Технологии - Проблемы С Космическими Кораблями: Управление Ориентацией

Давайте рассмотрим DCR-97, HMSS Liberty, 300-килотонный (или 300 Гг) корабль-дредноут-носитель. Это большой вопрос.

Допустим, он может двигаться вперед. Допустим, он потенциально может двигаться назад или, по крайней мере, замедляться. Было бы здорово, если бы он мог просто поворачивать влево/вправо/вверх/вниз без помощи гравитации.

Как мне это сделать?

Итак, мы на одной странице: я думаю, «контроль ориентации» — более описательный термин, чем «рулевое управление», поэтому исключите любое упоминание о рулевом управлении и замените его. Вопрос действительно в изменении направление, куда указывает корабль, а не направление движения корабля.

Я знаю об RCS, но не знаю, применимо ли это к такому тяжелому военному кораблю. Я слышал о гироскопических колесах, но, повторюсь, я мало что знаю, кроме основных принципов.

Требования: Система управления ориентацией должна иметь возможность вращать корабль по любой из трех осей на месте, если корабль не движется (т. е. при стыковке). Если корабль движется, жестких требований к радиусу поворота нет, хотелось бы просто иметь возможность повернуть налево до того, как наступит конец солнечной системы.

Не забывайте о требованиях к топливу, если это применимо.

Контроль отношения также может способствовать продвижению при переводе, хотя это и не обязательно.

#технологии #космические путешествия #космические корабли

Как вы продвигаете его вперед? Ты имеешь в виду ускоряться, поскольку движение относительно. Вы управляете, направляя тягу. Ни один руль направления не будет работать в вакууме. Вам стоит посмотреть информацию о реальных космических кораблях.

Что бы вы ни делали, чтобы сделать корабль идти, вы делаете это не по центру, чтобы приложить крутящий момент. Обычно мы говорим о каких-то ракетах.

Вашему научно-фантастическому кораблю понадобится огромный источник энергии, чтобы ускориться. Таким образом, у него легко будет достаточно мощности, чтобы питать маленькие рулевые двигатели, закрепленные на концах. Если у вас есть готовый приводной механизм, используйте немного то же самое повернуть.

У вас могут возникнуть проблемы с конкретным дизайном; например если главный привод представляет собой высокотехнологичный термоядерный реактор, но непрактично делать крошечные, укрепляющие внешнюю поверхность для поворота на месте, и они могут оказаться не в состоянии направить тягу главного привода. Тем не менее, такому тяжелому кораблю будет сложно использовать для этой цели «простые» химические ракеты или сжатый воздух. Возможно, главный привод во время работы каким-то образом накапливает энергию и использует ее для ускорения реакционной массы (которая все равно становится расходным материалом для рациона). Вы можете использовать воду в качестве реакционной массы и производить водород и кислород за счет мощности главного привода, используя их в качестве ракетного топлива, когда необходимы маневровые двигатели.

Как и в случае с современными спутниками, использование маховик экономия расходуемой реакционной массы. Но, возможно, ему придется быть очень продвинутым, чтобы справиться с количество необходимого углового момента. Возможно, части массы корабля, которые используются для необходимых целей (например, оптовые склады), могут перемещаться относительно остальной части корабля.

---

Если вы спрашиваете, как управлять ориентацией массивного объекта в пространстве, у вас есть два варианта:

• примените тягу от центра, создавая тем самым крутящий момент. Чтобы избежать нежелательного перемещения, используйте пары двигателей на противоположных сторонах.
• есть способ хранить угловой момент и передавать его между хранилищем и основным корпусом. Это делается с помощью тяжелых реактивных колес.

Настоящие космические корабли, которым необходимо тщательно контролировать свою ориентацию, например, спутники связи и приборы наблюдения, используют и то, и другое: колеса имеют преимущество постоянного тщательного управления, ничего не израсходовав. Но если поправки имеют тенденцию быть в одном направлении, они в конечном итоге становятся «полными», и ракеты используются для «сбрасывания импульса» реактивных колес.

Также возможно использовать снаружи силы в вашу пользу. Космические корабли использовали давление солнечного света, чтобы стабилизировать ориентацию и предотвратить нежелательное вращение. Для огромный На корабле солнечный свет не имел бы большого эффекта, если бы на нем не использовалось что-то вроде солнечного паруса.

Повернуть — значит ускориться, но это ускорение вращения не линейное.

Я уверен, вы знаете, что импульс сохраняется. Угловой момент также сохраняется, с этим вы имеете дело, когда поворачиваетесь в пространстве. Ваши маневровые двигатели должны быть способны не только начинать поворот, но и останавливать его.

Ваши двигатели должны быть согласованы на 4 секунды. Симметрично расположены вокруг центра масс.

Вам понадобятся три набора: тангаж, рыскание и крен.

ось X находится «вперед»

Их следует применять парами: один вперед, другой назад для тангажа и рыскания или один сверху и снизу для крена, чтобы развернуться вокруг центра масс. Однако, если вы соедините их на одной стороне, вы можете «отойти в сторону».

Ориентация != Вектор скорости != Вектор ускорения

Чтобы здесь не было двусмысленности.

В космическом корабле направление, в котором смотрит корабль, не обязательно совпадает с направлением его движения (но если корабль ускоряется, обычно это направление, в котором происходит ускорение).

Точно так же направление, в котором движется корабль, не обязательно совпадает с направлением, в котором судно ускоряется или смотрит.

Вектор скорости корабля можно изменить без толчка.

Но все равно требуется обмен импульсами с чем-то.

Маневр, типичный для этой операции, называется гравитационным ассистентом. Конечный результат гравитационной помощи изменяет скорость корабля относительно третьего объекта (например, Солнца), но не тела, выполняющего помощь (например, Юпитера).

Что именно вы спрашиваете?

Судя по вашему вопросу и комментариям, я думаю, вы хотите знать, как изменить ориентацию космического корабля (а не векторы скорости или ускорения), не запуская двигатели.

Если это ваш вопрос, то ответ есть множество методов изменения ориентации космического корабля без (прямого) влияния на векторы скорости и ускорения космического корабля.

Контроль отношения:

1. Подруливающие устройства / RCS
2. Стабилизация вращения (это не помогает вам изменить ориентацию, но помогает космическому кораблю сохранять желаемую ориентацию).
3. Колеса импульса (это не гироскопы)
4. Гироскопы управления моментом (это не моментные колеса)
5. Солнечные паруса (и/или магнитные паруса и/или паруса солнечного ветра)
6. Стабилизация гравитационного градиента (подходит только на орбите)
7. Магнитные торсионные устройства (подходят только в относительно сильном магнитном поле — это не магнитный парус)
8. Чистый пассивный контроль ориентации (гравитационный градиент – один из таких пассивных методов контроля ориентации, но есть и другие).
9. Выдвижение вне центра масс (двигатель, установленный на карданном подвесе, или направленная тяга выхлопной лопатки)

Это осложняется тем фактом, что у каждого когда-либо спроектированного космического корабля главный двигатель проходит через центр тяжести.

Таким образом, если вы измените ориентацию корабля во время его движения, вы измените векторы его ускорения и скорости.

Для космических кораблей не существует «радиуса поворота»

Или, точнее, радиус поворота зависит от вашей текущей скорости и ваших возможностей тяги.

Забудьте 99,999% всего, что вы когда-либо видели о том, как объекты движутся в пространстве. Все, что вы видели в кино или по телевидению, неверно (в том числе и такие предположительно точные фильмы, как Гравитация - не заставляй меня начинать).

Применение тяги:

За исключением того факта, что тяга обычно применяется в направлении ориентации корабля, скорость космического корабля не имеет ничего общего с ориентацией космического корабля.

Предлагаемое решение

Вам, вероятно, потребуется несколько систем управления ориентацией. По крайней мере, одна из них будет системой, которая не требует топлива и мало энергии. По крайней мере, один из них будет включать в себя тягу вашей основной двигательной установки вне оси ЦТ. Третьим, скорее всего, будет система управления толчком и реакцией.

Поскольку вы уже знакомы с RCS, давайте посмотрим на CMG (гироскопы управления моментом).

Контрольный момент гироскопов

CMG может применить большой крутящий момент, необходимый для изменения ориентации вашего корабля. Для этого также не требуется много энергии. Однако у CMG есть недостаток:

Для контроля необходимо как минимум три одноосных CMG.

отношение космического корабля. Однако, сколько бы CMG ни имел космический корабль

использования, движение подвеса может привести к относительной ориентации, которая не приводит к

полезный выходной крутящий момент в определенных направлениях.

Это означает, что некоторые изменения ориентации невозможно выполнить, используя только CMG. Чтобы обойти это ограничение, система ориентации CMG должна использовать что-то вроде RCS.

Выдвижение вне центра тяжести

Придаст вращение космическому кораблю. Просто изменив ориентацию двигателя, вы можете отменить это вращение в любой момент. Недостатком является то, что это доступно только при запуске основного двигателя. Это также изменит ваш вектор скорости.