Магнитоприводы

Особенности полёта КА позволяют использовать для управления им внешнюю среду. Принцип действия магнитоприводов основан на взаимодействии собственного магнитного момента КА с внешним магнитным полем Земли. К сожалению, практическое отсутствие магнитного поля почти во всём космическом пространстве, кроме околоземного, существенно ограничи­вает сферу применения этого метода.

Собственный магнитный момент КА может иметь место при наличии на его борту постоянных магнитов или токопроводящих катушек. В первом случае мы имеем дело с пассивной стабилиза­цией со всеми ее достоинствами и недостатками. Во втором, для соз­дания собственного магнитного момента КА нужно пропускать ток через катушки. Это требует затрат электроэнергии на борту, но зато снимает главный недостаток пассивных методов стабилизации - поз­воляет управлять величиной создаваемого момента через величину тока. Устройство, основанное на этом принципе, называется магнитопривод. Расход электроэнергии на работу магнитопривода может быть компенсирован наличием солнечных батарей на КА. Это, безусловно, требует дополнительных масс на борту КА, однако, эти затраты являются единовременными и от длительности функционирова­ния КА не зависят. Это и делает магнитопривод весьма удобным для использования его на КА с длительным временем существования. Величина моментов, которые может развивать магнитопривод при реальных габаритах и энергопотребления, не очень велика, поэтому он, как правило, используется на небольших по массе КА. Особенно часто магнитопривод используется для разгрузки двигателей-маховиков и гироскопических силовых стабили­заторов.

В состав магнитопривода входят электромагнитное устройство (ЭМУО), магнитометры для измерения напряженности внешнего магнитного поля. Иногда магнитопривод дополняется собственным вычислителем, определяющим потребную величину тока в зависи­мости от отклонения КА, закона управления, показаний магнитомет­ра.

ЭМУО предназначено для формирования дипольного магнитного момента, который, взаимодействуя с магнитным полем Земли (МПЗ), создает механические управляющие моменты относительно осей, перпендикулярных к оси, по которой оно установлено, в системе координат, связанной с КА.

В качестве примера рассмотрим ЭМУО, состоящего из сердечника, катушки возбуждения, намотанной на сердечник, корпуса и элементов крепления.

Основные элементы ЭМУО – катушка возбуждения и сердечник – служат для создания требуемого магнитного поля заданной полярности при подаче на обмотку возбуждения с блока управления СОиС регулируемого управляющего тока.

ЭМУО устанавливается на КА таким образом, чтобы геометрическая ось сердечника была параллельна оси КА, относительно которой он установлен.

Вычислитель магнитопривода (или БВС КА) реализует алгоритмы управления и проводит диагностику ЭМУО; формирует ТМ-информацию о состоянии элементов ЭМУО и режимах ее работы, координатах составляющих геомагнитной индукции, величине сброшенного кинетического момента с привязкой к текущему моменту времени.

Особенности режима включения и выключения ЭМУО заключаются в следующем. После включения проводится тестовая проверка с обеспечением готовности к работе за заданное время после прохождения команды. При выключении реализуется программа размагничивания магнитных исполнительных органов с обеспечением готовности к последующему включению через заданное время после прохождения команды выключения.

Магнитометр предназначен для измерения трех ортогональных проекций вектора индукции МПЗ, преобразования измеренных величин в электрический сигнал и выдачи сигналов пропорциональных измеренным компонентам в блоке управления СОиС.

Типовой состав прибора включает:

-измерители проекций вектора индукции МПЗ на три взаимно перпендикулярные оси, жестко связанные с осями КА;

- коммутатор питающего напряжения;

- устройства преобразования индукции внешнего магнитного поля в напряжение;

- генератор возбуждения;

- компенсатор инструментальной погрешности.

При включении магнитометра, генератор возбуждения подает ток на катушки возбуждения измерителей по трем взаимно-перпендикулярным осям чувствительности, под воздействием внешнего магнитного поля на чувствительные элементы – измерители, на выходе каждого измерителя появляется ЭДС, величина которой на частотах, кратных второй гармонике частоты сигнала возбуждения, пропорциональна величине проекции магнитного поля, действующего на соответствующую ось. Сигналы с измерителей поступают в блок преобразователей, где преобразуются в знакопеременные напряжения постоянного тока и подаются на выход магнитометра. В блоке компенсации предусмотрены цепи регулировки и компенсации погрешностей преобразователей и погрешности неортогональности магниточувствительных осей.

Для осуществления контроля магнитометра предусмотрены выходы для подачи тестовых напряжений.

На КА магнитометры устанавливаются с привязкой к осям аппарата. Основные характеристики магнитометров зарубежного производства представлены в таблице.

Параметр	Фирма SSTL(Англия)	КА FedSat(ЮАР)
Количество	3 модуля	3 модуля
Диапазон индуктивности	60000 Тл	64000 нТл
Точность ()	30 нТл	1 нТл
Мощность, Вт	<0,8	0,05
Масса, кг	-	1,62 (полная)
Габариты, мм	-	114х54х61

Рассмотрим некоторые вопросы использования магнитопривода для пространственной ориентации КА в замкнутой системе управления. Такая система должна включать в себя датчики углового положения КА, вычислительные устройства для определения потребных величин управляющих моментов Mx^y, My^y, Mz^y, в соответствии с выбран­ным законом управления, а также величин токов в трех катушках магнитопривода, установленных вдоль базовых осей ориентации. На борту КА вдоль тех же осей должны быть также установлены магнито­метры измерения составлявших напряженности Ηx, Ηy, Ηz геомагнитного поля.

Принцип работы системы заключается в следующем. На основе измеренных значений угловых отклонений аппарата γ, ψ, , а в случае необходимости и угловых скоростей , в вычислительном устройстве в соответствии с принятым законом управления определяются требуемые значения управляющих моментов Mx, My, Mz. Одновременно с помощью магнитометров измеряются текущие значения составляющих напряженности геомагнитного поля Ηx, Ηy, Ηz, на основании которых определяются требуемые значения магнитных моментов P_x,P_y, P_z, а также токов Ix, Iy, Iz в соответствующих катушках магнитоприводов. При этом взаимодействие созданных магнитных моментов катушек с напряженностью геомагнитного поля должно привести к возникновению управляющего момента, воздействующего на КА.

Дата добавления: 2014-11-29