Gyrodyn on mekanismi , pyörivä inertialaite, jota käytetään pääsääntöisesti avaruusalusten (SC) erittäin tarkkaan stabilointiin ja suuntaamiseen [1] , joka varmistaa niiden oikean suunnan lennon aikana ja estää satunnaisen pyörimisen. Gyrodyn on kaksivaiheinen ohjaustehogyroskooppi , joka toimii gyrostabilisaattorina ; avaruusaluksissa hän korvasi yksinkertaisempia, mutta vähemmän tarkkoja ja helppokäyttöisiä järjestelmiä, jotka perustuivat moottorin vauhtipyörään [2] .
Gyrodynin toimintaperiaate on luoda gyroskooppinen momentti [3] , joka vaikuttaa gyroskoopin tukien kautta. Tämän laitteen toiminta perustuu liikemäärän säilymislakiin . Esimerkiksi kun moottorin vauhtipyörä pyörii yhteen suuntaan, avaruusalus alkaa pyöriä toiseen suuntaan. Jos avaruusalus alkoi ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta kääntyä tiettyyn suuntaan, riittää vauhtipyörän pyörimisnopeuden lisääminen samaan suuntaan, jotta se kompensoi hetken ("ottaa pyörimisen") ja avaruusaluksen ei-toivottu kääntyminen pysähtyy. On myös mahdollista kohdistaa vääntömomentti vauhtipyörän pyörimisakselin yli (muuttamatta sen pyörimisnopeutta) - tämä johtaa vauhtipyörän precesioon ja sen vastustukseen kohdistetuille voimille (jota voidaan pitää "pyörimistukena"). pystyy "hyväksymään" kulmamomentin rajalla ennen kuin akselin vauhtipyörää käännetään vastakkaiseen suuntaan).
Yhdysvaltain avaruusteollisuudessa käytetty kaksivaiheinen gyrostabilisaattori on nimeltään CMG englannista . ohjausmomenttigyroskooppi (kirjaimellisesti: gyroskooppi ohjausmomentilla ).
Jotta gyrodynit olisivat tehokkaita, niillä on oltava suuri hitausmomentti , mikä tarkoittaa merkittävää massaa ja kokoa . Suurille satelliiteille voimagyroskoopit voivat olla hyvin suuria. Esimerkiksi amerikkalaisen kiertorataaseman Skylabin kolme tehogyroskooppia painoivat kukin 110 kg ja pyörivät noin 9000 rpm taajuudella . Kansainvälisellä avaruusasemalla (ISS) gyrodiinit ovat laitteita, joiden mitat ovat yli metrin mittausakseleita pitkin ja joiden massa on noin 300 kg . Huolimatta merkittävästä massasta on silti kannattavampaa käyttää niitä kuin jatkuvasti toimittaa asemalle polttoainetta.
Jos puhumme gyrodiinien käytöstä miehittämättömässä ajoneuvossa, jota ohjataan kauko-ohjauksessa, niin aluksen erittäin tarkka suuntaus tulee ensisijaiseksi tavoitteeksi vakaan pitkän kantaman avaruusviestinnän varmistamiseksi , joka suoritetaan käyttämällä kapeasti suunnattuja parabolisia antenneja .
Laitteen vakauttamiseksi riittää kolme vauhtipyörämoottoria, joiden akselit ovat keskenään kohtisuorassa. Mutta vastuullisissa ajoneuvoissa niitä on enemmän sijoitettu paremman vikasietoisuuden vuoksi. Kuten kaikilla tuotteilla, joissa on voimakkaasti kuormitettuja ja nopeasti hankaavia liikkuvia osia, vauhtipyörillä ja gyrodineilla, joissa on mekaaninen laakeri roottorissa, on rajoitettu resurssi ja tauko. Joten vuonna 1997 Hubble-teleskooppiin järjestettiin erityinen korjaustehtävä STS-82 korvaamaan kuluneet ja vialliset vauhtipyörämoottorit . [4] [5] Vuonna 2004 hänen miehistönsä joutui tekemään useita avaruuskävelyjä korjatakseen ISS:n gyrodiinit . [6]
Sekä vauhtipyörämoottorien että gyrodyynien kyky tuottaa mekaanista vääntömomenttia on rajoitettu. Suuria vauhtipyörämoottoreita ei voida kiihdyttää muutamaa sataa tai korkeintaan tuhansia kierroksia minuutissa laakereiden rajoitusten vuoksi, joiden on kestettävä myös massiivisen vauhtipyörän inertiakuormitukset. Jos ulkoiset häiriöt pyörittävät laitetta jatkuvasti samaan suuntaan, niin ajan myötä vauhtipyörä saavuttaa maksiminopeudensa ja se on "purkaa" kytkemällä suuntamoottorit päälle ja vähentäen vauhtipyörän nopeutta.
Gyrodynit käyttävät vauhtipyörien akselin pyörimistä generoimaan gyroskooppista vääntömomenttia. Kun gyroskoopin kehyksiä on käännetty yli 90 astetta, gyroskooppinen momentti vaihtaa merkkiä päinvastaiseksi. Siksi gyroskooppisen momentin merkittävän pienenemisen välttämiseksi gyrodynin tapauksessa on myös tarpeen kytkeä päälle suuntamoottorit, "purkaa" gyroskoopin kinematiikkaa. Kuormittamattomien gyrodynien luominen ei ole mahdollista liikemäärän säilymislain vuoksi, mikä voi erityisesti muuttaa gyrodynin roottorien kierroksia. Jälkimmäistä ei useinkaan oteta huomioon kulmainertioidien parafysikaalisissa keksinnöissä [7] , koska gyroskooppien yksinkertaistettuja precessiomalleja käytetään.