基本介紹
- 中文名：航天被動姿態控制
- 外文名：Passive Attitude Control
- 類別：航空、航天技術
基本概念,發展歷史,原理,特點,技術手段,
基本概念
發展歷史
採用主動姿態控制、被動姿態控制或者二者結合類型取決於飛行任務對定向和穩定的要求、功率要求、質量限制、軌道特性、可靠性要求、控制系統和太空飛行器上儀器設備的相互配合等因素。早期太空飛行器多採用被動穩定、特別是自旋穩定控制，如蘇聯的“人造地球衛星1號“，美國的“探險者1號”,中國的“東方紅1號“均為自旋穩定衛星。
原理
自旋穩定所根據的原理是在無外力矩作用時自旋太空飛行器的動量矩在空間守恆，保持大小和方向不變。快速旋轉的太空飛行器在外力矩作用下仍然能夠在短期內維持穩定姿態，但自旋軸方向逐漸漂移，其漂移率反比於自旋轉速。自旋軸在外力矩作用下的運動稱為進動。被動穩定的太空飛行器當偏離其平衡姿態時，由於能量和動量矩的作用，太空飛行器將繞平衡姿態作往復振盪。對於自旋穩定，這種振盪稱為章動。對於重力梯度穩定，這種振盪稱為天平動。為使被動穩定的姿態在受擾後恢復平衡，需要把章動或者天平動所包含的額外能量消耗掉。這種消耗振盪能量的措施稱為阻尼，實現阻尼的裝置稱為阻尼器，和天平動阻尼器等。
特點
被動姿態控制系統的主要優點是幾乎不消耗或者很少消耗太空飛行器上的能源，結構簡單，適合於較長壽命的太空飛行器，但是控制精度一般不高。
技術手段
被動姿態控制包括人造衛星自旋穩定、重力梯度穩定、磁穩定、氣動穩定、太陽輻射壓力穩定等。太空飛行器在軌道飛行時，周圍環境力形成對其質心的力矩。例如，稀薄大氣分子對太空飛行器外表面撞擊所產生的氣動力矩，由太空飛行器磁矩（所含鐵磁體或者環路電流的合成效應）與周圍環境磁場相互作用所產生的磁力矩，因作用在太空飛行器各部分質量上的地球引力有差異和太空飛行器 3個主慣量不相等而形成的重力梯度力矩，以及因太陽輻射對太空飛行器表面作用所產生的太陽輻射壓力等。這些外部因素產生的力矩使太空飛行器的姿態趨向於平衡姿態。在平衡姿態下，外力矩的合成力矩等於零。氣動穩定、太陽輻射壓力穩定、磁穩定和重力梯度穩定等被動姿態控制的實質是利用太空飛行器的穩定的平衡姿態作為運行姿態。氣動穩定和太陽輻射壓力穩定時的平衡姿態是氣動力或輻射壓力通過質心的靜穩定姿態。磁穩定時的平衡姿態是太空飛行器磁矩與環境磁場方向一致時的姿態。重力梯度穩定時的平衡姿態是太空飛行器的最大慣量軸垂直於軌道平面，最小慣量軸沿當地垂線方向時的姿態。
