Stabilizarea gradientului gravitațional
Stabilizarea gradientului gravitațional (cunoscută și sub denumirea de stabilizare a mareelor ) este o metodă pasivă de stabilizare a orientării sateliților artificiali către o direcție fixă, bazată pe distribuția masei corpului și câmpul gravitațional al pământului. Principalul avantaj față de o metodă de stabilizare activă care utilizează propulsori, giroscopi sau roți de reacție este puterea redusă și consumul de resurse necesar.
Ideea este de a utiliza câmpul gravitațional al Pământului și forțele mareelor pentru a menține nava spațială aliniată în direcția dorită. Pe măsură ce atracția gravitațională a Pământului scade în conformitate cu legea pătrată inversă , extinzând un apendice lung, cum ar fi un braț mecanic sau un cablu, perpendicular pe orbită, partea inferioară a structurii orbitante va fi mai atrasă spre Pământ. Prin urmare, efectul va fi că satelitul va tinde să își alinieze axa longitudinală paralel cu liniile de câmp, adică plasându-se cu axa de inerție minimă în direcția verticalei locale, garantând controlul pe două axe. [1] [2] Axa care rămâne liberă este axa falcii , plasată pe vectorul nadir, adică pe vectorul care unește satelitul cu centrul Pământului. Deoarece stabilizarea gradientului gravitațional este destul de susceptibilă la variațiile de temperatură care apar la intrările și ieșirile fazelor eclipsei, acestea, precum și alte perturbații externe, pot provoca mici oscilații în jurul vectorului nadir, ducând la un fenomen cunoscut sub numele de „librație”. care pot fi totuși atenuate de amortizoare adecvate.
Deoarece această tehnică poate fi utilizată numai pe vehicule care nu necesită controlul gălăgiei, este utilizată doar pe sateliții plasați pe orbite joase.
Sisteme legate
Într-un sistem legat, doi sateliți sunt conectați între ei printr-un cablu subțire numit tether.
Sistemele binare legate sunt compuse din trei părți: satelitul de bază, cablul (sau tether) și satelitul auxiliar, unde termenul „satelit” este utilizat în sensul său cel mai larg, inclusiv inclusiv navete sau stații spațiale plasate pe orbită.
Înainte de poziționare, așa-numitul satelit de bază conține cablul și satelitul auxiliar, până când acesta din urmă este lansat către un corp atractiv, cum ar fi Pământul, ducând astfel la derularea cablului.
Într-un sistem de acest tip, cablul poate fi ținut întins prin diferența mică de atracție gravitațională care se creează de-a lungul acestuia și, prin urmare, sistemul poate fi stabilizat datorită tehnicii de stabilizare a mareelor.
Un sistem legat are o orientare stabilă în direcția verticală locală. Acest lucru poate fi înțeles prin observarea echilibrului forțelor care acționează asupra a două corpuri plasate în spațiu la altitudini diferite și conectate printr-un cablu. În absența cablului de conectare, forța gravitațională și forța centrifugă care acționează asupra fiecărui corp ar fi echilibrate și corpul plasat la o altitudine mai mare ar călători mai lent decât cel plasat mai jos. Cu cablul care conectează cele două corpuri, însă, lucrurile se schimbă; sistemul trebuie, de fapt, să se deplaseze cu o singură viteză și, prin urmare, cablul trebuie să încetinească masa mai mică și să accelereze cea mai mare, ducând astfel la o scădere a forței centrifuge care acționează asupra corpului inferior și o creștere a acțiunii asupra corpului la cea mai mare altitudine. În consecință, echilibrul dintre cele două forțe menționate anterior este mai mic și, în cazul masei plasate mai jos, forța gravitațională care acționează asupra acesteia devine dominantă față de forța centrifugă, în timp ce în cazul masei plasate mai mare la să fie dominantă va fi forța centrifugă. Tocmai această diferență între cele două forțe duce la alinierea sistemului de-a lungul verticalei locale. [3]
Cerere
De la începutul anilor șaizeci au existat experimente menite să verifice eficacitatea și utilizarea practică a acestei tehnici. Unul dintre primii dintre aceștia este satelitul Transit Research and Attitude Control (TRAAC), lansat în noiembrie 1961 la o înălțime de aproximativ 950 km, al cărui scop principal a fost testarea sistemului de stabilizare a mareelor a sateliților de navigație care fac parte din flota Transit . [4] Sistemul de stabilizare a răspuns efectiv la comanda de extensie, dar la scurt timp, din cauza defecțiunii unuia dintre motoare, brațul de 18,4 m util pentru stabilizarea mareelor nu s-a extins complet.
Prima încercare de a utiliza această tehnică pe un zbor cu echipaj a fost efectuată pe 13 septembrie 1966 de misiunea americană Gemini 11 , agățând capsula Gemeni de satelitul său Agena printr-un cablu lung de 30 m. Cu toate acestea, testul a decurs prost, deoarece gradientul gravitațional a fost insuficient pentru a menține cablul întins. [5]
Tehnica a fost utilizată pentru prima dată cu succes în iulie 1967 când, la 12 zile de la lansare, satelitul Departamentului de Apărare al Gravității (DODGE), plasat pe o orbită aproape geosincronă , a fost stabilizat, orientându-și baza și catargul spre centrul pământul. [6]
Din 1966 până 1969 tehnica a fost folosit pe sateliți plasați în orbită joasă pământ și , prin urmare , testate fără succes pentru ATS-2 , ATS-4 si ATS-5 sateliți, toate cele trei care fac parte din seria de sateliți experimentali Applications Technology Satellite . În toate cazurile, însă, defecțiunile s-au datorat problemelor apărute în faza de lansare a sateliților (ATS-2 și ATS-4) sau la aprinderea motoarelor odată ce s-a atins apogeul (ATS-5). [7]
În 1984, această metodă de stabilizare a fost utilizată pentru instalația de expunere pe durată lungă (LDEF), pusă pe orbită de Space Shuttle Challenger în aprilie a aceluiași an. În acest caz, prin măsuri speciale, a fost posibilă și stabilizarea axei de falcă (axa poate fi controlată de o roată care se rotește cu o viteză constantă montată astfel încât axa sa de rotire să fie perpendiculară pe planul orbital). [2] [8]
O stabilizare a gradientului gravitațional a fost încercată în iulie 1992 în timpul misiunii NASA și ASI numită Tethered Satellite System-1 (TTS-1), efectuată ca parte a misiunii STS-46 . Încercarea, însă, a eșuat din cauza problemelor legate de derularea cablului, care s-a desfășurat doar pentru 260 de metri din cei 20,7 km planificați, dar validitatea teoriilor privind stabilizarea mareelor a fost totuși verificată. [9] În 1996, o misiune similară, numită TSS-1R , desfășurată ca parte a misiunii STS-75 , a eșuat când cablul s-a rupt după derularea de 19,7 km, adică la doar un km de la încheierea cursului. Cu puțin înainte de pauză, tensiunea pe cablu a fost de aproximativ 65 N. Spre deosebire de misiunea TSS-1 anterioară, în acest caz satelitul conectat la cablu nu a fost recuperat. [10]
Notă
- ^ Marco Molteni, Controlul atitudinii în spațiu ( PDF ), pe spacelab.dti.supsi.ch , Universitatea de Științe Aplicate și Arte din Elveția de Sud , 14 septembrie 2007, p. 11. Adus pe 28 noiembrie 2017 .
- ^ a b Manuela Ciani, Studiul sistemului de atitudine al satelitului AtmoCube folosind actuatoare magnetice ( PDF ), pe www2.units.it , Universitatea din Trieste, 2003, p. 12. Adus pe 28 noiembrie 2017 .
- ^ ML Cosmo și EC Lorenzini, Tethers in Space Handbook , NASA Marshall Space Flight Center, 1997, pp. 274-1-274.
- ^ TRAAC , la space.skyrocket.de , Pagini spațiale ale lui Gunter. Adus la 28 noiembrie 2017 .
- ^ Kenneth Gatland, Navă spațială echipată, a doua revizuire , MacMillan Publishing Co., Inc, 1976, pp. 180-182, ISBN 0-02-542820-9 .
- ^ DODGE , la space.skyrocket.de , Pagina spațială a lui Gunter. Adus la 28 noiembrie 2017 .
- ^ NASA Past Missions - ATS , la nasa.gov , NASA. Adus la 28 noiembrie 2017 .
- ^ WK Stuckey, Lecție învățată de la Long Duration Exposure Facility ( PDF ), pe dtic.mil , 1993. Accesat la 28 noiembrie 2017 .
- ^ M. Dobrowolny și NH Stone, O prezentare tehnică a TSS-1: prima misiune de sistem Tethered-Satellite , în Il Nuovo Cimento C , vol. 17, n. 1, ianuarie 1994, pp. 1-12. Adus la 28 noiembrie 2017 .
- ^ TSS-1R Mission Failure Investigation Board, Raport final , NASA, 31 mai 1996. Accesat la 28 noiembrie 2017 .
