Евгений Попов - Автоматические космические аппараты

Система терморегулирования на всех этапах космического полета, т. е. при изменении солнечного излучения (что бывает при перелетах от планеты к планете), при выделении тепла от работы аппаратуры на борту КА и при работе на поверхности планеты в сложных температурных условиях, обязана поддерживать тепловой режим КА в узких пределах, необходимых для сохранения работоспособности всех систем.

Следует сказать, что для нормальной работы системы терморегулирования необходимо, чтобы радиатор-нагреватель всегда был обращен на Солнце, а радиатор-холодильник на теневую сторону. В то же время панели солнечных батарей должны освещаться Солнцем, а научная аппаратура направлена на интересующий ученых объект (Луну, планету или звезду). С такой задачей справляется система ориентации.

Система ориентации. Космический робот — автоматический КА выполняет задачи по требованию человека и должен на выполнение научной работы смотреть, как сам человек. А что бы стал делать человек-исследователь, оказавшись в космическом пространстве? Первое — это рассмотреть окрестности, правильно выбрать интересующий объект, повернуться в его сторону. Второе — это начать его изучать (визуально или фотографируя), замеряя с помощью приборов интересующие его данные. КА тоже прежде всего должен уметь найти объект, а затем повернуться к нему объективом фотоаппарата или датчиком других научных приборов.

На Земле мы поворачиваемся, используя силу трения между ногами и земной поверхностью. Даже на скользком льду, осторожно двигаясь, проскальзывая, но все же разворачиваемся в нужном направлении. В космосе даже сверхскользкой опоры нет — для совершения поворота опереться не на что. Следовательно, приходится обходиться внутренними силами: использовать реактивные силы, возникающие при работе реактивных двигателей. Движение в космосе совершается за счет реактивных сил двигательной установки, и развороты вокруг оси производятся на основе того же принципа.

Применение реактивной силы в космосе для осуществления поворота образно можно сравнить со следующим примером. На озере или в пруду стоит лодка, приставшая бортом к пристани. Если с кормы лодки на пристань прыгнет человек, то от толчка его ноги корма отойдет и лодка будет разворачиваться. В космосе прыгает не человек, а выбрасываются через сопло продукты сгорания топлива или заранее запасенный газ. В противоположную сторону будет отходить та часть автоматического КА, где расположен микродвигатель.

В итоге КА начнет разворачиваться вокруг центра масс. Микродвигатели располагают таким образом, чтобы вращение аппарата можно было осуществить по трем взаимно перпендикулярным осям. С целью создания большего момента малой силой тяги микродвигатели располагают на выносных штангах или на концах панелей солнечных батарей.

Система ориентации автоматического КА в продолжение всего полета решает ряд задач. Если предоставить КА самому себе, то он с самого начала полета не будет оставаться в покое, а начнет беспорядочно кувыркаться. Это происходит вследствие того, что во время отделения от ракеты-носителя КА отталкивается от нескольких точек крепления. Малейшая разница в силах дает момент на закрутку: даже разница в силах трения в шариковых замках при расцепке ведет к развороту и вращению космического аппарата. Малые силы не могут сильно раскрутить тяжелый аппарат, но даже плавное, медленное вращение со скоростью несколько угловых градусов в минуту не позволит нормально функционировать целому ряду систем.

Одними из задач системы ориентации являются успокоение и стабилизация КА после отделения. Кроме того, система ориентации решает следующие задачи: поиск Солнца и приведение КА в заданное положение, поиск и ориентация на звезду, обеспечение проведения радиосвязи с помощью остронаправленной антенны, стабилизация КА для проведения коррекции, торможения или сеанса фотографирования и т. д.

Успокоение КА после отделения от ракеты-носителя можно осуществить различными методами. Стабилизация с помощью оптического датчика предполагает наличие оптического прибора, способного определить направление на источник света. Солнце в качестве источника света создает в фотоэлементе электрический ток, и при отклонении от направления на Солнце уменьшается величина тока. Ослабление сигнала анализируется логическим блоком и формирует команду на возвращение КА к прежнему положению.