Kawalan Sikap (Attitude control)

Source: http://spot4.cnes.fr

Tidak seperti pesawat (aircraft) yang menggunakan sikap untuk mengawal trajektori (padanan naik, menyandarkan untuk menghidupkan, dll) pergerakan sudut sebuah satelit, yang bergerak dalam vakum, mempunyai hampir tiada kesan ke atas trajektori (iaitu orbitnya) .

Orbit satelit adalah ditentukan oleh halaju awal yang diberikan kepadanya oleh pelancar Ariane, dan kemudian oleh pembetulan kecil yang dibuat secara berkala oleh mikro-tujahan.

Kawalan Sikap (orientasi sudut) diperlukan supaya sistem optik meliputi kawasan tanah diprogramkan pada setiap masa. Walau bagaimanapun, satelit cenderung untuk menukar orientasi disebabkan oleh kilas yang dihasilkan oleh alam sekitar (drag suasana baki pada array solar, tekanan radiasi solar, dan lain-lain) atau dengan sendirinya (kerana pergerakan bahagian-bahagian mekanikal, dll). Oleh itu orientasi sudut perlu dikawal secara aktif. Satu lagi sebab adalah perlu untuk mengelakkan "kabur" satu adegan yang diperolehi.

Sikap ini dikawal terus oleh gelung kawalan diprogramkan: penderia mengukur sikap satelit, komputer di atas kapal, maka proses ukuran dan menghasilkan arahan yang dijalankan oleh penggerak, untuk memastikan betul menunjuk.

SPOT 4 adalah "tiga-paksi stabil", yang bermaksud bahawa orientasi dikawal sepenuhnya berbanding dengan tiga paksi. Salah satu arahan ini sepadan dengan garis antara satelit dan pusat Bumi, juga dikenali sebagai "arah geocentric" lain adalah berserenjang dengan paksi ini geocentric, arah halaju vektor satelit itu; ketiga ialah serenjang kepada dua yang pertama. Ketiga-tiga bentuk sistem rujukan orbit tempatan.

orbloc2a.gif (26486 octet) Sistem rujukan orbit tempatan ditakrifkan pada setiap titik orbit oleh tiga vektor unit. Vektor ini diperolehi daripada kedudukan satelit dan vektor halaju:

     Vector L adalah colinear dengan kedudukan vektor P (pada paksi antara pusat bumi dan satelit). Ia mentakrifkan paksi rewang (yaw axis).
     Vector T berserenjang dengan satah orbit (L vektor, vektor V). Ia mentakrifkan paksi padang (pitch axis).
     Vector R melengkapkan set paksi ortogon. ia terletak di dalam pesawat yang ditakrifkan oleh vektor L dan V dan mentakrifkan paksi daftar (roll axis). Ia tidak bertepatan dengan tepat dengan vektor halaju disebabkan oleh kesipian ( eccentricity of) orbit.













 

Paksi Satelit

Paksi Xs, Y, ZS mewakili rangka rujukan ortogon berkaitan dengan satelit (paksi satelit). Penunjuk Sikap  nominal terdiri daripada jajaran yang terbaik set ini paksi dengan sistem rujukan orbit tempatan (di samping memastikan kestabilan dan menghadkan kadar sudut tentang kedudukan ini).
Dengan penunjuk geocentric sempurna, ini memberikan:

Xs = -T
Ys = -R
Zs =  L

Peralatan berikut digunakan untuk mengawal sikap:

     penderia:
     - Satu platform inertia yang terdiri daripada empat giro kadar; ini adalah giro kadar dua paksi dan dua daripada mereka adalah cukup untuk menyediakan ukuran kadar sudut sepanjang tiga paksi satelit. Kedua-dua yang lain itu digunakan sebagai back-up,

• - Dua penderia bumi digital (STD -digital Earth sensors),  satu nominal dan satu lagi tambahan, digunakan untuk mengukur anjakan sudut tentang paksi pitch dan roll,- 
  -Dua penderia Sun digital (SSD), salah satu nominal dan satu tambahan, digunakan untuk mengukur anjakan sudut sekitar paksi rewang (sekali setiap orbit).
  Penggerak:
  - Tiga roda reaksi (reaction wheel) magnet-bearing (RRPM)  digunakan untuk mengenakan dayakilas untuk satelit dan dengan itu untuk berputar ia kira-kira satu daripada paksi X, Y atau Z .
  - Dua torquers magnet (MAC), yang, melalui interaksi dengan medan magnet Bumi, mencipta daya kilas yang digunakan untuk mengawal kelajuan roda tindak balas (reaction wheel).
  
  - Dua jenis tujahan (thrusters), (hidrazin pembakaran) setiap menghasilkan kuasa sebanyak 3.5 atau 15 Newtons; penghalaan mereka berbanding dengan pusat satelit graviti yang mendorong putaran kira-kira satu daripada paksi, X, Y atau Z.

Di samping itu, AOCS (Attitude and orbit control system-Sikap dan sistem kawalan orbit) dihubungkan dengan mekanisme memandu array solar. Ia memastikan bahawa pelbagai trek Matahari sebagai bergerak satelit orbitnya. Cahaya matahari yang dikumpul oleh pelbagai solar pada bahagian yang diterangi orbit ditukar kepada kuasa elektrik untuk satelit dan untuk mengecas bateri yang digunakan dalam bahagian gerhana orbit.




 Mod bas

Setiap mod bas sepadan dengan konfigurasi tertentu item peralatan dan pelaksanaan prosedur perisian penerbangan tertentu.
Untuk SPOT 4, ini kaedah dan peralihan antara satu sama lain boleh dihuraikan seperti berikut:

MLT : Launch mode (Mod pelancaran)

• Tatarajah permulaan peralatan penerbangan dan perisian. Mod ini hanya digunakan semasa fasa pelancaran. The giro kadar khususnya hanya berkuasa-naik apabila satelit itu memisahkan dari pelancar dan roda reaksi yang disimpan dalam sangkar.
MRV: Rate reduction mode

• Mod ini mula-mula digunakan untuk mengurangkan kadar sudut (dengan mengaktifkan tujahan) kira-kira setiap paksi satelit berikut perpisahan dari pelancar dan penempatan pertama array solar. Ia boleh digunakan lagi sekiranya anomali sepanjang hayat satelit itu; bertukar-kawalan, dikawal sama ada dengan perisian penerbangan atau oleh pusat kawalan. Apabila kadar sudut telah cukup dikurangkan, mod MAG secara automatik diaktifkan.
MAG: Coarse acquisition mode

• Mod ini digunakan untuk menyelaraskan satelit dengan arah geocentric menggunakan maklumat daripada sensor Bumi, STD, dan giro-giro kadar dan dengan mengaktifkan tujahan. Berikutan pengambilalihan ini, menunjuk ketepatan  tentang paksi pitch dan roll  adalah sekitar 5 darjah. Apabila ketepatan ini telah dicapai, mod MAF1 secara automatik diaktifkan.
MAF1: Fine acquisition mode "1"

• Mod ini digunakan untuk menunjukkan satelit di sekitar paksi yaw. Ia dilakukan dengan mengaktifkan thrusters dan terutamanya menggunakan input dari giro kadar. Apabila arah yaw  telah dicapai,mod MAF2 diaktifkan secara automatik.
MAF2: Fine acquisition mode "2"

• MAF2 adalah mod stabil yang menyimpan berorientasikan satelit tiga paksi melalui tujahan.
MDG: Solar array deployment mode

• Mod ini digunakan semasa array solar sedang digunakan. Pengusikan disebabkan oleh pergerakan ini maka menjadikan ia perlu untuk mengulangi perlahan dan menunjuk urutan (MRV -> MAG -> MAF1 -> MAF2). Berikutan operasi ini (jika ia telah dijalankan dengan betul), array solar bermula mengesan dan roda reaksi dikeluarkan.

Ilustrasi menunjukkan penempatan barisan solar: Penempatan utama di sebelah kiri. (277 kbyte) Penempatan Kedua di sebelah kanan  (387 kbyte)

MPF: Fine-pointing mode

• . Ini adalah mod penunjuk satelit nominal  , ia memastikan penunjuk kestabilan yang perlu dan tepat  bagi perolehan imej. Sikap yang dikawal oleh roda reaksi dan torquers magnet (sikap adalah lebih tepat berbanding apabila menggunakan tujahan); ini adalah berdasarkan data dari giro kadar yang recalibrated menggunakan STD dan ukuran penderia SSD. Ini menunjukkan adalah tepat dalam 0.15 darjah di sekitar setiap paksi dengan kestabilan kadar sudut 8. 10^-4 darjah sesaat.
       Setelah satelit telah mencapai mod MAF2, hanya segmen bumi boleh menukar kepada mod MPF ini. Mod ini melengkapkan pengambilalihan sikap; maka satelit beroperasi untuk menjalankan misinya.
  
MCC: Small- amplitude orbit control mode

• Mod ini digunakan untuk membetulkan trajektori satelit di satah orbit  itu; amplitud ini pembetulan cukup kecil yang mana sikap boleh dikawal melalui roda tindak balas (reaction wheel). Tujahan tertentu digabungkan untuk menghasilkan vektor daya paduan (dan bukan hanya satu dayakilas) yang boleh meningkatkan atau mengurangkan halaju satelit itu. Pendorongan tujahan diperlukan untuk mod ini yang dikira oleh pusat kawalan orbit dan dimuat naik ke perisian penerbangan yang kemudian mengaktifkan tujahan. Kekerapan jenis ini bergerak bergantung kepada aktiviti solar (pada selang dari 2 minggu hingga 2 bulan).

MCO: Large- amplitude orbit control mode

• Mod ini digunakan untuk membetulkan trajektori satelit itu di dalam atau keluar dari pesawat orbit, gerakan pembetulan mempunyai amplitud yang besar. Kawalan Sikap dikekalkan oleh tujahan dengan menggabungkan manoeuvers teras program dan gerakan pembetulan sikap. Untuk dorongan gerakan keluar dari pesawat orbit (terutamanya untuk membetulkan kecenderungan orbit), pertama sekali satelit akan berputar mengelilingi paksi yaw untuk mengdorongkan thruster ke arah yang diperlukan The impuls tujahan yang diperlukan untuk mod ini dikira oleh pusat kawalan orbit dan dimuat naik ke perisian penerbangan yang kemudian mengaktifkan tujahan. Mod kawalan ini dilakukan kira-kira sekali setiap 6 bulan.
MSU: Safe mode

• Sekiranya anomali yang serius yang tidak boleh diproses secara automatik dan diperbetulkan atas kapal, satelit boleh dimasukkan ke dalam mod selamat sama ada dengan perisian penerbangan atau oleh kegagalan perkakasan mengatasi. Mod ini digunakan untuk memastikan fungsi penting satelit ini (kuasa di atas kapal, peraturan haba), sementara kegagalan itu sedang dianalisis ( fungsi komunikasi bumi). Bagi tujuan ini, satelit yang dikawal oleh perisian penerbangan autonomi, khusus untuk mod selamat(safe mode). Sikap ini dikawal melalui pendorong untuk menetapkan sebelah + Z  meng-arah ke arah matahari, dengan pelbagai solar dalam kedudukan yang ditetapkan. Ini cara menunjuk menggunakan ukuran daripada dua sensor pengambilalihan solar (SAS) yang dikhususkan untuk mod selamat (safe mode).
• 
  Berikut arahan daripada segmen bumi, satelit ini kembali kepada mod nominal dengan cara urutan MRV -> MAG -> MAF1 -> MAF2.