Гиродин

1998

год)

Гиродин — механизм, вращающееся инерциальное устройство, применяемое для высокоточной стабилизации и ориентации^[1], как правило, космических аппаратов (КА), обеспечивающее правильную ориентацию их в полёте и предотвращающее беспорядочное вращение. Гиродин — это двухстепенный управляющий силовой гироскоп, выступающий в роли гиростабилизатора; на КА он заменил более простые, но менее точные и удобные в использовании системы на базе двигателя-маховика^[2].

Принцип работы гиродина заключается в создании гироскопического момента^[3], действующего через опоры гироскопа. Действие этого устройства основано на законе сохранения момента импульса. Например, когда двигатель-маховик раскручивается в одну сторону, то КА, соответственно, начинает вращаться в другую сторону. Если под влиянием внешних факторов КА начал разворачиваться в определённом направлении, достаточно увеличить скорость вращения маховика в ту же сторону, чтобы он скомпенсировал момент («принял вращение на себя») и нежелательный поворот КА прекратится. Также возможно приложение вращательного момента поперёк оси вращения маховика (без изменения его скорости вращения) - это приводит к прецессии маховика и его сопротивлению приложенным силам (что может рассматриваться как «вращательная опора», способная «принять в себя» момент импульса в пределе до разворота оси маховика на противоположное направление).

Двухстепенной гиростабилизатор, применяемый в

космической промышленности США, носит название CMG от англ.

control momentum gyroscope (буквально: гироскоп с управляющим моментом).

Конструкция

Размеры гиродинов

Чтобы гиродины были эффективны, они должны обладать большим

об/мин

. На

кг

. Несмотря на значительную массу, использовать их всё же выгоднее, чем постоянно снабжать станцию топливом.

Практические аспекты использования

Если речь идёт о применении гиродинов в беспилотном аппарате, управление которым осуществляется дистанционно, то приоритетной становится высокоточная ориентация корабля для обеспечения устойчивой дальней космической связи, осуществляемой с помощью узконаправленных параболических антенн.

Для стабилизации аппарата достаточно

2004 году для ремонта гиродинов на МКС её экипажу пришлось совершить несколько выходов в открытый космос.^[6]

Разгрузка гиродинов

Как двигатели-маховики, так и гиродины имеют ограничение по созданию механического момента. Крупные двигатели-маховики нельзя разгонять быстрее нескольких сотен или максимум тысяч

двигатели ориентации

и уменьшая обороты маховика.

Гиродины используют поворот оси маховиков для создания гироскопического момента. После поворота рамок гироскопа более чем на 90 градусов гироскопический момент меняет знак на противоположный. Поэтому, во избежание значительного уменьшения гироскопического момента, в случае гиродина также приходится включать двигатели ориентации, «разгружая» кинематику гироскопа. Создание безразгрузочных гиродинов не представляется возможным из-за закона сохранения момента импульса, который, в частности, может изменять обороты роторов гиродина. Последнее зачастую не учитывается в

инерциоидов из-за использования упрощённых прецессионных

моделей гироскопов.

См. также

Ссылки

Афанасьев Игорь, Воронцов Дмитрий. Анатомия спутника // Вокруг света, №10 (2817), октябрь 2008
Акашев Д.И., Якимовский Д.О., Яковец О.Б.Силовые гироскопические комплексы для малых космических аппаратов // ФГУП «НИИ командных приборов»

Примечания

↑ С помощью гиродинов можно не только стабилизировать КА, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей.
↑ Электромеханические устройства космических аппаратов и ракет-носителей
↑ Demonstrating GYRO effect - high RPM objects Архивная копия от 13 сентября 2016 на Wayback Machine (видео на YouTube)
↑ Team Hubble: Servicing Missions -- Servicing Mission 3B (неопр.). — «Astronauts replaced one of the four Reaction Wheel Assemblies that make up Hubble's Pointing Control System.» Дата обращения: 13 апреля 2018. Архивировано 28 октября 2012 года.
doi:10.2514/2.3422. — Bibcode: 1999JSpRo..36..109C
.

↑ Выход в космос всех членов экипажа МКС удался - РИА Новости, 01.07.2004 (неопр.). Дата обращения: 13 апреля 2018. Архивировано 14 апреля 2018 года.
↑ http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st6354.pdf Архивная копия от 21 мая 2022 на Wayback Machine Тарасов Алексей Александрович, Проблема насыщения по кинетическому моменту типовых гиродинов и её решение. 27 декабря 2014 г.

[1] С помощью гиродинов можно не только стабилизировать КА, но и менять его ориентацию, причем иногда даже точнее, чем с помощью ракетных двигателей.

[ai1-2] Электромеханические устройства космических аппаратов и ракет-носителей

[3] Demonstrating GYRO effect - high RPM objects Архивная копия от 13 сентября 2016 на Wayback Machine (видео на YouTube)

[Hubblesite,_RW-4] Team Hubble: Servicing Missions -- Servicing Mission 3B (неопр.). — «Astronauts replaced one of the four Reaction Wheel Assemblies that make up Hubble's Pointing Control System.» Дата обращения: 13 апреля 2018. Архивировано 28 октября 2012 года.

[Carre,_Bertrand,_1999-5] :10.2514/2.3422. — Bibcode: 1999JSpRo..36..109C
.

[6] Выход в космос всех членов экипажа МКС удался - РИА Новости, 01.07.2004 (неопр.). Дата обращения: 13 апреля 2018. Архивировано 14 апреля 2018 года.

[gyro_sciteclibrary-7] ttp://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st6354.pdf Архивная копия от 21 мая 2022 на Wayback Machine Тарасов Алексей Александрович, Проблема насыщения по кинетическому моменту типовых гиродинов и её решение. 27 декабря 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[6]