DE3638462C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur aktiven Dämpfung der Nutation eines Doppeldrallsatelliten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Doppeldrallraumfahrzeuge (Doppeldrallsatelliten) haben breite Verwendung gefunden als Kommunikationssatelliten, insbesondere als geosynchrone Kommunikationssatelliten. Bei solchen Doppeldrallraumfahrzeugen ist ein rotierender Körper über einen Motor mit einer entdrallten Plattform gekoppelt.

Eine Art von Doppeldrallraumfahrzeug kann man als "impulsvorbelastetes Raumfahrzeug" bezeichnen. Bei einem solchen impulsvorbelasteten, bezüglich drei Achsen geregelten Raumfahrzeug besteht die entdrallte Plattform im Hauptteil des Raumkörpers und der rotierende Körper in einem auf der Plattform montierten Drallrad. Durch das Drallrad wird eine gyroskopische Stabilität des Raumfahrzeugs bewirkt.

Eine andere Art von Doppeldrallraumfahrzeug kann als "Drallsatellit" bezeichnet werden. Ein Drallsatellit hat einen Hauptkörper und eine entdrallte Plattform, wobei durch Rotation des Hauptkörpers die gyroskopische Stabilität bewirkt wird (wie die durch das Drallrad bewirkte Stabilität des impulsvorbelasteten Raumfahrzeugs).

Bei jeder dieser Arten von Satellit enthält die entdrallte Plattform diejenigen Komponenten, die hinsichtlich ihrer Ausrichtung besonderen Anforderungen unterliegen (wie z. B. Antennen). In der geosynchronen Umlaufbahn rotiert die Plattform mit einer Umdrehung pro Tag, so daß die Antenne immer zur Erde gerichtet ist. Diese Ausrichtung muß exakt eingehalten werden, damit die Antennenachse auf die gewünschte abzudeckende Fläche auf der Erde ausgerichtet bleibt.

Durch Änderung der Drehzahl des Drallrads oder des rotierenden Körpers ändert sich die Relativdrehung der Plattform gemäß dem Prinzip der Drehimpulserhaltung.

Ein Doppeldrallraumfahrzeug zeigt bestimmte Arten von störenden Bewegungen, die als "Taumeln" oder "Nutation" bezeichnet werden. Diese Bewegungen bringen den Satelliten aus seiner gewünschten Lage. Nutation ist die Bewegung der nominalen Drallachse eines rotierenden Körpers auf einem Konus um den Gesamtdrehimpulsvektor. Nutation kann das Resultat sein eines der folgenden Störfaktoren: 1) Nutation der oberen Trägerraketenstufe, 2) Wirkung der Einrichtung, durch die das Raumfahrzeug von der oberen Stufe getrennt wird, 3) Wirkung von Triebwerken, 4) Auftreffen von Kleinstmeteoriten und 5) Betrieb von Nutzlastkomponenten mit nichtkompensierten Impulsen.

Wie das Steuersystem eines Satelliten auf Nutationsbewegungen reagiert hängt davon ab, ob die Nutation stabil oder instabil ist. Bei bestimmten Systemen und unter bestimmten Bedingungen kann sich die Nutationsbewegung verstärken, nachdem das Drehmoment der ursprünglichen Störung entfernt ist. Bei einem ungedämpften, unkontrollierten, stabilen, eine Nutationsbewegung durchführenden System können die Nutationsbewegungen andauern ohne zuzunehmen oder abzunehmen. Wenn die Nutationsbewegung entweder bei einem stabilen oder bei einem instabilen nutierenden System schwächer wird, dann wird sie als gedämpft bezeichnet.

Es ist eine allgemein anerkannte Tatsache, daß die Nutationsstabilität kritisch abhängt von verschiedenen Parametern eines Raumfahrzeugs, darunter die Trägheitsmomente, Trägheitsprodukte, Drehimpuls, sowie vom Servosystem, das die Rotation des Drallkörpers und der Plattform regelt. Beim Entwurf wird üblicherweise so vorgegangen, daß die Nutation reduziert wird durch passive energieabsorbierende Einrichtungen oder durch aktive impulsübertragende Einrichtungen, die auf eine oder beide der Achsen senkrecht zur Drallachse des Rotors einwirken.

Aktive Dämpfeinrichtungen unterdrücken die Nutation, indem sie ein zu der Komponente des Drehimpulsvektors, die zur Drallachse des Rotors senkrecht ist, entgegengesetztes Drehmoment erzeugen. Solche aktiven Dämpfeinrichtungen bewirken üblicherweise Drehmomente durch Auslösen von Antriebsdüsen oder durch Drallräder, die zusätzlich zum Stabilisierungsgrad des entdrallenden Systems vorgesehen sind.

Ein Beispiel für das letztgenannte System ist in der US-PS 35 91 108 beschrieben. Aktive Nutationsdämpfeinrichtungen sind auch durch die Veränderung der Drehzahl der Drallräder geschaffen worden, wie in der US-PS 36 95 554 oder in der US-PS 38 30 447 beschrieben. In den beiden letztgenannten Fällen wird aktive Dämpfung erreicht durch Modulation der Winkelgeschwindigkeit des Drallrads oder Rotors und durch Anwendung eines Trägheitsprodukts um das Motordrehmoment auf eine Achse, die senkrecht zur Rotorachse liegt.

Weiter ist aus der DE-OS 21 10 405 eine Vorrichtung zum Dämpfen der Nutation eines Raumfahrzeugs bekannt, bei der ein Schwungrad in jeder Richtung gegen das Raumfahrzeug schwenkbar ist und die Relativbewegungen zwischen Schwungrad und Raumfahrzeug und damit die Nutation mittels passiv wirkender Dämpfungsvorrichtungen vermindert werden.

Eine solche passiv wirkende Nutationsdämpfungsvorrichtung braucht naturgemäß verhältnismäßig lange, um die Nutation wirksam zu vermindern, und hat bei kleinen Nutationsamplituden nur wenig Wirkung.

Es ist wünschenswert eine andere Möglichkeit zur Dämpfung der Nutation zu finden, die nicht von der Änderung der Drehzahl des Drallrades abhängt, weil die Änderung der Geschwindigkeit des Rades auch die Rotation der entdrallten Plattform verändert. Auch ist es wünschenswert, ein System zu finden, das große Nutationsamplituden schnell dämpfen kann und durch das auch die Möglichkeit besteht, eine geringfügige Nutation zu regeln.

Eine Nutationsdämpfungseinrichtung, bei der ein Drallrad in einer kardanischen Aufhängung mit einem Freiheitsgrad verwendet wird, ist bei J. U. Beusch u. a., "Three Axis Attitude Control of a Synchronous Communication Satellite", AIAA Nr. 7-456 beschrieben. Dieses System ist auch bei C. H. Much u. a., "Satellite Attitude Control with Gimbaled Reaction Wheel Digital Control System", Automation, Band 8, Seiten 9-21, Pergamon Press 1972, beschrieben. Um die kardanische Aufhängung zu bilden, ist das Drallradgehäuse durch zwei flexible Zapfen getragen, die senkrecht zur Drallachse des Rades stehen und parallel zur Rollachse des Satelliten. Auf dem Schaft der kardanischen Aufhängung sind ein Positionsfühler, ein Geschwindigkeitsfühler und ein Drehmomenterzeuger angebracht. Der Positionsfühler ist ein drehbarer veränderlicher Differentialwandler. Der Drehzahlfühler ist ein bürstenloser Gleichstromtachometer. Der Drehmomenterzeuger ist ebenfalls eine bürstenlose Einrichtung. Durch Nutation des Satellitenkörpers wird bewirkt, daß der Kardanwinkel oszilliert. Dadurch, daß der Drehmomenterzeuger in Gegenrichtung zur Kardanbewegung angetrieben wird, kann die Nutationsbewegung weggedämpft werden. In der Dämpfungsbetriebsart wird das Eingangssignal für den Drehmomenterzeuger durch eine Geschwindigkeitsrückkopplung vom Tachometer der kardanischen Einrichtung dominiert. Dadurch wird ein viskoser Dämpfungseffekt zwischen dem Satellitenkörper und dem Drallradgehäuse hervorgerufen. Diese Dämpfungseinrichtung verwendet einen Antriebsmotor und verhält sich wie ein viskoser Dämpfer. Die Bewegung des Drallrades relativ zur Plattform wird erfühlt und der kontinuierlich arbeitende Antriebsmotor proportional zur Relativgeschwindigkeit angetrieben. Dadurch wird eine Dämpfung bewirkt, sie erfolgt jedoch langsam und benötigt eine getrennte Fühlereinrichtung.

Es ist daher wünschenswert, eine getrennte Dämpfeinrichtung zu schaffen, durch die die Nutation schnell innerhalb eines oder zwei Nutationszyklen gedämpft wird, die Standardsensoren verwendet, um die Bewegung der Plattform gegenüber dem Inertialsystem zu fühlen und die die Drallradachse in ihre nominale Orientierung gegenüber der Plattform zurückbringt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Dämpfung der Nutation eines Raumfahrzeuges zu schaffen, welche die Drehzahl des Drallrades unverändert läßt und eine schnelle und weitestgehende Dämpfung der Nutation bewirkt.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende erfindungsgemäße aktive Nutationsdämpfungseinrichtung ist für einen Doppeldrallsatelliten vorgesehen, der ein Bestandteil mit Drallkörper und eine Plattform aufweist. Gemäß der Erfindung dreht sich das Bestandteil mit dem Drallkörper gegenüber der Plattform um eine Drehachse, die senkrecht steht zur nominalen Drehachse des Drallkörpers. Eine Antriebseinrichtung reagiert auf Steuersignale, die von einer erfühlten Lateral-Winkel-Bewegung abgeleitet ist, indem während jeder Nutationsperiode der Drallkörper gegenüber der Plattform um einen gegebenen Betrag in eine Richtung geneigt und eine halbe Nutationsperiode später um den gleichen Betrag zurückgeneigt wird, wodurch eine Nutationsdämpfung bewirkt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert: Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Raumfahrzeugs, wobei dessen drei Achsen dargestellt sind, und ein geneigtes Drallrad entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Zeichnung des Verlaufs des transversalen Drehimpulses wie er aus einem Paar von Drallradneigeimpulsen resultiert;

Fig. 3 ein Flußdiagramm für den Mikroprozessor der Dämpfeinrichtung nach Fig. 1, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm für den Mikroprozessor der Dämpfeinrichtung in Fig. 1, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Skizze einer mechanischen Verbindung des Neigemotors entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 das System bei der Verwendung in einer Drallsatellitenkonfiguration.

In Fig. 1 ist ein Raumfahrzeug 10 mit Hauptachsen X, Y und Z dargestellt. Diese aufeinander senkrecht stehenden Achsen des Raumfahrzeugs gehen vom Massenschwerpunkt bei 10 a aus. Die Achse Z ist definiert als die Raumfahrzeugachse, die kolinear ist mit dem Gesamtdrehimpulsvektor H , wenn das Raumfahrzeug in seiner beabsichtigten Mission arbeitet. Die Achsen X, Y und Z bilden ein orthogonales rechtsdrehendes Koordinatensystem, das auf dem Körper des Raumfahrzeuges feststeht. Ein Drallrad oder Rotor 13 ist ursprünglich so ausgerichtet, daß sein Drehimpulsvektor ungefähr parallel ist zur Z-Achse. Ein Motor 15 verbindet die diesem gegenüber entdrallte Plattform oder den Körper 11 (der z. B. eine Antenne enthalten kann) und das Drallrad 13. Die Geschwindigkeit des Motors 15 wird so gesteuert, daß der Impuls des Drallrades 13 ausreicht, um eine gyroskopische Steifigkeit des Satelliten 10 zu bewirken. Die Motorgeschwindigkeit wird auch so gesteuert, daß der Körper oder die Plattform 11 mit der Antenne zur Erde hin ausgerichtet bleibt. In einem Fall mit einer geosynchronen Umlaufbahn rotiert die Plattform einmal pro Tag. Diese Steuerung erfolgt durch ein "Pitch loop"- Steuersystem wie z. B. in der US-PS 36 95 554 und in der US-PS 38 30 447 beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Drallrad, das ursprünglich mit seinem Drehimpulsvektor ungefähr parallel zur Z-Achse ausgerichtet ist, mit einem Schwenkmechanismus parallel zur Y-Achse geneigt, so daß es dem Drehimpulsvektor des Drallrads erlaubt ist, sich in der durch die X- und die Z-Achse definierten Ebene zu bewegen.

Gemäß der Ausführungsform der Erfindung in Fig. 1 ist das Drallrad 13 auf eine Rotorwelle 17 mit dem Motor 15 und über eine weitere Welle 19 vom Motor 15 mit einem Scharnier 21 verbunden. Das Scharnier 21 liegt auf einer Achse Y′, die parallel ist zur Y-Achse. Ein Kreiselfühler 23 ist mit seiner Fühlerachse parallel zur Y-Achse ausgerichtet. Dieser Fühler 23 fühlt die Winkelgeschwindigkeit der Plattform um die Y-Achse, bis deren Betrag eine Dämpfungswelle überschreitet, wie sie von einem Schwellwertdetektor 25 detektiert wird. Das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors wird durch einen Mikroprozessor 26 verarbeitet, der einen Schrittmotor 27 ansteuert. Der Schrittmotor 27 ist über eine mechanische Verbindung (durch die gestrichelten Linien 29 dargestellt) mit der Welle 19 verbunden, um die Welle um das Scharnier 21 um die Y′-Achse zu bewegen.

Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Y-Achse durch Null geht, was durch den Sensor 23 detektiert wird, dann dreht der zwischen dem Körper 11 und dem Arm 19 gekoppelte Schrittmotor 27 die Achse des Drallrades 13 relativ zur Z-Achse der Plattform 11 schrittweise um die Y′-Achse. Wenn die Richtung der Nutation die gleiche wie die durch den Pfeil 13 a auf dem Drallrad angezeigte ist, dann dreht der Motor, wenn der Nulldurchgang von negativ nach positiv verläuft, das Drallrad in N Schritten in die Richtung +Y′. Wenn jedoch das Vorzeichen von positiv nach negativ wechselt, dann wird das Drallrad in N Schritten um die -Y′-Richtung gedreht. Eine halbe Nutationsperiode nach dem ersten der N Schritte wird das Drallrad um N Schritte in die entgegengesetzte Richtung gedreht. Das Drallrad ist damit in seine Originalposition zurückgedreht. Dieses Vor- und Zurückschwenken wird wiederholt bis die Nutation auf einen akzeptablen Wert reduziert ist.

Wenn die Nutation retrogradierend ist, d. h., wenn die Drehrichtung des Drallrades entgegengesetzt ist zu der Richtung der Nutation, dann wird die Dämpfung erreicht durch Umdrehung der Schwenkbewegungen. Das heißt, wenn der Nulldurchgang von negativ nach positiv verläuft, dann wird das Drallrad um N Schritte um die -Y′-Richtung geschwenkt, und, wenn das Vorzeichen von positiv nach negativ wechselt, dann wird das Drallrad um N Schritte um die +Y′-Richtung geschwenkt. Entsprechend wird das Drallrad eine halbe Nutationsperiode nach dem ersten der N Schritte in die entgegengesetzte Richtung gedreht.

In Fig. 2 ist die Dynamik des Systems dargestellt. Das Diagramm zeigt Trajektorie des Gesamtdrehimpulsvektors des Raumfahrzeugs in der Projektion auf die auf der Plattform feststehenden XY-Ebene. Zur Vereinfachung wird angenommen, daß das Raumfahrzeug trägheitssymmetrisch ist zur Z-Achse. Das Drallrad ist normalerweise mit der +Z-Achse fluchtend. Die normale Trajektorie, ohne Nutation, ist einfach der Gleichgewichtspunkt 31. Während der Nutation jedoch folgt die Projektion des Drehimpulsvektors einem kreisförmigen Pfad, A, der um den Punkt 31 zentriert ist. Bei Nutation in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Drallrades, verläuft die Bewegung im Gegenuhrzeigersinn wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn die Y-Achsen- Sensorgeschwindigkeit am Punkt 33 vom Negativen ins Positive übergeht, dann schwenkt das System das Drallrad um die +Y-Achse. Die Bewegung des Drallrades bewirkt, daß der Gleichgewichtspunkt vom Punkt 31 zum Punkt 35 bewegt wird, und der Gesamtdrehimpulsvektor nun dem um den Punkt 35 zentrierten kreisförmigen Pfad B folgt. Dies ist Folge des Prinzips der Drehimpulserhaltung.

Einen halben Nutationszyklus später, wenn der Drehimpulsvektor den Punkt 37 erreicht, wird das Drallrad in seine Originalposition mit der Z-Achse fluchtend zurückgebracht. Der Drehimpulsvektor kreist nun wieder um den Punkt 31. Nun jedoch hat die neue Trajektorie C einen kleineren Radius als die ursprüngliche Trajektorie A. Die Verminderung des Radius entspricht der doppelten Distanz zwischen den Punkten 31 und 35. Diese Verminderung des Radius ist proportional zur Verminderung des Nutationswinkels.

Bei der oben beschriebenen Verwirklichung wird die Nutationsdämpfung durch Schwenkbewegungen in Vor- und Rückwärtsrichtung durch eine feste Anzahl von Schritten (N) erreicht. Bei einem großen Wert von N wird eine schnelle Nutationsdämpfung bewirkt, jedoch kann der Nutationswinkel nicht auf einen so kleinen Wert reduziert werden, wie es möglich ist, wenn N klein ist. Andererseits, obwohl ein kleiner Wert für N eine Dämpfung auf sehr kleine Nutationswinkel erlaubt, ist die Dämpfungsgeschwindigkeit sehr viel geringer. Eine Alternative zur Verwendung eines feststehenden Wertes für N ist die Verwendung einer logischen Schaltung, die N proportional zum Nutationswinkel auswählt, nämlich porportional zur maximalen Y-Achsenwinkelgeschwindigkeit. Dadurch werden große Nutationswinkel schnell gedämpft und es ist auch möglich, die Nutation auf einen sehr kleinen Winkel zu vermindern.

Fig. 3 illustriert für eine Ausführungsform der Erfindung ein Flußdiagramm der Betriebsweise des Mikroprozessors 26 in Fig. 1. Die erste Entscheidung, dargestellt durch den Block 41, hängt davon ab, ob die Dämpfeinrichtung in Betrieb gesetzt ist. Wenn sie außer Betrieb gesetzt ist, wird das Programm dadurch beendet. Wenn sie in Betrieb gesetzt ist, dann wird abgefragt, ob die Y-Achsengeschwindigkeit, ω _y , die durch den Kreisel erfühlt wird, den Grenzwert Y überschreitet. Dies ist durch den Entscheidungsblock 43 dargestellt. Wenn dieser Wert unter dem Schwellwert ist, dann erfolgt ein Neustart des Programms und der Schrittmotor 27 bleibt abgeschaltet. Wenn ω _y den Grenzwert überschreitet, das heißt, im Falle "Ja", dann wird der Wert von K gesetzt zu -N sign (ω _y ). Das heißt, der Betrag von K wird gleich N (eine ganze Zahl) gesetzt und das Vorzeichen von K ist dem Vorzeichen von ω _y entgegengesetzt. Wenn die Y-Achsengeschwindigkeit ihr Vorzeichen wechselt, dann schwenkt der Schrittmotor das Drallrad um +K-Schritte von der Z-Achse. Nach einer Verzögerung von T Sekunden (entspricht der halben Nutationsperiode), dargestellt durch Block 49 schwenkt der Schrittmotor das Drallrad um -K Schritte um die Drallradachse in ihre ursprüngliche Übereinstimmung mit der Z-Achse zu bringen. Das System wiederholt den genannten Ablauf von Ereignissen, bis der Nutationswinkel genügend reduziert ist, so daß ω _y unterhalb des Grenzwertes bleibt.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Flußdiagramm für den Mikroprozessor 26 der Fig. 1 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Dieses Flußdiagramm betrifft eine Ausführungsform, bei der die Anzahl der Schwenkschritte proportional zum Nutationswinkel gewählt wird. Im ersten Entscheidungsblock 81 bestimmt der Mikroprozessor, ob die Dämpfeinrichtung in Betrieb gesetzt wird. Wenn sie außer Betrieb gesetzt ist, dann wird der Ablauf beendet. Wenn sie in Betrieb gesetzt ist, dann wird bestimmt, ob der Betrag der Y-Achsengeschwindigkeit ω _y den Grenzwert Y überschreitet. Dies ist durch den Entscheidungsblock 82 gegeben. Wenn ω _y unter dem Grenzwert liegt, wird der Ablauf neu gestartet. Andernfalls wird, wie im gestrichelten Block 83 gezeigt, vom Mikroprozessor ein Parameter S gleich -1 gesetzt, wenn l _y positiv ist und gleich +1 gesetzt, wenn dies nicht der Fall ist. Auch setzt der Mikroprozessor einen Parameter ω ₁ auf Null.

Der gestrichelte Block 84 in Fig. 4 enthält einen logischen Programmablauf, der den maximalen Wert von ω _y bestimmt. Der logische Ablauf im Block 84 wird wiederholt durchlaufen, bis ω _y das Vorzeichen wechselt. Wenn dies geschieht, wird K gleichgesetzt mit der ω _max (der maximale Betrag von l _y ) am nächsten liegenden ganzen Zahl multipliziert mit einer Proportionskonstante oder einem Faktor C und dem Vorzeichenparameter S. Der Schrittmotor schwenkt dann das Drallrad um +K-Schritte und nach einer Verzögerung von T Sekunden (nach der halben Nutationsperiode) das Rad um -K Schritte, so daß es in seine ursprüngliche Übereinstimmung mit der Z-Achse zurückkehrt. Das System wiederholt diesen Ablauf von Ereignissen, bis der Nutationswinkel genügend vermindert ist, so daß ω _y unterhalb des Grenzwertes bleibt.

Die oben beschriebene Ausführungsform verwendet einen Geschwindigkeitskreisel, der mit seiner Fühlerachse parallel zur Y-Achse des Raumfahrzeugs montiert ist. Dies ist jedoch nicht notwendig. Es kann auch ein beliebiger anderer Sensor verwendet werden, der eine geeignete Zeitinformation liefert. Zum Beispiel, ein Erdsensor, ein Sonnensensor, ein Beschleunigungsmesser etc. kann verwendet werden. Weiter ist es nicht notwendig, daß das vom Sensor gelieferte Signal in Phase ist mit der Winkelgeschwindigkeit der Y-Achse. Solange der Phasenwinkel bekannt ist, kann eine geeignete Verzögerung in den logischen Ablaufplan eingebaut werden, so daß das Drallrad zum geeigneten Zeitpunkt während des Nutationszyklus geneigt wird. Die Drallradachse braucht nicht in ihrem ursprünglichen Zustand mit der Z-Achse fluchten. Anstelle dessen kann sie parallel unversetzt sein und sie kann auch um einen Winkel versetzt sein.

Fig. 5 illustriert eine Ausführungsform des in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 29 dargestellten mechanischen Antriebs. Das Drallrad 13 kann in einem Rahmen 50 drehbar angebracht sein, der an einem von der Oberseite eines Paneels 11 a auf der Satellitenplattform 11 ausgehenden Säule 59 durch ein Scharnier 51 drehbar angebracht ist. Das Scharnier 51 verläuft parallel zur Y-Achse, die Drehachse des Drallrads 13 ist in ihrer mittleren Position parallel zur Z-Achse. Ein Schrittantriebsmotor 27 schwenkt den Rahmen 50 und das Rad 13 um das Scharnier 51, wie es durch die Pfeile 52 angedeutet ist, um eine durch den Motor 27 gesteuerte Schwenkung zu bewirken. Der Motor 27 treibt eine Schraube 55 und ist mit seinem Ende 55 a bezüglich dem Paneel 11 a auf der Plattform 11 gegen Drehung befestigt. Das gegenüberliegende Ende 55 b der Schraube 55 ist mit dem Motor 27 verbunden. Die Schraube 55 paßt mit einem mit einem Gewinde versehenen Kranz 56 zusammen. Der Kranz 56 ist an der Stelle 57 mit einem Teil des Rahmens 50, das vom Scharnier 51 abgewandt ist, verbunden. Bei dieser Anordnung bewegt sich der Kranz 56, wenn der Schrittmotor die Schraube 55 dreht, längs der Schraube 55 in einer der Richtungen der Pfeile 52 nach oben (oder nach unten). Eine solche Bewegung des Kranzes 56 neigt den Rahmen 50 und das Rad 13 um das Scharnier 51.

Wenn die speziell beschriebene Ausführungsform auf einen dreiachsigen, impulsvorbelasteten Satelliten mit einem Drallrad ausgerichtet ist, so kann doch das System in gleicher Weise auf andere Doppeldrallsatelliten angewendet werden, wie sie anfänglich beschrieben wurden. Wie Fig. 6 zeigt, verfügt ein "Drallsatellit" über einen großen Rotor 51, der dieselbe Funktion übernimmt wie das oben beschriebene Drallrad. Bei dem Drallsatelliten der Fig. 6 verbindet ein Motor 62 den Rotor 61 und eine entdrallte Plattform 63. Die Nutationsdämpfung kann bewirkt werden durch das Neigen der Plattform 63 gegenüber dem Rotor 61 um eine durch den Punkt 65 bezeichnete Achse. Das Neigen verläuft in eine Richtung, so daß die nominelle Drehimpulsachse oder Z-Achse der Plattform 63 um die Y-Achse geneigt wird (die sich senkrecht zur Papierebene durch den Punkt 65 erstreckt). Ein nicht dargestellter Motor ist zwischen die Körper 61 und 63 gekoppelt und dazu vorgesehen, die Achse des Rotors 61 gegenüber der Z-Achse oder gegenüber der Plattform 63 zu neigen und zurückzuneigen entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung, um die Nutationsbewegung zu dämpfen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur aktiven Dämpfung der Nutation eines Doppeldrallsatelliten (10), der einen Plattformkörper (11) und einen sich gegenüber diesem drehenden Drallkörper (13) enthält, der eine Kreiselsteifigkeit bewirkt, wobei im nutationsfreien Zustand der Vektor des Gesamtdrehimpulses (H) des Satelliten (10) kolinear zur nominalen Drehachse (Z) des Plattformkörpers (11) ist;

• - mit einer Einrichtung (23, 25) zur Erzeugung von Steuersignalen, die einer Nutationsbewegung um eine zweite Achse (Y) entsprechen, welche senkrecht auf der nominalen Drehachse (Z) steht, und
• - mit einem Drehmomenterzeuger, der auf die Steuersignale anspricht und den Vektor des Gesamtdrehimpulses (H) in Kolinearität zur nominalen Drehachse (Z) bringt,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Drallkörper (13) auf dem Plattformkörper (11) um eine auf der nominalen Drehachse (Z) senkrecht stehenden Schwenkachse (-Y′, Y′) verschwenkbar angeordnet ist, und
• - daß der Drehmomenterzeuger eine Antriebseinrichtung (26, 27) enthält, welche während jeder Nutationsperiode eine Verschwenkung des Drallkörpers (13) um die Schwenkachse (-Y′, Y′) aus einer ursprünglichen Position um einen gegebenen Betrag und in eine entsprechend der Richtung der Nutation ausgewählten Richtung und dann eine halbe Nutationsperiode später um den gleichen Betrag, jedoch in die entgegengesetzte Richtung bewirkt, so daß auf den Plattformkörper (11) ein der Nutationsbewegung entgegenwirkendes Moment erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen eine Nutationsgrenzwerteinrichtung (25) enthält, durch die Steuersignale erzeugt werden, wenn die Nutationsbewegung oder der Nutationsfehler einen gegebenen Grenzwert überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse längs der zweiten Achse angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen Schrittmotor (27) und eine Motorsteuerung den Drallkörper um die Schwenkachse um eine gegebene Anzahl von Schritten in die eine Richtung und dann eine halbe Nutationsperiode später den Drallkörper um dieselbe Anzahl von Schritten in die entgegengesetzte Richtung schwenken.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Steuersignale die Bewegung des Plattformkörpers gegenüber einem Inertialsystem um die zweite Achse direkt erfühlt, um ein erstes Steuersignal zu erzeugen, das die Winkelgeschwindigkeit um die Querachse repräsentiert und ein zweites Steuersignal zu erzeugen, das den maximal erfühlten Nutationswinkel repräsentiert; und
daß die Antriebseinrichtung auf das erste und das zweite Steuersignal anspricht, wenn das erste Steuersignal einen Nulldurchgang aufweist, indem sie den Drallkörper um den gegebenen Betrag schwenkt, welcher proportional ist zum erfühlten Nutationswinkel entsprechend dem zweiten Steuersignal.