Tư thế chế ngự

Tư thế chế ngự( しせいせいぎょ,Anh ngữ:Attitude control) とは tư thế を chế ngự すること. Tư thế とはなんらかの vật thể がいかなる phương hướng を hướng いているか, ということであり, nhất bàn にベクトルの tổなどで biểu される.ロボットなどでも đa dụng される ngữ だが, dĩ hạ ではもっぱらVũ trụ cơのそれについて thuyết minh する.

Khái yếu

Vũ trụ cơの tràng hợp, quan trắc cơ khí を quan trắc đối tượng に hướng けたり, thông tín アンテナを chính しい phương hướng へ hướng けたり, quỹ đạo chế ngự thời の thôi tiến phương hướng を tinh mật に bảo つために, vệ tinh や thuyền thể の toàn thể の hướng きを chế ngự する tất yếu がある. また hữu nhân vũ trụ hoạt động では nhân gian の thuyền nội ・ thuyền ngoại hoạt động に chi chướng をきたさないような chế ngự が tất yếu となる.

Thứ のような chế ngự ループによって tư thế chế ngự が hành われる.

1. センサによって hiện tại の tư thế を bả ác する.
2. Chế ngựプログラムによって, hiện tại の tư thế から mục đích の tư thế にどう di hành させるかを quyết định する.
3. アクチュエータによって, tư thế を変える. 1に lệ る.

Hàng không cơ の tư thế chế ngự

Tường tế は “Phương hướng đà”,“Thăng hàng đà”,および “Bổ trợ dực”を tham chiếu

Phương hướng đà( ラダー )

Thăng hàng đà( エレベータ )

Bổ trợ dực( エルロン )

Hàng không cơ の tư thế は, 3つの phương hướng で an định する. Thượng hạ に tẩu る trục を trung tâm に,ヨーイングは cơ thủ を tả または hữu に động かす. Dực から dực へと tẩu る trục を trung tâm に, ピッチは cơ thủ を thượng hạ に động かす. Hoành 転, cơ thủ から vĩ まで thân びる trục を trung tâm に hồi 転する.Thăng hàng đà( thủy bình vĩ dực のフラップを động かす ) はピッチを sinh み xuất し,Thùy trực vĩ dựcのĐàはヨーを sinh み xuất し,Bổ trợ dực( phản đối phương hướng に động く dực のフラップ ) はロールを sinh み xuất す.

Vũ trụ cơ の tư thế chế ngự

Vũ trụ cơ の tư thế chế ngự には thứ のような phương thức がある.

スピン an định phương thức

スピン an định phương thức は, chủ な tư thế chế ngự を1 trục phương hướng で cơ thể を hồi 転させることでジャイロ hiệu quả( ジャイロ cương tính ) によりぶれを phòng ぐ phương thức である. Cơ thể toàn thể を1 trục で hồi 転させる “単 nhất スピン an định phương thức” が cơ bổn であるが, アンテナやセンサなどを hồi 転させたくない dụng đồ では, vũ trụ cơ bổn thể とは nghịch hồi 転させることで thật chất は hồi 転させない “Nhị trọng スピン an định phương thức” もある. いずれもTriều tịch lực an định hóaのような phương pháp で, tàn る2 trục を an định hóa させることが nhất bàn đích である.

3 trục an định phương thức

3 trục an định phương thức は trực giao する3つの trục に đối して an định させる phương thức である.

バイアスモーメンタム phương thức

3 trục an định phương thức でもバイアスモーメンタム phương thức は, 1 trục phương hướng のみ đại きなモーメンタム・ホイールを nội tàng し cao tốc hồi 転させることで, cơ thể toàn thể を hồi 転させることなく1 trục でのジャイロ cương tính を đắc る. この phương thức では tàn る2 trục, または3 trục toàn ては biệt の tư thế chế ngự が tất yếu になる.

ゼロモーメンタム phương thức

ゼロモーメンタム phương thức は3 trục, または nhũng trường tính を đắc るために4 trục といった phương hướng のリアクション・ホイールを nội tàng することで, tư thế chế ngự を hành う.

センサ

ジャイロスコープ

Ngoại bộ を quan trắc せずに3 thứ nguyên の hồi 転を kiểm xuất する cơ khí. Dĩ tiền は hồi 転する viên bàn を trì った cơ giới thức のジャイロスコープを sử っていたが, kim ではミラー thức を kinh て, quang ファイバーを sử った quang học thức のレーザー・リング・ジャイロスコープもある. これらはサニャック hiệu quảを lợi dụng している. ジャイロスコープは hồi 転変 hóa を kiểm xuất するだけであるため, sơ kỳ の phương hướng を thiết định する tất yếu がある. ジャイロスコープは từ 々に ngộ soa が拡 đại してくため, thời chiết tu chính する thủ đoạn が tất yếu である. Chính しい tư thế を bả ác できる thời gian はせいぜい10 thời gian dĩ nội とされている.

Horizon sensor ( địa bình tuyến kiểm xuất khí, địa cầu センサ )

Địa cầu の đại khíのフチ, すなわちĐịa bình tuyếnからの quang を kiểm xuất する quang học trang trí. Tẩu tra hình と ngưng thị hình がある. Địa cầu の dạ trắc であっても sử える xích ngoại tuyến phương thức のものが đa い. 2つの trực giao trục について, địa cầu との quan hệ で tư thế ( hướng き ) を tri ることができる. Hằng tinh の quan trắc に cơ づくセンサ ( tinh センサ ) よりは tinh độ は lạc ちる.

Orbital Gyrocompassing ( quỹ đạoジャイロコンパス)

Quỹ đạo ジャイロコンパスは, địa bình tuyến kiểm xuất khí の bổ hoàn に sử われる. Địa bình tuyến kiểm xuất khí で địa cầu の trung tâm phương hướng を định め, ジャイロで địa cầu のHồi 転 trục( bắc cực phương hướng ) を cầu める. 従って, địa bình tuyến kiểm xuất khí が hoành diêu れ ( roll ) や縦 diêu れ ( pitch ) phương hướng の ngộ soa を kiểm xuất し, ジャイロで thiên diêu れ ( yaw ) phương hướng の ngộ soa を kiểm xuất する.

Sun sensor (Thái dương センサ)

Thái dương の phương hướng を trắc る cơ khí. Thái dương điện trì と nhật よけからなる単 thuần な cấu tạo もあれば, phương hướng の chế ngự が khả năng な vọng viễn kính のような phục tạp な cấu tạo のものもあり, これらはミッション yếu cầu に ứng じて tuyển ばれる.

Star tracker ( hằng tinh truy tích khí, tinh センサ,スター・トラッカー)

Thái dương を trừ く phục sổ の hằng tinh の phương hướng を trắc る quang học cơ khí. Quang điện セルや bán đạo thể カメラを sử って hằng tinh の vị trí を trắc định する tự động hóa されたThiên trắc hàng phápと ngôn える. Nhất bàn に tư thế を tri るために sử われる minh るい hằng tinh は57 cá tồn tại する. Tối もよく sử われるのはシリウスである. しかし, より phục tạp なミッションでは tinh のデータベース ( cao tinh độ なTinh のカタログ) を sử って vệ tinh の tư thế を thức biệt する. Hằng tinh truy tích khí は cao cảm độ でなければならず, hậu thuật するスラスターが phún xạ するガスによって thái dương の quang が phản xạ されると, hằng tinh を kiến thất うことがある.

スペースシャトルの tràng hợp は, ジャイロスコープを nội tàng したQuán tính hàng pháp trang tríと, スター・トラッカーを sử って, quỹ đạo thượng の vị trí と tư thế を bả ác している.

Magnetometer ( từ khí センサ, từ lực kế )

Từ lực kế は,Địa cầu の từ tràngの cường さと phương hướng を trắc định する cơ khí で, quỹ đạo thượng に đáp tái された ( または địa thượng の hàng pháp コンピュータ ) メモリの địa từ khí マップと bỉ giác する sự で quỹ đạo thượng の vị trí を tri ることが xuất lai る. Quỹ đạo thượng の vị trí がわかれば, vũ trụ cơ の tư thế も thôi trắc することができる.

Chế ngự プログラム

Chế ngựプログラムは, センサ loại のデータから mục tiêu tư thế に tất yếu なトルクを cầu め, アクチュエータを chế ngự する. このアルゴリズムは, 単 thuần なフィードバック・ループ chế ngự からフィードフォワードループ chế ngự, phục tạp なPhi tuyến hình chế ngựまで dạng 々である.

アクチュエータ

スラスタ

Tư thế chế ngự スラスタは, vũ trụ cơ の tư thế を chế ngự するTư thế chế ngự システム(RCS; Reaction Control System) として tối も đại biểu đích なものであり, 3 trục の an định を đồ るものが nhất bàn đích である.Nhất dịch thức ロケットであることが đa く, gia áp タンク nội の dịch thể をバルブで điều tiết し,ノズルからガス trạng に phún xạ する thời の phản động を đắc る giản 単な cơ cấu のものから, gia áp タンク nội の nhiên liêu を xúc môi に xuy き phó けて phân giải phản ứng させてノズルから phún xạ する thời の phản động を đắc る cơ cấu のものがある. ニ dịch thức ロケットでは nhiên liêu と toan hóa 剤をそれぞれ gia áp タンクに nạp めておき, thiếu lượng ずつを hỗn hợp して phản ứng させノズルから phún xạ するある trình độ phục tạp なものがある.Tư thế chế ngự スラスタは, quỹ đạo chế ngự にも dụng いられることがある.

Tư thế chế ngự システムの nhiên phí は, スラスタの bài khí tốc độ と tối tiểu トルクインパルスの đại きさに y tồn する. Đắc られるトルクを tối đại hóa するために, ノズルは khả năng な hạn り trọng tâm から ly れた vị trí に thủ り phó けられる. Cơ thể の hồi 転を đê giảm させるには, そのトルクと đồng trình độ のトルクを nghịch phương hướng にかける tất yếu がある. ある phương hướng にスラスタを phún xạ した tràng hợp,Ngộ soa に đối ứng するために, sổ thập miểu hậu にNghịch phương hướng にスラスタを phún xạ する tất yếu がある. タンクの tàn tồn áp lực やバルブ động tác, phản ứng độ といった yếu tố が phát sinh thôi lực を tả hữu するため, ngộ soa も bỉ giác đích đại きい. Phún xạ によって đáp tái thôi tiến 剤を tiêu phí するため, sử dụng は kế họa đích に hành われる.Tư thế chế ngự スラスタは đắc られるトルクが bỉ giác đích đại きいが tinh độ は đê く, hà より thôi tiến 剤の đáp tái lượng に hạn りがあるため, trường sở ／ đoản sở を bổ hoàn しあえる tha の tư thế chế ngự trang trí と tịnh dụng されることが đa い.

スピンテーブル

スピン an định phương thức を thật hiện するために, vệ tinh đả ち thượng げロケットから vệ tinh を thiết り ly す thời など, スピンテーブルを sử って vũ trụ cơ toàn thể を1 trục を trung tâm に hồi 転させて thiết り ly す. Tối chung đích な quỹ đạo に thừa った hậu は, この hồi 転は hà らかの thủ đoạn で đình chỉ させる ( 3 trục chế ngự vệ tinh の tràng hợp ) こともあるし, そのまま hồi 転し続ける ( スピン vệ tinh の tràng hợp ) こともある. Hồi 転したままにする nhân công vệ tinh は, それほど cao いポインティング tinh độ を tất yếu とせず, かつ hồi 転 trục を đại きく変 canh する tất yếu が vô い tràng hợp に hạn られる. また, quan trắc cơ khí で thiên thể や địa biểu や đại khí をTẩu traするミッションの tràng hợp, hồi 転したままにしておくことがある.

モーメンタムホイール

Điện khí モーターと nhất thể となった “モーメンタムホイール”と hô ばれる viên bàn を cao tốc hồi 転させることで, ngoại loạn で sinh じるモーメントをジャイロ hiệu quả ( ジャイロ cương tính ) で đả ち tiêu す sĩ tổ みである. モーメンタムホイールの trục thụ けは chân không での trường kỳ gian động tác のためにTừ khí trục thụが sử われる sự が đa い.

リアクション・ホイール

Tường tế は “リアクションホイール”を tham chiếu

コントロール・モーメント・ジャイロスコープ ( CMG )

コントロール・モーメント・ジャイロスコープは,ジンバルThượng に thiết trí され nhất định tốc độ で hồi 転するローターを sử って tư thế を chế ngự する trang trí である. CMG はジャイロの hồi 転 trục に trực giác な2 trục phương hướng のモーメント chế ngự を hành うものであり, モーメンタムホイールではジャイロ hiệu quả によって quán tính モーメントを tăng すことで ngoại loạn による cơ thể の hồi 転 vận động を ức chế するのとは nghịch に, CMGでは tích cực đích にローターの hồi 転 trục を khuynh けてジャイロ hiệu quả を dụng いてモーメントを điều tiết する. CMGによるトルクは đại きく, モーメンタムホイールよりも đại hình の vũ trụ thuyền に thích している. Trực giao する3 trục の tư thế chế ngự を hành うには thiếu なくとも2 trục の hồi 転 trang trí が tất yếu となる. Đại trọng lượng で cố chướng しやすいことが vấn đề である. このため,Quốc tế vũ trụ ステーションでは4 đài のCMGを trang bị して cố chướng に bị えている. Mễ quốc では tha にスカイラブでの sử dụng lệ がある. ロシアはジャイロダインと hô んでいたがミールで sử dụng した. Nhật bổn では thái dương quan trắc vệ tinhようこうに tiểu hình のCMGを đáp tái したのが sơ めての sử dụng lệ であった.

Thái dương phàm ( ソーラーセイル )

Thái dương phàmは thái dương quang が phản xạ する tế に sinh じる lực ( thái dương phúc xạ áp ) を thôi tiến lực に lợi dụng する cơ khí であり, tiểu hình の thái dương phàm は tư thế chế ngự や tốc độ điều chỉnh に sử うこともできる. Đại lượng の thôi tiến 剤を tất yếu とするような hà niên にもわたる trường いミッション kỳ gian が cầu められる vũ trụ cơ の tràng hợp, nhiên liêu tiêu phí を ức える mục đích で sử われる.マリナー10 hàoはかつて thái dương パネルとアンテナを tiểu hình thái dương phàm として sử dụng したことがある. その tha, tối cận では nhất bộ の tĩnh chỉ vệ tinh の tư thế chế ngự にも sử われている. 2010 niên には triển khai hình thái dương phàm の thật nghiệm cơIKAROSが thượng げられた.

Trọng lực câu phối による an định ( trọng lực khuynh độ an định phương thức Gravity-gradient stabilization )

Quỹ đạo thượng では, cơ thể の1つの trục が tha の2 trục よりも trường い tràng hợp, その trường い trục が thiên thể の chất lượng の trung tâm を chỉ すような tư thế で tự nhiên に an định する. これがTrọng lực khuynh độ an địnhであり, năng động đích な tư thế chế ngự システムや nhiên liêu tiêu phí を tất yếu としない. このようになる nguyên nhân はTriều tịch lựcである. Cơ thể の thượng đoan は hạ đoan ほど trọng lực を cảm じない. Trường trục が trọng lực gia tốc độ の phương hướng でない tràng hợp, phục nguyên トルクが động く. 従って, hà らかの chế động phương pháp がなければ, cơ thể が chấn り tử のように phát chấn する khả năng tính がある. Nhân công vệ tinh の2つの bộ phân をテザーで kết ぶ hình thái にして, chế động トルクを tăng gia させることがある. テザーを sử う tràng hợp の vấn đề điểm は, vi tiểu な tinh gian vật chất であってもテザーを phá tổn する khủng れがある điểm である.

Từ khí トルカ ( Magnetic torquers )

Từ tràngが tồn tại する không gian では,Điện từ thạchやVĩnh cửu từ thạchを sử ってトルクを phát sinh させることができる. Điển hình đích な lệ としてĐiện khí lực học đích テザー,Từ khí トルカがある.

Hoàn toàn に thụ động đích な tư thế chế ngự

Trọng lực khuynh độ an định と từ tràng を sử dụng した tư thế an định を tổ み hợp わせて lợi dụng することで, hoàn toàn に thụ động đích な tư thế chế ngự システムを cấu trúc できる. Cơ thể はエネルギーが tối tiểu となる điểm を trung tâm に phát chấn することになるため, chỉ hướng phương hướng の tinh độ には hạn giới があるが, niêm tính ダンパ ( nội bộ にバッフルプレートを bị えた thôi tiến 剤タンクや tiểu hình の phữu を lợi dụng khả năng ) などの chế động cơ cấu を bị えれば khắc phục khả năng である.

Quan liên hạng mục

• Phi hành cơ の an định

Ngoại bộ リンク

• Thượng thủ な vệ tinh tư thế chế ngự hệ の tác り phươngJAXA
• Nhân công vệ tinh の tư thế を chế ngự する cao tính năng cơ khí の khai phátJAXA