Control d'actitut

Canviar l'orientació d'un cos rígit és lo mateix que rotar els eixos d'un sistema de referència unit a ell.

El control d'actitut és l'eixercici d'accions per a controlar l'orientació d'un objecte sobre un sistema de referència inercial o una atra entitat (l'esfera celest, certs camps, objectes en les rodalies, etc.). El terme és especialment utilisat per a referir-se als controls que s'eixercixen per a controlar l'orientació de les naus espacials (tripulades o no com és el cas dels satèlits artificials).

Per a controlar l'actitut d'un vehícul o objecte cal dispondre de: sensors per a medir l'actitut del vehícul o objecte, actuadors per a aplicar els torques requerits per a re-orientar al vehícul o objecte de forma tal que adopte l'actitut requerida, i algoritmes per a comandar els actuadors basant-se en les medicions d'actitut actuals dels sensors i les especificacions de l'actitut requerida. El camp integral que estudia les combinacions de sensors, actuadors i algoritmes es denomina "Guiat, Navegació i Control" (GNC).

Sensors

Sensors d'actitut relativa

Molts sensors produïxen senyals d'eixida que indiquen el ritme de canvi de l'actitut. Ells requerixen d'una actitut inicial coneguda, o informació externa per a usar eixos ritmes de canvi i calcular l'actitut actual. Molts sensors d'este tipo posseïxen senyals "sorolloses", lo que conduïx a certes imprecisions si no es corrigen els càlculs per mig d'informació proveïda per sensors absoluts d'actitut.

Giróscopos

Els giróscopos són dispositius que detecten la rotació en l'espai tridimensional sense dependre de l'observació d'objectes externs. Si ben un giróscopo clàssic consistix d'una massa que trencada sobre sí mateixa, existixen també "giróscopos làser" que utilisen una llum coherent reflectida en un camí tancat. Un atre tipo de "giróscopo" és un giróscopo per ressonador semiesfèric en el qual una cazoleta de cristal en la forma d'una copa de vi pot ser posada en oscilació o vibració de la mateixa forma que la copa de vi "sona" quan es passa el dit per la seua vora. L'orientació de l'oscilació és fixada en l'espai inercial, per lo que la medició de l'orientació de l'oscilació relativa a la nau es pot utilisar per a medir el moviment de la nau sobre el sistema inercial.

Unitats de moviment de referència

Unitats de moviment de referència són sensors d'un o varis eixos. Els mateixos utilisen sensors de tecnologia tipo Micro-Electro-Mecànic-Estructural (MEMS per les seues sigles en anglés). Estos sensors estan revolucionant la tecnologia de sensors inerciales en combinar elements de microelectrónica en tecnologia de micromaquinado, per a produir sistemes complets que caben en el volum d'un chip de computadora i posseïxen gran precisió. Entre els usos típics de les unitats de moviment de referència es troben:

• Compensació de moviment i estabilisació d'antenes
• Posicionament dinàmic
• Compensació de càrrega de grues offshore
• Sistemes per a control de moviment i amortiguamiento de vehículs d'alta velocitat
• Posicionat hidro acústic
• Compensació de moviment de ecosondas d'eixos múltiples o mona eix
• Medicions d'ones oceàniques
• Monitoreo de moviment d'estructures offshore
• Medicions d'orientació i actitut en vehículs submarins autònoms (AUVs) i ROVs
• Monitoreo de moviment de barcos

Sensors d'actitut absoluta

Esta classe de sensors determina la posició o orientació de camps, objectes o atres fenomens fòra de la nau espacial.

Sensor d'horisó

Un sensor d'horisó és un instrument òptic que detecta llum de la vora de l'atmòsfera de la Terra, o siga en l'horisó. A sovint s'utilisa sensado infrarrojo tèrmic, que medix la temperatura de l'atmòsfera, comparada en el fondo còsmic que és molt més fret. Este sensor brinda orientació sobre els eixos ortogonals a la Terra. Tendix a ser menys precís que els sensors basats en l'observació estelar. A voltes colocat dins de la categoria dels sensors terrestres.

Girocompás orbital

De manera similar a com un girocompás terrestre usa un péndola per a medir la gravetat local i fer que la seua giróscopo s'alinee en el vector d'espin de la Terra, i per lo tant apunte cap al Nort, un girocompás orbital utilisa un sensor d'horisó per a determinar la direcció al centre de la Terra, i un giróscopo per a medir la rotació al voltant d'un eix normal al pla de l'òrbita. Per lo tant el sensor d'horisó brinda informació d'Ànguls de navegació cabotege (pitch) i alabeo (roll), i el girocompás informa sobre la guiñada (yaw). Vore ànguls Tait-Bryan.

Sensor solar

Un sensor solar és un dispositiu que medix la direcció del Sol. Pot ser tan simple com algunes celes solars i ombres, o tan complex com un telescopi orientable, depenent dels requeriments de la missió.

Sensor terrestre

Un sensor terrestre és un dispositiu que medix la direcció a la Terra. Per lo general és una cambra infrarroja; al començament de el XXI el principal método per a detectar actitut és el rastrejador d'estreles, pero encara s'utilisen sensors terrestres en els satèlits a causa del seu baix cost i alta confiabilidad.

Rastrejador d'estreles

Un rastrejador d'estreles (en anglés, star tracker) és un dispositiu òptic que medix la posició d'una o vàries estrela utilisant fotodetectores o una càmara.

Actualment hi ha molts models disponibles. També existixen proyectes oberts dissenyats per a ser utilisats per la comunitat global d'investigadors i desenrolladors de cubesats.

Els rastrejadors d'estreles actuals, que requerixen una alta sensibilitat, poden confondre's en la llum solar reflectida des de la nau espacial o en les columnes de gasos d'escape dels propulsors de la nau espacial (ya siga per reflex de la llum solar o contaminació de la finestra del rastrejador d'estreles). Els rastrejadors d'estreles també són susceptibles a una varietat d'errors (baixa freqüència espacial, alta freqüència espacial, temporal, etc.) ademés d'una varietat de fonts òptiques d'error (aberració esfèrica, aberració cromàtica, etc.). També hi ha moltes fonts potencials de confusió per al algoritme d'identificació d'estreles (planetes, cometes, supernovas, el caràcter bimodal de la funció de dispersió puntual per a estreles adjacents, atres satèlits propencs, contaminació lumínica de fonts puntuals de les grans ciutats de la Terra, etc.).

En l'actualitat hi ha aproximadament 57 estreles de navegació lluentes d'us comú. No obstant, per a missions més complexes, s'utilisen bases de senyes de camps estelars completes per a determinar l'orientació de la nau espacial. Un catàlec d'estreles d'alta fidelitat típic per a la determinació de l'actitut s'origina a partir d'un catàlec base estàndar (per eixemple, del Observatori Naval dels Estats Units) i després es filtra per a eliminar estreles problemàtiques, per eixemple, per la variabilitat de magnitut aparent, l'incertitut del índex de color o una ubicació. dins del diagrama de Hertzsprung-Russell que implique poca fiabilitat. Este tipo de catàlecs d'estreles poden tindre mils d'estreles almagasenades en la memòria a bordo de la nau espacial, o ben processades usant ferramentes en l'estació terrestre i després enviades a la nau.

Magnetómetro

Un magnetómetro és un dispositiu que medix l'intensitat del camp magnètic i, si s'utilisa una tríade de tres eixos, la direcció del camp magnètic. Com a ajuda a la navegació d'una nau espacial, medix l'intensitat i direcció del camp i la compara en un mapa del camp magnètic de la Terra almagasenat en la memòria a bordo o en una computadora de guiat terrestre. Una volta que es coneix la posició de la nau espacial és possible inferir l'actitut.

Algoritmes

Els algoritmes de control són programes de computadora que reben senyes dels sensors del vehícul i determinen cuales són els comandos apropiats per als actuadors per a rotar el vehícul i dur-ho a l'actitut desijada. Existixen algoritmes des d'extremadament simples, per eixemple control proporcional, fins a estimadors no llineals complexos o numerosos tipos intermijos, depenent dels requeriments de la missió. Per lo general els algoritmes de control d'actitut formen part del software que s'eixecuta en el hardware que rep comandos des de la Terra i formatea senyes de telemetría de vehícul per a transmissió a una estació terrestre.

Vore també

• Orientació (geometria)
• Sistema de control de reacció