Wie sind die Triebwerke der Voyagers auf neuartige Weise konfiguriert, um Beschleunigungen entlang der Erde-Raumfahrzeug-Achse zu minimieren?

Ich habe gerade in Eshleman et al 1977 Radio Science Investigations with Voyager gelesen , dass die Reisenden Folgendes haben:

...eine neuartige Triebwerkskonfiguration zur Lageregelung, die Beschleunigungen entlang der Sichtlinie Erde-Raumfahrzeug minimiert;

Ich vermute , dass das Ziel darin besteht, jede winzige Menge an Delta-V zu minimieren, die die Doppler-Messungen der Geschwindigkeit beeinflussen würde, da in diesen Präzisionsmessungen so viel Wissenschaft verfügbar ist.

Bedeutet dies nur, dass die "neuartige Triebwerkskonfiguration zur Lageregelung" so ausgelegt ist, dass sie den Impuls der verwendeten Triebwerke so ausgleicht, dass nur ein Drehmoment um den Massenmittelpunkt des Raumfahrzeugs ausgeübt wird? Wenn ja, wie wurde diese neuartige Minimierung erreicht?

Wenn nicht, was bedeutet es dann?

Ich denke, die Antwort auf Ihre Frage befindet sich auf Seite 258 dieses Papiers, aber ich verstehe sie nicht gut genug, um eine Antwort zu schreiben: users.cecs.anu.edu.au/~Jonghyuk.Kim/teaching/KF%20Voyager. pdf
@OrganicMarble, das ist randvoll mit technischen Leckereien, ich werde es sicher genießen, danach zu graben, danke!
Ich habe eine ziemlich umfangreiche Suche durchgeführt, kann aber keine Informationen darüber finden, wie die Triebwerke installiert sind. Trotz des von @OrganicMarble referenzierten Artikels habe ich mehrere Texte gefunden, die besagen, dass die Triebwerke paarweise betrieben werden, aber darüber hinaus keine Details bieten. Dieses Papier geht auch nicht ins Detail auf die Triebwerkskonfiguration.
@Hobbes danke, dass Sie sich weiter damit befasst haben. Es gibt Kommentare zu Wie sind die 16 Triebwerke der Voyager ausgerichtet? aber auch dort keine Antworten. Ein ziemliches Rätsel! Ich frage mich, ob es an der Zeit ist, selbst nach 3D-Modellen zu suchen und Momente zu berechnen. Sie müssen nur 1) alle diese Diagramme sammeln, 2) ein Koordinatensystem und 3) eine Referenz erhalten, die die Koordinaten des Massenschwerpunkts in diesem System angibt.
Die verfügbaren Diagramme zeigen, wo sich die Triebwerksgruppen befinden, haben aber nicht genügend Auflösung, um zu zeigen, in welche Richtung die Düsen zeigen.
Der Link von @Hobbes Organic Marble in Abbildung 4 hat die Beschriftungen "Pitch, Roll, Yaw", und das Diagramm von RussellBorogove in dieser Antwort enthält einige nette farbcodierte Gruppierungen, die irgendwo her stammen. Es muss auch mehr da draußen geben. Unter spaceflight101.com/newhorizons/spacecraft-overview finden Sie auch das Diagramm der Fluglagensteuerungsmodi
Der Voyager Backgrounder ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19810001583.pdf und alle anderen Referenzen, die ich gefunden habe, besagen, dass es 12 Jets in zwei Systemen von 6 gibt, bei denen nur ein System verwendet wird eine Zeit. Wenn Sie jetzt nur 6 Jets haben, können sie offensichtlich nicht paarweise schießen (außer im trivialen Sinne, dass einer feuert, um eine Bewegung zu starten, und der gegenüberliegende feuert, um sie zu stoppen), weil Sie nur 1 Jet / Richtung / Achse haben.
@OrganicMarble Ich wollte gerade sagen, dass Sie das Raumschiff immer in eine Richtung drehen können, aber dann erinnerte ich mich, dass das Entladen des Impulses bidirektionale Triebwerke erfordern würde.
Ja, es wäre ziemlich schwierig, Ihre Rotation zu stoppen, wenn Ihre Düsen nur in eine Richtung zeigen würden ...
@OrganicMarble oh, das war eine dumme Sache zu sagen! egal :-)
Das ist New Horizons, oder?
@OrganicMarble Ich habe ein GIF von gegnerischen Triebwerken erstellt, also werde ich mich das nächste Mal daran erinnern. Dies ist New Horiiiiiiizohons ... i.stack.imgur.com/D7iHh.gif von youtu.be/j3Jm5POCAj8?t=106 (lauter Musikalarm)
Ah. Gut gemacht! Ich vergesse immer, auf meine Gedächtnisjogger zu schauen :(
@OrganicMarble - Für die Lagekontrolle müssen Sie sich nur um die 3 Rotationsfreiheitsgrade kümmern, also reichen 6 Triebwerke. Sie werden gemäß dem Diagramm in Ihrem ersten Kommentar in +- Paaren betrieben. Das in der Frage erwähnte Papier hat auch folgendes über die Triebwerke zu sagen: "Die neue Triebwerkskonfiguration verbessert die Navigation von Raumfahrzeugen und unterstützt gleichzeitig Untersuchungen der Himmelsmechanik." Dies ist in Abschnitt 7, wo es scheint, dass "Roman" hier nur "neu" bedeutet - wie in, es ist ein anderes Design als das, was sie vorher hatten.
@IronEagle Alle meine Beiträge hier haben mein Argument gestützt, dass 6 Triebwerke ausreichen. Ich bin mir nicht sicher, worauf Sie hinaus wollen, wenn Sie meine Argumente unterstützen, danke!
@IronEagle Kopfgeld läuft in 22 Stunden ab und danach gibt es eine 24-stündige Schonfrist. Ich denke, es gibt hier genug Informationen in Kommentaren und Links, um eine Antwort zu verfassen. Es wäre toll, wenn das Kopfgeld nicht verschwendet würde :-)
@uhoh - danke für den Schubs, ich glaube, ich habe es vielleicht tatsächlich herausgefunden.
@uhoh, dieses Wiederauftauchen erinnerte mich daran, dass ich vor Jahren, als ich mir das ansah, tatsächlich eine mechanische Zeichnung mit 3 Ansichten fand, die die Positionen aller 12 Triebwerke zeigt. Leider weiß ich nicht mehr genau, wo ich die Zeichnung gefunden habe :( Aber hier ist ein Ausschnitt mit den 12 Triebwerken und ein Ausschnitt mit dem Typenschild der Zeichnung. i.imgur.com/53QJwDJ.jpg i.imgur.com/xtsVWFz.png
@uhoh Ich war besonders fasziniert, dass alle 4 Pitch-Triebwerke im Grunde zusammen angeordnet sind.
@uhoh Ich vermute, dass die "neuartige Konfiguration" möglicherweise damit zu tun hat, dass die Pitch-Triebwerke um 45 Grad geneigt sind. Beachten Sie, dass die Gier- und Roll-Triebwerke – die die unerwünschten Translationsbewegungen senkrecht zur Sichtlinie der Antenne liefern – nicht ähnlich geneigt sind. Nur die Pitch-Triebwerke - die eine Verschiebung entlang der Sichtlinie verursachen würden - haben diese Neigung. Aber ich muss darüber nachdenken, wie das helfen würde.
@OrganicMarble siehe Diskussion unter der aktuellen Antwort, ich denke, dass es nicht helfen würde, und mein ursprüngliches Zitat ist falsch.
@uhoh Ich vermute, dass das Zitat auch falsch ist.
@OrganicMarble - Ich würde eher zustimmen, dass die 45 Grad das Neue wären ... bei normaler Steuerung würden sie mit der Antenne übereinstimmen. Aber ich verstehe auch nicht, warum die 45 Grad?
Das einzige, was ich mir vorstellen kann, ist, dass es die Beschleunigung entlang der Sichtlinie verringert, verglichen mit demselben Triebwerk, das entlang der Sichtlinie ausgerichtet ist. Also, für einige Werte von "minimiert" ...
Tatsächlich wette ich, dass es genau das ist, worüber sie sprechen. Wenn ich ein paar Zahlen herausbekommen kann, schreibe ich vielleicht eine Antwort.
@OrganicMarble Mach es!

Antworten (2)

Diese Antwort ist etwas spekulativ und beruht auf einer großzügigen Interpretation dessen, was "Beschleunigungen minimieren" bedeutet.

Ich habe eine Zeichnung der Voyager in drei Ansichten über einen Link in dieser Antwort erhalten. Was bedeutet es, wenn die Voyager "Triebwerke wechseln"?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe einen Teil der Zeichnung, der sich mit den Pitch-Triebwerken befasst, zugeschnitten und kommentiert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Etwas ungewöhnlich sind die Pitch-Triebwerke nicht senkrecht zu der Achse montiert, um die sie eine Rotation erzeugen sollen. Stattdessen sind sie um etwa 45 Grad geneigt. Die Gier- und Rolltriebwerke der Voyager weisen diese Neigung nicht auf.

Da alle Dokumente , die ich gefunden habe, besagen, dass im Lagekontrollsystem der Voyager ein einzelner Jet feuert, um eine Rotation zu induzieren, tritt zwangsläufig auch eine unerwünschte Translation auf. Durch Neigen der Pitch-Düsen um 45 Grad wird die Translationsbeschleunigung entlang der Sichtlinie (LOS) der Antenne um ~30 % reduziert.

Die rote Linie, die ich der Zeichnung hinzugefügt habe, repräsentiert einen hypothetischen Schubvektor von einem Pitch-Jet. Die grüne Linie ist ihre Komponente in Richtung der Antenne LOS. Die violette Linie ist derselbe Schubvektor, der entlang der LOS gerichtet ist, und dient dazu, die ca. 30%ige Schubzunahme entlang der LOS im Vergleich zu der durch den geneigten Strahl erzeugten zu zeigen.

Sind 30 % eine signifikante Minimierung? Ein Skeptiker könnte darauf hinweisen, dass die Neigung es auch den Düsen mit der Bezeichnung „-P1“ und „-P2“ ermöglicht, ihren Aufprall auf die Rückseite der Antenne zu minimieren. Aber ein gutes Designmerkmal kann mehr als eine Funktion erfüllen.

Ja, das ist wahrscheinlich die beste Antwort, denke ich.
Jetzt muss ich rausgehen und einen größeren Monitor kaufen.

"Neuartig" bedeutet hier in Bezug auf andere Planetenmissionen und auch den Triebwerkstreibstoff: Die früheren Missionen zu den äußeren Planeten (Pioneer) waren spinstabilisiert , und frühere Missionen zu den inneren Planeten verwendeten Kaltgas-Triebwerke. Ein Zitat von später in demselben Papier in Ihrer Frage:

Das Voyager-Raumschiff enthält mehrere Verbesserungen an Ausrüstung und Design, die die radiowissenschaftlichen Untersuchungen in Bezug auf die vorherigen Planetenmissionen verbessern werden ... die neue Triebwerkskonfiguration verbessert die Navigation des Raumfahrzeugs und unterstützt gleichzeitig die Untersuchungen der Himmelsmechanik." (Hervorhebung von mir)

In diesem Artikel wird nicht viel mehr in Bezug auf die Triebwerke erwähnt, aber ich glaube, es ist nur dieser Unterschied zwischen der Voyager und den vorherigen Planetenmissionen. Das Hydrazin -Triebwerk MR-103 war ebenfalls relativ neu, mit dem Erstflug des Triebwerks erst im Jahr 1974 , und dieses Papier wurde 1977 veröffentlicht.

Mit anderen Worten, es ist eine "neuartige Triebwerkskonfiguration", nicht eine "neuartige Triebwerkskonfiguration".

Missionen zu inneren Planeten vor 1977 durch die USA, mit Stabilisierungsmethoden:

  • Mariner: 2 Sätze von 6 Kaltgas-Triebwerken, 3 Kreisel ( Link ) (Mars, Venus)
  • Pioneer: Spin-Stabilisierung ( Link ) (Jupiter, Saturn)
  • Viking: Kaltgas-Triebwerke ( Link ) (Mars)
hmm ... das Roman - Was auch immer "minimiert Beschleunigungen entlang der Sichtlinie Erde-Raumschiff", und das scheint mir zumindest darauf hinzudeuten, dass die Neuheit eine Möglichkeit bietet, die Haltung mit einem minimalen Schub entlang der Sichtlinie zu steuern -Blickrichtung. Dies wäre wichtig, um eine Lagesteuerung während einer langen Übertragung für Entfernungszwecke zu ermöglichen (sie können zehn Stunden oder länger für einige Raumfahrzeuge dauern), ohne einen Doppler-Verschiebungs-Störimpuls zu verursachen. Ich glaube wirklich, dass da noch etwas mehr dahintersteckt, wie zum Beispiel, dass die Nick- und Gierstrahlruder einen minimalen Schub entlang der Zielrichtung der Antenne haben.
@uhoh - es mag sein, aber es scheint nicht viel Dokumentation zu geben - ich würde erwähnen, dass ein spinstabilisiertes Fahrzeug keine hat, also vergleichen sie es vielleicht damit. Vielleicht lebt einer der Autoren noch?
Tatsächlich heißt es in dem Artikel im ersten Link unter der Frage Campbell, Synnott und Bierman 1983 Voyager Orbit Determination at Jupiter : „Ein Konstruktionsfehler des Raumfahrzeugs besteht darin, dass die Abgasfahnen von den Triebwerken mit positiver und negativer Neigungslage, die Geschwindigkeitskomponenten entlang der haben radiometrische Messrichtung.“ Suchen Sie in der Zeitung nach "Thruster", um mehrere Diskussionen zu erhalten.
Wenn in Ihren vorherigen drei Beispielen die Triebwerke nicht senkrecht zur Ausrichtung der Antenne oder zur Richtung der "radiometrischen Messung" standen, wäre die Konfiguration der Voyager einzigartig!
Noch 4 Stunden (plus 24 Stunden Nachfrist) auf dem Bounty-Timer, aber kein Druck :-)
@uhoh - interessant, Fortsetzung Ihres Zitats: "... Diese Tatsache war vor dem Start bekannt, aber es wurde angenommen, dass der Effekt vernachlässigbar wäre. Die Schlussfolgerung einer Postlaunch-Studie war, dass der Plume-Impingement-Effekt tatsächlich signifikant ist. " Die Triebwerke stehen also nicht senkrecht zur radiometrischen Richtung (was minimal gewesen wäre), sondern waren anscheinend im Design ausgewogen, was diesen Effekt verfehlte.
hast du gerade die Kommentare von OM unter der Frage gesehen? Huch, sie sehen aus wie etwa 45 Grad und wirken überhaupt nicht ausgeglichen! Sie werden also sicherlich eine gewisse Beschleunigung entlang der radiometrischen Richtung bewirken. Ich frage mich, ob das Zitat in der Frage einfach falsch ist?
Wie sind die Triebwerke der Voyagers auf neuartige Weise konfiguriert, um Beschleunigungen entlang der Erde-Raumfahrzeug-Achse zu minimieren?
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