為什么人造衛(wèi)星在太空不會隨意翻滾

人造衛(wèi)星在太空中飛行，會受到殘余空氣動力、微流星撞擊力、地球扁圓度引起的不均勻引力、太陽輻射壓力，以及衛(wèi)星內(nèi)部的運動機構(如彈簧、發(fā)動機)等干擾力的影響，導致衛(wèi)星的姿態(tài)甚至軌道發(fā)生變化。另外，每種衛(wèi)星都有自己特定的任務，在飛行時對它的飛行姿態(tài)都有一定的要求。比如，通信衛(wèi)星上的拋物面天線和對地觀測衛(wèi)星上的相機要始終對準地面，太陽觀測衛(wèi)星上的望遠鏡要一直對準太陽。為此，衛(wèi)星上裝有姿態(tài)控制和軌道控制分系統(tǒng)。

所謂衛(wèi)星的姿態(tài)控制就是控制衛(wèi)星的飛行姿態(tài)，保持姿態(tài)軸的穩(wěn)定，并根據(jù)需要改變姿態(tài)軸的方向。由于各種干擾，衛(wèi)星在空間的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度往往會偏離設計值，這時就要進行控制和調(diào)整。

衛(wèi)星的姿態(tài)控制分系統(tǒng)有被動和主動兩種。其中，被動控制系統(tǒng)的控制力不需要消耗衛(wèi)星上的能源，而是用衛(wèi)星的動力特性或空間環(huán)境力矩來提供，主要有自旋穩(wěn)定等方式。主動控制系統(tǒng)是根據(jù)姿態(tài)誤差(測量值與標稱值之差)形成控制指令，產(chǎn)生控制力矩，實現(xiàn)姿態(tài)控制。它主要采取飛輪控制和噴氣控制等方式，可對衛(wèi)星進行三軸穩(wěn)定控制，這種方式被目前多數(shù)衛(wèi)星采用。

自旋穩(wěn)定方式是通過衛(wèi)星繞一個軸自旋來保持穩(wěn)定。簡單地說，其原理與旋轉的陀螺類似：高速旋轉可以保持物體的轉軸方向不變。早期的衛(wèi)星大多采用這種簡單的控制方式。在衛(wèi)星表面沿切線方向?qū)ΨQ地裝上小火箭發(fā)動機，需要時就點燃小發(fā)動機，產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星旋轉起來，也可由末級運載火箭起旋。高速旋轉的衛(wèi)星，其自轉軸在空間的指向就會保持不變。

三軸穩(wěn)定方式是對衛(wèi)星相互垂直的三個軸都進行控制，不允許任何一個軸產(chǎn)生超出規(guī)定值的轉動和擺動。實現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制的系統(tǒng)一般包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)控制器和姿態(tài)執(zhí)行機構三部分。姿態(tài)敏感器有慣性敏感器、地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等，用于察覺和測量衛(wèi)星的姿態(tài)變化，即衛(wèi)星沿各個軸的轉動角度、轉動角速度有多大，是否超出規(guī)定的范圍。

姿態(tài)控制器用于把姿態(tài)敏感器送來的衛(wèi)星姿態(tài)角變化值的信號，經(jīng)過一系列比較、處理，產(chǎn)生控制信號輸送到姿態(tài)執(zhí)行機構。姿態(tài)執(zhí)行機構則根據(jù)姿態(tài)控制器送來的控制信號產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星姿態(tài)恢復到正確的位置，常用的執(zhí)行機構有反作用飛輪和推力器。當衛(wèi)星的姿態(tài)處于所要求的姿態(tài)時，飛輪保持勻速旋轉;如果衛(wèi)星偏離了某一位置，飛輪加速或減速，產(chǎn)生一個相反方向的力矩，使衛(wèi)星回復到所要求的姿態(tài)位置。衛(wèi)星三個軸向各設置一個這樣的飛輪，就能控制衛(wèi)星三個軸方向的姿態(tài)。也可以在衛(wèi)星三個軸的方向安置若干個小的推力器，一旦衛(wèi)星偏離所要求的姿態(tài)，相應方向的推力器就會噴出氣體，產(chǎn)生推力，使衛(wèi)星回到所要求的姿態(tài)位置。