¿Con qué frecuencia debe la ISS desaturar sus giroscopios de momento de control?

Investigué un poco más con esto, y aunque no encontré una respuesta explícita a mi pregunta, encontré algunos recursos interesantes.

En primer lugar, este documento establece que utilizan chorros de control de reacción para desaturar cuando el momento total alcanza los 13000 ft-lbf-sec. Sin embargo, no hay información sobre cuánto tiempo se tarda en acumular esta cantidad.

En segundo lugar, esta presentación (bastante reciente) es muy informativa. Establece que se utiliza una "actitud de equilibrio de par" de modo que el par acumulado en una órbita es "aproximadamente cero". Entonces, como en el primer artículo, los torques de CMG serán (nominalmente) periódicos.

Hacia el final, se muestra un gran gráfico de la masa del propulsor frente al tiempo (durante un período de 3 meses). Excluyendo las pruebas de propulsores y las transferencias de propulsores, cuento cuatro maniobras, todas durante actividades de encuentro/acoplamiento.

Todo esto me lleva a concluir tres cosas. Primero, la frecuencia con la que esto debe suceder depende del programa de acoplamiento, ya que imparten torques significativos no periódicos. Dos, la actitud nominal es tal que hay muy poca acumulación secular en el momento angular. Tres, las maniobras de desaturación con propulsores no se necesitan con mucha frecuencia (por ejemplo, diariamente) y, de hecho, durante un período de tres meses, los únicos encendidos de propulsores ocurrieron durante las actividades de atraque. Por lo tanto, las maniobras de desaturación que no se deben al acoplamiento ocurren, como máximo , quizás 3-4 veces al año, y probablemente menos.

Editar: también debo mencionar que hay bastantes publicaciones de revistas de los años 90 escritas sobre leyes de control óptimas para la ISS. Sin embargo, no eran de acceso abierto y no se encontró una respuesta a esta pregunta (basada en simulación o en órbita) en el resumen/primera página.

Prácticamente todos los sistemas que hacen esto utilizan algún tipo de proceso continuo. El proceso típico es algo como esto:

1. Se requiere un gran cambio en el impulso. El cambio de momento es manejado por la rueda de reacción. Las ruedas de reacción básicamente funcionan cambiando la rotación de la nave espacial. Puede pensar en ello como pararse en el centro de una rotonda y dar la vuelta en un círculo. La rotonda comenzará a girar en la otra dirección. Las ruedas de reacción tienen una velocidad máxima sobre la cual pueden girar, limitando así sus límites máximos del momento absorbido.
2. El sistema vuelca el impulso lentamente en otras formas. Para la mayoría de las naves espaciales en órbita terrestre baja, utilizan magnetómetros, que esencialmente reorientan la nave espacial utilizando el campo magnético de la Tierra. Otros sistemas pueden incluir ligeras maniobras del propulsor o mantener el impulso hasta que la nave espacial necesite detenerse. Alternativamente, se pueden usar pequeños propulsores, a menudo conocidos como Sistema de Control de Reacción (RCS). Por lo general, las ruedas de reacción intentan perder impulso lo más rápido que pueden, de manera continua, si usan medios pasivos o magnetorquers, o aguantan todo lo que pueden y usan un sistema RCS.

El gradiente de gravedad funciona básicamente porque si estás girando un objeto, la parte más pesada tiende a apuntar hacia la Tierra. Este es un sistema completamente pasivo, que puede funcionar bastante bien.

La información que tengo disponible indica que la ISS no usa magnetorquers, sino que almacenará el impulso hasta que sea tan alto que deba desaturarse, cuando lo logra mediante el uso de pequeños propulsores. Esto se modela con bastante precisión en Kerbal Space Program .

Entonces, el objetivo de las ruedas de reacción es hacer dos cosas.

1. A veces, el impulso se contrarresta con la dirección inversa después de un pequeño período de tiempo.
2. Minimice la cantidad de veces que los propulsores RCS tienen que disparar.

La frecuencia con la que esto sucede no es de conocimiento público, pero yo especularía que es alrededor de un par de veces al día. Sin embargo, como señaló @Chris, hay una presentación que cubre parte de esta información de la NASA . Específicamente, hay algunos números que se pueden sacar:

1. La cantidad promedio de torsión almacenada antes de una desaturación es de alrededor de 14000 lb-ft/seg, o 18000 N.
2. Se pueden ahorrar "cientos de kg/año de propelente" al reducir el uso de RCS a través de algoritmos inteligentes.
3. Suponiendo un impulsor ISP de 300 (ligeramente alto), la desaturación de combustible por rueda es de aproximadamente 60 N, o 6 kg.
4. Para ahorrar "Cientos de kg/año", y seguir usando algo de combustible, calculemos que el uso de combustible para RCS/año es de unos 300 kg.
5. Ponga todo eso junto, y hay aproximadamente 50 maniobras de desaturación por año. Creo que esta estimación es algo baja, esperaría 1-2 por semana.