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人造卫星在轨道上有两种稳定:一是轨道稳定维持,需要卫星自带燃料及时调整,在低轨时会被稀薄大气的阻力逐渐掉落高度,直至坠入大气层;高轨的情况下则是另一种状况,比如静止轨道几乎可以忽略空气的阻力,但渐渐会飘离定点位置,需要燃料调整回来。另一种是姿态维持,这个理解起来很简单,比如通讯卫星需要保持对准地球某个地面基站的天线等,这个相对就容易多了,动量轮和控制力矩陀螺即可,这个只取用太阳能电源,几乎是无限的。
早期的卫星要求不高可以用自旋稳定的方式工作,但后期卫星的通讯需求越来越大,卫星的姿态控制要求也越来越高,因此适用于对航天器进行姿态控制和角动量控制的动量轮应运而生,一般卫星会根据需求安装多个动量轮辅助控制力矩陀螺进行多角度控制
比如哈勃望远镜就经常需要使用姿态控制来对准拍摄目标
? 另一种情况是卫星在稀薄空气阻力下脱离原来的轨道了,那么姿态控制的动量轮和控制力矩陀螺就无能为力了,这个时候需要卫星开启发动机调整轨道,一般常见的都是火箭发动机或者高压缩气瓶,但这种方式在卫星的可用寿命时间里需要携带大量的燃料,甚至超过有效载荷很多倍。
? 还有一种是火箭推力不够时使用卫星的发动机以霍曼转移轨道的方式逐渐调整到合适的轨道。
? 当前很多最新的卫星上已经装载了离子发动机,这是一种将气态工质电离,并在强电场作用下将离子加速喷出,通过反作用力推动卫星进行姿态调整或者轨道转移任务。离子推力器具有比冲高、效率高等优点,将使卫星的载荷比提升到2/3以上,将大大增加卫星寿命或者增加有效载荷。
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