JPH03246198A - Attitude control device for space navigation body - Google Patents

Attitude control device for space navigation body

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JPH03246198A
JPH03246198A JP2042879A JP4287990A JPH03246198A JP H03246198 A JPH03246198 A JP H03246198A JP 2042879 A JP2042879 A JP 2042879A JP 4287990 A JP4287990 A JP 4287990A JP H03246198 A JPH03246198 A JP H03246198A
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JP
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attitude
rotors
braking
control
attitude control
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Kazuhito Kasuga
春日 一仁
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To prevent the contamination in the space by controlling the first and second brake sections for controlling the brake of the first and second rotors and providing a means to control the attitude of a space navigation body and a heat controlling device to radiate the heat generated by the operation of the first and second braking sections. CONSTITUTION:An attitude control device of a space navigation body is coaxially provided with the first and second rotors 12a and 12b, wherein generated heat is controlled by a radiator 19, through the first and second brake sections 18a and 18b, and restricts a momentum to zero and executes constant attitude control by inversely synchronizing these rotors 12a and 12b with each other. In addition, by braking either the rotor 12a or 12b through the braking section 18a and 18b, a momentum is variably set, and torque corresponding to the variation is generated to change the attitude. In this case, since a thruster requiring propellant as fuel is not used, life is prolonged, and the prevention of contamination in the space can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業の利用分寿) この発明は、例えば人工衛星等の宇宙航行体の姿勢変更
制御を行うのに用いられる姿勢制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Life) The present invention relates to an attitude control device used to control attitude changes of a space vehicle such as an artificial satellite.

(従来の技術) 一般に、この種の姿勢制御装置は、姿勢制御用駆動ホイ
ールを用いて定常的な姿勢制御を行い、また、スラスタ
を用いることで、高速姿勢変更が行われる。即ち、駆動
ホイールは、第3図に示すようにロータ1が宇宙航行体
に軸受2を介して回転自在に設けられ、このロータ1を
モータの駆動部3を介して回転駆動することにより、そ
の回転軸回りに発生するトルク・モーメンタムの変化を
利用して宇宙航行体の姿勢を制御する。この駆動ホイー
ルの出力トルクはロータ1の形状寸法、軸受2の摩擦及
び駆動部3の出力に応じた値となる、また、その摩擦力
を極力小さくすることにより、高精度で、安定した姿勢
制御を実現する。即ち、その制御用の出力トルクは、駆
動部の電磁的な力により得られるため、大きな出力は期
待できない。
(Prior Art) Generally, this type of attitude control device performs steady attitude control using an attitude control drive wheel, and also performs high-speed attitude changes using a thruster. That is, as shown in FIG. 3, in the drive wheel, a rotor 1 is rotatably provided in the spacecraft via a bearing 2, and the rotor 1 is rotationally driven via a drive unit 3 of a motor. The attitude of the spacecraft is controlled by using changes in torque and momentum that occur around the rotation axis. The output torque of this drive wheel is a value that depends on the shape and dimensions of the rotor 1, the friction of the bearing 2, and the output of the drive unit 3. Also, by minimizing the frictional force, highly accurate and stable attitude control can be achieved. Realize. That is, since the output torque for control is obtained by the electromagnetic force of the drive section, a large output cannot be expected.

従って、高速姿勢変更を行う場合には、駆動ホイルでの
対応は困難となるため、スラスタが駆動制御され、迅速
な姿勢変更が行われる。
Therefore, when performing a high-speed attitude change, it is difficult to use the drive wheel, so the thrusters are driven and controlled to perform a rapid attitude change.

しかしながら、上記姿勢制御装置では、その高速姿勢変
更を行うのに、推進剤を燃料とするスラスタを備えてい
る構成上、スラスタに使用する推進剤に限界があるため
に、その寿命が短命であると共に、宇宙空間を汚染する
という問題を有していた。
However, in order to perform high-speed attitude changes, the attitude control device described above is equipped with a thruster that uses propellant as fuel, and since there is a limit to the amount of propellant that can be used in the thruster, its lifespan is short. At the same time, there was the problem of contaminating outer space.

また、この種の姿勢制御装置としては、ジャイロ効果を
利用して所望のトルクを発生させ、姿勢制御及び姿勢変
更を実行するフントロール・モーメント・ジャイロ(C
MG)を用いたものも出現されている。
In addition, this type of attitude control device uses a gyroscopic effect to generate a desired torque to perform attitude control and attitude change.
MG) has also appeared.

ところか、このCMGを用いた姿勢制御装置では、ジン
バル機構を含む複雑な機構部を設けなければならないた
めに、大形となると共に、重量が嵩む、大電力を必要時
するという問題を有する。
However, since this attitude control device using a CMG must be provided with a complicated mechanism including a gimbal mechanism, there are problems in that it is large and heavy, and requires a large amount of power when required.

(発明か解決しようとする課題) 以上述べたように、従来の姿勢制御装置では、その寿命
か短命で、宇宙空間を汚染したり、あるいは大形で、重
量が嵩む、大電力を消費するという問題を有していた。
(Problem to be solved by the invention) As stated above, conventional attitude control devices have short lifespans, pollute space, are large and heavy, and consume large amounts of power. I had a problem.

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、長期間に亘って高精度な姿勢変更制御を実現
し得、且つ、宇宙空間の汚染防止を実現し得るようにし
た宇宙航行体の姿勢制御装置を提供することを目的とす
る。
This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and is a space system that has a simple configuration, can realize highly accurate attitude change control over a long period of time, and can prevent contamination of outer space. The purpose of the present invention is to provide an attitude control device for a navigation vehicle.

[発明の構成] (課題を解決するだめの手段) この発明は、宇宙航行体に同軸的に設けられ、互いに逆
方向に回転駆動される第1及び第2のロータと、この第
1及び第2のロータを制動する第1及び第2の制動部と
、この第1及び第2の制動部を制御して前記第1及び第
2のロータを制動制御し、前記宇宙航行体の姿勢を制御
する制御手段と、前記第1及び第2の制動部の作動にと
もなう発熱を放熱する熱制御手段とを備えて宇宙航行体
の姿勢制御装置を構成したものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides first and second rotors that are coaxially provided in a spacecraft and are driven to rotate in opposite directions, and the first and second rotors. first and second braking units that brake the first and second rotors; and controlling the first and second braking units to brake the first and second rotors to control the attitude of the spacecraft. The attitude control device for the spacecraft includes a control means for controlling the spacecraft, and a heat control means for dissipating heat generated by the operation of the first and second braking sections.

(作用) 上記構成によれば、第1及び第2のロータは、同期して
回転駆動されると、モーメンタムが打消されて零に設定
されて定常的な姿勢制御を実行し、その一方が第1及び
第2の制動部を介して制動されると、そのモーメンタム
を変化させて、その変化に対応した大きなトルクを発生
して軌道変更等の姿勢変更を実行する。そして、この第
1及び第2のロータと第1及び第2の制動部は、その制
動時に発生する発熱が熱制御手段により放熱され、一定
の温度に熱制御される。
(Function) According to the above configuration, when the first and second rotors are rotationally driven in synchronization, the momentum is canceled and set to zero, and steady attitude control is executed, and one of the rotors is rotated synchronously. When the vehicle is braked via the first and second brake sections, the momentum is changed, a large torque corresponding to the change is generated, and an attitude change such as a trajectory change is executed. The first and second rotors and the first and second braking parts are thermally controlled to a constant temperature by dissipating heat generated during braking by the heat control means.

(実施例) 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係る宇宙航行体の姿勢制
御装置を示すもので、図中IQはオイル11の充填され
たハウジングである。このハウジング10には第1及び
第2のロータ12a。
FIG. 1 shows an attitude control system for a spacecraft according to an embodiment of the present invention, and IQ in the figure is a housing filled with oil 11. In FIG. The housing 10 includes first and second rotors 12a.

12bか軸受13を介して同軸的に回転自在に収容され
る。第1及び第2のロータ12a、12bはそれぞれロ
ータ駆動部14a、14bに接続され、これらロータ駆
動部14a、14bは同期回路15に接続される。この
同期回路15は制御部16に接続される。
12b is rotatably housed coaxially via a bearing 13. The first and second rotors 12a, 12b are connected to rotor drive sections 14a, 14b, respectively, and these rotor drive sections 14a, 14b are connected to a synchronous circuit 15. This synchronization circuit 15 is connected to a control section 16.

また、ハウジング10には第1及び第2の制動部17a
、17bが第1及び第2のロータ12a。
Further, the housing 10 includes first and second braking parts 17a.
, 17b are the first and second rotors 12a.

12bに対応して設けられる。これら第1及び第2の制
動部17a、17bはブレーキ駆動部18a、18bに
接続され、これらブレーキ駆動部18a、18bには上
記制御部16に接続される。制御部16は指令信号に対
応して上記同期回路15及びブレーキ駆動部18a、1
8bを駆動制御して定常的な姿勢制御及び姿勢変更制御
を実行する。
12b. These first and second brake parts 17a, 17b are connected to brake drive parts 18a, 18b, and these brake drive parts 18a, 18b are connected to the control part 16. The control section 16 operates the synchronous circuit 15 and the brake drive sections 18a and 1 in response to the command signal.
8b to perform steady attitude control and attitude change control.

さらに、ハウジング10には、その一端部に放熱器19
が連設される。放熱器18は第1及び第2の制動部17
a、17bの作動に伴う発熱が熱伝導されて加熱された
オイルを冷却して、第1及び第2のロータ12a、12
b、第1及び第2の制動部17a、17bの熱制御を実
行する。
Furthermore, the housing 10 has a heat radiator 19 at one end thereof.
are set up consecutively. The radiator 18 is connected to the first and second braking parts 17
The heat generated by the operation of rotors a and 17b is thermally conducted to cool the heated oil, and the heated oil is transferred to the first and second rotors 12a and 12.
b. Execute thermal control of the first and second braking units 17a and 17b.

なお、第1及び第2の制動部17a、17bとしては、
ロータ挟持方式やディスク圧触方式等の各種機構のもの
が適用可能である。
Note that the first and second braking parts 17a and 17b are as follows:
Various mechanisms such as a rotor clamping method and a disc pressure contact method are applicable.

上記構成において、制御部16は指令信号に対応してロ
ータ駆動部14a、14bを同期回路15を介して駆動
制御して、第1及び第2のロータ12a、12bを互い
に逆方向に同期して回転駆動する。すると、第1及び第
2のロータ12a。
In the above configuration, the control unit 16 drives and controls the rotor drive units 14a and 14b via the synchronization circuit 15 in response to the command signal, and synchronizes the first and second rotors 12a and 12b in mutually opposite directions. Drive rotation. Then, the first and second rotors 12a.

12bは、第2図に示すように回転に伴って、それぞれ
のモーメンタムを打消しあって零モーメンタムを保った
状態で時間T1で所定回転数に到達する。そして、制御
部16は、指令信号として姿勢変更制御信号が入力され
ると、この姿勢変更信号に対応したブーレキ駆動部18
a、18bのうち一方のブレーキ駆動部18aを時間T
2で作動させると共に、ロータ駆動部14aを停止させ
る。
12b, as shown in FIG. 2, as it rotates, each momentum cancels out and reaches a predetermined rotational speed at time T1 while maintaining zero momentum. When the attitude change control signal is input as a command signal, the control unit 16 controls the brake drive unit 18 corresponding to this attitude change signal.
One of the brake drive units 18a and 18b is operated for a time T.
2, the rotor drive section 14a is stopped.

すると、第1のロータ12aが時間T3で駆動停止され
、該時間12〜13間では、第2のロータ12bのみが
回転駆動され、その回転に伴い、IRをロータイナーシ
ャ、ωRを制動に伴うロータ角速度変化量とすると、そ
のモーメンタムに対応した大きなトルク(1−IR・ω
R)が発生して宇宙航行体の姿勢変更を実行する。
Then, the first rotor 12a is stopped at time T3, and only the second rotor 12b is driven to rotate during the time period 12 to 13, and as the rotor 12b rotates, IR is the rotor inertia, and ωR is the rotor due to braking. If it is the amount of change in angular velocity, then the large torque corresponding to the momentum (1-IR・ω
R) occurs and the attitude change of the spacecraft is executed.

そして、時間T4で、制御部16は、例えば他方のブー
レーキ駆動部18bを作動すると共に、ロータ駆動部1
4bを停止させて第2のロータ12bを制動し、第1及
び第2のロータ12a。
Then, at time T4, the control unit 16 operates, for example, the other brake drive unit 18b, and also operates the rotor drive unit 1.
4b to brake the second rotor 12b, and the first and second rotors 12a.

12bの双方の駆動を停止させた状態において姿勢変更
を完了する。その後、制御部16は、ブレーキ駆動部1
8a、18bを反転制御すると共に、ロータ駆動部14
a、14bを駆動制御して、第1及び第2のロータ12
a、12bを互いに逆方向に同期させて回転駆動し、定
常的な姿勢制御を実行する。
The attitude change is completed in a state in which both drives of 12b are stopped. After that, the control unit 16 controls the brake drive unit 1
8a and 18b, and the rotor drive unit 14
a, 14b to drive and control the first and second rotors 12.
a and 12b are rotated in synchronization with each other in opposite directions to perform steady attitude control.

なお、上記姿勢変更を含む一連の姿勢制御状態において
は、第1及び第2のロータ12a。
Note that in a series of attitude control states including the above attitude change, the first and second rotors 12a.

12bの回転・制動に伴う熱量が71ウジング10内の
オイル11に熱伝達され、このオイル11を介して放熱
器1つにより放熱されて熱制御される。
The amount of heat accompanying the rotation and braking of the housing 12b is transferred to the oil 11 in the housing 10, and the heat is radiated by one radiator through the oil 11, thereby controlling the heat.

このように、上記宇宙航行体の姿勢制御装置は、放熱器
19で発熱が放熱されて熱制御される第1及び第2のロ
ータ12a、12bを、第1及び第2の制動部18a、
18bを介して同軸的に設け、これら第1及び第2のロ
ータ12a、12bを互いに逆方向に同期させて回転駆
動することにより、モーメンタムを零モーメンタムに制
御して定常的な姿勢制御を実行すると共に、第1及び第
2のロータ12a、12bの一方を第1及び第2の制動
部18a、18bを介して制動することにより、モーメ
ンタムを可変設定して、その変化に対応したトルクを発
生させ、姿勢変更を実行するように構成した。これによ
れば、従来のような推進剤を燃料とするスラスタを用い
ることなく、軌道変更等の高速姿勢変更を実現できるこ
とにより、その寿命の長寿命化が図れると共に、宇宙空
間の汚染防止が図れる。また、従来のCMGを用いたも
のに比して、構成の簡略化が図れることにより、小形軽
量化の促進が実現される。
In this way, the spacecraft attitude control device controls the first and second rotors 12a and 12b, which are thermally controlled by radiating heat from the radiator 19, by the first and second braking parts 18a,
18b, and by driving the first and second rotors 12a and 12b to rotate in synchronization with each other in opposite directions, the momentum is controlled to zero momentum and steady attitude control is performed. At the same time, by braking one of the first and second rotors 12a and 12b via the first and second braking parts 18a and 18b, the momentum is variably set and a torque corresponding to the change is generated. , configured to perform attitude changes. According to this, by being able to achieve high-speed attitude changes such as orbit changes without using conventional propellant-fueled thrusters, it is possible to extend the life of the spacecraft and prevent pollution of outer space. . Moreover, compared to the conventional CMG, the structure can be simplified, thereby promoting reduction in size and weight.

なお、上記実施例では、定常的な姿勢制御と共に、高速
姿勢変更制御の双方を行うように構成した場合で説明し
たが、これに限ることなく、例えば高速姿勢変更制御の
みを行い、定常的姿勢制御を従来の駆動ホイールを用い
て行うように構成することも可能である。
Note that in the above embodiment, a case has been described in which the configuration is configured to perform both steady attitude control and high-speed attitude change control, but the present invention is not limited to this. For example, only high-speed attitude change control is performed, and steady attitude change control is performed. It is also possible to arrange for the control to take place using conventional drive wheels.

また、上記実施例では、姿勢変更完了状態で、第1及び
第2のロータ12a、12bを制動するように構成した
が、これに限ることなく、外乱の大きさ等に対応して、
例えば制動した一方を再び駆動させて定常的な姿勢制御
を実行するように構成することも可能である。
Further, in the above embodiment, the first and second rotors 12a and 12b are braked when the attitude change is completed, but the invention is not limited to this.
For example, it is also possible to perform steady attitude control by driving the braked one again.

よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。
Therefore, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments, and that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

[発明の効果コ 以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、長期間に亘って高精度な姿勢変更制御を実現し得、
且つ、宇宙空間の汚染防止を実現し得るようにした宇宙
航行体の姿勢制御装置を提供することができる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, highly accurate posture change control can be realized over a long period of time with a simple configuration.
Furthermore, it is possible to provide an attitude control device for a spacecraft that can prevent contamination of outer space.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係る宇宙航行体の姿勢制
御装置を示す構成図、第2図は第1図の動作を説明する
ために示した特性図、第3図は従来の姿勢制御装置を説
明するために示した図である。 10・・・ハウジング、11・・オイル、12a。 12b・・・第1及び第2のロータ、13・・・軸受、
14a、14b・・・ロータ駆動部、15・・・同期回
路、16・・制御部、17a、17b・・・第1及び第
2の制動部、18a、18b・・・ブレーキ駆動部、1
つ・・・放熱器。
Fig. 1 is a configuration diagram showing an attitude control device for a spacecraft according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a characteristic diagram shown to explain the operation of Fig. 1, and Fig. 3 is a conventional attitude control device. FIG. 3 is a diagram shown to explain a control device. 10...Housing, 11...Oil, 12a. 12b...first and second rotors, 13...bearings,
14a, 14b... Rotor drive unit, 15... Synchronous circuit, 16... Control unit, 17a, 17b... First and second braking unit, 18a, 18b... Brake drive unit, 1
One... radiator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 宇宙航行体に同軸的に設けられ、互いに逆方向に回転駆
動される第1及び第2のロータと、この第1及び第2の
ロータを制動する第1及び第2の制動部と、 この第1及び第2の制動部を制御して前記第1及び第2
のロータを制動制御し、前記宇宙航行体の姿勢を制御す
る制御手段と、 前記第1及び第2の制動部の作動にともなう発熱を放熱
する熱制御手段とを具備したことを特徴とする宇宙航行
体の姿勢制御装置。
[Claims] First and second rotors that are coaxially provided on the spacecraft and are driven to rotate in opposite directions, and first and second rotors that brake the first and second rotors. a braking unit; and controlling the first and second braking units to control the first and second braking units.
A space vehicle characterized by comprising: a control means for controlling the braking of the rotor of the spacecraft to control the attitude of the spacecraft; and a heat control means for dissipating heat generated by the operation of the first and second braking parts. Attitude control device for navigation vehicles.
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