對太空飛行器產生控制力矩的裝置，是太空飛行器姿態控制系統的重要組成部分。它受控制器的控制，產生作用於太空飛行器的力矩。控制太空飛行器姿態的執行機構有噴氣執行機構、飛輪、磁力矩器和重力桿（見重力梯度穩定）等。
基本介紹
- 中文名：太空飛行器姿態控制執行機構
- 隸屬：太空飛行器姿態控制系統
- 執行機構：噴氣執行機構、飛輪
- 原理：力矩的原理
介紹
姿態控制執行機構產生的控制力矩用於：姿態穩定，姿態機動，維持和建立軌道控制所需的姿態，自旋穩定衛星（見人造衛星自旋穩定）的起旋、消旋、轉速控制、章動和進動控制以及太空飛行器的姿態捕獲（見太空飛行器姿態控制）。
太空飛行器姿態控制執行機構依產生力矩的原理分為質量排出式、動量交換式和環境場式三種類型。相應配置幾個同類型的執行機構和相應組合不同類型的執行機構，可使姿態控制系統獲得多種不同的控制功能和提高可靠性。
質量排出式執行機構 簡稱推進器。利用質量排出產生反作用推力，當推力不通過太空飛行器質心時就產生控制力矩。具有力矩變化範圍大和適應性強等特點。但對太空飛行器上的光學儀器可能產生污染。這種執行機構要消耗推進劑，因此不適用於長期運行。推進器一般由貯存推進劑(工質)的容器、控制部件、管道和噴管組成（圖1）。噴管通常固定安裝在太空飛行器上。按照所需的能源，推進器分為冷氣推進器（利用壓縮功或相變潛熱）、化學推進器、電推進器等類型。前兩類也稱噴氣執行機構。 冷氣噴氣執行機構通常採用高壓氮氣。因為比沖較低，所以只適用於運行時間較短的航天任務。但它的結構較簡單,且無腐蝕性,故套用甚廣。化學推進器有單組元和雙組元兩類。單組元肼及單組元肼電熱系統適用於較長壽命的太空飛行器。雙組元系統可產生很大的推力，適用於大型太空飛行器，如太空梭，但其結構較複雜。
太空飛行器姿態控制推進器在使用上的技術要求與火箭發動機有所不同。應考慮如下要求：①選用高比沖工質；②為了提高控制精度、降低推進劑的消耗，推進器一般按脈沖方式工作,脈衝的衝量要小,重複性要好；③應能在真空、失重、溫度交變和輻射環境下可靠地工作；④推進器應具有多次啟動的能力(現在可達幾十萬次以上)。
動量交換式執行機構 也稱動量存貯裝置（圖2 ）。由電機驅動的飛輪、框架（有的需要，有的不需要）和電子線路等組成。它是根據角動量守恆原理，依靠飛輪和太空飛行器之間的角動量交換來實現控制的。根據飛輪結構的特點和產生控制作用的方式，動量存貯裝置的分類如下：①角動量方向不變，大小可變(慣性輪)：反作用輪（平均動量為零），動量輪（平均動量為非零常數）；②角動量方向可變，大小不變：控制力矩陀螺（有單框架和雙框架兩種）；③角動量大小和方向均可變：框架式動量輪（有單框架和雙框架兩種），動量球（無框架）。 動量交換式執行機構與質量排出式執行機構相比具有下列優點：①可以實行線性控制，因此控制精度較高；②適合於克服周期性擾動，所需能量可以不斷地從太陽電池獲得，因此適合於長壽命工作；③沒有噴氣對光學儀器的污染問題。
動量交換式執行機構中的關鍵部件是支承和電機。支承有動壓油膜潤滑軸承、液體潤滑滾珠軸承和磁懸浮軸承三種方式。磁懸浮軸承對於長壽命高精度太空飛行器尤為適合。
環境場式執行機構 它利用環境場（磁場、引力場等）與太空飛行器相互作用而產生力矩。這類執行機構有磁力矩器、重力桿、太陽輻射力矩裝置、氣動力矩裝置等。它們產生的力矩一般都較小，而且與軌道高度、軌道形狀、太空飛行器或力矩裝置的結構以及太空飛行器的姿態等因素有關。
磁力矩器是由太空飛行器的磁矩和環境磁場相互作用而產生磁力矩的裝置，簡單地講是一個通電繞組。適用於對太空飛行器進行姿態控制和角動量控制（包括對飛輪卸飽和），以及減少環境力矩引起的姿態漂移。磁力矩與軌道高度的三次方成反比，所以磁力矩器一般用於低軌道衛星。
重力桿適用於中、高軌道的衛星。太陽輻射力矩裝置適用於地球同步軌道衛星。氣動力矩裝置適用於低軌道衛星。這幾種力矩裝置目前很少使用。
姿態控制執行機構產生的控制力矩用於：姿態穩定，姿態機動，維持和建立軌道控制所需的姿態，自旋穩定衛星（見人造衛星自旋穩定）的起旋、消旋、轉速控制、章動和進動控制以及太空飛行器的姿態捕獲（見太空飛行器姿態控制）。
太空飛行器姿態控制執行機構依產生力矩的原理分為質量排出式、動量交換式和環境場式三種類型。相應配置幾個同類型的執行機構和相應組合不同類型的執行機構，可使姿態控制系統獲得多種不同的控制功能和提高可靠性。
質量排出式執行機構 簡稱推進器。利用質量排出產生反作用推力，當推力不通過太空飛行器質心時就產生控制力矩。具有力矩變化範圍大和適應性強等特點。但對太空飛行器上的光學儀器可能產生污染。這種執行機構要消耗推進劑，因此不適用於長期運行。推進器一般由貯存推進劑(工質)的容器、控制部件、管道和噴管組成（圖1）。噴管通常固定安裝在太空飛行器上。按照所需的能源，推進器分為冷氣推進器（利用壓縮功或相變潛熱）、化學推進器、電推進器等類型。前兩類也稱噴氣執行機構。 冷氣噴氣執行機構通常採用高壓氮氣。因為比沖較低，所以只適用於運行時間較短的航天任務。但它的結構較簡單,且無腐蝕性,故套用甚廣。化學推進器有單組元和雙組元兩類。單組元肼及單組元肼電熱系統適用於較長壽命的太空飛行器。雙組元系統可產生很大的推力，適用於大型太空飛行器，如太空梭，但其結構較複雜。
太空飛行器姿態控制推進器在使用上的技術要求與火箭發動機有所不同。應考慮如下要求：①選用高比沖工質；②為了提高控制精度、降低推進劑的消耗，推進器一般按脈沖方式工作,脈衝的衝量要小,重複性要好；③應能在真空、失重、溫度交變和輻射環境下可靠地工作；④推進器應具有多次啟動的能力(現在可達幾十萬次以上)。
動量交換式執行機構 也稱動量存貯裝置（圖2 ）。由電機驅動的飛輪、框架（有的需要，有的不需要）和電子線路等組成。它是根據角動量守恆原理，依靠飛輪和太空飛行器之間的角動量交換來實現控制的。根據飛輪結構的特點和產生控制作用的方式，動量存貯裝置的分類如下：①角動量方向不變，大小可變(慣性輪)：反作用輪（平均動量為零），動量輪（平均動量為非零常數）；②角動量方向可變，大小不變：控制力矩陀螺（有單框架和雙框架兩種）；③角動量大小和方向均可變：框架式動量輪（有單框架和雙框架兩種），動量球（無框架）。 動量交換式執行機構與質量排出式執行機構相比具有下列優點：①可以實行線性控制，因此控制精度較高；②適合於克服周期性擾動，所需能量可以不斷地從太陽電池獲得，因此適合於長壽命工作；③沒有噴氣對光學儀器的污染問題。
動量交換式執行機構中的關鍵部件是支承和電機。支承有動壓油膜潤滑軸承、液體潤滑滾珠軸承和磁懸浮軸承三種方式。磁懸浮軸承對於長壽命高精度太空飛行器尤為適合。
環境場式執行機構 它利用環境場（磁場、引力場等）與太空飛行器相互作用而產生力矩。這類執行機構有磁力矩器、重力桿、太陽輻射力矩裝置、氣動力矩裝置等。它們產生的力矩一般都較小，而且與軌道高度、軌道形狀、太空飛行器或力矩裝置的結構以及太空飛行器的姿態等因素有關。
磁力矩器是由太空飛行器的磁矩和環境磁場相互作用而產生磁力矩的裝置，簡單地講是一個通電繞組。適用於對太空飛行器進行姿態控制和角動量控制（包括對飛輪卸飽和），以及減少環境力矩引起的姿態漂移。磁力矩與軌道高度的三次方成反比，所以磁力矩器一般用於低軌道衛星。
重力桿適用於中、高軌道的衛星。太陽輻射力矩裝置適用於地球同步軌道衛星。氣動力矩裝置適用於低軌道衛星。這幾種力矩裝置目前很少使用。
