Система орієнтації космічного апарата — одна з бортових систем космічного апарата, що забезпечує розташування осей апарата відносно визначених напрямів. Система необхідна для наступних завдань:
орієнтування сонячних батарей на Сонце; навігаційні вимірювання; проведення різних досліджень; передача даних гостронаправленою антеною; перед увімкненням гальмівного або розгінного двигуна для зміни траєкторії польоту.
Завдання можуть вимагати постійної орієнтації або короткочасної. Системи орієнтації можуть забезпечувати одновісну або повну (тривісну) орієнтацію. В пілотованій космонавтиці крім автоматичних систем орієнтації застосовуються системи з ручним керуванням.
Датчики Зазвичай застосовуються електронно-оптичні датчики для орієнтування на небесні світила: Сонце, Землю, Місяць, зорі. Використовується видимий або позачервоний спектр, друге зручніше, наприклад для Землі, оскільки в позачервоній частині спектра денний і нічний боки несуттєво відрізняються.
Також можуть застосовуватися іонні датчики, датчики магнітного поля Землі, гіроскопічні датчики.
Система стабілізації При переході з однієї орбіти на іншу, переході на траєкторію спуску, коли працює основна рушійна установка, необхідно зберігати незмінним напрям осей апарата. При стабілізації розмір сил й імпульсів набагато вище, для компенсації потрібні значні витрати енергії. Тривалість перебування в цьому режимі відносно мала.
Системи стабілізації і орієнтації з огляду на близькість виконуваних завдань частково об'єднують, наприклад використовують одні датчики. У таких випадках це єдина система орієнтації та стабілізації космічного апарата.
Пасивні системи Економічні, не потребують витрат енергії, мають низку обмежень.
Гравітаційна Використовує гравітаційне поле планети, для Землі її використання ефективно для висот орбіт від 200 км до 2000 км.
Аеродинамічна Використання можливо на низьких орбітах, де є залишки атмосфери, для Землі це висоти від 200 до 400 км. Для висот більше 2500 км можливе використання тиску сонячних променів для створення аналогічної системи.
Електромагнітна Установлені на борту апарата постійні магніти можуть забезпечити розташування апарата відносно силових ліній магнітного поля Землі. Якщо замість постійних магнітів використовувати соленоїди, то можливо ефективно керувати орієнтацією, така система вважається активною. Використання електромагнітних систем для подібних до Землі планет можливо на висотах від 600 до 6000 км.
Активні системи Вимагають витрат енергії, збереженої на борту
Газові сопла Газові сопла або мікроракетні двигуни малої тяги здатні створювати великі керівні зусилля і парирувати практично будь-які збурення. Спосіб досить поширений для активної орієнтації і стабілізації.
Для створення тяги може використовуватия енергія стисненого газу (зазвичай азот або гелій), розкладання речовини, горіння рідкого або твердого палива, електрична енергія (електричний ракетний двигун).
Гіроскопи Для орієнтації і стабілізації масивних космічних апаратів на стаціонарних орбітах використовуються інерційні маховики і гіродини. Обертання маховика зазвичай забезпечується електродвигуном.
Система на базі інерційних маховиків особливо ефективна при знакозмінних збуреннях, якщо ж збурення однонаправлені, то через деякий час досягається межа керованості і необхідне втручання будь-якої системи стабілізації, наприклад, включення ракетного двигуна («розвантаження»).
Зображення
Джерела
19.1 Системи орієнтації та управління орієнтацією на сайті НАСА Лекція 15: Динаміка орієнтації та системи управління на сайті Університету Арізони