Views
1 month ago

2018

49 הביקוש

49 הביקוש הגובר והגדלת היכולת יצרו צורך במערכות הנעה שמשולבות בלוויין ומשמשות לבקרת ייצוב,‏ לפריקת תנע של גלגל התגובה , 9 להתאוששות בגלל תופעת גרר,‏ לייזום של שינויים במסלול,‏ ולצרכים דומים.‏ סקירה זו דנה תחילה במגבלות המוטלות על מערכות ההנעה.‏ בהמשך יתוארו מערכות ההנעה עצמן,‏ כשהן מסווגות על פי מקור האנרגיה של ההאצה.‏ קטגוריות אלה הן:‏ מפרשי שמש;‏ מערכות הנעה בגז קר;‏ מערכות הנעה בחשמל EP( )Electrical Propulsion - כולל גז חם,‏ הנעה אלקטרודינאמית,‏ tethers ‏)מוסבר בהמשך(,‏ מערכות הנעה כימיות ( monopropellant,( bipropellantומערכות רקטות דלק מוצק.‏ חלק גדול מהנתונים לגבי מערכות הנעה ספציפיות מקורם באתרי היצרנים.‏ נתונים אלה אומתו ע"י בדיקת מידע במקורות נוספים.‏ מגבלות על מערכות הנעה של CubeSats: כתוצאה מהדרישות המחמירות של התקן,‏ מערכות ההנעה מחויבות לשלוש עד ארבע התניות בטיחותיות.‏ זאת כדי למנוע הצתה בגלל תקלה,‏ או הפעלת מערכת ההנעה שלא במועד.‏ המגבלה על חומרי ההנעה תכליתה למנוע דליפה ובכך לשמור על בטיחות המשימה בין שלב הטעינה ובין השיגור.‏ בדרך כלל,‏ ההתניות האלה מחייבות קיום שלושה שסתומים בלתי תלויים בין מיכל הדלק לבין מערכת ההנעה,‏ כדי למנוע זרימת דלק לא רצויה.‏ מנגנון ההתניה יכול להיות מורכב ממתגים חשמליים,‏ למשל,‏ במערכת הנעה חשמלית,‏ או ממנגנון הפריסה של מפרשי השמש.‏ קיימות מגבלות על כמות האנרגיה הכימית המותרת.‏ זו דרישה שמגבילה מאוד את כמות הדלק הכימי המאוחסן בלוויין בעת שיגורו.‏ כמות האנרגיה של בערך 100 0.019 W-Hours שווה ערך ל-‏ 360kJ אנרגיה אגורה.‏ זאת kg של הידראזין ,)Hydrazine( שהוא דלק מקובל בהנעה חללית.‏ לכן,‏ נדרש לקבל הקלה,‏ כדי לשגר CubeSat עם כמויות מספיקות של דלק כימי הדרוש לביצוע של כל סוגי התמרון או פריקת גלגל התגובה.‏ עד כה,‏ לא היה שום ויתור על היקף דרישות הבטיחות עבור שיגור הלוויין הזעיר.‏ אין הגבלה על הלחץ של הדלק שמאוחסן בלוויין כל עוד הוא תואם לתכנון של מיכל הדלק.‏ לכן,‏ אחסון של דלק אינרטי דחוס נראה הכי מעשי במונחים של הגבלות שיגור.‏ הרגולציה שבה מערכת הנעה נדרשת לעמוד היא בהתאם למדריך חייל האוויר לבטיחות אמצעי אחסון בחלל.‏ כל רכיב המוגדר כסיכון בטיחותי חייב לעבור בחינה קפדנית לפני קבלת אישור של גורמי הבטיחות.‏ תהליך זה הוא,‏ לעתים קרובות,‏ יקר עבור לווייני .CubeSats כתוצאה מכל המגבלות האלה,‏ השימוש במערכות ההנעה מוגבל.‏ הערכת ביצועי מערכת הנעה:‏ יש מספר שיטות להשוואה בין ביצועי אמצעי הדחף .)thruster( לדוגמה:‏ יעילות אמצעי דחף,‏ הדחף הספציפי impulse( ,)Isp – specific הדחף הכללי,‏ וצפיפות הלחץ.‏ ליעילות יש מספר משמעויות במערכות הנעה שונות.‏ לדוגמה,‏ כאשר דנים במערכות ,monopropellant מתייחסים 9 ליעילות הבערה.‏ אבל במערכות הנעה חשמליות,‏ יעילות השימוש בדלק היא הגישה הטובה - reaction wheel desaturation פריקת תנע של גלגל התגובה כדי להימנע מכניסה למצב של רוויה בעקבות תהליך של צבירת תנע.‏ תהליך של פריקת תנע יכול להתבצע ע"י הפעלת מנועים,‏ תמרוני לוויין,‏ או הפעלת מגנטוטורקר.‏ הסבר מפורט אפשר למצוא כאן:‏ www.quora.com/How-can-I-understand-the-saturation-of-reaction-wheels-used-in-attitudecontrol

50 של ביותר לתיאור הדרך שבה המערכת ממירה את ההספק לדחף.‏ בגלל אי ההתאמה במושגי היעילות לא מתאפשרת השוואה מיטבית בין מערכות ההנעה.‏ Isp היא המידה של סך כל הדחף שנוצר ליחידת דלק שנצרך.‏ הפרמטר הזה מאפשר השוואה בין כל מערכות ההנעה,‏ אבל Isp אינו מספק כל אינדיקציה לגבי סך כל הדחף או הזמן שנדרש כדי להשיג אותו.‏ מערכות הנעה עם Isp גדול הן בעלות קצב זרימת מסה נמוך ומכאן שהן דורשות פרק זמן ארוך כדי להגיע לאותה רמה של דחף כמו מערכת הנעה כימית.‏ אורך החיים של הלוויין יכול להיות קצר עד כדי שבועות ולכן יש לו משמעות כשמשווים בין מערכות הנעה.‏ סך כל הדחף ייתן אינדיקציה לגבי כמות שינוי המומנטום שמערכת הנעה מסוגלת לספק.‏ אך זה תלוי גם בכמות הדלק שהלוויין נושא.‏ כאשר משווים בין מערכות הנעה על ידי סך כל הדחף,‏ ניתן להניח שאותה כמות דלק נישאת עבור כל אחת ממערכות ההנעה הנכללות בהשוואה.‏ הנחה זו לעיתים אינה מעשית ונכונה,‏ מפני שלסוגי דלק שונים ומערכות הנעה שונות,‏ יש צפיפות אנרגיה ומסה שונות.‏ מערכת הנעה אחת יכולה להיות בעלת מסה גדולה יותר ממערכת אחרת ועדיין לשמר את מגבלות המסה של הלוויין.‏ זאת מפני שניתן לשאת בה פחות דלק,‏ מאחר שהיא מערכת יותר מאסיבית בהיבט של סך כל הדחף.‏ צפיפות הדחף היא מדידה של סך כל הדחף ליחידת נפח של הדלק.‏ זה מאפשר לקחת בחשבון את מגבלות הנפח של הלוויין.‏ כל עוד שאין בנמצא פרמטר אחד אידיאלי לניתוח,‏ שילוב של מספר פרמטרים מספק הערכה סבירה של היתרונות והחסרונות של מערכות ההנעה השונות .CubeSat מפרשי שמש:‏ מפרשים סולאריים תוכננו לנצל את התנע מפוטונים הנפלטים מהשמש,‏ כדי לספק כוח הנעה עבור החללית.‏ אמנם התנע הוא קטן,‏ אבל אם המפרש גדול מספיק,‏ ניתן להשיג מידה משמעותית של שינוי במהירות.‏ חברת איור מס'‏ : 1 פריסה מוצלחת של מפרשי שמש על גבי לוויין LightSail-A בממדי 3U. Successfully deployed solar sail on LightSail-A CubeSat )Courtesy of the Planetary Society(. CubeSail כדי לפתח לוויין University of Illinois עבדה עם CU Aerospace הלוויין נועד למשימת הדגמה של מערכת יותר מורכבת של קונספט .UltraSail במשימה ישתמשו בשני CubeSats זהים שישוגרו בנפח אחוד של . 3U כשהלוויינים יהיו במסלול מסונכרן עם השמש,‏ מיוצבים ומופרדים,‏ הם יפרסו מפרשים לאורך 260 מטר כשכל מפרש בגודל של 20 מטר וכך ייצרו יריעה אחת ענקית ביניהם שתקלוט את האנרגיה מהשמש.‏ מערכות הנעה של גז קר:‏ 2x בשיטה של הנעה בגז קר הגז מואץ דרך חריר,‏ כאשר משתמשים רק באנתלפיה האגורה בו,‏ ללא בעירה,‏ תוספת חום או כל מנגנון אחר שמוסיף אנרגיה.‏ מערכת ההזנה היא בעלת לחץ פנימי

April 2018
Komparai 2018