Ruote di reazione dissipative

Bar Spazio
#1

Lo metto in bar spazio visto che è TRL 0.
E’ l’ultimo giorno di ferie, portebbe darsi che la riattivazione dei neuroni sia lenta.
Sono mai stati sperimentati sistemi di reazione dissipativi? Le ruote di reazione sono note per essere quanto meno dissipative possibile.
In questo modo quando scambiano energia lo fanno in maniera quasi reversibile. Questo porta a saturazione.
Se si usassero sistemi termicamente dissipativi per attrito, si potrebbe ottenere la coppia in un senso o nell’altro, ad esempio invertendo il verso di scorrimento di un fluido in un condotto toroidale, ma dissipando termicamente (irraggiando nello spazio) una parte consistente dell’energia per ottenere un processo fortemente irreversibile si avrebbe da un lato una azione ridotta (buona parte dell’energia immessa viene dissipata, quindi la coppia generata non può essere paragonabile a quella di una ruota di reazione a pari potenza del motore) ma dall’altro il ripristino delle condizioni di quiete del fluido dopo un tempo determinato, senza che ci sia una coppia contraria di pari modulo restituita alla navicella.

Sto pensando come possibile applicazione un tubo in cui scorre fluido con perdita di carico elevatissima: l’energia immessa dalla pompa verrebbe convertita in calore per buona parte. Avendo un forte riscaldamento del fluido si potrebbe usare un sistema quasi impulsivo.

#2

Guarda che se si ferma da solo per dissipazione o se fermi tu la ruota l’effetto è lo stesso.

#3

Esatto, è come dice Vespiacic. Alimentando opportunamente una ruota di reazione la puoi frenare, ottenendo esattamente l’effetto di dissipazione che dici.

Ne consegue che anche la ruota la puoi usare in modo impulsivo, non avresti nessun vantaggio ad usare un tubo di fluido

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#4

Alla fine hai sempre la coppia di frenatura… che fa girare nell’altro senso. L’unica è usare un razzo, come già si fa.

#5

A me risulta che le ruote di reazione e i CMG (sono due cose diverse) non sono fatti per scambiare energia bensi’ momento angolare.

Nel farlo dissipano energia ma questo e’ un fenomeno indesiderato.

Dato che il momento di rotazione si conserva, per accelerare la rotazione del veicolo in senso antiorario puoi accelerare in senso orario una massa rotante, anche piu’ piccola se la accelleri di piu’. Il momento angolare complessivo del sistema veicolo piu’ massa rotante della ruota di reazione si conserva e non cambia.

Se dissipi l’energia di rotazione della ruota di reazione avrai un unico sistema di due masse che ruotano solidalmente con lo stesso momento angolare di prima e non hai piu’ modo di controllare la rotazione del veicolo lungo quell’asse di rotazione.

La conservazione del momento angolare (come quello della quantita’ di moto lineare) e’ una cosa. La conservazione dell’energia e’ un altra, molto diversa. Sono grandezze fisiche diverse. Il momento si conserva sempre se non ci sono scambi di massa o forze esterne. L’energia puo’ dissiparsi o degradarsi in calore per attrito.

Chiedo scusa se non ho capito la domanda.

CMG = Control moment gyroscope. Al contrario delle ruote di reazione non cambiano necessariamente la velocita’ di rotazione, sono montati su gimbal e sfruttano la resistenza alla rotazione dovuta all’effetto giroscopio per applicare una coppia al resto del veicolo.

#6

Avete proprio ragione. Ho scritto una fesseria!

#7

Naah, e poi la tua domanda sulle ruote dissipative servirà a dissipare i dubbi di altri utenti! ; )

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#8

Ormai ne approfitto per chiederle una domanda relativamente a un dubbio che ho da anni. Quando si fa la desaturazione? Quando è satura una ruota o devono essere almeno due? A seconda della risposta potrei togliermi il dubbio o aprirne altri :slight_smile:

#9

Non so se considero tutti i fattori del caso ma ho sempre pensato che le ruote le desaturino quando:

  1. la velocità angolare della ruota supera una certa soglia
  2. ci sono le condizioni favorevoli per sistemare l’assetto e usare i thruster

Quindi se si deve se ne desatura anche una sola, ma probabilmente quando ci sono le condizioni favorevoli si tende a desaturarne di più per togliersi il pensiero. Ma probabilmente ci hai già pensato anche tu, quindi forse mi sfugge qualcosa.

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#10

Pensavo che visto che si usano di solito 3 ruote di rotazione, e una rotazione si può ottenere come composizione delle altre due, se una sola ruota è satura, si può agire sulle altre due per ottenere l’effetto che normalmente si ottiene col razzetto. Non si risparmia carburante così?

#11

Pero’ vale la pena farlo solo se per le ruote di reazione del sistema si verificano queste condizioni:

  1. hanno una configurazione o ridondanza che lo permettono (e non ce ne sono di guaste)
  2. la combinazione dei loro livelli di saturazione permette di portare ad una desaturazione complessiva minore di quella di partenza

Altrimenti per desaturare una ruota saturi le altre…

#12

Esatto, è questo il mio ragionamento. Per questo chiedo se la desaturazione si fa quando ci sono almeno due delle tre ruote quasi sature.
Beh, per ora mi hai dato conferma che il mio ragionamento fila, quindi il dubbio è ragionevole. Ora vediamo se passa di qua qualcuno che ci lavora con le ruote e vediamo che mi dice.

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#13

Comunque certo che esistono:

#14

Se le ruote sono solo tre, ciascuna ha un asse di rotazione perpendicolare alle altre e non c’e’ ridondanza, se si rompe una ruota le altre due non possono sostituirla per controllare le rotazioni su quell’asse.

Se sono quattro possono essere montate, ad esempio, a tetraedro. Se se ne rompe una le altre tre hanno comunque una componente della loro rotazione lungo uno dei tre assi ortogonali quindi possono intervenire su qualunque direzione.

Se sono di piu’ si puo’ avere piu’ ridondanza. Pero’ il momento angolare totale che possono gestire ha comunque dei limiti fisici.

#15

In realtà, parlando per esperienza, la desaturazione si fa più come una modulazione in preparazioine di manovree/osservazioni imminenti. Questo, naturalmente, limitatamente a telescopi/osservatori spaziali e non alla ISS ad esempio.

Comunque, sapendo dove vuoi puntare, metti in ordine le manovre in modo che la variazione di velocità sia conveniente in modo tale da limitare la desaturazione per raggiunti limiti (sia di max sia di vicinanza allo 0 rpm) sia l’eccezione e non la regola.
Di fatto si parla di Reaction Wheel Bias, più che di Offset, in molte delle manovre delle missioni ESA con ruote di reazione.

Su XMM poi, per risparmiare propellente, è stato modificato il SW del sistema AOCS di bordo portando online anche la quarta ruota, spare, distribuendo quindi il carico su 4 ruote, una in più del necessario. Questo riduce ulteriormente le sparate dei thruster e aiuta a mantenere relativamente basso il numero di giri delle ruote e i relativi cambi di verso di rotazione.

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#16

Sì che c’è ridondanza, ogni ruota fa una rotazione bidimensionale.

#17

Anche vicinanza a zero è un problema? Non possono girare al contrario?

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#18

Certo che possono, ma in genere il passaggio allo zero e inversione di marcia rappresenta uno stress per le ruote “vecchiotte”, e se possibile si evita.
A volte, ovviamente non è proprio possibile, ma il punto è, specialmente per le missioni più “flight proven”, evitare di stuzzicare le ruote più del necessario oltre a minimizzare l’uso dei thrusters.

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#19

XD non proprio quello che intendevo