Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю» — так, по легенде, сказал Архимед, научно объяснив интуитивно понимаемый принцип работы рычага. Но в космическом вакууме опоры нет. А спутникам нужно, чтобы солнечные батареи смотрели на Солнце, антенны — на Землю, камера — на интересный участок Марса, а двигатель для коррекции орбиты — строго в определенную точку пространства. Приходится что-то придумывать, чтобы опереться на пустоту
Двигатели можно сделать мощными, чтобы поворачивать тяжелые аппараты или крутиться быстрее, или очень слабыми, чтобы поворачиваться очень точно. Они сравнительно мало весят и не требуют электроэнергии, когда не работают. Все бы хорошо, но для того, чтобы поворачиваться, нужно тратить топливо, а его всегда ограниченное количество. Да и у самих двигателей есть ограничения по количеству запусков и общему времени работы.
Двигатели ориентации можно также использовать для орбитальных маневров, особенно если планируется стыковка. Маршевый двигатель может толкать аппарат только в одну сторону, а с помощью двигателей ориентации можно смещаться по всем осям
Достоинства:
- Простота.
- Обеспечивают ориентацию по всем трем осям.
- Сравнительно небольшая масса.
- Гибкость: можно сделать мощные или очень точные двигатели.
- Могут использоваться для маневрирования на орбите.
- Могут долго находиться в выключенном состоянии.
Недостатки:
- Расход топлива.
- Ограничение по количеству запусков и общему времени работы.
- Загрязнение окрестностей аппарата сгоревшим топливом (может быть актуально для телескопов).
Двигатели ориентации используются обычно там, где требуется активное, сравнительно редкое или короткое по времени изменение ориентации аппарата. Поэтому они стоят на всех пилотируемых аппаратах, и обычно предпочтительны для межпланетных станций, которые месяцами и годами летят в спящем режиме, сохраняя построенную ориентацию
Стабилизация вращением
Всем нам с детства известна способность волчка сохранять вертикальное положение. Если раскрутить космический аппарат, он будет вести себя совершенно также, сохраняя стабилизацию по оси вращения.Если нас устраивает стабилизация по одной оси, мы не собираемся поворачивать аппарат в разные стороны и делать фотографии с длинной выдержкой, этот способ может оказаться очень экономным.
Достоинства:
- Простота.
- Экономичность — раскручиваемся один раз и крутимся хоть столетиями.
Недостатки:
- Стабилизация только по одной оси.
- Нельзя поворачивать аппарат.
- Вращение может мешать работе оборудования.
Исторически, стабилизацию вращением очень полюбили американцы. Все зонды программы «Пионер» стабилизировались вращением. На первых аппаратах это делалось из-за низкой грузоподъемности ракет — стабилизировать шестикилограммовый «Пионер-4» другими способами на технологиях 1959 года было невозможно. Стабилизация вращением «Пионеров» -10 и -11 выглядит отличным решением — если движение Земли по орбите укладывается в диаграмму направленности антенны, зонд постоянно «на связи», не тратя на это ни грамма топлива и не боясь отказа системы ориентации. Два зонда «Пионер-Венера» стабилизировали вращением, наверное, уже по привычке — на одном из них антенна механически вращалась, чтобы нацеливаться на Землю, что выглядит уже не очень рационально.
Кроме межпланетных станций, американцы широко использовали закрутку разгонных блоков. В этом случае твердотопливные разгонные блоки не нуждались в отдельной системе ориентации.