शून्यता पर कैसे झुकें?


"मुझे एक पूर्णता दें, और मैं पृथ्वी को बदल दूंगा" - किंवदंती के अनुसार, आर्किमिडीज ने कहा, वैज्ञानिक रूप से लीवर के सहज सिद्धांत की व्याख्या करते हुए। लेकिन कॉस्मिक वैक्यूम में कोई सपोर्ट नहीं है। और उपग्रहों को सूर्य, पृथ्वी पर एंटेना, मंगल के दिलचस्प हिस्से के लिए कैमरा और कक्षा को अंतरिक्ष में सटीक बिंदु पर सही करने के लिए इंजन को देखने के लिए सौर पैनलों की आवश्यकता होती है। आपको शून्य पर कुछ करने के लिए आना होगा।

ओरिएंटेशन मोटर्स


सबसे स्पष्ट विकल्प विशेष छोटे इंजन लगाने के लिए है जो डिवाइस के अभिविन्यास को नियंत्रित करेगा: लूनर मॉड्यूल


ओरिएंटेशन

इंजन इंजन को भारी वाहनों को मोड़ने के लिए शक्तिशाली बनाया जा सकता है या बहुत तेजी से स्पिन कर सकता है, या बहुत सटीक रूप से मोड़ने के लिए कमजोर हो सकता है। वे अपेक्षाकृत हल्के होते हैं और जब वे काम नहीं कर रहे होते हैं तो उन्हें बिजली की आवश्यकता नहीं होती है। सबकुछ ठीक होगा, लेकिन चालू करने के लिए, आपको ईंधन खर्च करने की आवश्यकता है, और हमेशा इसकी सीमित मात्रा होती है। और इंजनों में शुरू की संख्या और कुल परिचालन समय की सीमाएं हैं।
ओरिएंटेशन इंजन का उपयोग कक्षीय युद्धाभ्यास के लिए भी किया जा सकता है, खासकर अगर डॉकिंग की योजना बनाई गई हो। मुख्य इंजन केवल एक दिशा में डिवाइस को धक्का दे सकता है, और ओरिएंटेशन इंजन की मदद से सभी अक्षों के साथ आगे बढ़ना संभव है।

लाभ:
  • सादगी।
  • तीनों अक्षों पर अभिविन्यास प्रदान करता है।
  • अपेक्षाकृत छोटा द्रव्यमान।
  • लचीलापन: शक्तिशाली या बहुत सटीक इंजन बनाया जा सकता है।
  • कक्षा में पैंतरेबाज़ी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
  • वे लंबे समय तक बंद हो सकते हैं।

नुकसान:
  • ईंधन की खपत।
  • प्रारंभ की संख्या और कुल परिचालन समय पर सीमा।
  • जले हुए ईंधन के साथ तंत्र के परिवेश का संदूषण (दूरबीनों के लिए प्रासंगिक हो सकता है)।

ओरिएंटेशन इंजन आमतौर पर उपयोग किया जाता है जहां समय उन्मुखीकरण परिवर्तन में एक सक्रिय, अपेक्षाकृत दुर्लभ या कम समय की आवश्यकता होती है। इसलिए, वे सभी मानव चालित वाहनों पर हैं, और आमतौर पर इंटरप्लेनेटरी स्टेशनों के लिए पसंद किए जाते हैं, जो महीनों और वर्षों के लिए स्लीप मोड में उड़ते हैं, जबकि निर्मित अभिविन्यास को बनाए रखते हैं।


MAKS-2005 में सोयूज अंतरिक्ष यान के लिए मूरिंग और ओरिएंटेशन इंजन। लाल - सुरक्षात्मक आवरण जो उड़ान से पहले हटा दिए जाते हैं


त्वरित प्रजनन में आईएसएस के साथ डॉकिंग के दौरान सोयुज अंतरिक्ष यान का संचालन

रोटेशन स्थिरीकरण


बचपन से, हम सभी एक ईमानदार स्थिति बनाए रखने के लिए शीर्ष की क्षमता जानते हैं। यदि आप अंतरिक्ष यान स्पिन करते हैं, तो यह रोटेशन के अक्ष के साथ स्थिरीकरण बनाए रखते हुए, बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करेगा।



यदि एक अक्ष पर स्थिरीकरण हमें सूट करता है, तो हम डिवाइस को अलग-अलग दिशाओं में घुमाने नहीं जा रहे हैं और लंबी-एक्सपोज़र तस्वीरें ले रहे हैं, यह विधि बहुत ही किफायती हो सकती है।

लाभ:
  • सादगी।
  • लाभप्रदता - हम एक बार आराम करते हैं और सदियों से घूमते हैं।

नुकसान:
  • केवल एक धुरी पर स्थिरीकरण।
  • डिवाइस को घुमाएं नहीं।
  • रोटेशन उपकरण संचालन में हस्तक्षेप कर सकता है।

ऐतिहासिक रूप से, रोटेशन द्वारा स्थिरीकरण अमेरिकियों के बीच बहुत लोकप्रिय है। पायनियर कार्यक्रम के सभी जांच को रोटेशन द्वारा स्थिर किया गया था। पहले उपकरणों पर, मिसाइलों की कम वहन क्षमता के कारण ऐसा किया गया था - 1959 प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके अन्य तरीकों से छह किलोग्राम पायनियर -4 को स्थिर करना असंभव था। "पायनियर्स" -10 और -11 के रोटेशन से स्थिरीकरण एक उत्कृष्ट समाधान की तरह दिखता है - अगर पृथ्वी की कक्षीय गति ऐन्टेना के विकिरण पैटर्न में फिट बैठती है, तो जांच लगातार "जुड़ा" है, उस पर एक भी ग्राम ईंधन खर्च किए बिना और अभिविन्यास प्रणाली की विफलता का डर नहीं है। दो पायनियर-वीनस जांच को रोटेशन से स्थिर किया गया था, शायद पहले से ही आदत से बाहर था - उनमें से एक पर एंटीना यंत्रवत् रूप से पृथ्वी पर निशाना लगाने के लिए घुमाया गया था, जो अब बहुत तर्कसंगत नहीं लगता है।
इंटरप्लेनेटरी स्टेशनों के अलावा, अमेरिकियों ने ऊपरी चरणों के स्पिन का व्यापक रूप से उपयोग किया। इस मामले में, ठोस ईंधन बूस्टर ब्लॉकों को एक अलग अभिविन्यास प्रणाली की आवश्यकता नहीं थी।


स्पेस शटल से पीएएम-डी बूस्टर के साथ एक उपग्रह लॉन्च करना

त्वरण के बाद, कोणीय गति के संरक्षण के कानून ( भारहीनता में एक उदाहरण, सील पर एक उदाहरण ) का उपयोग करके बस रोटेशन को धीमा करना संभव था - छोटे भार केबल पर अनजाने थे और डिवाइस के रोटेशन को धीमा कर दिया

फ्लाईव्हील (रिएक्शन व्हील)


बिल्ली की तरह, जो गिरने में शरीर की बारी के विपरीत दिशा में अपनी पूंछ को मोड़ती है, अंतरिक्ष यान चक्का का उपयोग करके अभिविन्यास को नियंत्रित कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि हम डिवाइस को दक्षिणावर्त घुमाना चाहते हैं:
  1. प्रारंभिक स्थिति: उपकरण स्थिर है, चक्का स्थिर है।
  2. हम फ्लाईव्हील वामावर्त को स्पिन करते हैं, डिवाइस दक्षिणावर्त चालू करना शुरू करता है।
  3. जब वांछित कोण पर मुड़ जाता है: हम फ्लाईव्हील के रोटेशन को रोकते हैं, डिवाइस बंद हो जाता है।

यदि फ्लाईव्हील पहले से ही कताई कर रहा है, तो इसकी गति को बदलकर, हम एक बल बना सकते हैं जो डिवाइस को घुमाता है। यहाँ इस वीडियो में, आप फ्लाईव्हील के रोटेशन की पिच द्वारा निर्धारित कर सकते हैं कि रोटेशन की गति (कम ध्वनि) को कम करने से एक बल पैदा होता है जो प्लेटफॉर्म को दक्षिणावर्त घुमाता है, बढ़ती गति (उच्च ध्वनि) के खिलाफ है:



चक्का का उपयोग करने से आप उच्च सटीकता के साथ मुड़ सकते हैं और कीमती ईंधन बर्बाद नहीं कर सकते। लेकिन, किसी भी अन्य तकनीकी प्रणाली की तरह, फ्लाइव्हील की अपनी कमियां हैं। सबसे पहले, एक चक्का केवल एक अक्ष के साथ डिवाइस को घुमा सकता है। डिवाइस के उन्मुखीकरण को पूरी तरह से नियंत्रित करने के लिए, आपको तीन फ्लाईवहेल्स की आवश्यकता है। और अतिरेक की आवश्यकता को देखते हुए, छह या अधिक। इसके अलावा, रोटेशन की गति चक्का के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक है और इसकी रोटेशन की गति और तंत्र के द्रव्यमान के विपरीत आनुपातिक है। सरल शब्दों में, उपकरण का द्रव्यमान जितना बड़ा होता है, उतनी ही भारी मात्रा में चक्का होना चाहिए। इसके अलावा, किसी भी फ्लाईव्हील में रोटेशन की अधिकतम गति होती है और यदि यह अधिक नहीं है तो फट सकती है। और अगर गड़बड़ी करने वाला बल एक दिशा में डिवाइस पर कार्य करता है, तो चक्का अंततः अधिकतम गति तक पहुंच जाएगा,और आपको इसे किसी अन्य सिस्टम के साथ अनलोड करने की आवश्यकता होगी। और अंत में, किसी भी मैकेनिक की तरह, फ्लाईव्हील समय के साथ खराब हो जाता है और विफल हो सकता है।

लाभ:
  • इसे ईंधन की खपत की आवश्यकता नहीं है।
  • आपको डिवाइस को बहुत सटीक रूप से लक्षित करने की अनुमति देता है।

नुकसान:
  • सक्रिय पैंतरेबाज़ी के लिए अनुपयुक्त, रोटेशन अपेक्षाकृत धीमा है।
  • चक्का को उतारने के लिए एक और अभिविन्यास प्रणाली की आवश्यकता होती है।
  • समय के साथ, वे बाहर पहनते हैं और असफल हो जाते हैं।
  • प्रत्येक अक्ष को कम से कम एक चक्का चाहिए।

अगर हम अक्सर अपनी कक्षा को बदले बिना डिवाइस को रीडायरेक्ट करना चाहते हैं तो फ्लाईव्हील बहुत फायदेमंद है। इसलिए, चक्का कक्षीय दूरबीनों पर है। उदाहरण के लिए, हबल में चार चक्का होते हैं, जो दो अक्षों पर निरर्थक नियंत्रण प्रदान करते हैं। हबल के पास अपनी धुरी के चारों ओर घूमने के लिए कोई कार्य नहीं है, इसलिए फ्लाईव्हील का उपयोग दूरबीन "ऊपर / नीचे" और "बाएं / दाएं" को घुमाने के लिए किया जाता है।


हबल टेलीस्कोप के चक्का में से एक

Gyrodin (नियंत्रण पल gyroscope)


ऊर्ध्वाधर स्थिति बनाए रखने के लिए शीर्ष की संपत्ति का उपयोग दूसरे तरीके से किया जा सकता है - आप इस पर भरोसा कर सकते हैं:



यदि आप निलंबन प्रणाली में ऐसा शीर्ष रखते हैं, तो आप इस पर "भरोसा" कर सकते हैं, सही दिशा में मुड़ सकते हैं। इस तरह के डिजाइनों को बल जाइरोस्कोप या जाइरोइडैनामिक्स कहा जाता है। एक गायरोडिन और एक चक्का के बीच मुख्य अंतर यह है कि चक्का पूरी तरह से एक धुरी पर लगाया जाता है और इसके रोटेशन की गति को बदलकर अभिविन्यास को नियंत्रित करता है। गायरोडिन एक निलंबन में स्थापित किया गया है, जो एक या कई विमानों में घूम सकता है, और इसके रोटेशन की गति को बदल नहीं सकता है। इस वीडियो में, निलंबन की गति स्पष्ट रूप से दिखाई देती है, इस तथ्य के बावजूद कि गायरोडिन की पिच नहीं बदलती है।



कार्यक्षमता के संदर्भ में, gyrodin एक "उन्नत" चक्का है। गाइरोडाइन्स पारंपरिक फ्लाईव्हील्स की तुलना में अधिक प्रभावी हैं, लेकिन अधिक कठिन भी हैं। वे बहुत भारी उपकरणों के उन्मुखीकरण को नियंत्रित कर सकते हैं, लेकिन फ़्लाइव्हील के फायदे और नुकसान को साझा करते हैं। इस वीडियो से पता चलता है कि फ्लाईरहेल्स की तरह गायरोडाइंस को उतारने की ज़रूरत होती है - जब निलंबन अक्ष अब नहीं घूम सकता है, तो साइकिल गिरना शुरू हो जाती है:



लाभ:
  • चक्का के समान।
  • एक चक्का से अधिक प्रभावी - एक ही द्रव्यमान का गायरोडिन एक बहुत भारी तंत्र के उन्मुखीकरण को नियंत्रित कर सकता है।

नुकसान:
  • चक्का के समान।
  • चक्का से भी कठोर।

Gyrodins, उनकी प्रभावशीलता के कारण, कक्षीय स्टेशनों पर उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, आईएसएस पर प्रत्येक में 300 ग्राम के चार gyrodines हैं।


ISS gyrodin प्रतिस्थापन

विद्युत चुम्बकीय अभिविन्यास प्रणाली


पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र कम्पास सुई को मोड़ने में सक्षम है, जिसका अर्थ है कि इस बल का उपयोग अंतरिक्ष यान के उन्मुखीकरण को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। यदि आप उपग्रह पर स्थायी मैग्नेट लगाते हैं, तो अभिनय बल बेकाबू होगा। और यदि आप सोलनॉइड कॉइल लगाते हैं, तो उन्हें करंट लगाकर, आप सही नियंत्रण क्षण बना सकते हैं:



लंबवत विमानों में लगे तीन सोलनॉइड आपको तीनों अक्षों के साथ उपग्रह के उन्मुखीकरण को नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं। अधिक सटीक रूप से, वे दो कुल्हाड़ियों पर अच्छा नियंत्रण प्रदान करते हैं, डिवाइस को कम्पास सुई के रूप में स्थापित करने की कोशिश कर रहे हैं। तीसरी धुरी पर नियंत्रण पृथ्वी की चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को बदलकर प्रदान किया जाता है जब वाहन कक्षा में उड़ रहा होता है।



पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में यादृच्छिक उतार-चढ़ाव के कारण विद्युत चुम्बकीय अभिविन्यास सटीक नहीं हो सकता है, और इसकी प्रभावशीलता ऊंचाई के साथ घट जाती है। और सामान्य तौर पर, सोलेनोइड द्वारा बनाई गई ताकतें छोटी होती हैं। इसके अलावा, उनका उपयोग एक मजबूत मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के साथ खगोलीय पिंडों तक सीमित है, उदाहरण के लिए, मंगल ग्रह की कक्षा में, वे व्यावहारिक रूप से बेकार हैं। लेकिन solenoids में चलती भागों नहीं होते हैं, ईंधन खर्च नहीं करते हैं और ऊर्जा कुशल होते हैं।

लाभ:
  • सादगी।
  • ईंधन की आवश्यकता नहीं है।
  • हल्के वजन।
  • वे चलती भागों में नहीं होते हैं और व्यावहारिक रूप से खराब नहीं होते हैं।

नुकसान:
  • छोटे नियंत्रण बल।
  • कम सटीकता।
  • आकाशीय शरीर के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जिसके चारों ओर तंत्र घूमता है।
  • दक्षता ऊंचाई पर निर्भर करती है।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ओरिएंटेशन का उपयोग शावक और अन्य छोटे उपकरणों पर मुख्य के रूप में किया जाता है। यह भी अक्सर चक्का या gyrodines उतारने के लिए प्रयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, हबल दूरबीन मुख्य अभिविन्यास प्रणाली के रूप में फ्लाईव्हील का उपयोग करता है, और उन्हें एक विद्युत चुम्बकीय प्रणाली के साथ उतारता है।


अंतरिक्ष यान के लिए एक solenoid का एक उदाहरण। निर्माता की वेबसाइट का दावा है कि विभिन्न उपग्रहों पर 80 से अधिक सोलनॉइड पहले से ही स्थापित हैं।

गुरुत्वाकर्षण स्थिरीकरण


दो निकायों का आकर्षण उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, यदि हमारा उपग्रह एक लोड के साथ एक लंबा पोल आगे रखता है, तो परिणामस्वरूप "डंबल" एक ऊर्ध्वाधर स्थिति पर कब्जा कर लेगा, जब इसका निचला हिस्सा पृथ्वी के ऊपरी हिस्से की तुलना में थोड़ा अधिक आकर्षित होगा। इस प्रभाव को दर्शाने वाला 1963 का कंप्यूटर सिमुलेशन (!) है:



वीडियो के पहले भाग में, उपग्रह पृथ्वी की धुरी के साथ एक स्थिर स्थिति में है। वास्तव में, यादृच्छिक गड़बड़ी सही संतुलन को परेशान करेगी, और उपग्रह अपनी धुरी के चारों ओर दोलन करेगा, इसलिए आमतौर पर इस तरह के सिस्टम एक स्पंज द्वारा पूरक होते हैं। तरल के साथ एक छोटा कंटेनर कंपन ऊर्जा को गर्मी में बदल देगा और उपग्रह को "शांत" करेगा।

लाभ:
  • बहुत ही सरल प्रणाली।
  • नियंत्रण प्रणाली के बिना, ओरिएंटेशन निष्क्रिय रूप से बनाया गया है।

नुकसान:
  • शरीर पर कार्य करने वाली शक्तियों की कमजोरी के कारण ओरिएंटेशन धीरे-धीरे निर्मित होता है।
  • कम सटीकता।
  • केवल एक प्रकार का अभिविन्यास - पृथ्वी के केंद्र की ओर अक्ष।
  • प्रभाव ऊंचाई के साथ पड़ता है।
  • उपग्रह वांछित अभिविन्यास के सापेक्ष उल्टा रोल कर सकता है।

गुरुत्वाकर्षण अभिविन्यास प्रणाली का उपयोग मुख्य रूप से छोटे उपकरणों पर किया जाता है जिन्हें सटीक स्थिरीकरण की आवश्यकता नहीं होती है। यह कुछ प्रकार के शावकों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है; उदाहरण के लिए, युबिली उपग्रह इसके साथ सुसज्जित था:



वायुगतिकीय स्थिरीकरण


पृथ्वी के वायुमंडल के निशान सौ किलोमीटर से ऊपर भी ध्यान देने योग्य हैं, और उपग्रहों की उच्च गति का मतलब है कि वे अधिक बाधित होंगे। आमतौर पर यह बल एक बड़ी बाधा है, क्योंकि उपग्रह बहुत जल्दी धीमा हो जाता है, और भी नीचे चला जाता है और वातावरण की घनीभूत परतों में जल जाता है। लेकिन, फिर भी, यह एक बल है जो हमेशा कक्षीय वेग वेक्टर के खिलाफ काम करता है, और इसका उपयोग किया जा सकता है। पहले प्रयोग 60 के दशक में किए गए थे। यहाँ, उदाहरण के लिए, 1967 में शुरू की गई घरेलू कॉसमॉस -144:



निम्न कक्षा, जहाँ वायुगतिकीय बल अधिकतम हैं, एक दुर्गम स्थान है। लेकिन कभी-कभी माप की अधिक सटीकता के लिए वहां होना आवश्यक होता है। GOCE उपग्रह में एक बहुत ही सुंदर समाधान का उपयोग किया गया थाजिसने पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का अध्ययन किया। एक कम कक्षा (~ 260 किमी) ने वायुगतिकीय स्थिरीकरण प्रणाली को प्रभावी बना दिया, और उपग्रह को बहुत तेज़ी से बाहर जलने से रोकने के लिए, यह लगातार एक छोटे आयन इंजन द्वारा त्वरित किया गया था। परिणामी डिवाइस सामान्य उपग्रहों की तरह ज्यादा नहीं है, किसी ने इसे "उपग्रह फेरारी" भी कहा:



आयन इंजन के लिए धन्यवाद, जीओसीई 2009 से 2013 तक काम करने में सक्षम था, जिससे पृथ्वी का सबसे विस्तृत गुरुत्वाकर्षण मानचित्र बना।

लाभ:
  • एरोडायनामिक शक्ति मुफ़्त है और इसके लिए एक विशेष नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता नहीं है।


नुकसान:
  • कुछ ऐसा किया जाना चाहिए ताकि उपग्रह वायुमंडल की घनीभूत परतों में जल्दी से न बुझे।
  • शक्ति ऊंचाई पर निर्भर करती है।
  • केवल एक अक्ष अभिविन्यास संभव है।


सौर पाल


अभिविन्यास बनाने के लिए, आप अभी भी सूर्य के प्रकाश के दबाव का उपयोग कर सकते हैं । सौर पाल आमतौर पर आंदोलन का एक तरीका माना जाता है, लेकिन सूर्य एंटेना और सौर पैनलों के साथ जटिल आकार के उपग्रह पर भी काम करेगा। इसे अन्य अभिविन्यास प्रणालियों के लिए एक बाधा माना जा सकता है, या, यदि डेवलपर्स अग्रिम में बल के क्षणों की गणना करते हैं, तो इसका उपयोग उपग्रह के अभिविन्यास के निर्माण में मदद करने के लिए किया जा सकता है। पहले से ही 1973 में, मेरिनर -10 जांच, जो शुक्र और बुध पर गई थी, ने डिवाइस के उन्मुखीकरण का निर्माण करने के लिए सौर दबाव का उपयोग किया। वायुमंडलीय और अंतरिक्ष भौतिकी की प्रयोगशाला की खोज को प्रेरित करता है- जब केप्लर टेलीस्कोप पर चार में से दो फ्लाईवेल विफल हो गए, प्रयोगशाला ने दो शेष फ्लाईव्हील और सौर दबाव का उपयोग करके अभिविन्यास के निर्माण के लिए एक विधि विकसित की ताकि टेलीस्कोप क्रमिक रूप से प्रति वर्ष अंतरिक्ष के चार खंडों की जांच करे:



रूसी रेगाटा-प्लाज़्मा परियोजना , 90 में विकसित हुई। x वर्ष। सौर स्टेबलाइजर सेल और घूर्णन पतवारों की मदद से, उपकरण ने सूर्य की दिशा में एक स्थिति पर कब्जा कर लिया और यदि आवश्यक हो, तो इसे घुमाया जा सकता है:



अब भी, ऐसी प्रणाली अद्वितीय और बहुत दिलचस्प होगी, यह एक दया है कि परियोजना बंद हो गई थी।

लाभ:
  • बिल्कुल मुफ्त सौर दबाव।

नुकसान:
  • आप तीन अक्षों के साथ एक मनमाना अभिविन्यास नहीं बना सकते।
  • यह छाया में काम नहीं करता है, जो महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, कम पृथ्वी की कक्षा के लिए।


निष्कर्ष


उन बलों के लिए जो उड़ान की ऊंचाई पर निर्भर करते हैं, एक अनुमानित ग्राफ है: जवानों और असली नासा जिरोडिनेस के साथ



एक और वीडियो
एक ही विषय पर एक अधिक जटिल वीडियो "आपका अंतरिक्ष क्षेत्र" समुदाय से "एक अभिविन्यास और स्थिरीकरण प्रणाली को डिजाइन करना " है।

टैग "अदृश्य कठिनाइयों" द्वारा, इंजन, ईंधन, टैंक, शुरुआती संरचनाएं और पसंद के बारे में प्रकाशन दिलचस्प हैं, लेकिन उनकी परिचितता के कारण ध्यान देने योग्य नहीं हैं।

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