文：晟宇（视频讲解）
本文图片来源于网络
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本文主要参考：Robert Stengel Space System Design, MAE 342, Princeton University
https://www.zhihu.com/video/1012841755527475200
所谓执行就是动起来
姿控的执行机构，就是卫星转身的脚，扭头的脖子，有力的腰腹，说白了就是让你动起来的部分。卫星的姿态执行机构就是将卫星哪点动起来的小想法付诸实现的部分，所以敏感器是输入的话，执行机构就是输出了。
我们之前的分享里介绍过，所谓缘起性空，动和不动都是一样的，一样的控制，动可以无所为，不动也可能要出大力。
卫星的姿控目标就是要么稳定，要么变向期望的方向。就好像你在人群中要去看那一个Ta，搜索的目光要动，看到了要稳。都离不了执行。
五花八门的执行机构
飞行器不同，控制的目标也不同，所处的环境相异，所以最后来执行的控制器的种类也是非常的多，和以往一样，我就挑几个我愿意讲的和大家聊聊，如还有兴趣请自行搜索或者买书。
喷气推力器
喷气推力器一般会用在比较大的航天器上，例如宇宙飞船啊，空间站啊，或者比较大的卫星上。
shengyu@Cité de l’espace
喷气推力器这玩意儿就是歪着装的，用来推进的推力器一般都是正对中心，或者总体的效果是正对中心的对称样式，这样一推航天器就朝前走了。
歪着的喷嘴呢就好像你在风车一个叶片边缘装个气球，一放气风车就转起来了，喷气推力器就是这个原理。
喷气这种姿控的好处就是见效快啊，一喷就转起来，而且大玩意儿也能推的动，你想啊本来是用来往前跑的，原地转转算什么啊。
问题是力气太大了也存在问题，就是使巧劲儿的能力比较差，一推就容易推过了头，还要再用别的控制器找补一点精度回来。
还有另外一个问题，就是这种执行机构依靠燃料，燃料用完了就没有用了，所以还得省着点用，控制的时候得想想好。
磁力矩器
还记得我们在敏感器的一讲里说过的磁强计么，磁强计是通过对地球磁场的测量来确定我们航天器的姿态，磁力矩器的使用正好是另外一端，就是通过和地球磁场切割来产生力矩。
怎么弄呢，有点中学物理知识的朋友很容易想到了，绕线圈啊。每个方向上都弄它一根，各个方向的姿态不就都可以控制了么。而且这个东西好啊，你可以去控制这个力矩 大小，很容易地实现比较准确的姿态控制。
而且原理简单，实现也不会费太大力气，而且卫星上都是电器，你不弄点主动控制的磁力矩，就都是干扰力矩了，多多少少还方向各异。
所以磁力矩器也是很多卫星必选的姿态控制执行机构。
但是呢，由于它这原理和磁强计一样一样的 ，要能用就需要有地球磁场啊，而且磁场越强越好，那么中轨和高轨的航天器就不太好用了，这是它在空间使用上的局限。
飞轮
说到飞轮呢，这个稍微有一点复杂啊，根据飞轮的安装位置，转速变化范围和平均动量力矩等不同，可以具体分为惯性轮啊，反作用轮啊、动量轮啊、偏置动量轮啊这里我就不来绕大家了，（因为我自己都有点绕不清楚哦~）。
飞轮来进行控制的原理就是利用动量守恒的原理。
大概就是这个意思，要让外面的卫星转起来，就需要轮子在里面转。这样对于整个系统来说动量是守恒的，但是卫星本体获得了姿态的改变或者保持。
当然了之前说的那些各种内容，包括安装的位置之类就是影响最后控制效果的因素。由于我们可以选择一个或者多个轮子来进行控制，同时现在又可以很准确地来控制轮子转动的速度，所以利用飞轮来进行的卫星姿态控制可以实现比较高的精度。
而且利用飞轮（组）来进行控制还有一个大好处，就是这个东西首先不像磁力矩器那样受到使用区域的影响，哪里都可以用，只用物理规律有效。而且它消耗的就是电能，所以卫星的能源系统正常工作，它就可以使用。不存在燃料用完这一说。
但是呢，它的问题也是明显的，首先一个它的寿命不收到燃料影响，但是这种一直转的东西必然受到像轴承啊之类部件寿命的影响，所以这些地方的工艺决定着能用的期限。
还有它会饱和，总有个上限的速度是轮子的极限，这个时候就需要其他的控制器，比如喷气的、比如磁力矩器来把这个力矩卸载掉。所以一般也不能单独使用。
高级货-CMG
动量力矩陀螺CMG是姿控控制器里的高级货，几乎是敏捷卫星的标配。因为它可以提供更强的姿态控制能力，实现高速高精度的姿态控制效果。
例如欧洲的敏捷卫星Pleiades就配备了CMG，实现非常多的成像模式，可以这里拍那里拍，盯着一个地方拍等等。
动量力矩陀螺可以简单地解释为，把飞轮装在一个框架上，轮子所处的位置还可以调整，框架角是可以变化的，根据框架的不同，又可以分成什么单框架啊，双框架啊。如果轮子的速度还可以调整就是框架动量轮了。
shengyu@Cité de l’espace
由于能力比较强，不只是敏捷卫星，很多深空飞行器和载人航天器都是用CMG组来进行姿态的控制。
另外现在也出现了动量球等相同原理的控制器，只是控制能力可以更加灵活。
其他手段
如果控制的目标不是动起来而是稳住，那么还有很多控制方式，例如利用外界的力矩来实现平衡。
例如高轨的卫星可以利用太阳的光压力矩来实现平衡，卫星上加一个重力杠可以利用重力来实现姿态的平衡在很多行星探测器中使用到。
包括还有一些生命周期比较短的航天器会采用气动力矩来平衡。不过这些手段使用地比较有限了。
未来控制器的类型肯定会越来越多，大家可以大开脑洞和晟宇交流。
下一次和大家聊聊“牵着“卫星的那根风筝线，测控系统，欢迎继续关注。
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张晟宇- 中科院微小卫星创新研究院高级主管 | 到「在行」来约见我
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：张晟宇
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