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科学探测卫星,在太空中靠什么确定自己的方位,以及调整自身位置?

作者:机械网
文章来源:本站

  靠陀螺仪确定自己的恣态,靠地球上定点观察站或太阳和地球确定自己的位置方位。用带动力的火箭调整位置。恣态的调整是动态的差不多每时每刻都要调整,因为太空中是没有摩擦力的,只要调整就会纠往过正,不得已又要调回来,只有这样反反复复,这种恣态调整是微调,不用火箭燃料,靠太阳能电池板产生的电力,用电动机转动飞轮,产生反作用力,作用于飞船。有两组或好几组就可以控制恣态。但必须随时左转右转,时快时慢似的,维持动态平衡,不过消耗的电力是很小的,不用担心。做过自动控制,例如温度自动控制的恒温箱,如果在临界点频繁控制可以很精确,如果在区间控制精确度将降低。我想位置控制也应该是这样。地球同步轨道卫星,要维持在同步轨道上,一样会纠往过正,必须在一个小区间内作动态调整。不像开汽车,要停在地面什么地方都可以。因为有摩擦力的原故。是不是这样?是我猜的。

  航天器不是铁砣砣,它拥有一系列极其精密的传感器、控制器和姿态调整发动机,只有通过这些设备的协同工作,加上地面控制系统的精确测控,才能使昂贵的航天器在太空中发挥功能、完成使命。

  本文仅介绍受控的航天器,不包括印度人2022年2月在近地轨道播撒的那103颗“土豆卫星”(这些卫星加起来总质量为712公斤)。

  航天器的控制系统一般分为星上系统与地面系统两大部分。

  航天器通常是受控的,其控制指令一般由地面系统发出。地面系统分为飞行任务控制中心、地面站、地面网络、远程终端。

  飞行任务控制中心处理、分析和分发航天器遥测,并向航天器发送指令、数据上传和软件更新。对于载人航天器,任务控制管理与航天员的语音和视频通信。控制中心也可能负责配置管理和数据存档。与地面站一样,通常有备用控制设施可用于支持操作的连续性。

  (飞控中心)

  地面站负责在地面与航天器之间提供无线电接口,用于遥测、跟踪和命令,以及对航天器有效载荷数据传输和接收。地面站可以通过分时处理与多个航天器的通信。

  (地面站)

  由于地面站要对卫星的跟踪测距、数据的传输与接收,所以它通常拥有许多巨型的雷达天线,这些天线的设置需要考虑由于航天器的运动引起的RF频率的多普勒频移。

  (设在巴西的Embratel地面站天线系统)

  为了对卫星进行持续的跟踪监测,在一些无法设置地面站的地方,还需要派出移动的航天测量船,来负责对卫星进行测距以及数控转输。

  (远望5号航天测量船)

  总之,地面人员通过控制中心及地面站对卫星实施:任务规划和安排、短期和长期的趋势分析、轨道确定和机动计划、路径规划、连接与防撞规划、卫星传感器数据分析、发动机控制与操作、命令上传和数据下载读取等等。

  卫星上设置有一系列的传感器和执行器,来负责对卫星姿态的感知和姿态调整制作。

  航天器在太空中没有指南针,它通常是以一些惯性参照系来确定自己的飞行方向和判断路径的。惯性参照系在卫星的设计阶段就由科学家根据物理学原理以及航天器的任务性质进行计算与设定,它可能是天球中某些恒星的位置、某些场(比如磁场)以及附近物体的方向。

  航天器上的传感器跟据卫星任务的不同,有陀螺仪、地平线传感器、太阳传感器、地球传感器、星跟踪器、轨道陀螺罗经仪、磁强计等等。

  陀螺仪是一种相对姿态传感器。由于角动量守恒,无论外框架的方向如何,其转子都将保持其旋转轴方向。这样就可以通过测定陀螺仪外框与转子的角度变化关系,来判定航天器自身的姿态变化。航天器可以通过将陀螺仪的角度变化数据传输到星上计算机,计算出姿态调整参数,再通过控制卫星四周的调姿发动机喷嘴角度和力度来调整卫星姿态。

  (陀螺仪原理图)

  地平线传感器是一种地球传感器,它通过热红外传感,将比较冷的宇宙空间与比较热的地球大气进行比对,围绕两个正交轴提供相对于地球的定向。基于这个原理,相对于星传感器,地平线传感器的精度要差许多。

  太阳传感器、地球传感器与恒星跟踪器都属于星跟踪器,它主要是依据太阳、地球的红外特征,以及光学装置与光电传感器来获取数据,使用亮度和光谱类型的大小来识别遥远恒星、计算周围恒星的相对位置。依据三角关系计算出航天器自身所处的位置。

  (星跟踪器软件截图)

  磁强计也是一种姿态传感器。它通过感应周围磁场强度和方向,将感测到的数据与存储在机载或地面导航计算机存储器中的地球磁场图进行比较。再通过航天器位置比对,就可以推断出航天器的姿态。

  卫星执行器由推进发动机、姿态稳定发动机和控制力矩陀螺仪等设备组成,这些发动机会根据星上姿态控制计算机数据和地面遥控指令来调整卫星的运动方向和自身姿态,从而达到精确轨道控制的目的。

  (阿波罗飞船登月舱侧面的姿态稳定发动机)

  这个小鼠也不是太清楚,小鼠就自己所了解到的简单说一下,太空中的导航不同于地面可以借助GPS来导航,更多的借助参照物来导航,也就是说通过特殊的仪器参照星体位置来调整自身位置,如太阳、月球等。谢谢邀请哦。

  

科学探测卫星,在太空中靠什么确定自己的方位,以及调整自身位置?

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