Wie oft muss die ISS ihre Kontrollmomentkreisel entsättigen?

Ich habe damit noch etwas nachgeforscht, und obwohl ich keine explizite Antwort auf meine Frage gefunden habe, bin ich auf einige interessante Ressourcen gestoßen.

Erstens besagt dieses Papier, dass sie Reaktionskontrolldüsen verwenden, um zu entsättigen, wenn der Gesamtimpuls 13000 ft-lbf-sec erreicht. Es gibt jedoch keine Informationen darüber, wie lange es dauert, bis sich dieser Betrag angesammelt hat.

Zweitens ist diese (ziemlich aktuelle) Präsentation sehr informativ. Es besagt, dass eine "Torque Equilibrium Attitude" verwendet wird, sodass das kumulative Drehmoment über eine Umlaufbahn "ungefähr null" ist. Wie im ersten Artikel sind also CMG-Drehmomente (nominell) periodisch.

Gegen Ende wird ein großartiges Diagramm der Treibmittelmasse gegen die Zeit (über einen Zeitraum von 3 Monaten) gezeigt. Abgesehen von Triebwerkstests und Treibstofftransfers zähle ich vier Manöver, alle während Rendezvous-/Docking-Aktivitäten.

All dies führt mich zu drei Schlüssen. Erstens hängt die Häufigkeit, mit der dies geschehen muss, vom Andockplan ab, da sie erhebliche nicht periodische Drehmomente übertragen. Zweitens ist die nominelle Einstellung so, dass es sehr wenig säkularen Anstieg des Drehimpulses gibt. Drittens werden die Entsättigungsmanöver mit Triebwerken nicht sehr oft benötigt (z. B. täglich), und tatsächlich traten über einen Zeitraum von drei Monaten die einzigen Triebwerkszündungen während Andockaktivitäten auf. Entsättigungsmanöver, die nicht auf das Andocken zurückzuführen sind, treten also höchstens vielleicht 3-4 Mal pro Jahr und wahrscheinlich weniger auf.

Bearbeiten: Ich sollte auch erwähnen, dass es einige Zeitschriftenveröffentlichungen aus den 90er Jahren gibt, die über Gesetze zur optimalen Steuerung der ISS geschrieben wurden. Sie waren jedoch nicht frei zugänglich, und eine Antwort auf diese Frage (simulationsbasiert oder im Orbit) wurde in der Zusammenfassung/ersten Seite nicht gefunden.

Praktisch alle Systeme, die dies tun, verwenden eine Art kontinuierlichen Prozess. Der typische Ablauf sieht in etwa so aus:

1. Eine große Impulsänderung ist erforderlich. Die Impulsänderung wird durch das Reaktionsrad gehandhabt. Reaktionsräder funktionieren im Wesentlichen, indem sie die Drehung des Raumfahrzeugs ändern. Sie können sich das so vorstellen, als ob Sie in der Mitte eines Kreisverkehrs stehen und sich im Kreis drehen. Der Kreisverkehr beginnt tatsächlich, in die andere Richtung zu drehen. Reaktionsräder haben eine maximale Geschwindigkeit, um die sie sich drehen können, wodurch ihre maximalen Grenzen des absorbierten Impulses begrenzt werden.
2. Das System gibt den Schwung langsam in andere Formen ab. Für die meisten erdnahen Raumfahrzeuge verwenden sie Magnetometer, die das Raumfahrzeug im Wesentlichen unter Verwendung des Magnetfelds der Erde neu ausrichten. Andere Systeme könnten leichte Triebwerksmanöver umfassen oder den Schwung halten, bis das Raumfahrzeug anhalten muss. Alternativ können kleine Triebwerke, oft bekannt als Reaction Control System (RCS), verwendet werden. Typischerweise versuchen die Reaktionsräder, den Impuls so schnell wie möglich kontinuierlich abzubauen, wenn sie passive Mittel oder Magnetoren verwenden, oder sie halten sich so lange wie möglich zurück und verwenden ein RCS-System

Der Schwerkraftgradient funktioniert im Grunde, weil beim Drehen eines Objekts der schwerste Teil dazu neigt, auf die Erde zu zeigen. Dies ist ein vollständig passives System, das recht gut funktionieren kann.

Die Informationen , die mir zur Verfügung stehen, deuten darauf hin, dass die ISS keine Magnetorquer verwendet, sondern den Impuls speichert, bis er so hoch ist, dass er entsättigt werden muss, wenn dies durch die Verwendung kleiner Triebwerke erreicht wird. Dies wird ziemlich genau im Kerbal Space Program modelliert .

Das Ziel der Reaktionsräder ist es also, zwei Dinge zu tun.

1. Manchmal wird dem Momentum nach kurzer Zeit durch die umgekehrte Richtung entgegengewirkt.
2. Minimieren Sie die Anzahl der Zündungen der RCS-Triebwerke.

Wie oft dies geschieht, ist nicht öffentlich bekannt, aber ich würde spekulieren, dass es ungefähr ein paar Mal pro Tag ist. Wie @Chris jedoch betonte, gibt es eine Präsentation, die einige dieser Informationen von der NASA abdeckt . Insbesondere gibt es ein paar Zahlen, die herausgezogen werden können:

1. Das durchschnittlich gespeicherte Drehmoment vor einer Entsättigung beträgt etwa 14000 lb-ft/sec oder 18000 N.
2. „Hunderte von kg/Jahr Treibmittel“ können eingespart werden, indem der RCS-Einsatz durch clevere Algorithmen reduziert wird.
3. Unter der Annahme eines Strahlruder-ISP von 300 (etwas hoch) beträgt die Kraftstoffentsättigung pro Rad ungefähr 60 N oder 6 kg.
4. Um „Hunderte von kg/Jahr“ einzusparen und trotzdem etwas Kraftstoff zu verbrauchen, schätzen wir den Kraftstoffverbrauch für RCS/Jahr auf etwa 300 kg.
5. Alles zusammen ergibt ungefähr 50 Entsättigungsmanöver pro Jahr. Ich glaube, diese Schätzung ist etwas niedrig, ich würde 1-2 pro Woche erwarten.