DE3414100A1

DE3414100A1 - Auswuchtsystem eines raumfahrzeugs

Info

Publication number: DE3414100A1
Application number: DE19843414100
Authority: DE
Inventors: Carl Henry Cranbury N.J. Hubert
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1983-04-15
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1984-10-25
Also published as: FR2544520A1; GB2138375A

Description

-3-Auswuchtsystem eines Raumfahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf ein Auswuchtsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um die Korrektur von ünwuchterscheinungen oder unausgeglichenen Massenverteilungen nach dem Start des Raumfahrzeugs .

Es besteht der Wunsch, dafür zu sorgen, daß das Raumfahrzeug sein Masseverhalten ohne Steuerung vom Erdboden aus oder durch ein an Bord befindliches aktives Steuersystem für eine selbsttätige Ausbalancierung anapssen kann. Ferner soll ein solches Auswuchtsystern möglichst passiv sein. Im Falle einer dynamischen Unwucht des Raumfahrzeugs ist die tatsächliche Drallachse (Spinachse) gegenüber ihrer Nomxnalorientierung gekippt. Wenn das Raumfahrzeug statisch nicht ausgewuchtet ist, ist die tatsächliche Drallachse gegenüber ihrem Nennort linear verschoben. Dies steht im Gegensatz zu einer Nutation, bei der die Drallachse des Raumfahrzeugs eine Kegelbewegung um den Drehimpulsvektor ausführt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Auswuchtsystem zu schaffen, das eine selbsttätige passive Auswuchtung des Raumfahrzeugs nach dem Start ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete System gelöst.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich also um ein System zum statischen und dynamischen Auswuchten eines im Weltraum befindlichen drallstabilisierten Raumfahrzeugs, dessen nominelle Drallachse (Spinachse) mit der Achse nominell minimalen Trägheitsmoments des Raumfahrzeugs zusammenfällt. Das System weist ein Paar geschlossener hohler Kreisringe gleicher Größe und Gestalt auf,

die jeweils teilweise mit einem gleichen verteilungsfähigen Material gefüllt sind. Die Ringe sind so montiert, daß ihre jeweilige Ebene senkrecht zur nominellen Drallachse des Raumfahrzeugs ist und die Drallachse durch die Mittelpunkte der Ringe verläuft. Die Ringe sind mit jeweils gleichen Abständen vom nominellen Massenzentrum des Raumfahrzeuges auf entgegengesetzten Seiten von diesem montiert.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Skizze eines Satelliten mit den zum statischen und dynamischen Auswuchten dienenden Ringkörpern gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 15

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der dynamischen Auswuchtung mit dem Ringsystem der Fig. 1; und

Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung der statischen Auswuchtung mit dem Ringsystem der Fig. 1.

Das gemäß Fig. 1 um die nominelle Drallachse 11 rotierende Raumfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Satelliten handelt, enthält ein Paar identisch gleicher geschlossener hohler kreisförmiger Röhren oder Ringkörper 13 und 15. Die nominelle Drallachse 11 ist die Nominalachse minimalen Trägheitsmoments des Satelliten. Die Ringkörper 13 und 15 haben den gleichen Radius r. Sie sind jeweils in der Entfernung d auf entgegengesetzten Seiten vom nominellen Massenzentrum 17 des rotierenden Raumfahrzeugs 10 angeordnet. Die Ringkörper 13 und 15 sind so im Raumfahrzeug montiert, daß die Ebene jedes Ringes senkrecht zur nominellen Drallachse 11 des Raumfahrzeugs liegt und die Drallachse 11 durch den Mittelpunkt jedes Ringes verläuft. Der Ringradius r und die Entfernung d sind für maximale Auswuchtwirksamkeit gewählt.

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Die Ringkörper 13 und 15 sind teilweise mit gleichen Mengen eines leicht verteilbaren Materials wie etwa eines Fluids (Strömungsmediums) gefüllt. Stattdessen können die Ringkörper teilweise mit einer Menge kleiner Festkörper wie z.B.

den Elementen von Kugellagern gefüllt sein, wobei das Restvolumen jedes Ringes ein Dämpfungsmedium wie z.B. eine Flüssigkeit oder ein Gas enthält.

Im Falle einer dynamischen Unwucht des Raumfahrzeugs wird die tatsächliche Drallachse gegenüber ihrer nominellen Orientierung so versetzt sein, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Da die Punkte A in Fig. 2 diejenigen Punkte auf den Rohr- oder Ringkörpern sind, die am weitesten von der versetzten Drallachse entfernt sind, wird die Zentrifugalkraft das Fluid in den Rohren veranlassen, sich um die Punkte A zu sammeln. Das Zusammenströmen des Fluids oder sonstigen verteilungsfähigen Materials um diese Punkte führt ein Trägheitsprodukt ein, durch das die Versetzung der Drallachse korrigiert wird. Die Massenverschiebung des Fluids zu den Punkten A erzeugt ein Trägheitsprodukt, das dem mit der versetzten Drallachse verbundenen Trägheitsprodukt entgegenwirkt oder es neutralisiert und deshalb dafür sorgt, daß der Satellit um seine nominelle Drallachse rotiert, die kein wesentliches Trägheitsprodukt hat.

Aufgrund der symmetrischen Anordnung und Orientierung der rohrförmigen Ringkörper bewirkt die Massenverschiebung des Fluids keine (Netto-)Verschiebung des Massenzentrums des Raumfahrzeugs.

Es ist jedoch nicht möglich, die Versetzung der Drallachse vollständig zu korrigieren. Wenn das Raumfahrzeug um seine nominelle Drallachse rotiert, hat das Fluid keinen bevorzugten Ort; es wird sich gleichmäßig um die Ringkörper verteilen. Bei einer gleichmäßigen Verteilung würde das korrigierende Trägheitsprodukt eliminiert. In der Praxis stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die

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endgültige Drallachse in der selben Richtung wie die ursprüngliche Versetzung, jedoch mit reduziertem Versetzungswinkel gekippt ist.

Da das Fluid stets beweglich ist, wird das korrigierende Trägheitsprodukt einen justierenden Einfluß entsprechend Änderungen der Masseneigenschaften des Raumfahrzeugs während seiner Mission ausüben. Aufgrund der selbstjustierenden Natur des Systems kann keine Überkorrektur auftreten.

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Wenn das Raumfahrzeug statisch nicht ausbalanciert ist, wird die tatsächliche Drallachse linear gegen ihren nominellen Ort verschoben sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Mit A sind hier wieder diejenigen Punkte auf den rohrförmigen Ringkörpern bezeichnet, die am weitesten von der verschobenen Drallachse entfernt sind. Aufgrund der Zentrifugalkraft wird daher das Fluid in den Ringkörpern um die Punkte A zusammenströmen. Durch das Zusammenströmen wird eine Verschiebung des Massenzentrums bewirkt, durch di^e die ursprüngliche Versetzung des Massenzentrums korrigiert wird. Da die Ringkörper symmetrisch um die nominelle Drallachse und das nominelle Massenzentrum angeordnet sind, können durch die Massenverschiebung des Fluids keine unerwünschten Trägheitsprodukte hervorgerufen werden.

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Eine vollständige Korrektur ist wie im Fall des dynamischen Auswuchtens nicht möglich, weil eine vollständige Korrektur die Kraft eliminieren würde, die das Fluid bei den Punkten A zusammenströmen läßt. In der Praxis

on wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, bei dem die endgültige Drallachse näher bei der nominellen Drallachse liegt, ohne mit ihr genau zusammenzufallen.

Obwohl dynamische und statische Auswuchtung oben getrennt _oc behandelt wurden, werden beide Arten von Unwucht durch entsprechende Selbstpositionierung des Fluids gleichzeitig korrigiert.

Claims

Patentansprüche

Auswuchtsystem zum statischen und dynamischen Auswuchten eines im Weltraum befindlichen drallstabilisierten Raumfahrzeugs, dessen Drallachse mit einer Nominalachse minimalen Trägheitsmoments des Raumfahrzeugs zusammenfällt,

05 dadurch gekennzeichnet ,

daß ein Paar geschlossener hohler Kreisringkörper (13, 15) gleicher Größe und Gestalt vorgesehen ist, die jeweils teilweise mit einer gleichen Menge eines verteilbaren Materials gefüllt sind,

daß die Ringkörper (13, 15) so montiert sind, daß die Ebenen, in denen sie jeweils liegen, senkrecht zur nominellen Achse (11) des Raumfahrzeugs (10) sind und die Drallachse (11) durch die Mittelpunkte der Ringkörper (13, 15) verläuft,

und daß die Ringkörper (13, 15) jeweils mit einer bestimmten gleichen Entfernung (d) auf entgegengesetzten Seiten

des nominellen Massenzentrums des Raumfahrzeugs (10) montiert sind.
2. Auswuchtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verteilbare Material ein Fluid ist.
3. Auswuchtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verteilbare Material kleine Festkörper enthält.
4. Auswuchtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das restliche Volumen jedes der Ringkörper (13, 15) mit einem Fluid gefüllt ist.
5. Auswuchtsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das restliche Volumen jedes der Ringkörper (13, 15) mit einem Gas gefüllt ist.