Frage:
Wie oft muss die ISS ihre Kontrollmoment-Gyros entsättigen?
user29
2013-07-18 02:44:50 UTC
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Ich verstehe, dass ISS Kontrollmomentkreisel als primäres Lageregelungssystem verwendet. Wie der Artikel besagt, werden CMGs schließlich "gesättigt", ein Zustand, in dem sie keinen Impuls mehr absorbieren können. Dies kann nur mit einem externen Drehmoment von den Bordstrahlrudern oder dem (signifikanten) Schwerkraftgradientendrehmoment behoben werden. Wie oft muss dies normalerweise auf der ISS durchgeführt werden?

http://spacestationlive.jsc.nasa.gov/ enthält die Live-Daten zum Status von CMGs.
Genauer gesagt: Informationen zu CMGs finden Sie hier - http://spacestationlive.jsc.nasa.gov/displays/adcoDisplay3.html
http://isslive.com/displays/adcoDisplay3.html - Die obigen Links sind verfault.
Zwei antworten:
#1
+8
user29
2013-07-18 06:12:00 UTC
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Ich habe mich noch ein bisschen damit beschäftigt, und obwohl ich keine explizite Antwort auf meine Frage gefunden habe, bin ich auf einige interessante Ressourcen gestoßen.

Zuerst dies Auf dem Papier heißt es, dass sie Reaktionskontrollstrahlen 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 (relativ aktuelle) Präsentation sehr informativ. Es heißt, dass eine "Drehmomentgleichgewichtseinstellung" verwendet wird, so dass das kumulative Drehmoment über eine Umlaufbahn "ungefähr Null" ist. Wie in der ersten Veröffentlichung werden die CMG-Drehmomente (nominell) periodisch sein.

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

All dies führt mich zu drei Schlussfolgerungen. Erstens hängt die Häufigkeit, mit der dies geschehen muss, vom Andockplan ab, da sie signifikante nichtperiodische Drehmomente verleihen. Zweitens ist die nominelle Einstellung so, dass sich der Drehimpuls nur sehr wenig säkular aufbaut. Drittens werden die Entsättigungsmanöver mit Triebwerken nicht sehr oft (z. B. täglich) benötigt, und tatsächlich traten über einen Zeitraum von drei Monaten die einzigen Triebwerkszündungen während der Andockaktivitäten auf. Entsättigungsmanöver nicht aufgrund von Andockvorgängen finden statt, höchstens , vielleicht 3-4 Mal pro Jahr und wahrscheinlich weniger.

Bearbeiten: Ich sollte Erwähnen Sie auch, dass es einige Zeitschriftenpublikationen aus den 90er Jahren gibt, die über optimale Kontrollgesetze für die ISS geschrieben wurden. Sie waren jedoch nicht offen zugänglich, und eine Antwort auf diese Frage (simulationsbasiert oder im Orbit) wurde in der Zusammenfassung / ersten Seite nicht gefunden.

Der Artikel, den Sie zur Verfügung gestellt haben, ist sehr interessant. Die Grafik zeigt nur Treibmittelverbrennungen, bei denen deutlich mehr Kraftstoff verbraucht wird als bei einem RW-Sättigungsereignis. Und die Höhe der ISS ist tatsächlich so, dass sich aufgrund der Atmosphäre ein angemessener Impuls ansammelt.
@PearsonArtPhoto Schlagen Sie vor, dass eine CMG-Entsättigung mit Triebwerken in einem solchen Diagramm nicht angezeigt wird? Ich würde nicht zustimmen müssen ... das ist eine Menge Schwung, und ich würde denken, dass es sich um ziemlich lange Triebwerksschüsse handelt. Was die Dynamik aufgrund des Widerstands betrifft, so ist dies zwar durchaus möglich, hängt jedoch sehr stark von der Einstellung ab, und meine Referenzen scheinen darauf hinzudeuten, dass die Einstellung so gewählt wurde, dass dies kein signifikanter Effekt ist.
13000 Fuß lb / s sind ungefähr 18000 N. Bei einem ISP von 300 Sekunden bedeutet dies, dass nur 60 N oder ungefähr 6 kg Kraftstoff erforderlich sind, um das Rad zu entsättigen. Die Skala der von Ihnen bereitgestellten Tabelle zeigt Linien von 500 kg. Ich würde daher sagen, dass es wahrscheinlich nicht mehr als einmal pro Woche ist, aber es könnte immer noch passieren.
Wenn ich weiter darüber nachdenke, habe ich einige Änderungen an meiner Antwort vorgenommen, die auf diesem Papier basieren. Ich habe Ihnen auch eine +1 für exzellente Forschung gegeben.
@PearsonArtPhoto Prost. Ich würde das gerne auf den Boden bringen ... könnten Sie etwas mehr Details in Ihre Berechnungen eintragen? Zum einen sind Ihre Einheiten ausgeschaltet (Drehimpuls ist in N m s). Ich bin mir nicht sicher, wie Sie vom ISP zu einer Requisitenschätzung gelangen, ohne den Momentarm, die Triebwerkskraft usw. zu kennen. Da in dieser Tabelle sogar kleine Triebwerkstests der 18er Jahre aufgeführt sind, denke ich immer noch, dass sich ein Entsättigungsbrand zeigen würde oben.
Das Hauptstrahlruder ist zweifellos ein bisschen höher als ein RCS, aber ich bin sicher, dass ein bisschen mehr Arbeit getan werden könnte. Hmmm, ich muss noch ein bisschen darüber nachdenken.
#2
+7
PearsonArtPhoto
2013-07-18 05:16:22 UTC
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Praktisch alle Systeme, die dies tun, verwenden einen kontinuierlichen Prozess. Der typische Prozess ist ungefähr so:

  1. Eine große Änderung des Impulses ist erforderlich. Die Impulsänderung wird vom Reaktionsrad übernommen. Reaktionsräder arbeiten im Wesentlichen, indem sie die Drehung des Raumfahrzeugs ändern. Sie können sich vorstellen, in der Mitte eines Kreisverkehrs zu stehen und sich im Kreis umzudrehen. 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 Impuls in anderen Formen langsam ab. Für die meisten erdumlaufenden Raumfahrzeuge verwenden sie Magnetometer, die das Raumfahrzeug im Wesentlichen anhand des Magnetfelds der Erde neu ausrichten. Andere Systeme können leichte Triebwerksmanöver oder das Halten des Impulses bis zum Anhalten des Raumfahrzeugs umfassen. Alternativ können kleine Triebwerke verwendet werden, die häufig als Reaction Control System (RCS) bezeichnet werden. In der Regel versuchen die Reaktionsräder, so schnell wie möglich kontinuierlich zu bluten, wenn sie passive Mittel oder Magnetorquer verwenden, oder sie halten sich so lange wie möglich zurück und verwenden ein RCS-System
  3. ol >

    Der Schwerkraftgradient funktioniert grundsätzlich, da beim Drehen eines Objekts der schwerste Teil in Richtung Erde zeigt. Dies ist ein vollständig passives System, das recht gut funktionieren kann.

    Die verfügbaren Informationen weisen darauf hin, dass die ISS keine Magnetorquers verwendet, sondern den Impuls bis dahin speichert ist so hoch, dass es entsättigen muss, wenn es durch den Einsatz kleiner Triebwerke erreicht wird. Dies wird im Kerbal Space Program ziemlich genau modelliert.

    Das Ziel der Reaktionsräder besteht dann darin, zwei Dinge zu tun.

    1. Manchmal ist der Impuls wird nach kurzer Zeit durch die umgekehrte Richtung entgegengewirkt.
    2. Minimieren Sie die Häufigkeit, mit der die RCS-Triebwerke feuern müssen.
    3. Wie oft dies passiert, 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 NASA abdeckt. Insbesondere können einige Zahlen herausgezogen werden:

      1. Das durchschnittliche Drehmoment, das vor einer Entsättigung gespeichert wird, liegt bei etwa 14000 lb-ft / s oder 18000 N.
      2. "Hunderte kg / Jahr Treibmittel" können eingespart werden, indem der RCS-Einsatz mithilfe cleverer Algorithmen reduziert wird.
      3. Bei einem Triebwerks-ISP von 300 (leicht hoch) beträgt der Kraftstoff pro Rad entsättigt ungefähr 60 N oder 6 kg.
      4. Um "Hunderte kg / Jahr" einzusparen und dennoch etwas Kraftstoff zu verbrauchen, schätzen wir, dass der Kraftstoffverbrauch für RCS / Jahr etwa 300 kg beträgt.
      5. Geben Sie alles ein das zusammen, und es gibt ungefähr 50 Entsättigungsmanöver pro Jahr. Ich glaube, diese Schätzung ist etwas niedrig, ich würde 1-2 pro Woche erwarten.
      6. ol>
Vielen Dank für die informative Antwort, aber sie beantwortet meine eigentliche Frage nicht ganz. Ich vermute, Sie haben Recht damit, dass die NASA keine allgemeinen Statistiken wie das Thema meiner Frage veröffentlicht, aber es gibt sehr wenig über die ISS, das "nicht öffentlich bekannt ist". Beispielsweise enthalten die zusammenfassenden Berichte [hier] (http://blogs.nasa.gov/stationreport/) sehr detaillierte Informationen zu den meisten Subsystemen.


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