航天主動姿態控制

航天主動姿態控制（space active attitude control）是一種根據姿態誤差形成控制指令，產生控制力矩對太空飛行器進行姿態控制的方法，主要由主動姿態控制系統來實現。主動姿態控制系統由姿態敏感器、控制器和執行機構（也稱力矩器）組成。主動姿態控制系統的主要優點是精度較高、靈活性大、快速性好（尤其是噴氣控制），但是需要消耗太空飛行器上的能源，控制電路較複雜，成本較高。

基本介紹

• 中文名：航天主動姿態控制
• 外文名：space active attitude control
• 原理：根據姿態誤差產生指令進行
• 實現：通過主動姿態控制系統
• 一級學科：航天科技
• 二級學科：航空器

基本概念

航天主動姿態控制是根據姿態誤差（測量值與標稱值之差）形成控制指令，產生控制力矩實現姿態控制的方法，是太空飛行器姿態控制的一種方式。

實現方式

主動姿態控制系統由姿態敏感器、控制器和執行機構（也稱力矩器）組成。姿態敏感器的作用是敏感和測量太空飛行器的姿態變化；姿態控制器的作用是把姿態敏感器送來的姿態角變化值的信號，經過一系列的比較、處理，產生控制信號輸送到姿態執行機構；姿態執行機構的作用是根據姿態控制器送來的控制信號產生力矩，使太空飛行器姿態恢復到正確的位置。

常用設備

常用的太空飛行器姿態敏感器有陀螺儀、紅外地球敏感器（見地球敏感器）、太陽敏感器、恆星敏感器、磁強計和射頻敏感器等。為了不間斷地獲得姿態信息，常用陀螺儀和光學姿態敏感器（地球、太陽、恆星敏感器）構成組合式姿態測量基準。由陀螺儀提供短期姿態信息，由光學敏感器提供校準信號來修正陀螺的漂移。

常用的執行機構（見太空飛行器姿態控制執行機構）有噴氣執行機構、磁力矩器和飛輪。噴氣執行機構通過排出高速氣體或離子流對太空飛行器產生反作用力矩，實現太空飛行器的姿態控制。磁力矩器利用太空飛行器內通電繞組所產生的磁矩和環境磁場作用來實現控制。飛輪是一種由電機驅動的高速轉動部件，通過太空飛行器與裝在太空飛行器內的飛輪之間的動量交換來控制太空飛行器的姿態。因此，飛輪是一種動量交換式執行部件。某些姿態控制方案要求飛輪保持一定的平均轉速，這種飛輪稱為動量輪。另一些姿態控制方案要求飛輪平均轉速為零，這種飛輪稱為反作用輪。飛輪控制最適合於克服作用在太空飛行器上周期性的外部擾動力矩。但是當太空飛行器受恆值外力矩作用時，飛輪的動量矩在某個方向上不斷增大，直到飛輪轉速達到極限值，這種現象稱為飛輪飽和。這時飛輪失去進一步控制太空飛行器姿態的能力。為了使飛輪恢復控制作用，可以利用噴氣力矩、重力梯度力矩或磁力矩器產生的力矩使飛輪的動量矩向相反方向發生較大的變化，這種控制稱為飛輪卸飽和控制。如果把飛輪軸安裝在框架上，不僅可以改變飛輪動量矩的大小，而且可以改變它的方向，這種飛輪叫框架式飛輪，有單框架和雙框架飛輪兩種。還有一種動量交換式執行部件叫做控制力矩陀螺，即安裝在框架內的恆速旋轉的飛輪裝置，這是一種只靠改變轉軸方向來實現控制的執行部件。框架式飛輪和控制力矩陀螺也有飽和問題，也採用與飛輪相同的卸飽和手段。

控制器是利用姿態信息形成控制指令的電子裝置。它可以是簡單的邏輯電路，也可以是較複雜的信息處理器和控制計算機。

主動姿態控制優缺點

要求對三個軸進行姿態控制的太空飛行器通常採用主動姿態控制。主動姿態控制系統的主要優點是精度較高、靈活性大、快速性好（尤其是噴氣控制），但是需要消耗太空飛行器上的能源，控制電路較複雜，成本較高。