리액션 휠

Reaction wheel
프로필에 표시된 작은 반응 휠
위성의 정확한 자세를 유지하기 위해 고정밀 원뿔 접지 센서의 일부로 구성된 운동량/반응 휠

반응 바퀴(RW)는 주로 3축 자세 제어를 위해 우주선에 의해 사용되며, 로켓이나 외부 토크 적용자가 필요하지 않다.그것들은 높은 지시 [1]: 362 정확도를 제공하며, 망원경을 별을 향하게 하는 것과 같이 우주선이 아주 적은 양으로 회전해야 할 때 특히 유용합니다.

반응 휠은 일정한 회전 속도(또는 거의 일정한 회전 속도)로 작동하여 많은 양의 각운동량을 인공위성에 제공하여 운동량 휠로 작동하기도 합니다.그렇게 함으로써 인공위성의 한 축에 수직인 교란 토크가 교란 토크와 같은 축에 대한 우주선 각도 운동을 직접적으로 초래하지 않도록 우주선의 회전 역학을 변화시킨다; 대신에, 그들은 (일반적으로) 다음의 각 운동(세차 운동)을 야기한다.수직 축에 대한 페이스크래프트 축.이것은 우주선 축이 거의 고정된 [1]: 362 방향을 가리키도록 안정시키는 경향이 있어 덜 복잡한 자세 제어 시스템을 가능하게 한다.이 "모멘텀 바이어스" 안정화 접근방식을 사용하는 위성에는 SCISAT-1이 포함됩니다. 모멘텀 휠의 축이 궤도 정규 벡터에 평행하도록 방향을 설정함으로써 이 위성은 "피치 모멘텀 바이어스" 구성에 있습니다.

컨트롤 모먼트 자이로스코프(CMG)는 관련성이 있지만 다른 유형의 자세 액추에이터로, 일반적으로 1축 또는 2축 짐벌에 [1]: 362 장착된 운동량 휠로 구성됩니다.단단한 우주선에 장착될 때, 짐벌 모터 중 하나를 사용하여 바퀴에 일정한 토크를 가하면 우주선이 수직 축을 중심으로 일정한 각속도를 갖게 되고, 따라서 우주선의 지향 방향을 제어할 수 있게 된다.CMG는 일반적으로 모터 가열이 적은 RW보다 더 큰 지속 토크를 생성할 수 있으며 스카이랩, 미르, 국제우주정거장을 포함한 더 크거나 더 유연한(또는 둘 다) 우주선에 우선적으로 사용됩니다.

이론.

리액션 휠은 스러스터를 사용하지 않고 위성의 자세를 제어하는 데 사용되며, 이는 연료에 필요한 질량 비율을 감소시킵니다.

그들은 플라이휠에 부착된 전기 모터를 우주선에 장착함으로써 작동하는데, 회전 속도가 바뀌면 각운동량 [2]보존을 통해 비례적으로 우주선이 역회전하기 시작합니다.반응 바퀴는 질량의 중심 주위로만 우주선을 회전시킬 수 있으며(토크 참조), 우주선을 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 수 없습니다(변환력 참조).

실행

3축 제어의 경우, 반응 휠은 자세 제어 시스템에 중복성을 제공하는 추가 휠과 함께 최소 3가지 방향을 따라 장착되어야 한다.이중 장착 구성은 사면체 [3][1]: 369 축을 따라 4개의 휠 또는 3축 구성과 더불어 운반되는 스페어 휠로 구성됩니다.속도 변화(양 방향)는 컴퓨터로 전자적으로 제어됩니다.반응 휠에 사용되는 재료의 강도에 따라 휠이 분리되는 속도가 결정되며, 따라서 휠이 저장할 수 있는 각 운동량이 결정됩니다.

반응 바퀴는 우주선 총 질량의 작은 부분이기 때문에, 쉽게 제어될 수 있으며, 속도의 일시적인 변화는 각도의 작은 변화를 가져온다.따라서 바퀴는 우주선의 자세에 매우 정밀한 변화를 허용한다.이러한 이유로, 반작용 바퀴는 카메라나 망원경을 운반하는 우주선을 조준하는 데 종종 사용된다.

시간이 지남에 따라 반응 휠은 휠의 최대 속도(포화도)를 초과할 정도로 저장된 운동량을 충분히 축적할 수 있으며, 이를 취소해야 합니다.따라서 설계자는 반응 휠 시스템을 다른 자세 제어 메커니즘으로 보완합니다.자기장이 존재할 때(지구 저궤도에서와 같이) 우주선은 행성 [1]: 368 자기장을 통해 각운동량을 지구로 전달하기 위해 자기장(토크 로드라고 더 잘 알려진)을 사용할 수 있다.자기장이 없을 경우, 가장 효율적인 방법은 이온 스러스터와 같은 고효율 자세 제트를 사용하거나 태양전지 어레이나 돌출된 돛대와 같이 우주선의 질량 중심에서 떨어진 위치에 배치된 작고 가벼운 태양 돛을 사용하는 것이다.

리액션 휠을 이용한 우주선 사례

베레시트

베레시트는 2019년 2월 22일 [4]1시 45분 UTC로 팔콘 9호 로켓에 실려 달 착륙을 목표로 발사되었다.베레시트는 연료를 절약하기 위해 저에너지 전달 기술을 사용한다.타원궤도에서 네 번째[5] 기동이기 때문에 액체연료의 양이 부족할 때 흔들림을 방지하기 위해 반응바퀴를 사용할 필요가 있었다.

제임스 웹 우주 망원경

제임스 웹 우주 망원경은 록웰 콜린스 도이칠랜드가 [6]만든 6개의 반응 바퀴를 가지고 있다.

라이트세일 2

LightSail 2는 2019년 6월 25일 솔라 세일 컨셉에 초점을 맞춰 발사되었다.LightSail 2는 리액션 휠 시스템을 사용하여 방향을 극소량 변경함으로써 돛을 가로지르는 빛으로부터 다른 양의 운동량을 받아 고도가 높아집니다.[7]

장애 및 미션에 미치는 영향

하나 이상의 반응 바퀴의 고장은 우주선이 자세(방향)를 유지하는 능력을 상실하게 하여 잠재적으로 임무 실패를 야기할 수 있다.최근의 연구는 이러한 기능 상실이 우주 기상 영향과 관련이 있을 수 있다는 결론을 내렸습니다.이러한 현상은 아마도 Ithaco 휠의 강철 볼 베어링에 정전 방전을 유발하여 메커니즘의 [8]평활성을 손상시킴으로써 고장을 일으킬 수 있습니다.

허블

허블 우주망원경에 대한 두 가지 정비 임무가 반응 바퀴를 교체했다.1997년 2월, [10]두 번째 서비스 임무(STS-82)는 기계적 문제가 아닌 '전기적 이상'으로 교체되었습니다[9].반환된 메커니즘에 대한 연구는 우주에서 장기간(7년)을 거친 장비, 특히 진공이 윤활제에 미치는 영향을 연구할 수 있는 드문 기회를 제공했습니다.윤활 화합물이 '탁월한 상태'[10]인 것으로 밝혀졌다.2002년, 서비스 미션 3B (STS-109) 중에, 컬럼비아 우주왕복선의 우주비행사들은 또 다른 반응 [9]바퀴를 교체했다.이 두 바퀴 모두 고장나지 않았고 허블 망원경은 4개의 중복 바퀴로 설계되었으며 3개가 기능하는 [11]한 포인팅 능력을 유지했습니다.

하야부사

2004년 하야부사 우주선의 임무 중 X축 반작용 바퀴가 고장 났다.Y축 바퀴는 2005년 고장 났고,[12] 이 때문에 이 기체는 자세 제어를 유지하기 위해 화학적 추진기에 의존하게 되었다.

케플러

2012년 7월부터 2013년 5월 11일까지 케플러 망원경의 4개의 반응 바퀴 중 2개가 고장 났다.이 손실은 케플러의 원래 [13]임무를 지속하기에 충분히 정확한 방향을 유지하는 능력에 심각한 영향을 미쳤다.2013년 8월 15일, 엔지니어들은 케플러의 반응 바퀴를 복구할 수 없으며 통과 방법을 이용한 행성 탐사는 계속할 [14][15][16][17]수 없다고 결론지었다.고장난 반응 바퀴는 여전히 작동하지만, 허용 가능한 수준을 초과하는 마찰이 발생하고 있으며, 결과적으로 망원경의 올바른 방향 지정을 방해하고 있습니다.케플러 망원경은 "점 정지 상태"로 돌아갔는데, 케플러 팀은 실패한 반응 바퀴를 보상하기 위해 소량의 추진 연료를 사용하는 안정적인 구성이었다. 반면 케플러 팀은 원래 [18]임무에 필요한 방향에서 극단적인 정확성을 요구하지 않는 케플러의 대체 사용을 고려했다.2014년 5월 16일, 나사는 케플러 임무를 K2라는 이름의 새로운 임무로 확장했습니다. K2는 케플러를 다르게 사용하지만, 케플러가 외계행성을 [19]계속 찾을 수 있도록 해줍니다.2018년 10월 30일, NASA는 연료 공급이 [20]고갈된 것으로 확인되자 케플러 임무의 종료를 발표했다.

새벽

NASA의 우주탐사선 던은 2010년 6월 한 바퀴에 과도한 마찰이 있었다.그것은 원래와 8월 26일 2012년에 케레스에 대한two-and-a-half-year 여행을 시작하 베스타 출발할;[21] 하지만, 다른 우주선의 반응을 바퀴에 문제가 새벽 간단하게 9월 5일 2012년까지 베스타의 중력을 출발 지연시키지 않고, 그것은 반응 바퀴 대신에 동안thruster 제트기를 쓰겠다고 강요할 예정이었다. 그케레스로의 [21]3년간의 여행반응 바퀴의 상실은 세레스 접근에 대한 카메라 관찰을 제한했다.

스위프트 천문대

2022년 1월 18일 화요일 저녁, Swift 천문대의 반응[22] 바퀴 중 하나의 고장 가능성으로 인해, 우주 비행 제어 팀이 의심되는 바퀴의 전원을 끄고, 예방 조치로서 천문대를 안전 모드로 전환했습니다.Swift의 17년 운영에서 리액션 휠이 고장을 일으킨 것은 이번이 처음이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e Wiley J Larson and James R Wertz (January 1999). Space Mission Analysis and Design (3 ed.). Microcosm Press. ISBN 1-881883-10-8.
  2. ^ "Reaction/Momentum Wheel". NASA. Retrieved 15 June 2018.
  3. ^ "Attitude Control". Universität Stuttgart Institut für Raumfahrtsysteme. Retrieved 12 August 2016.
  4. ^ "israels-moon-mission-launched-successfully". Globes. 22 February 2019.
  5. ^ "spaceil-conducts-another-successful-maneuver". Globes. 19 March 2019.
  6. ^ [1] 우주선 자이로스코프와 반응 바퀴.프레이저 케인 유니버스 투데이 2019년 8월
  7. ^ "crowdfunded-spacecraft-lightsail-2-prepares-to-go-sailing-on-sunlight".
  8. ^ W. Bialke, E. Hansell "시스템 반응 휠의 고장과 이상을 설명하는 고장 트리의 새로 발견된 분기", 2017년
  9. ^ a b "Team Hubble: Servicing Missions -- Servicing Mission 3B". Astronauts replaced one of the four Reaction Wheel Assemblies that make up Hubble's Pointing Control System.
  10. ^ a b Carré, D. J.; Bertrand, P. A. (1999). "Analysis of Hubble Space Telescope Reaction Wheel Lubricant". Journal of Spacecraft and Rockets. 36 (1): 109–113. Bibcode:1999JSpRo..36..109C. doi:10.2514/2.3422.
  11. ^ "Gyroscopes". ESA. Retrieved 8 April 2016.
  12. ^ "Hayabusa". NASA. Archived from the original on June 1, 2013. Retrieved May 15, 2013.
  13. ^ Mike Wall (May 15, 2013). "Planet-Hunting Kepler Spacecraft Suffers Major Failure, NASA Says". Space.com. Retrieved May 15, 2013.
  14. ^ "NASA Ends Attempts to Fully Recover Kepler Spacecraft, Potential New Missions Considered". August 15, 2013. Retrieved August 15, 2013.
  15. ^ Overbye, Dennis (August 15, 2013). "NASA's Kepler Mended, but May Never Fully Recover". New York Times. Retrieved August 15, 2013.
  16. ^ Wall, Mike (August 15, 2013). "Planet-Hunting Days of NASA's Kepler Spacecraft Likely Over". Space.com. Retrieved August 15, 2013.
  17. ^ "Kepler: NASA retires prolific telescope from planet-hunting duties". BBC News. 16 August 2013.
  18. ^ Hunter, Roger. "Kepler Mission Manager Update: Pointing Test Results". NASA.gov. NASA. Retrieved 24 September 2013.
  19. ^ Sobeck, Charlie (May 16, 2014). Johnson, Michele (ed.). "Kepler Mission Manager Update: K2 Has Been Approved!". nasa.gov. NASA Official: Brian Dunbar; Image credit(s): NASA Ames/W. Stenzel. NASA. Archived from the original on May 17, 2014. Retrieved May 17, 2014.
  20. ^ Chou, Felicia (2018-10-30). "NASA Retires Kepler Space Telescope, Passes Planet-Hunting Torch". NASA. Retrieved 2018-11-16.
  21. ^ a b Cook, Jia-Rui C. (August 18, 2012). "Dawn Engineers Assess Reaction Wheel". NASA / Jet Propulsion Laboratory. Archived from the original on March 15, 2015. Retrieved January 22, 2015.
  22. ^ [2] 안전모드의 NASA 신속천문대, 반응륜 조사팀 NASA 뉴스 2022년 1월]

외부 링크

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