Trägheitsrad

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Ein Trägheitsrad oder auch Gyroskop oder Drallrad ist ein Typ von Kreisel, der von Raumflugkörpern zur Änderung von Winkelbewegungen, ohne den Treibstoffverbrauch von Düsenantrieben, benutzt wird. Ein Gyroskop erhöht die Ausrichtungsgenauigkeit von Raumflugkörpern und kann so die Treibstoffmenge, die sonst zur Lageregelung benötigt würde, reduzieren. Es stellt somit die aktive (momenterzeugende) Anwendung des Kreiselprinzips im Gegensatz zur passiv messenden bei Inertialen Navigationssystemen oder Kreiselkompassen dar.

Datei:V2Gyro.jpg
Gyroskop einer A4 (V2) Rakete
Ein Gyroskop der ISS

Typischerweise hat ein Flugkörper mehrere Kreiselsysteme, die entsprehend den drei Raumschiffhauptachsen ausgerichtet sind. Wenn eine Änderung dieser Ausrichtung gewünscht ist, wird duch eine Beschleunigung oder Abbremsung der Drehgeschwindigkeit ein Drehmoment in die eine oder andere Richtung erzeugt. Bei Erreichen der gewünschten Richtung wird die Bewegung durch einen entgegengesetzten Impuls gestoppt. Aus Redundanzgründen werden meist mehrere Gyroskope (z.B. 6 im Hubble-Weltraumteleskop) in langlebige Raumflugkörper installiert. Dabei kann jeder Gyroskop jede Grundrichtung einnehmen.

Diese Gyroskope sind üblicherweise als spezielle Art von Elektromotoren ausgebildet, so das eine elektronische Computersteuerung möglich ist. Die Beschaffenheit des Kreisels bestimmt die Bewegungsgeschwindigkeit des Kreisels und damit das speicherbare Winkelmoment. Da die Kreisel nur einen kleinen Teil der Gesamtmasse des Raumflugkörpers ausmachen, können mit genau bestimmbaren Geschwindigkeitsänderungen sehr feine Winkeländerungen erreicht werden. Darum kommen Trägkeitkreisel oft bei Flugkörpern mit Kameras oder Teleskopen zum Einsatz.

Mit der Zeit bauen sich in Kreiselsystemen gespeicherte Bewegungen auf, die durch den Einsatz von Triebwerken ausgeglichen werden müssen. Entwickler kombinieren daher Kreisel mit anderen Lageregelungssystemen. Die effektivste Art sind mögicherweise hocheffiziente Steuerungstriebwerke mit Ionenantrieb oder kleine, leichte Sonnensegel an Auslegern oder am Ende von Solarzellflächen. Die meisten Flugkörper brauchen aber auch schnellere Ausrichtungsänderungen und können sich nicht die Zusatzmasse von drei Orientierungssystemen leisten. Daher nutzen die Entwickler oft kleine, konventionelle Raketenantriebe mit einer Treibstoffkomponente zum Ausgleich der Winkelmomente und zur Durchführung schnellerer Ausrichtungsmanöver.

s.a. Gyroplattform