RU2115008C1 - Spacecraft motion control device - Google Patents

Spacecraft motion control device Download PDF

Info

Publication number
RU2115008C1
RU2115008C1 RU95102732A RU95102732A RU2115008C1 RU 2115008 C1 RU2115008 C1 RU 2115008C1 RU 95102732 A RU95102732 A RU 95102732A RU 95102732 A RU95102732 A RU 95102732A RU 2115008 C1 RU2115008 C1 RU 2115008C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
engines
spacecraft
thrust
control unit
Prior art date
Application number
RU95102732A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95102732A (en
Original Assignee
Рылов Юрий Павлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рылов Юрий Павлович filed Critical Рылов Юрий Павлович
Priority to RU95102732A priority Critical patent/RU2115008C1/en
Publication of RU95102732A publication Critical patent/RU95102732A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2115008C1 publication Critical patent/RU2115008C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: space engineering; change or stabilization of orbit parameters and orientation of spacecraft. SUBSTANCE: proposed device includes control systems for control of motion about center of mass of spacecraft and motion of center of mass of spacecraft; used as actuating members of both systems are the same electric rocket engines with deflectable vectors of thrust. Functional decoupling between these systems is effected by means of engine-flywheels which also integrate disturbing moments; for unloading the engines-flywheels, provision is made for adjustment (through control unit) of direction of thrust of electrical rocket engines mainly made in form of plasma accelerators with closed drift of electrons and provided with control magnetizing coils connected to this unit and additional control poles. EFFECT: reduction of mass and enhanced reliability of engine plant. 4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к космической технике и применяется для изменения или стабилизации параметров орбиты и углового положения космического аппарата (КА). Особенно целесообразно применение устройства на высоких орбитах и, в частности, на геостационарной орбите. The proposed device relates to space technology and is used to change or stabilize the parameters of the orbit and the angular position of the spacecraft (SC). It is especially advisable to use the device in high orbits and, in particular, in a geostationary orbit.

Известны устройства, использующие два или более электроракетных двигателей (ЭРД), для одновременного управления параметрами орбиты геостационарного КА и его ориентации при помощи электростатического изменения направления вектора тяги [1]. Known devices using two or more electric rocket engines (ERE), for simultaneous control of the orbital parameters of the geostationary spacecraft and its orientation using electrostatic changes in the direction of the thrust vector [1].

Недостатками устройства являются: необходимость в режиме ориентации кратковременной, импульсной работы ЭРД, при котором значительно снижаются тяговые характеристики двигателя; необходимость компенсации не только знакопостоянных, но и знакопеременных возмущающих моментов; взаимовлияние операций управления параметрами ориентации и параметрами орбиты. The disadvantages of the device are: the need for the orientation mode of short-term, pulsed operation of the electric propulsion, in which the traction characteristics of the engine are significantly reduced; the need to compensate not only constant, but also alternating disturbing moments; the interaction of control operations with orientation parameters and orbit parameters.

Также известны устройства управления движением в отдельности вокруг центра масс и центра масс КА [2, 3, 4, 5]. Also known are motion control devices separately around the center of mass and the center of mass of the spacecraft [2, 3, 4, 5].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, состоящее из двух или более ЭРД, управляющих движением центра масс КА, и системы, управляющей движением вокруг центра масс КА, которая в каждом из каналов стабилизации содержит: формирователь сигнала углового отклонения КА, блок управления КА, блок управления исполнительным органом и исполнительный орган в виде электрического двигателя-маховика (ДМ) с исполнительным органом разгрузки (ИОР) кинетического момента этого ДМ [2]. The closest in technical essence to the proposed invention is a device consisting of two or more electric propulsion engines controlling the motion of the center of mass of the spacecraft, and a system that controls movement around the center of mass of the spacecraft, which in each of the stabilization channels contains: a signal generator of the angular deviation of the spacecraft, a control unit A spacecraft, an executive body control unit and an executive body in the form of an electric flywheel engine (DM) with an unloading executive body (IOR) of the kinetic moment of this DM [2].

Недостатком устройства является наличие отдельного блока ИОР, что снижает надежность работы и увеличивает массу устройства. The disadvantage of this device is the presence of a separate IOR unit, which reduces the reliability and increases the mass of the device.

Целью изобретения исключение из состава блока ИОР. The aim of the invention is the exclusion of the block IOR.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом устройстве функции ЭРД и ИОР совмещены и их выполняет один или более ЭРД с управляемой по направлению тягой. Управление тягой при помощи электромагнитного воздействия на процесс ускорения проще реализуется в плазменном ускорителе (ПУ) с замкнутым дрейфом электронов [6, 7, 8]. The essence of the invention lies in the fact that in the proposed device, the functions of the electric propulsion and electronic ignition are combined and they are performed by one or more electric propulsors with directionally controlled thrust. Traction control by means of electromagnetic effects on the acceleration process is more easily implemented in a plasma accelerator (PU) with a closed electron drift [6, 7, 8].

При расположении одного или более ЭРД на КА так, чтобы обеспечивалась возможность прохождения векторов тяг по меньшей мере в одной из ориентации векторов, вне центра масс КА это новое качество обеспечивает одновременное создание тяги и управляемого разгрузочного момента для ДМ, или более обобщенно для гидросилового стабилизатора. При этом исключается необходимость в импульсной работе ЭРД, интегрируются возмущающие моменты и снимается взаимовлияние операций управления параметрами ориентации и параметрами орбиты. When one or more electric propulsion engines are located on the spacecraft so that it is possible to pass the thrust vectors in at least one of the vector orientations outside the center of mass of the spacecraft, this new quality ensures the simultaneous creation of thrust and controlled unloading moment for the DM, or more generally for the hydraulic power stabilizer. This eliminates the need for pulsed operation of the electric propulsion, integrates disturbing moments, and removes the mutual influence of operations controlling the orientation parameters and orbit parameters.

Технический результат, который достигается в предлагаемом устройстве, - это снижение массы за счет высокого удельного импульса тяги ЭРД, работающего в длительном режиме, и повышение надежности работы за счет исключения из состава устройства блока ИОР. The technical result that is achieved in the proposed device is to reduce the mass due to the high specific impulse of the thrust of the electric propulsion operating in a continuous mode, and to increase the reliability due to the exclusion of the IOR unit from the device.

Указанный результат достигается тем, что в устройство управления движением космического аппарата, содержащее исполнительные органы в виде двигателей-маховиков, блок управления двигателями-маховиками с измерителями векторов их угловой скорости, а также один или более электроракетных двигателей с управляемой по направлению тягой, при этом электроракетные двигатели установлены с обеспечением возможности прохождения линий действия их тяг вне центра масс космического аппарата включен блок управления направлением тяги электроракетных двигателей, причем измеритель угловой скорости вращения каждого двигателя-маховика (ДМ) соединен с блоком управления направлением тяги (БУНТ) электроракетных двигателей. This result is achieved by the fact that in the spacecraft’s motion control device containing actuators in the form of flywheel engines, a flywheel engine control unit with angular velocity vector meters, as well as one or more electric rocket engines with directionally controlled thrust, while electric rocket engines the engines are installed with the possibility of the passage of the lines of action of their rods outside the center of mass of the spacecraft the control unit for the direction of thrust of electric rockets is included vigateley, wherein measuring the angular velocity of each flywheel motor (DM) connected with the direction of traction control unit (BUNT) electric propulsion.

Также устройство отличается тем, что в нем электроракетный двигатель выполнен в виде плазменного ускорителя (ПУ) с замкнутым дрейфом электронов, в котором по меньшей мере один источник магнитодвижущей силы в виде управляющей катушки намагничивания подключен к блоку управления направлением тяги. The device also differs in that in it the electric rocket engine is made in the form of a plasma accelerator (PU) with a closed electron drift, in which at least one source of magnetomotive force in the form of a magnetization control coil is connected to the thrust direction control unit.

Новым также является то, что в магнитную цепь плазменного ускорителя по меньшей мере к одному источнику магнитодвижущей силы добавлены одна или несколько управляющих катушек намагничивания, установленных у управляющего полюса. It is also new that in the magnetic circuit of a plasma accelerator at least one source of magnetomotive force is added one or more control magnetization coils installed at the control pole.

Также отличительная особенность предлагаемого устройства состоит в том, что между по меньшей мере одной управляющей катушкой намагничивания и одной или несколькими дополнительными электромагнитными управляющими катушками установлен по меньшей мере один дополнительный управляющий полюс. Another distinctive feature of the proposed device is that between at least one control magnetization coil and one or more additional electromagnetic control coils, at least one additional control pole is installed.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими близкими техническими решениями в космической технике не позволило выявить в них признаки, отличающие, в совокупности, заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other close technical solutions in space technology did not allow us to identify in them signs that distinguish, in the aggregate, the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met.

Для пояснения изобретения на фиг. 1 представлена функциональная схема соединений блоков и устройства, а на фиг. 2 - конструктивная схема ПУ с замкнутым дрейфом электронов и с отклоняемым вектором тяги. To illustrate the invention in FIG. 1 shows a functional diagram of the connections of the blocks and the device, and in FIG. 2 is a structural diagram of a PU with a closed electron drift and with a deflected thrust vector.

Функциональная блок-схема устройства управления движением КА для одного из каналов стабилизации углового положения и одного из направлений движения центра масс КА (фиг. 1) содержит последовательно соединенные блоки: исполнительный орган в виде ДМ1 с блоком управления ДМ и измерителем вектора его угловой скорости 2. Выход измерителя вектора угловой скорости 2 соединен со входом управления направлением тяги 3, который, в свою очередь, соединен с ЭРД 4' и 4''. The functional block diagram of the spacecraft motion control device for one of the channels for stabilizing the angular position and one of the directions of motion of the center of mass of the spacecraft (Fig. 1) contains serially connected blocks: an actuator in the form of DM1 with a DM control unit and an angular velocity vector meter 2. The output of the angular velocity vector meter 2 is connected to the thrust direction control input 3, which, in turn, is connected to the electric propulsion 4 'and 4' '.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. The device (Fig. 1) works as follows.

При накоплении ДМ1 предельной угловой скорости, о чем информирует БКНТ пороговый уровень сигнала, поступающего от измерителя 2, в блоке БУНТ 3 формируется информация о необходимом направлении отклонения вектора тяги для создания разгрузочного момента по этой оси. Блок 3 формирует команду на включение управляющих катушек намагничивания ЭРД 4' и 4'', управляющих направлением вектора тяги. When DM1 accumulates the limiting angular velocity, which is informed by the BKNT threshold level of the signal coming from the meter 2, information about the necessary direction of the thrust vector deviation is generated in the BUNT 3 block to create a discharge moment along this axis. Block 3 generates a command to turn on the control magnetizing coils of the electric propulsion 4 'and 4' ', which control the direction of the thrust vector.

Сигнал на действие разгрузочного момента из блока 2 поступает в блок 3 до тех пор, пока кинетический момент ДМ1 не снизится до уровня нечувствительности измерителя 2. The signal for the effect of the unloading moment from block 2 enters block 3 until the kinetic moment of DM1 decreases to the insensitivity level of meter 2.

Согласно изобретению ЭРД может быть выполнен в виде ПУ (фиг. 2), в котором имеются внешние источники магнитодвижущей силы, выполненные в виде электромагнитных катушек намагничивания 1', 1'' и управляющих катушек намагничивания 2', 2'' с дополнительными управляющими полюсами 3' и 3''. According to the invention, the electric propulsion device can be made in the form of a control circuit (Fig. 2), in which there are external sources of magnetomotive force made in the form of electromagnetic magnetization coils 1 ', 1' 'and control magnetization coils 2', 2 '' with additional control poles 3 'and 3' '.

Работа устройства (фиг. 2)
Отклонение вектора тяги ПУ в какой-либо плоскости производится путем снижения токов, текущих в управляющие катушки намагничивания 1', расположенные по одну сторону от оси ПУ в этой плоскости и увеличения токов в управляющих катушках намагничивания 1'', находящихся по другую сторону в этой плоскости. При этом вектор тяги отклоняется в сторону управляющих катушек намагничивания 1', в которых снижается ток, благодаря "перекосу" магнитного поля в эту сторону.
The operation of the device (Fig. 2)
The deviation of the PU thrust vector in a plane is made by reducing the currents flowing to the control magnetization coils 1 'located on one side of the axis of the PU in this plane and increasing the currents in the control magnetizing coils 1''located on the other side in this plane . In this case, the thrust vector deviates toward the control magnetization coils 1 ', in which the current decreases, due to the "bias" of the magnetic field in this direction.

Ту же роль играют катушки намагничивания 2' и 2''. Катушки 2' снижают магнитное поле совместно с катушками 1' с одной стороны ПУ и увеличивают его с другой стороны совместно с катушками 1''. The magnetization coils 2 'and 2' 'play the same role. Coils 2 'reduce the magnetic field together with coils 1' on one side of the PU and increase it on the other side together with coils 1 ''.

Дополнительные управляющие полюсы 3' и 3'' способствуют "перекосу" полей в рабочей зоне ускорения. Additional control poles 3 'and 3' 'contribute to the "skew" of the fields in the working zone of acceleration.

Источники информации
1. Kanlan Marschall AJAA Pap., 1975, N 376, 1-12.
Sources of information
1. Kanlan Marschall AJAA Pap., 1975, N 376, 1-12.

Вопросы проектирования и анализа функционирования систем управления с нулевым кинематическим моментом для геостационарных ИСЗ. Экспресс-информация. A и P N 38/75, ВНИИТИ. Design and analysis of the functioning of control systems with zero kinematic moment for geostationary satellites. Express information. A and P N 38/75, VNIITI.

2. Ануприенко Г. Е. Устройство для управления движением космического аппарата вокруг центра масс. 2. Anuprienko G. E. A device for controlling the motion of a spacecraft around the center of mass.

SU 1819 A1, B 64 G 1/24 от 31.07.90, Бюл. N 21, 07.06.93
Ануприенко Г. Е. Способ управления ориентацией космического объекта. SU 1811500 A3, B 64 G 1/28, 31.07.90, Бюл. N 15, 23.04.93.
SU 1819 A1, B 64 G 1/24 dated 07/31/90, Bull. N 21, 06/07/93
Anuprienko G. E. A way to control the orientation of a space object. SU 1811500 A3, B 64 G 1/28, 07/31/90, Bull. N 15, 04/23/93.

4. Арцимович Л.А., Андронов И.М., Рылов Ю.П. и др. 4. Artsimovich L.A., Andronov I.M., Rylov Yu.P. and etc.

Разработка стационарного плазменного двигателя (СПД) и его испытания на ИСЗ "МЕТЕОР". Космические исследования. т. X11, вып. 3., 1974. С. 451-468. Development of a stationary plasma engine (SPD) and its testing on the METEOR satellite. Space exploration. t. X11, no. 3., 1974. S. 451-468.

5. Разыграев А. П. Основы управления полетом космических аппаратов и кораблей., М.: Машиностроение, 1977. 5. Razygraev A. P. Fundamentals of flight control of spacecraft and ships., M.: Mechanical Engineering, 1977.

6. Morozov B. and al. Demande de Brevet d'invention. Moteur a plasma a derive fermee d'electrons. 6. Morozov B. and al. Demande de Brevet d'invention. Moteur a plasma a derive fermee d'electrons.

FR N de pullication 2693770, 21.01.94. FR N de pullication 2693770, 01/21/94.

7. Egorov V. and al. Plasma accelerator with closed eltctron drift. U.S. Patent N 5, 218, 271, Jun. 8. 1993. 7. Egorov V. and al. Plasma accelerator with closed eltctron drift. U.S. Patent N 5, 218, 271, Jun. 8. 1993.

8. Беляев Н.М., Белик Н.П., Уваров Е.И., Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение 1979 г. 8. Belyaev N.M., Belik N.P., Uvarov E.I., Reactive control systems for spacecraft. M .: Mechanical Engineering 1979

Claims (4)

1. Устройство управления движением космического аппарата, содержащее исполнительные органы в виде двигателей-маховиков, блок управления двигателями-маховиками с измерителями векторов их угловой скорости, а также один или более электроракетных двигателей с управляемой по направлению тягой, при этом электроракетные двигатели установлены с обеспечением возможности прохождения линий действия их тяг вне центра масс космического аппарата, отличающееся тем, что в состав устройства включен блок управления направлением тяги электроракетных двигателей, причем измеритель угловой скорости вращения каждого двигателя-маховика соединен с блоком управления направлением тяги электроракетных двигателей. 1. A device for controlling the motion of a spacecraft containing executive bodies in the form of flywheel engines, a control unit for flywheel engines with angular velocity vectors, and also one or more electric rocket engines with directionally controlled thrust, while electric rocket engines are installed with the possibility of the passage of the lines of action of their thrusts outside the center of mass of the spacecraft, characterized in that the device includes a control unit for the direction of electric propulsion thrust engines, and the angular rotation speed meter of each flywheel engine is connected to the thrust direction control unit of the electric propulsion engines. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем электроракетный двигатель выполнен в виде плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов, в котором по меньшей мере один источник магнитодвижущей силы в виде управляющей катушки намагничивания подключен к блоку управления направлением тяги. 2. The device according to claim 1, characterized in that in it the electric rocket engine is made in the form of a plasma accelerator with a closed electron drift, in which at least one source of magnetomotive force in the form of a magnetization control coil is connected to the thrust direction control unit. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в магнитную цепь плазменного ускорителя по меньшей мере к одному источнику магнитодвижущей силы добавлены одна или несколько управляющих катушек намагничивания, подключенных к блоку управления направлением тяги и установленных у управляющего полюса. 3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that in the magnetic circuit of the plasma accelerator at least one source of magnetomotive force is added one or more control magnetization coils connected to the thrust direction control unit and installed at the control pole. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что между по меньшей мере одной управляющей катушкой намагничивания и одной или несколькими дополнительными электромагнитными управляющими катушками установлен по меньшей мере один дополнительный управляющий полюс. 4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that between at least one control magnetization coil and one or more additional electromagnetic control coils, at least one additional control pole is installed.
RU95102732A 1995-02-23 1995-02-23 Spacecraft motion control device RU2115008C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95102732A RU2115008C1 (en) 1995-02-23 1995-02-23 Spacecraft motion control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95102732A RU2115008C1 (en) 1995-02-23 1995-02-23 Spacecraft motion control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95102732A RU95102732A (en) 1997-02-20
RU2115008C1 true RU2115008C1 (en) 1998-07-10

Family

ID=20165143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95102732A RU2115008C1 (en) 1995-02-23 1995-02-23 Spacecraft motion control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2115008C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104590587A (en) * 2014-11-27 2015-05-06 哈尔滨工业大学 Method for achieving satellite three-axis control moment decoupling based on time ratio
RU2706293C1 (en) * 2018-12-14 2019-11-15 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" Spacecraft control method
RU2714475C1 (en) * 2019-01-10 2020-02-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" Method to control movement of service spacecraft

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481250C1 (en) * 2011-12-28 2013-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Spacecraft angular motion stabilisation system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Kaplan Marshall. Вопросы проектирования и анализа функционирования сис тем управления с нулевым кинетическим моментом для геостационарных ИС З /Эк спресс-информация. Астронавтика и ракетодинамика, N 38/75. - : В ИНИТИ, 197 5. 2. Арцимович Л.А., Андронов И.М., Рылов Ю.П. и др. Разра ботка стационар ного плазменного двигателя (СПД) и его испытания на ИС З "Метеор" // Космич еские исследования, ч.ХП, вып.3, 1974, с.451-468. 3. SU, авторское свидете льство, 1819834, B 64 G 1/24, 07.06.93. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104590587A (en) * 2014-11-27 2015-05-06 哈尔滨工业大学 Method for achieving satellite three-axis control moment decoupling based on time ratio
RU2706293C1 (en) * 2018-12-14 2019-11-15 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" Spacecraft control method
RU2714475C1 (en) * 2019-01-10 2020-02-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Малые космические аппараты" Method to control movement of service spacecraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU95102732A (en) 1997-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Francfort et al. Magnetic merging in collisionless plasmas
US5751078A (en) Reactionless, momentum compensated payload positioner
US10173791B2 (en) System and method for magnetically launching projectiles or spacecraft
Sato et al. Particle acceleration in time‐developing magnetic reconnection process
US3232561A (en) Control apparatus for space craft
RU2115008C1 (en) Spacecraft motion control device
US11799399B2 (en) Device for converting electromagnetic momentum to mechanical momentum
US3767139A (en) Spacecraft spin stabilization system
Whipple et al. Adiabatic theory in regions of strong field gradients
US20190135458A1 (en) Space based magnetic vortex accelerator and methods of use thereof
RU2527798C2 (en) Jet engine thrust vector control device
CN108657458A (en) Primary segmented circle cartridge type Modularized unmanned machine catapult-launching gear and its control method
RU2088802C1 (en) Hall motor
US3156433A (en) Magnetohydrodynamic generator
Zhou et al. Equilibrium control of electrodynamic tethered satellite systems in inclined orbits
CN108539959A (en) The method and magnetic brake system that a kind of magnet rotating device, magnet rotate smoothly
RU2070148C1 (en) Method and device for magnetic relief of internal actuators of space vehicle
JP3880405B2 (en) Relative 6-DOF control method for artificial satellite
RU1753775C (en) Spacecraft electrojet engine installation
RU2568827C1 (en) Magnetic unloading of spacecraft flywheel engines
WO2023150467A1 (en) Suspended phased oscillators for attitude control
Zaremba A biaxial fast steering mirror for precision optical pointing systems
US4113203A (en) Method and apparatus for thrust vector control of spin stabilized flying bodies by means of a single jet rudder
US2846888A (en) Electrical nutation damping mechanism for constrained eddy current gyroscope
RU2709295C1 (en) Damping device for stabilization of electrodynamic rope system