In dieser Antwort werden drei Gasriesen-Planetenorbiter erwähnt :
- Cassini - Verwendet Reaktionsräder und Triebwerke
- Galileo - Wird hauptsächlich durch Drehen des Raumfahrzeugs und der Triebwerke verwaltet.
- Juno - Verwendet nur Triebwerke und ist spinstabilisiert.
und gemäß Wikipedias New_Horizons; Antriebs- und Lageregelung (kein Gasriesen-Orbiter)
Frage: Warum hat Cassini Reaktionsräder eingebaut und die anderen nicht?
Es läuft darauf hinaus: Wie viel Raumfahrzeugressourcen werden für die von Ihnen vorgeschlagene Methode zur Lageregelung benötigt? Und manchmal spielen die Zeigeanforderungen der Mission eine wichtige Rolle.
Triebwerke verwenden Treibmittel. Reaktionsräder (und Schwungräder) verwenden elektrische Energie. Die Spin-Stabilisierung nutzt beides nicht, solange Sie das Raumschiff nicht neu ausrichten müssen – aber jedes wissenschaftliche Raumschiff muss neu ausgerichtet werden, es ist nur eine Frage, wie oft.
Bei Reaktionsrädern hängt die verwendete Energiemenge von der Masse des Raumfahrzeugs (eigentlich seinem Trägheitsmoment) und davon ab, wie schnell Sie sich drehen müssen. Wenn Sie es wirklich brauchen, können Sie Batterien mit der elektrischen Stromquelle (wie einem RTG) aufladen, wenn der Strombedarf des Raumfahrzeugs geringer ist als die Stromerzeugungskapazität der Quelle, und diese Quelle mit Batteriestrom ergänzen, wenn es einen Zeitraum mit hohem Stromverbrauch gibt .
Dennoch sind die Umdrehungsgeschwindigkeiten des Reaktionsrads aufgrund der Anforderungen an die elektrische Energie typischerweise sehr langsam. Wenn Sie wirklich schnell drehen müssen, sind Triebwerke besser geeignet. Aber Triebwerke verbrauchen Treibstoff. Wenn Sie viele Kurven fahren, können Sie viel Treibstoff verbrennen, und das fügt dem Raumschiff beim Start mehr Masse hinzu – es muss mehr Treibstoff tragen.
Die Entscheidung darüber, welcher Ansatz verwendet werden soll, beinhaltet normalerweise, dass Ingenieure das erwartete Missionsprofil betrachten, insbesondere das Neuorientierungsprofil (wie oft? wie weit? wie schnell?), um zu sehen, ob das eine oder das andere weniger Ressourcenverbrauch (z. B. Masse) erfordern würde und Sie wägen auch solche Überlegungen ab, wie die verschiedenen Techniken mit den Missionsanforderungen in Einklang stehen. Wenn zum Beispiel die wissenschaftlichen Instrumente eine sehr genaue und äußerst stabile Ausrichtung erfordern, selbst wenn ein auf Triebwerken basierendes System möglicherweise weniger massiv ist als ein auf Reaktionsrädern basierendes System, sind die Reaktionsräder genauer und stabiler, und Sie können wählen dieser Ansatz.
Spinstabilisierte Raumfahrzeuge haben typischerweise einen ziemlich großen Gesamtdrehimpuls, sodass die kleinen Drehimpulse von Reaktionsrädern solche Raumfahrzeuge sehr, sehr langsam präzedieren könnten. Thruster passen im Allgemeinen besser.
Im Fall von Cassini gab es zwei Überlegungen, die sie zu Reaktionsrädern trieben: 1) Sie machten viele Drehungen in großen Winkeln, sodass die Verwendung von Reaktionsrädern viel sparen würdeTreibmasse; und 2) die hervorragende Auflösung von Cassinis Narrow Angle Camera (NAC) erforderte eine hervorragende Ausrichtungsstabilität, die besser mit Reaktionsrädern als mit einem separaten Satz kleiner Triebwerke zur Lageregelung umgesetzt werden konnte. Mit "separatem Satz" meine ich, dass Cassini ein Triebwerkssystem zur groben Lagekontrolle und Entsättigung des Reaktionsrads hatte, aber der minimale Impuls, den Sie von ihnen liefern konnten (von der kürzestmöglichen Brenndauer, genannt "Minimalimpulsbit"), würde dies nicht tun Halten Sie das Zeigen so stabil wie gewünscht. Um dies mit Triebwerken zu tun, wäre ein separater, kleinerer Satz von Triebwerken mit einem viel kleineren minimalen Impulsbit erforderlich, um ein ausreichend genaues Zeigen zu gewährleisten.
Hobbes