為什么人造衛星在太空不會隨意翻滾

人造衛星在太空中飛行，會受到殘余空氣動力、微流星撞擊力、地球扁圓度引起的不均勻引力、太陽輻射壓力，以及衛星內部的運動機構(如彈簧、發動機)等干擾力的影響，導致衛星的姿態甚至軌道發生變化。另外，每種衛星都有自己特定的任務，在飛行時對它的飛行姿態都有一定的要求。比如，通信衛星上的拋物面天線和對地觀測衛星上的相機要始終對準地面，太陽觀測衛星上的望遠鏡要一直對準太陽。為此，衛星上裝有姿態控制和軌道控制分系統。

所謂衛星的姿態控制就是控制衛星的飛行姿態，保持姿態軸的穩定，并根據需要改變姿態軸的方向。由于各種干擾，衛星在空間的姿態角和姿態角速度往往會偏離設計值，這時就要進行控制和調整。

衛星的姿態控制分系統有被動和主動兩種。其中，被動控制系統的控制力不需要消耗衛星上的能源，而是用衛星的動力特性或空間環境力矩來提供，主要有自旋穩定等方式。主動控制系統是根據姿態誤差(測量值與標稱值之差)形成控制指令，產生控制力矩，實現姿態控制。它主要采取飛輪控制和噴氣控制等方式，可對衛星進行三軸穩定控制，這種方式被目前多數衛星采用。

自旋穩定方式是通過衛星繞一個軸自旋來保持穩定。簡單地說，其原理與旋轉的陀螺類似：高速旋轉可以保持物體的轉軸方向不變。早期的衛星大多采用這種簡單的控制方式。在衛星表面沿切線方向對稱地裝上小火箭發動機，需要時就點燃小發動機，產生力矩，使衛星旋轉起來，也可由末級運載火箭起旋。高速旋轉的衛星，其自轉軸在空間的指向就會保持不變。

三軸穩定方式是對衛星相互垂直的三個軸都進行控制，不允許任何一個軸產生超出規定值的轉動和擺動。實現衛星三軸姿態控制的系統一般包括姿態敏感器、姿態控制器和姿態執行機構三部分。姿態敏感器有慣性敏感器、地球敏感器、太陽敏感器、星敏感器等，用于察覺和測量衛星的姿態變化，即衛星沿各個軸的轉動角度、轉動角速度有多大，是否超出規定的范圍。

姿態控制器用于把姿態敏感器送來的衛星姿態角變化值的信號，經過一系列比較、處理，產生控制信號輸送到姿態執行機構。姿態執行機構則根據姿態控制器送來的控制信號產生力矩，使衛星姿態恢復到正確的位置，常用的執行機構有反作用飛輪和推力器。當衛星的姿態處于所要求的姿態時，飛輪保持勻速旋轉;如果衛星偏離了某一位置，飛輪加速或減速，產生一個相反方向的力矩，使衛星回復到所要求的姿態位置。衛星三個軸向各設置一個這樣的飛輪，就能控制衛星三個軸方向的姿態。也可以在衛星三個軸的方向安置若干個小的推力器，一旦衛星偏離所要求的姿態，相應方向的推力器就會噴出氣體，產生推力，使衛星回到所要求的姿態位置。