Domanda:
Perché le ruote di reazione si guastano così "frequentemente"?
coleopterist
2013-08-17 13:37:07 UTC
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Anche se mi rendo conto che "frequentemente" è relativo, perché esattamente le ruote di reazione si guastano così spesso? È semplicemente usura? Cosa succede ai loro meccanismi?

Nel caso del recente guasto di Kepler, come stava cercando di riparare la ruota da remoto la NASA?

Se è possibile includere la ridondanza aggiungendo un quarta ruota in formazione tetraedrica, non è possibile aggiungere più punti per ulteriore ridondanza?

Devi dimostrare le tue affermazioni con dati MTBF reali. Tutto ciò che è meccanico e rotante è il primo candidato a fallire, ovunque.
Quattro risposte:
#1
+20
Jon Green
2014-12-18 23:01:42 UTC
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[Background: sto scrivendo questo come sviluppatore il cui firmware è in volo su diverse missioni satellitari sostanziali. Ho sviluppato sistemi di controllo dell'assetto, lavorando direttamente con gli ingegneri hardware RW.]

Come dice Hash, c'è un problema di distribuzione della lubrificazione con le ruote di reazione con cuscinetti meccanici convenzionali. Il risultato è una maggiore usura, che porta a particelle di usura che si incorporano nel lubrificante, accelerando ulteriormente il processo di usura.

C'è una soluzione a questo: RW con cuscinetti magnetici. Questi non hanno alcun contatto fisico tra il rotore e il gruppo statico, quindi hanno una durata meccanica indefinita. Hanno anche il vantaggio di una coppia maggiore e di minori micro vibrazioni. Sfortunatamente, questi sono entrambi molto più costosi, e possono essere piuttosto più pesanti, dei progetti meccanici.

Se posso espandere leggermente l'ambito della domanda (ma rimango in argomento): la situazione è aggravata dalla finanza modello per missioni spaziali. Per poter dichiarare il successo di una missione (e quindi il finanziamento di progetti futuri), i progettisti della missione hanno fissato una soglia molto bassa per il successo. Molte, forse la maggior parte, delle missioni sono progettate con l'aspettativa inespressa che supereranno la soglia di successo con un margine molto sostanziale. Il problema è che il manifesto della missione sarà basato sulla distinta base per raggiungere quella bassa soglia di successo, qualcosa che sarà sottoposto a un attento esame da parte di manager e / o clienti attenti al budget.

Pertanto, le ruote di reazione saranno scelti che soddisfano i requisiti della missione di base, ma non sono necessariamente adatti allo scopo per una missione sostanzialmente estesa. Non sorprende che poi vediamo i primi fallimenti durante le missioni estese.

Sebbene _tutti_ i componenti siano scelti e qualificati solo per la durata richiesta. Capita che siano cose come dispositivi meccanici e batterie che tendono a cagare per prime. Soprattutto dispositivi meccanici rotanti che funzionano sempre a regimi molto elevati, ad esempio ruote di reazione. In rare occasioni il carburante per il controllo dell'assetto sarà esaurito prima che la durata del componente ti raggiunga. Troppo spesso i soldi finiscono prima di uno qualsiasi di questi.
Oh, quindi è colpa TUA! Ora ascoltate tutti, ho trovato il tizio che ha distrutto Keplero, è qui!
* ridacchia * Se avessi progettato quella missione, avrei voluto specificare sei RW in coppie ridondanti!
Ti capita di avere un'idea della differenza di prezzo tra un RW meccanico e uno magnetico? Inoltre, quante ore di volo hanno gli RW magnetici? E, mi dispiace, potresti entrare troppo nei dettagli qui, ma conosci anche CMG magnetici o VSCMG? Grazie
#2
+9
Hash
2013-08-17 14:17:06 UTC
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Le ruote di reazione sono costituite da un motore elettrico collegato a un volano. Ci sono due cause di guasto:

  • meccanico

  • elettrico

GUASTI MECCANICI

Sia i volani che il motore possono essere danneggiati dalle forze G e dalle vibrazioni provocate durante il lancio. Una volta nello spazio, lubrificare il cuscinetto è quasi impossibile, il che porta ad un aumento dell'attrito e alla fine al guasto.

GUASTO ELETTRONICO :

Una volta in orbita o dentro le radiazioni spaziali rappresentano una minaccia maggiore per i circuiti elettronici.

Esempio:
Nel caso di Keplero, una delle quattro ruote di reazione è andata persa a causa di irregolarità attrito per diversi mesi.

In un esercizio di cautela, i responsabili della missione hanno spento le ruote di reazione di Kepler per 10 giorni a gennaio, sperando che la rottura ridistribuisse il lubrificante all'interno dei gruppi ruota, riducendo attrito e permettendo alle unità di raffreddarsi.

Ciò non è accaduto: in realtà ha mostrato un aumento dell'attrito dopo lo spegnimento.

Ma si spera che le due ruote di reazione rimanenti funzionino correttamente.

#3
+5
Puffin
2016-01-29 17:07:06 UTC
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Qualche dettaglio in più sulle cause dei guasti meccanici: Instabilità della gabbia dei cuscinetti (scorri fino alle sezioni su Momentum e ruote di reazione) è un fenomeno comune. Afferma:

L'esaurimento del lubrificante del cuscinetto tra il fermo della pista di sfere causa instabilità della gabbia e conseguenti errori di puntamento, aumento della coppia del cuscinetto e vibrazioni della ruota.

non è immediatamente ovvio, prova questo come introduzione. La "corsa di sfere" è la pista circolare di un cuscinetto a sfere che contiene le sfere. Il fermo o gabbia è un materiale non metallico, solitamente fenolico, che si trova nella corsa della palla e mantiene le palle distanziate. Le sfere quindi sopportano sia la corsa, che prende il carico principale del meccanismo, sia la gabbia, che non sopporta alcun carico. L'instabilità della gabbia del cuscinetto si riferisce a modalità vibrazionali involontarie della gabbia causate dalla mancanza di lubrificante.

Ciò ha influenzato almeno il Cassini, anche qui, e XMM-Newton.

Le soluzioni tipiche menzionate in questi ultimi documenti, apprese per tentativi ed errori, includono l'arresto della ruota per un po 'per consentire al lubrificante di ridistribuire, e anche evitare determinate velocità operative, molto elevate o vicine allo zero.

#4
+5
uhoh
2018-10-11 06:20:50 UTC
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Questa breve risposta ha lo scopo di evidenziare le informazioni nella sua forma più completa all'interno di questa risposta.

Se lo trovi interessante, leggi la risposta completa e se sei così incline a votare, considera di farlo lì piuttosto che qui.

Poiché questa e l'altra domanda sono in qualche modo diverse e ciascuna ha risposte buone e non identiche, non vedo un modo per lanciare nessuna delle due domande come duplicato dell'altra.

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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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