Soweit ich weiß, verwendet die ISS Gyroskope (CMG), um ihre Fluglage beizubehalten. Gleichzeitig verstehe ich, dass die ISS relativ zur Erde eine konstante Lage beibehält, dh ihre Z-Achse zeigt immer zum Zentrum des Planeten. Angesichts der Geschwindigkeit der Station bedeutet dies, dass die ISS ihre Lage kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 4 Grad pro Minute ändern muss (siehe 1 ).
Hier fehlt mir etwas. Gyroskope behalten per Definition eine bestimmte Haltung bei. Sollte sich die Station, die durch Gyroskope stabilisiert wird, nicht immer in der gleichen "absoluten" Position befinden, was bedeuten würde, dass sie sich relativ zur Erde drehen muss?
Der Begriff "Gyroskop" ist etwas allgemein und bezieht sich auf zwei Geräte im Zusammenhang mit der Ausrichtung von Raumfahrzeugen: einen Gyroskopsensor und ein Steuermomentgyroskop . Ein Gyroskopsensor misst die Rotationsrate des Raumfahrzeugs, während ein Steuermomentgyroskop die Rotationsrate steuert (durch Erzeugen eines Drehmoments).
Raumfahrzeuge wie die ISS benötigen ein vollständiges Lageregelungssystem, das Sensormessungen verwendet, um die wahre Ausrichtung abzuschätzen, diese mit der gewünschten Ausrichtung zu vergleichen und dann das erforderliche Drehmoment aufzubringen. Die Antwort auf Ihre Frage liegt wirklich darin, wie Sie diese gewünschte Ausrichtung definieren . Ja, die ISS dreht sich, um mit der Erde ausgerichtet zu werden, aber sie wird auch gesteuert, um diese gewünschte Ausrichtung beizubehalten. Dass sich die gewünschte Ausrichtung ändert, ist kein Problem, man muss sich bei der Verwendung von Kreiseln nicht auf eine „bestimmte Haltung“ stabilisieren. Genauso einfach können Sie mit Gyroskopen eine sich drehende gewünschte Einstellung verfolgen, und Sie können auch ein sich bewegendes Ziel mit sich änderndem Spin verfolgen.
Lassen Sie mich hinzufügen:
Die ISS ohne Gyroskope würde Newtons 1. Drehbewegungsgesetz folgen – ihren Spin beibehalten; Wenn die Rotationsgeschwindigkeit 1 Umdrehung pro Umlaufzeit beträgt, wird sie der Erde immer mit der gleichen Seite zugewandt sein.
CMGs mit Achsen, die senkrecht zur Rotationsebene stehen, wären nicht betroffen und würden ihre Geschwindigkeit beibehalten; ihr Drehmoment wirkt nicht in dieser Ebene, wenn ihre Geschwindigkeit unverändert ist.
CMGs mit einer Achse in der Rotationsebene würden jedoch ein starkes Drehmoment ausüben, wenn sie nur nach oben gedreht werden - das Drehen eines sich drehenden Gyroskops in einem geraden Bogen auf den Kopf zu stellen, erfordert ziemlich viel Kraft.
Aber sie müssen nicht umgedreht werden. Die CMGs sind kardanisch aufgehängt. Während sich die Station dreht (nur ihrer eigenen Drehträgheit folgend), bleiben die CMGs, die ein Drehmoment ausüben würden, in einer festen Ausrichtung und rutschen in ihren Kardanringen relativ zur Station. Nur wenn die Drehung der Station geändert werden muss, werden die Motoren der CMGs und die Motoren ihrer Gimbals eingeschaltet, um das gewünschte Drehmoment bereitzustellen - darüber hinaus verursachen sie nur Reibung/Verluste.
ISS verwendet eine Drehmomentgleichgewichtslage, die per Definition die minimale Eingabe von den Steuermomentkreiseln erfordert. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100024204_2010020499.pdf
Die vier Gyroskope zur Steuerung des Moments verwenden ein Doppelkardandesign, das es der Drehachse ermöglicht, eine geeignete Ausrichtung beizubehalten, die nicht im Referenzrahmen der Station festgelegt ist. Obwohl dies normalerweise nicht „frei herumschwingen“ kann, können Elektromotoren ein Drehmoment erzeugen, indem sie gegen den Impulsvektor der Drehachse wirken.
Der Software-Controller verwendet die Motoren, um „Widerstandsmomente“ zu überwinden, um die Station stabil und rotierend zu halten, um die Umlaufbahn um die Erde zu verfolgen. Tatsächlich verwendet die Station Sonnenenergie, um die Motoren anzutreiben und die erforderlichen Drehmomente zu erzeugen, um den Widerstand zu überwinden und die Ausrichtung im Orbit beizubehalten. Die Z-Achse der Station zeigt entlang der Radiallinie zur Erde. Die Insassen haben während der gesamten Umlaufbahn beste Sicht auf den Planeten.
Adam Davis
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