a forgókerekekkel :

• A reakciókerék általában álló helyzetben van, és csak a műhold helyzetének megváltoztatásához vagy a külső zavaró nyomatékok kompenzálásához hozzák megfelelő sebességre. Műholdonként általában több reakciókerék van , amelyek különböző térbeli irányokba vannak igazítva.
  Ha a reakciókerék maximális sebességét több helyzetváltozás után érik el, akkor azt deszaturálni kell (le kell állítani). Erre a célra a helyzetszabályozó fúvókák vagy a mágneses tekercsek külső nyomatékot alkalmaznak, amely ellensúlyozza a reakciókerék lefelé mozdulását. Ez biztosítja, hogy a műhold a sebességváltozás ellenére is megtartsa meghatározott térbeli tájékozódását az űrben, és ne váljon nemkívánatos buktató mozgássá. Ezután a reakciókerék ismét rendelkezésre áll a helyzet megváltoztatásához.
• A sodrókerék folyamatosan, nagy sebességgel jár, és ezáltal stabilizáló csavart generál , azaz. Ez azt jelenti, hogy a reakció a zavaró nyomatékok merőlegeshez a tengelye a forgási a spin kerék minimalizálható. Ezért műholdonként általában csak egy forgókerék van (esetleg két felesleges ). A forgókerekeket például a klasszikus, spin-stabilizált GEO műholdaknál használják.

Megállapodások

A reakciókerekek tetraéderes elrendezésben

Az űrutazásban használt reakciókerékeknek két fő elrendezése van:

• A tengelyirányban leválasztott rendszerben a műhold minden geometriai főtengelyében reakciókereket használnak, tehát összesen hármat. A háromtengelyes elrendezésre példa a LAPAN-TUBSAT .
• A redundancia elérése érdekében a kerekeket a tetraéder elrendezésbe telepítik , összesen négyet. Ennek az az előnye, hogy ha egy kerék meghibásodik, a rendszer továbbra is teljesen működőképes marad. A hátránya, a tengelykapcsoló az egyes kerekek egymással: körüli forgatás egy mértani tengelye a műhold mindig eredményez változást a sebesség több reakció kerekek. A tetraéderes elrendezésre példa a BIRD műhold.

Pillanatnyi giroszkóp

Az ISS ellenőrzési pillanat giroszkópja (CMG)

Míg rögzített reakciót kerekek, a három komponens a perdület vektor cserélik egyénileg, a készlet a vezérlő Moment giroszkóp (CMG, giroszkóp pillanat) irányát és nagyságát ezen vektor összesen egy, a tengely a pillanat giroszkóp van döntve. Erre a célra folyamatosan forgó járókereket használnak kardánfelfüggesztésben . H. egy giroszkóp . A kardánfelfüggesztés kivételesen nem szabad , de egy motor állítja két merőleges irányba. A kapott reakciónyomaték megfordítja az űrhajót. A járókerék tengelye körüli forgást a sebesség változtatásával lehet szabályozni. Ezt a technológiát alkalmazzák például a Nemzetközi Űrállomáson .

Jellemzők

Egy közepes méretű kereskedelmi műhold tipikus reakciókeréke 20-30 cm átmérőjű, körülbelül 10 cm magas, össztömege 5-10 kg. Kb. 5000 fordulat / perc sebességgel a képlet szerint generál

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

Val vel

• a tehetetlenség tömegnyomata ${\ displaystyle J}$
• a szögsebesség ${\ displaystyle \ omega}$

egy perdület 20  Nm s . Ezzel szemben a forgókerék vagy egy pillanatnyi giroszkóp szögmomentuma (lásd fent) legalább 500 Nms. ${\ displaystyle L}$

A reakciókerék szögmomentumának megváltoztatása változtatással a műhold ellentétes elfordulását eredményezi a lendkerék forgástengelye körül. A műhold iránya tehát nagyon pontosan szabályozható, ha apró változtatásokat hajtanak végre a reakciókerék forgásában. ${\ displaystyle \ omega}$

Az előállított nyomatékra a következők vonatkoznak: ${\ displaystyle T}$

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

a szöggyorsítással . ${\ displaystyle {\ dot {\ omega}}}$

A forgatónyomaték határozza meg, hogy milyen gyorsan változtatható a forgás és a műhold dönthető. A létrehozott nyomaték felső határa jellemzően 0,2–0,5  Nm .