💸 🧑 👜 如何依靠空虚？ 🙅🏽 👨🏻 🤞🏿

“给我一个支点，我将把地球颠倒过来”-因此，根据传说，阿基米德说，科学地解释了杠杆的直观原理。但是宇宙真空中没有任何支持。卫星需要太阳能电池板来观测太阳，天线要对准地球，摄像机要对准火星上有趣的部分，还要用发动机将轨道校正到精确的空间点。您必须想出一些办法来弥补空白。

定向电机

最明显的选择是放置特殊的小型引擎来控制设备的方向：登月模块

方向

引擎可以使引擎强大以使重型车辆转弯或加速旋转，或者使发动机变弱以使其转弯非常精确。它们相对较轻，并且在不工作时不需要电。一切都会好起来的，但是要转弯，您需要花费燃料，而且燃料总是有限的。发动机本身对启动次数和总运行时间有限制。
定向引擎也可以用于轨道操纵，特别是在计划对接的情况下。主机只能在一个方向上推动设备，在定向引擎的帮助下，可以沿所有轴移动。

优点：

简单。
提供所有三个轴的方向。
质量相对较小。
灵活性：可以制造功能强大或非常精确的引擎。
可用于在轨机动。
他们可能关了很长时间。

缺点：

燃油消耗。
限制启动次数和总运行时间。
燃烧的燃料污染了设备的周围环境（可能与望远镜有关）。

定向引擎通常用于需要主动，相对罕见或时间较短的定向更改的地方。因此，它们适用于所有载人车辆，通常是行星际空间站的首选，这些空间站以睡眠模式飞行数月和数年，同时保持构造方向。

在2005年MAKS上，联盟号飞船的系泊和定向引擎。红色-飞行前取下的防护罩

联盟号飞船在与国际空间站对接期间以加速繁殖的方式运行

旋转稳定

从小开始，我们都知道顶板保持直立姿势的能力。如果旋转航天器，它将保持完全相同的状态，同时保持沿旋转轴的稳定性。

如果一个轴上的稳定度适合我们，我们将不会朝不同方向旋转设备并拍摄长时间曝光的照片，那么这种方法可能非常经济。

优点：

简单。
盈利能力-我们放松一次并旋转了几个世纪。

缺点：

仅在一个轴上稳定。
请勿旋转设备。
旋转可能会干扰设备操作。

从历史上看，轮转稳定在美国人中非常流行。Pioneer程序的所有探针均通过旋转稳定。在第一批设备上，这样做是由于导弹的运载能力低-使用1959年的技术无法以其他方式稳定六公斤重的Pioneer-4。 “先锋号” -10和-11的旋转稳定看起来是一个很好的解决方案-如果地球的轨道运动适合天线的辐射方向图，则探头会一直保持“接触”状态，而无需花费一克燃料，也不必担心定向系统故障。两个Pioneer-Venus探针通过旋转稳定下来，可能已经不习惯了-在其中一个上，天线机械旋转以对准地球，这看起来已经不那么合理了。
除了行星际站外，美国人还广泛使用了上层旋转。在这种情况下，固体燃料助推器块不需要单独的定向系统。

启动从航天飞机一个PAM-d助推器的卫星

加速后，它可以简单地用角动量守恒定律（旋转减缓在失重状态下的例子，在密封的例子） -小负荷分别为电缆上展开，并减缓了设备的旋转。

飞轮（反应轮）

就像猫一样，在秋天，它的尾巴沿与身体转弯相反的方向扭曲尾巴，航天器可以使用飞轮控制方向。例如，如果我们想顺时针旋转设备：

初始状态：设备静止，飞轮静止。
我们逆时针旋转飞轮，设备开始顺时针旋转。
当旋转到所需角度时：我们停止飞轮的旋转，设备停止。

如果飞轮已经在旋转，则可以通过更改其速度来产生使设备旋转的力。在此视频中，您可以通过飞轮的旋转俯仰来确定降低旋转速度（降低声音）会产生一个使平台顺时针旋转的力，而提高速度（提高声音）则不利于：

使用飞轮，您可以高精度地转弯，而不会浪费宝贵的燃料。但是，与任何其他技术系统一样，飞轮也有其缺点。首先，一个飞轮只能沿一个轴旋转设备。要完全控制设备的方向，您需要三个飞轮。鉴于需要冗余，六个或更多。同样，旋转速度与飞轮的质量及其旋转速度成正比，与飞轮的质量成反比。简单来说，设备的质量越大，飞轮应该越重。同样，任何飞轮都有最大的旋转速度，如果解开更多的飞轮，可能会爆裂。如果干扰力沿一个方向作用在设备上，则飞轮最终将达到最大速度，您将需要使用其他系统来卸载它。最后，就像任何机械师一样，飞轮会随着时间的流逝而磨损，并且可能会失效。

优点：

它不需要油耗。
使您可以非常准确地对准设备。

缺点：

不适合主动操纵，旋转相对较慢。
需要另一个定向系统来卸载飞轮。
随着时间的流逝，它们会磨损并失败。
每个轴至少需要一个飞轮。

如果我们经常不得不重定向设备而不改变其轨道，则飞轮非常有益。因此，飞轮在轨道望远镜上。例如，哈勃有四个飞轮，在两个轴上提供冗余控制。哈勃没有绕其轴旋转的任务，因此使用飞轮使望远镜“上/下”和“左/右”旋转。

哈勃望远镜的飞轮之一

陀螺仪（控制力矩陀螺仪）

顶部保持垂直位置的属性可以用另一种方式使用-您可以依靠它：

如果将这样的顶部放置在悬挂系统中，则可以“依靠”顶部，朝正确的方向旋转。这种设计称为力陀螺仪或陀螺仪。陀螺仪和飞轮之间的主要区别在于，飞轮牢固地安装在一个轴上，并通过改变其旋转速度来控制方向。陀螺仪安装在悬架中，该悬架可以在一个或多个平面中旋转，并且可能不会改变其旋转速度。在此视频中，悬浮液的运动清晰可见，尽管回旋蛋白的螺距没有变化。

就功能而言，陀螺仪是“先进的”飞轮。陀螺比传统飞轮更有效，但也更困难。它们可以控制更重的设备的方向，但共享飞轮的优缺点。该视频显示，陀螺仪（如飞轮）需要卸载-当悬架轴不再旋转时，自行车开始掉落：

优点：

与飞轮相同。
比飞轮更有效-相同质量的陀螺仪可以控制更重的设备的方向。

缺点：

与飞轮相同。
比飞轮更硬。

陀螺仪由于其有效性而被用于轨道站。例如，在国际空间站上有四个300 kg的双螺旋桨。

ISS陀螺蛋白替代

电磁定向系统

地球磁场能够转动罗盘针，这意味着该力可以用来控制航天器的方向。如果将永久磁铁放在卫星上，则作用力将不可控制。如果放置了电磁线圈，则通过对其施加电流，可以创建所需的控制力矩：

三个螺线管安装在垂直平面上，使您可以控制卫星沿所有三个轴的方向。更准确地说，它们在两个轴上提供了良好的控制，试图将设备安装为罗盘针。当车辆在轨道上飞行时，通过改变地球磁场的方向，可以提供沿第三轴的控制。

由于地球磁场的随机波动，电磁方向可能不准确，并且其有效性会随着高度的增加而降低。通常，螺线管产生的力很小。而且，它们的使用仅限于具有足够强磁场的天体，例如在火星轨道上，它们实际上是无用的。但是螺线管不包含活动部件，不消耗燃料，并且具有能源效率。

优点：

简单。
不需要燃料。
重量轻。
它们不包含运动部件，并且几乎不磨损。

缺点：

控制力小。
准确性低。
天体需要磁场，设备绕其旋转。
效率取决于身高。

电磁方向被用作Cubsat和其他小型设备的主要方向。它还常用于卸载飞轮或陀螺仪。例如，哈勃望远镜使用飞轮作为主要定向系统，并用电磁系统为飞轮卸载。

航天器螺线管的一个例子。制造商的网站声称，已经在各种卫星上安装了80多个螺线管

重力稳定

两个物体的吸引力与它们之间距离的平方成反比。因此，如果我们的卫星提出一个带有负载的长杆，那么当它的下部被地球吸引的部分多于上部时，所产生的“哑铃”将倾向于占据垂直位置。这是1963年的计算机模拟（！），显示此效果：

在视频的第一部分中，卫星沿地球轴线处于稳定位置。实际上，随机干扰会破坏完美的平衡，并且卫星将围绕其轴进行振荡，因此通常在此类系统中添加阻尼器。一个装有液体的小容器会将振动能量转化为热量，并使卫星“平静”下来。

优点：

系统非常简单。
方向是被动构建的，没有控制系统。

缺点：

由于作用在身体上的力量较弱，所以方向建立缓慢。
准确性低。
仅有一种类型的定向-朝向地球中心的轴。
效果随高度下降。
卫星可以相对于所需方向上下翻转。

重力定向系统主要用于不需要精确稳定的小型设备。它非常适合某些类型的幼崽；例如，Yubireny卫星配备有：

空气动力学稳定

在一百公里以上，也可以看到地球大气的痕迹，而卫星的高速运转意味着它们将受到更多的抑制。通常，这种力量是一个很大的障碍，因为卫星的速度相当快，下降得更低，甚至会在密集的大气层中燃烧掉。但是，尽管如此，它始终对轨道速度矢量产生作用，并且可以使用它。最初的实验是在60年代进行的。例如，1967年发射的国产Cosmos-149：

低轨道，空气动力最大，是一个荒凉的地方。但是有时为了提高测量精度，必须要在那里。GOCE卫星使用了一个非常漂亮的解决方案研究地球引力场的人。较低的轨道（约260公里）使空气动力学稳定系统有效，并且为了防止卫星烧得太快，它由小型离子引擎不断加速。最终的装置与通常的卫星不太相似，有人甚至称其为“法拉利卫星”：

借助离子引擎，GOCE能够在2009年至2013年间工作，绘制了地球上最详细的引力图。

优点：

气动动力是免费的，不需要特殊的控制系统。

缺点：

必须采取一些措施，以使卫星不会在大气层中迅速燃烧。
力量取决于身高。
只能定向一个轴。

太阳帆

要建立方向，您仍然可以使用阳光的压力。通常认为太阳帆是一种运动方式，但是太阳也会通过天线和太阳能电池板作用于形状复杂的卫星上。这可以被认为是其他定向系统的障碍，或者，如果开发人员提前计算了力矩，则可以用来帮助建立卫星的定向。早在1973年，前往金星和水星的Mariner-10探测器就利用太阳压力建立了设备的方向。激发了大气和空间物理实验室的发明性-当四个飞轮中的两个飞轮在开普勒望远镜上发生故障时，实验室开发了一种方法，利用剩下的两个飞轮和太阳压力来构造方位，以便该望远镜每年依次检查四个空间部分：

俄罗斯Regatta-Plasma项目，于90年开发x年。在太阳能稳定器帆和旋转方向舵的帮助下，该设备占据了太阳方向的位置，并且可以在必要时进行扭转：

即使到现在，这样的系统仍将是独特且非常有趣的，可惜项目关闭了。

优点：

绝对自由的太阳压力。

缺点：

您不能沿三个轴建立任意方向。
它不能在阴影下工作，这对于例如低地球轨道很重要。

结论

对于取决于飞行高度的力量，有一个近似的图形：

另一个带有海豹和真实NASA陀螺的视频。
关于同一主题的更复杂的视频是来自“您的太空部门”社区的“ 设计定向和稳定系统 ”。带有

标签“看不见的困难”的有关发动机，燃料，油箱，起步结构等的出版物很有趣，但由于它们的熟悉程度而并非十分引人注目。

如何依靠空虚？