Các nhà khoa học Trung tâm Vũ trụ Việt Nam đã thiết kế công cụ với tỉ lệ 100% nội địa.
Mô phỏng thực hành điều khiển vệ tinh
Bộ công cụ thực hành xác định và điều khiển tư thế vệ tinh (ADCS Kit) là sản phẩm khoa học công nghệ thuộc chương trình Phát triển Công nghệ cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Chương trình có tên “Phát triển bộ công cụ thực hành phân hệ xác định và điều khiển tư thế vệ tinh phục vụ đào tạo công nghệ vũ trụ” do ThS Trương Xuân Hùng làm chủ nhiệm và Trung tâm Vũ trụ Việt Nam là đơn vị chủ trì.
Nhóm nghiên cứu phát triển bộ ADCS Kit với cấu tạo đơn giản và kích thước nhỏ gọn để phù hợp với mục đích thực hành cho sinh viên bậc đại học và sau đại học. Trong thời gian triển khai thực hiện nhiệm vụ nhóm nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp kỹ thuật cho cơ cấu chuyển đổi các kiểu cấu hình bánh xe động lượng và giải pháp kỹ thuật này đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế.
Bộ sản phẩm ADCS gồm 2 phần chính: Bàn giả lập trạng thái không trọng lượng, không ma sát và khối xác định, điều khiển tư thế theo ba trục. Trong đó, xác định tư thế chỉ sử dụng cảm biến IMU đo lường bộ thông số tốc độ góc/tư thế; điều khiển tư thế sử dụng các bánh xe động lượng tuân theo định luật bảo toàn động lượng.
Đây là những thành phần rất cơ bản của ADCS trong vệ tinh. Bộ công cụ kết nối với phần mềm điều khiển trên máy tính thông qua kênh truyền thông không dây. Sinh viên tương tác với ADCS Kit thông qua giao diện người dùng.
Đặc điểm công nghệ chủ yếu của ADCS Kit, ThS Trương Xuân Hùng cho biết chính là cơ cấu chuyển đổi cấu hình bánh xe động lượng. Trong phân hệ xác định và điều khiển tư thế vệ tinh, các bánh xe động lượng được bố trí theo nhiều kiểu cấu hình, trong đó ba kiểu phổ biến nhất là: Cấu hình ba trục, cấu hình kim tự tháp và cấu hình tứ diện.
Một giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất và triển khai thực hiện, cho phép thay đổi vị trí lắp đặt bánh xe động lượng theo ba cấu hình nói trên trong vùng không gian giới hạn trước. Đồng thời quá trình thay đổi cấu hình được thực hiện một cách nhanh chóng.
Đây là cơ sở để nhóm nghiên cứu đã đăng ký được bằng độc quyền sáng chế số 30577, “Cơ cấu chuyển đổi các kiểu cấu hình bánh xe động lượng cho bộ công cụ thực hành phân hệ xác định và điều khiển tư thế vệ tinh hỗ trợ đào tạo công nghệ vũ trụ”.
Với việc ứng dụng cơ cấu như vậy, ADCS Kit có thể vận hành linh hoạt với một trong ba cấu hình và người thực hành có cơ hội làm quen những phương án điều khiển tư thế vệ tinh khác nhau; điều chỉnh ma trận chuyển đổi mô men động lượng và tham số bộ điều khiển cho từng cấu hình.
Giả lập trạng thái không trọng lượng và không ma sát
ThS Trương Xuân Hùng cho biết, đây là một đặc điểm kỹ thuật quan trọng của bộ công cụ ADCS Kit, cho phép mô phỏng lại môi trường hoạt động gần tương tự như trong không gian. Bàn giả lập được lắp khớp cầu đệm khí, là cơ cấu cơ khí đặc thù, có khả năng tạo ra chuyển động quay tự do theo ba trục với ma sát rất nhỏ, được sử dụng để giả lập trạng thái không ma sát.
Trạng thái không trọng lượng được xác định tương ứng với trạng thái cân bằng phiếm định của bàn giả lập, gồm khớp cầu và các thành phần khác. Khi tọa độ của điểm trọng tâm trùng với tâm quay của khớp cầu, bàn giả lập có xu hướng giữ nguyên tư thế bất kỳ đồng thời tác động của thành phần trọng lực hướng tâm bị loại bỏ.
Bộ công cụ thực hành ADCS Kit là một sản phẩm công nghệ đã kết hợp được những ý tưởng công nghệ mới với những kết quả nghiên cứu trước đó. ADCS Kit được kỳ vọng sẽ đóng góp tích cực trong hoạt động đào tạo sinh viên thuộc chuyên ngành công nghệ vũ trụ nói chung và thực hành xác định và điều khiển tư thế vệ tinh nói riêng.
Theo nhóm nghiên cứu, do tính chất đặc thù của ngành, quá trình đào tạo rất cần những bộ công cụ như vậy. Ngoài ra, trong quá trình phát triển sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã có được hai đóng góp mới về mặt công nghệ và có định hướng ứng dụng thực tế.
Đầu tiên, phát triển được một giải pháp gá lắp bánh xe động lượng để tạo ra ba cấu hình khác nhau: Kim tự tháp, tứ diện, ba trục. Bên cạnh đó, bước đầu làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khớp cầu đệm khí, thực hiện hoàn toàn trong nước cho phép sản xuất toàn bộ phần cơ khí của bộ công cụ ADCS Kit với tỷ lệ nội địa hóa đạt 100%.