Control de actitud
El control de actitud es el proceso de controlar la orientación de un vehículo aeroespacial con respecto a un marco de referencia inercial u otra entidad como la esfera celeste , ciertos campos y objetos cercanos, etc.
El control de la actitud del vehículo requiere sensores para medir la orientación del vehículo, actuadores para aplicar los pares necesarios para orientar el vehículo a la actitud deseada y algoritmos para controlar los actuadores en función de (1) las mediciones del sensor de la actitud actual y (2) la especificación de una posición deseada. actitud. El campo integrado que estudia la combinación de sensores, actuadores y algoritmos se denomina guía, navegación y control (GNC).
La actitud de una aeronave se estabiliza en tres direcciones: guiñada , morro hacia la izquierda o hacia la derecha alrededor de un eje que corre hacia arriba y hacia abajo; cabeceo , morro hacia arriba o hacia abajo alrededor de un eje que va de ala a ala; y rodar , rotación alrededor de un eje que va desde el morro hasta la cola. Los elevadores (aletas en movimiento en la cola horizontal) producen cabeceo, un timón en la cola vertical produce guiñada y los alerones (aletas en las alas que se mueven en direcciones opuestas) producen balanceo.
Normalmente, la actitud de una nave espacial debe estabilizarse y controlarse por diversas razones. A menudo es necesario para que la antena de alta ganancia de la nave espacial pueda apuntar con precisión a la Tierra para las comunicaciones, de modo que los experimentos a bordo puedan lograr un apuntado preciso para la recopilación precisa y la interpretación posterior de datos, de modo que los efectos de calentamiento y enfriamiento de la luz solar y las sombras puedan utilizarse de forma inteligente para el control térmico y también como guía: las maniobras de propulsión cortas deben ejecutarse en la dirección correcta.
Existen ventajas y desventajas tanto para la estabilización de giro como para la estabilización de tres ejes. Las naves estabilizadas por giro brindan un movimiento de barrido continuo que es deseable para instrumentos de campos y partículas, así como para algunos instrumentos de escaneo óptico, pero pueden requerir sistemas complicados para desviar antenas o instrumentos ópticos que deben apuntar a objetivos para observaciones científicas o comunicaciones con la Tierra. Las naves controladas por tres ejes pueden apuntar instrumentos ópticos y antenas sin tener que desviarlos, pero es posible que tengan que realizar maniobras especiales de rotación para utilizar mejor sus campos e instrumentos de partículas. Si se utilizan propulsores para la estabilización de rutina, las observaciones ópticas, como las imágenes, deben diseñarse sabiendo que la nave espacial siempre se balancea lentamente hacia adelante y hacia atrás, y no siempre de manera exactamente predecible.Las ruedas de reacción proporcionan una nave espacial mucho más estable desde la cual realizar observaciones, pero agregan masa a la nave espacial, tienen una vida útil mecánica limitada y requieren frecuentes maniobras de desaturación del momento, que pueden perturbar las soluciones de navegación debido a las aceleraciones impartidas por el uso de propulsores. .[ cita requerida ]
Muchas naves espaciales tienen componentes que requieren articulación. La Voyager y Galileo , por ejemplo, fueron diseñadas con plataformas de escaneo para apuntar instrumentos ópticos a sus objetivos en gran parte independientemente de la orientación de la nave espacial. Muchas naves espaciales, como las orbitadores de Marte, tienen paneles solares que deben seguir al Sol para que puedan proporcionar energía eléctrica a la nave espacial. CassiniLas toberas del motor principal eran orientables. Saber hacia dónde apuntar un panel solar, una plataforma de escaneo o una boquilla, es decir, cómo articularlo, requiere conocer la actitud de la nave espacial. Debido a que un solo subsistema realiza un seguimiento de la actitud de la nave espacial, la ubicación del Sol y la ubicación de la Tierra, puede calcular la dirección correcta para señalar los apéndices. Lógicamente, recae en el mismo subsistema: el Subsistema de Control de Actitud y Articulación (AACS), entonces, para gestionar tanto la actitud como la articulación. El nombre AACS puede incluso trasladarse a una nave espacial incluso si no tiene apéndices que articular. [ cita requerida ]
