Giroscopio de momento de control
Un giroscopio de momento de control ( CMG ) es un dispositivo de control de actitud que se utiliza generalmente en los sistemas de control de actitud de las naves espaciales . Un CMG consta de un rotor giratorio y uno o más cardanes motorizados que inclinan el momento angular del rotor . A medida que el rotor se inclina, el momento angular cambiante provoca un par giroscópico que hace girar la nave espacial. [1] [2]
Los CMG se diferencian de las ruedas de reacción . Los últimos aplican torque simplemente cambiando la velocidad de giro del rotor, pero los primeros inclinan el eje de giro del rotor sin cambiar necesariamente su velocidad de giro. Los CMG también son mucho más eficientes energéticamente. Para unos pocos cientos de vatios y alrededor de 100 kg de masa, los CMG grandes han producido miles de newton metros de torque. Una rueda de reacción de capacidad similar requeriría megavatios de potencia. [3]
Los CMG más efectivos incluyen solo un cardán . Cuando el cardán de tal CMG gira, el cambio en la dirección del momento angular del rotor representa un par que reacciona sobre el cuerpo en el que está montado el CMG, por ejemplo, una nave espacial. Excepto por los efectos debidos al movimiento de la nave espacial, este par se debe a una restricción, por lo que no realiza ningún trabajo mecánico (es decir, no requiere energía). Los CMG de un solo cardán intercambian el momento angular de una manera que requiere muy poca energía, con el resultado de que pueden aplicar pares muy grandes para una entrada eléctrica mínima.
Tal CMG incluye dos cardanes por rotor. Como actuador, es más versátil que un CMG de un solo cardán porque es capaz de apuntar el vector de momento angular del rotor en cualquier dirección. Sin embargo, el par generado por el movimiento de un cardán a menudo debe ser reaccionado por el otro cardán en su camino hacia la nave espacial, lo que requiere más potencia para un par dado que un CMG de un solo cardán. Si el objetivo es simplemente almacenar el momento angular de una manera eficiente en masa, como en el caso de la Estación Espacial Internacional , los CMG de doble cardán son una buena opción de diseño. Sin embargo, si una nave espacial requiere un gran par de salida mientras consume una potencia mínima, los CMG de un solo cardán son una mejor opción.
La mayoría de los CMG mantienen constante la velocidad del rotor utilizando motores relativamente pequeños para compensar los cambios debidos al acoplamiento dinámico y los efectos no conservadores. Algunas investigaciones académicas se han centrado en la posibilidad de aumentar y disminuir la velocidad del rotor mientras los cardanes CMG. Los CMG de velocidad variable (VSCMG) ofrecen pocas ventajas prácticas al considerar la capacidad de actuación porque el par de salida del rotor suele ser mucho menor que el causado por el movimiento del cardán. El principal beneficio práctico del VSCMG en comparación con el CMG convencional es un grado adicional de libertad, proporcionado por el par de rotor disponible, que se puede aprovechar para evitar la singularidad de CMG continua y reorientar el grupo de VSCMG. La investigación ha demostrado que los pares del rotor requeridos para estos dos propósitos son muy pequeños y están dentro de la capacidad de los motores de rotor CMG convencionales.[4] Por lo tanto, los beneficios prácticos de los VSCMG están fácilmente disponibles utilizando CMG convencionales con alteraciones en la dirección del grupo CMG y las leyes de control del motor del rotor CMG. El VSCMG también se puede utilizar como batería mecánica para almacenar energía eléctrica como energía cinética de los volantes.
