Sistemas de control de actitud con solo ruedas de reacción.

Con las ruedas de reacción, es común usar actuadores como Thrusters y magnetorquers, para tener en cuenta la saturación de las ruedas de reacción debido a perturbaciones seculares/no cíclicas. Sin embargo, estas perturbaciones son el resultado de las propiedades de la nave espacial, como la masa, el área, la actitud, etc. Por lo tanto, es posible, bajo ciertas condiciones, que las ruedas de reacción no se saturen (es decir, nunca alcancen la capacidad máxima de almacenamiento de momento angular) y se puedan girar para liberar el momento angular que han acumulado debido a estas perturbaciones. Y el par que se actúa sobre la nave espacial debido a la desaceleración de las ruedas (para liberar el momento angular) y los cambios de actitud y velocidad angular (que son el resultado del par) pueden ser contrarrestados por la típica maniobra de control de aceleración, deslizamiento y desaceleración de las ruedas de reacción.

¿Qué me gustaría saber si esto es un entendimiento correcto o si hay algo que me he perdido? Y también, ¿ha habido alguna misión que haya volado con solo ruedas de reacción a bordo sin otros actuadores para descargar impulso?

He votado porque tengo el presentimiento de que hay una pregunta interesante aquí, pero no estoy 100% seguro de entender qué es lo que está preguntando si es correcto o no. ¿Está preguntando si es posible que una nave espacial se encuentre en alguna situación en la que la descarga del momento angular no sea necesaria?
Mi pregunta es más sobre qué sucede cuando la situación de descarga de impulso es innecesaria con actuadores adicionales. Asumo en ese caso, el escenario de desacelerar las ruedas de reacción para deshacerse del impulso que ha ganado (aunque no hasta su límite superior). Lo que provoca que un par actúe sobre el sistema durante la fase de desaceleración, lo que da como resultado un cambio en la actitud y tasas de actitud de s/c (alejándose del estado de referencia). ¡Y luego el controlador puede realizar una maniobra usando las mismas ruedas de reacción para devolverlo al estado de referencia! ¡Espero haberlo dejado claro esta vez!

Respuestas (1)

La respuesta corta: sí, hay ciertas condiciones que permitirían desaturar las ruedas de reacción sin un sistema de control de actitud secundario (como propulsores o magnetorquers), pero esas condiciones son bastante específicas.

Condición 1: no tienes que tener la nave espacial en una cierta actitud todo el tiempo . Puede haber momentos en los que sí lo desee en una actitud específica y precisa, para telecomunicaciones, para hacer observaciones científicas, etc., pero también hay períodos de tiempo significativos en los que la actitud de la nave espacial puede ser diferente, tal vez muy diferente. Ese ciclo de trabajo probablemente será de aproximadamente el 50 %, pero podría ser de 30 a 70 o incluso de 20 a 80.

Condición 2: Hay algo que la nave espacial puede hacer que invierte el par perturbador neto. Esto podría ser un cambio de actitud (que, por supuesto, implicaría un giro transitorio hacia arriba y hacia abajo de las ruedas), un cambio en la geometría, como: "emplumar" una matriz solar previamente de frente al sol, y tal vez moviendo otra matriz para que quede de frente al sol; rotación de una antena de radar articulada; etc. Es realmente raro que una nave espacial pueda invertir exactamente la dirección del par simplemente cambiando los componentes articulados, por lo que generalmente habrá algún cambio de actitud de toda la nave involucrada.

Debe tener cuidado al tener en cuenta todas las fuentes no despreciables de pares perturbadores. Además de la presión de la luz solar, puede tener presión de radiación asimétrica de partes calientes de naves espaciales, pares magnéticos de campos magnéticos planetarios o interplanetarios, fugas de cosas como propulsores, incluso desgasificación, por nombrar algunos.

Gran respuesta. También agregaría el ejemplo de una de las primeras misiones de la NASA que planeaba hacer una estabilización por giro (no recuerdo el nombre de la nave espacial). Para lograr una actitud más estable, el vehículo fue diseñado con una viga para crear un par de gradiente de gravedad. Resultó que los diseñadores tenían un cálculo ligeramente equivocado y el rayo provocó un giro alrededor del segundo momento de inercia, que es inestable. Todo iba perfectamente bien hasta que, de la nada, la nave giró alrededor de su CG y comenzó a apuntar al espacio exterior. Moraleja: siempre ten propulsores, ayudan.
¡Gracias por la respuesta! ¡Tiene sentido! :) Además, ¿conocerías algún satélite con solo ruedas de reacción a bordo?
@srikarad No, no me sale de la cabeza, ¡pero eso no significa que no haya ninguno!
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