4. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Пассивные магнитные системы стабилизации. Примером такой системы может служить система управления положением спутника [2]. Система состоит из двух постоянных магнитов, установленных параллельно стабилизуемой оси ИСЗ, и четырех гистерезисных стержней, расположенных в экваториальной плоскости магнитов и образующих замкнутый контур (рис. VI 1.6). За счет взаимодействия постоянных магнитов с геомагнитным полем создается восстанавливающий момент, стремящийся стабилизировать ось ИСЗ по направлению вектора Вращение, сообщаемое спутнику системой отделения, и колебания относительно стабилизированного положения демпфируются за счет гистерезисных потерь в стержнях. Система обеспечивает точность стабилизации ±5°.

Постоянные магниты отлиты из сплава «Альнико-600». Длина магнита 200 мм, максимальный диаметр 21 мм. Для увеличения

стабильности магниты предварительно размагничиваются на 5—10% в переменном поле. Суммарный магнитный момент магнитов приблизительно равен

Гистерезисные стержни изготовлены из материала «Permenorm 5000 НЗ». Длина стержня 600 мм, диаметр 2 мм. Расположение демпфирующих стержней в виде квадрата при плотном магнитном контакте между концами стержней позволило увеличить потери на гистерезис в каждом стержне в 2,5 раза по сравнению с отдельно расположенными стержнями.

Гравитационные системы стабилизации.

В системах этого типа МИЭ используются, во-первых, для уменьшения энергии вращения, сообщаемой спутнику системой отделения. Во-вторых, для осуществления начальной стабилизации ИСЗ по направлению вектора с целью обеспечения однозначности гравитационной стабилизации. В-третьих, для демпфирования колебаний в процессе гравитационной стабилизации.

Рис. VII.6. Схема расположения магнитных управляющих элементов на ИСЗ: 1 — постоянные магниты; 2 — гистерезисные стержни

Например, на первых спутниках, оснащенных гравитационными системами стабилизации, для создания диссипативных моментов использовались четыре гистерезисных стержня, крестообразно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси, ориентируемой по местной вертикали [3]. Длина стержня 1200 мм, диаметр 2,8 мм. Стержни выполнялись из пермаллоя с содержанием 47,5% никеля и 52, 5% жёлеза. На дальнейших модификациях спутника стержни имели длину 1470 мм и диаметр 2,7 мм. Это позволило обеспечить примерно вдвое больше потери на гистерезис.

Для создания восстанавливающих моментов на указанных спутниках использовался электромагнит, вектор магнитного момента которого перпендикулярен гистерезисным стержням. Электромагнит включался после того, как с помощью гистерезисных стержней энергия ротационного движения снижалась до уровня, позволяющего перейти к магнитной стабилизации.

После того, как с помощью электромагнита и гистерезисных стержней осуществлялась магнитная стабилизация, в области высоких широт, где направление геомагнитного поля близко к местной вертикали, электромагнит отключался и происходило формирование эллипсоида инерции ИСЗ, необходимого для обеспечения гравитационной стабилизации. Демпфирование колебаний в режиме гравитационной стабилизации осуществлялось с помощью дополнительных устройств, рассеивающих энергию либрационных колебаний, и, отчасти, благодаря гистерезисным стержням. Применение дополнительных демпфирующих устройств объясняется тем, что использование для демпфирования только гистерезисных стержней требует увеличения их объема

и приводит к большим ошибкам стабилизации из-за возрастания магнитного возмущающего момента.

В рассматриваемых системах сердечник электромагнита изготовлен из неотожженного железа Армко. Размагничивание сердечника электромагнита обеспечивается за счет появления в его обмотке медленно затухающего переменного тока благодаря параллельному подключению конденсатора. Свойства материала сердечника выбраны так, чтобы он не размагничивался геомагнитным полем.

В гравитационных системах стабилизации спутников типа «Геос» для создания диссипативных моментов, как в режиме предварительного успокоения после отделения от ракеты-носителя, так и в режиме либрационных колебаний использовались жидкостные МД, подобные описанным выше [1].

Рис. VII.7. Схема магнитной системы управления скоростью вращения ИСЗ по оси — магнитометры; 2 — усилительно-преобразующие устройства; 3 — магнитные исполнительные элементы

Стабилизация ИСЗ вращением.

При вращении в геомагнитном поле спутник теряет кинетическую энергию за счет возникновения вихревых токов в токопроводящих частях и потерь на гистерезис в ферромагнитных материалах. Для поддержания постоянства скорости вращения требуется создавать момент, компенсирующий действие диссипативного момента.

Блок-схема одной из систем стабилизации угловой скорости вращения ИСЗ показана на рис. VI 1.7. В этой системе сигналами магнитометров расположенных по осям спутника перпендикулярным оси вращения через усилительно-преобразующие устройства 2, управляются исполнительные органы — электромагниты, также установленные по осям Параметры элементов системы выбираются таким образом, чтобы суммарный вектор магнитного момента электромагнитов, лежащий в плоскости был перпендикулярен проекции вектора на эту плоскость, замеряемой магнитометрами. При этом механический момент, создаваемый по оси спутника, максимален. В зависимости от фазировки сигналов этот момонт может увеличивать или уменьшать скорость вращения ИСЗ. Регулирование скорости вращения можно производить по командам с Земли или по сигналам с измерительных устройств, установленных на борту ИСЗ.

Ориентация оси вращения может быть осуществлена созданием на ИСЗ с помощью какого-либо МИЭ магнитного управляющего момента, направленного по оси вращения. При его взаимодействии с вектором возникает механический управляющий момент, вызывающий прецессию оси вращения.

Описанная система применена на ИСЗ [1]. Магнитный момент электромагнитов, регулирующих скорость вращения, в этой системе равен потребляемая системой мощность масса системы 1,8 кг. Для ориентации оси вращения на указанном ИСЗ применены установленные параллельно ей постоянный магнит с магнитным моментом и электромагнит с сердечником, обладающим большой остаточной индукцией и малой коэрцитивной силой. После пропускания импульсов тока через обмотку у электромагнита создавался остаточный магнитный момент в зависимости от направления тока. Таким образом, суммарный магнитный момент, используемый для ориентации оси вращения ИСЗ, по командам с Земли мог устанавливаться равным 0 или причем не требовался постоянный расход электроэнергии. Сердечник электромагнита выполнен из сплава отношение длины сердечника к диаметру 40, масса с обмотками

На ИСЗ типа «Тирос» для ориентации оси вращения используется катушка с током, магнитный момент которой направлен на оси вращения, для регулирования скорости вращения — вторая катушка, магнитный момент которой направлен перпендикулярно оси вращения. Величина тока в катушках изменяется по командам с Земли [1].

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)