أنظمة التحكم في رد الفعل

نظام التحكم بالاستجابة ( RCS ) هو نظام مركبات فضائية يستخدم محركات الدفع لتوفير التحكم في الوضع والانتقال . وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام عجلات الاستجابة للتحكم في الوضع، بدلاً من نظام التحكم بالاستجابة. كما يُشار إلى استخدام قوة دفع المحرك المُحوّلة لتوفير تحكم مستقر في وضع طائرة ذات إقلاع وهبوط قصير أو عمودي بسرعات أقل من سرعات الطيران التقليدية للطائرات ذات الأجنحة، كما هو الحال مع طائرة هارير النفاثة القافزة ، بنظام التحكم بالاستجابة. ^{[ 1 ]}

تستطيع أنظمة التحكم في رد الفعل توفير كميات صغيرة من الدفع في أي اتجاه مطلوب أو مجموعة من الاتجاهات. كما تستطيع هذه الأنظمة توفير عزم دوران يسمح بالتحكم في الدوران ( الدوران، والميل، والانعراج ). ^{[ 2 ]}

تستخدم أنظمة التحكم في رد الفعل غالبًا مجموعات من المحركات النفاثة الكبيرة والصغيرة ( الدقيقة )، للسماح بمستويات مختلفة من الاستجابة.

تُستخدم أنظمة التحكم في رد فعل المركبات الفضائية من أجل:

• التحكم في الوضعية خلال المراحل المختلفة للمهمة؛ ^{[ 3 ]}
• الحفاظ على المحطة في المدار ؛
• المناورة الدقيقة أثناء إجراءات الالتحام ؛
• التحكم في اتجاه المركبة ، أو "توجيه مقدمة المركبة"؛
• وسيلة احتياطية لإخراج المركبة من المدار ؛
• محركات التعبئة لتجهيز نظام الوقود لعملية احتراق المحرك الرئيسي.

نظرًا لأن المركبات الفضائية لا تحتوي إلا على كمية محدودة من الوقود، وفرص إعادة تعبئتها ضئيلة، فقد طُوّرت أنظمة بديلة للتحكم في رد الفعل بهدف ترشيد استهلاك الوقود. وللحفاظ على موقعها في المدار، تستخدم بعض المركبات الفضائية (خاصةً تلك الموجودة في المدار المتزامن مع الأرض ) محركات ذات دافع نوعي عالٍ ، مثل محركات القوس النفاث ، أو محركات الدفع الأيوني ، أو محركات الدفع بتأثير هول . وللتحكم في اتجاهها، تستخدم بعض المركبات الفضائية، بما في ذلك محطة الفضاء الدولية ، عجلات زخم تدور للتحكم في معدلات دوران المركبة.

استخدمت كل من كبسولة ميركوري الفضائية ووحدة جيميني لإعادة الدخول مجموعات من الفوهات للتحكم في وضعية المركبة . وُضعت المحركات النفاثة بعيدًا عن مركز ثقلها ، مما وفر عزم دوران لتدوير الكبسولة. كما كانت كبسولة جيميني قادرة على تعديل مسار عودتها إلى الغلاف الجوي عن طريق الدوران، الذي يوجه قوة الرفع غير المركزية. استخدمت محركات ميركوري وقودًا أحاديًا من بيروكسيد الهيدروجين يتحول إلى بخار عند دفعه عبر شاشة من التنجستن ، بينما استخدمت محركات جيميني وقودًا من أحادي ميثيل الهيدرازين عالي الاشتعال مؤكسد برابع أكسيد النيتروجين .

زُوِّدت مركبة جيميني الفضائية بنظام تحكم في وضعية المدار والمناورة يعمل بالوقود عالي الطاقة ، مما جعلها أول مركبة فضائية مأهولة تتمتع بقدرة على الحركة الانتقالية والدورانية. وتم التحكم في وضعية المركبة في المدار عن طريق تشغيل أزواج من ثمانية محركات دفع بقوة 25 رطلاً (110 نيوتن) موزعة حول محيط وحدة التثبيت في أقصى طرفها الخلفي. أما التحكم في الحركة الانتقالية الجانبية، فكان يتم بواسطة أربعة محركات دفع بقوة 100 رطل (440 نيوتن) موزعة حول محيط وحدة التثبيت في طرفها الأمامي (بالقرب من مركز كتلة المركبة). كما وفر محركان دفع موجهان للأمام بقوة 85 رطلاً (380 نيوتن) في الموقع نفسه الحركة الانتقالية الخلفية، بينما وفر محركان دفع بقوة 100 رطل (440 نيوتن) في الطرف الخلفي لوحدة التثبيت الدفع الأمامي، والذي يمكن استخدامه لتغيير مدار المركبة. كما احتوت وحدة إعادة الدخول الخاصة بـ Gemini على نظام تحكم منفصل لإعادة الدخول مكون من ستة عشر محركًا دافعًا موجودة في قاعدة مقدمتها، لتوفير التحكم الدوراني أثناء إعادة الدخول.    

كانت وحدة القيادة أبولو تحتوي على مجموعة من اثني عشر محركًا نفاثًا فائق الاشتعال للتحكم في الوضع، والتحكم في إعادة الدخول الاتجاهي على غرار جيميني.

احتوت كل من وحدة الخدمة ووحدة الهبوط القمرية في برنامج أبولو على ستة عشر محركًا نفاثًا فائق الاشتعال من طراز R-4D ، مُجمّعة في مجموعات خارجية من أربعة محركات، لتوفير التحكم في الحركة والوضع. وُضعت هذه المجموعات بالقرب من متوسط ​​مركز كتلة المركبة، وتم تشغيلها في أزواج باتجاهين متعاكسين للتحكم في الوضع.

يوجد زوج من محركات الدفع الانتقالية في مؤخرة مركبة سويوز الفضائية؛ وبالمثل، توجد محركات دفع معاكسة في منتصف المركبة (بالقرب من مركز الكتلة) موجهة للخارج وللأمام. تعمل هذه المحركات معًا لمنع المركبة من الدوران. كما تُركّب محركات الدفع الخاصة بالاتجاهات الجانبية بالقرب من مركز كتلة المركبة، في أزواج أيضًا.

موقع المحركات النفاثة على المركبات الفضائية

أرست المركبة الفضائية شبه المدارية X-15 ومركبة التدريب الفضائية المرافقة لها NF-104 AST ، المصممتان للوصول إلى ارتفاع يجعل أسطح التحكم الديناميكية الهوائية غير قابلة للاستخدام، معيارًا لمواقع المحركات النفاثة على المركبات المجنحة غير المصممة للالتحام في الفضاء؛ أي تلك التي تحتوي فقط على محركات للتحكم في الوضع. تقع محركات التحكم في الميل والانعراج في مقدمة المركبة، أمام قمرة القيادة، لتحل محل نظام الرادار القياسي. أما محركات التحكم في الدوران فتقع عند أطراف الأجنحة. واستمرت المركبة X-20 ، التي كان من المقرر أن تدخل المدار، على هذا النهج.

على عكس هذه المركبات، احتوى مكوك الفضاء المداري على عدد أكبر بكثير من المحركات النفاثة، والتي كانت ضرورية للتحكم في وضعية المركبة أثناء الطيران المداري وفي المراحل الأولى من دخول الغلاف الجوي، بالإضافة إلى تنفيذ مناورات الالتقاء والالتحام في المدار. جُمعت محركات المكوك في مقدمة المركبة وعلى كل من وحدتي نظام المناورة المدارية الخلفيتين . لم تقطع أي فوهات الدرع الحراري الموجود أسفل المركبة؛ بدلاً من ذلك، رُكبت فوهات نظام التحكم في رد الفعل (RCS) الأمامية، التي تتحكم في الميل الموجب، على جانب المركبة، وكانت مائلة للأسفل. أما محركات الميل السالب المواجهة للأسفل، فكانت موجودة في وحدتي نظام المناورة المدارية المثبتتين في الذيل/الجزء الخلفي من المركبة.

تستخدم محطة الفضاء الدولية جيروسكوبات عزم التحكم التي تعمل بالطاقة الكهربائية ( CMG ) للتحكم الأساسي في الوضع، مع أنظمة الدفع RCS كأنظمة احتياطية ومعززة. ^{[ 5 ]}

• NASA.gov
• نظام التحكم في رد الفعل لمكوك الفضاء (RCS) مؤرشف بتاريخ 24 مايو 2009 على موقع Wayback Machine