Sistema de control de reacción

Un sistema de control de reacción ( RCS ) es un sistema de nave espacial que utiliza propulsores para proporcionar control de actitud y traslación . Alternativamente, se pueden usar ruedas de reacción para el control de actitud, en lugar de un RCS. El uso del empuje desviado del motor para proporcionar un control de actitud estable de una aeronave de despegue y aterrizaje corto o vertical por debajo de las velocidades de vuelo convencionales de las aeronaves aladas, como en el caso del avión de despegue vertical Harrier , también puede denominarse sistema de control de reacción. ^{[ 1 ]}

Los sistemas de control de reacción son capaces de proporcionar pequeñas cantidades de empuje en cualquier dirección deseada o combinación de direcciones. Un RCS también es capaz de proporcionar par para permitir el control de la rotación ( balanceo, cabeceo y guiñada ). ^{[ 2 ]}

Los sistemas de control de reacción suelen utilizar combinaciones de propulsores grandes y pequeños ( de tipo vernier ) para permitir diferentes niveles de respuesta.

Los sistemas de control de reacción de las naves espaciales se utilizan para:

• control de actitud durante diferentes etapas de una misión; ^{[ 3 ]}
• mantenimiento de la posición en órbita ;
• maniobras de precisión durante los procedimientos de acoplamiento ;
• control de la orientación , o "apuntar la proa" de la nave;
• un medio de respaldo para la desorbitación ;
• Los motores de control de nivel se utilizan para cebar el sistema de combustible para la combustión del motor principal.

Debido a que las naves espaciales solo contienen una cantidad finita de combustible y hay pocas posibilidades de reabastecerlas, se han desarrollado sistemas alternativos de control de reacción para conservarlo. Para mantener la posición, algunas naves espaciales (en particular las que se encuentran en órbita geoestacionaria ) utilizan motores de alto impulso específico, como propulsores de arco , propulsores iónicos o propulsores de efecto Hall . Para controlar la orientación, algunas naves espaciales, incluida la ISS , utilizan ruedas de inercia que giran para controlar la velocidad de rotación del vehículo.

Tanto la cápsula espacial Mercury como el módulo de reentrada Gemini utilizaban grupos de toberas para el control de actitud . Los propulsores estaban ubicados fuera de su centro de masa , lo que proporcionaba un par de torsión para rotar la cápsula. La cápsula Gemini también era capaz de ajustar su trayectoria de reentrada mediante un giro, lo que dirigía su fuerza de sustentación descentrada. Los propulsores de Mercury utilizaban un monopropelente de peróxido de hidrógeno que se convertía en vapor al pasar a través de una rejilla de tungsteno , y los propulsores de Gemini utilizaban combustible de monometilhidrazina hipergólica oxidado con tetróxido de nitrógeno .

La nave espacial Gemini también estaba equipada con un sistema hipergólico de maniobra y control de actitud orbital , lo que la convirtió en la primera nave espacial tripulada con capacidad de traslación y rotación. El control de actitud en órbita se lograba mediante el encendido de pares de ocho propulsores de 110 N (25 libras de fuerza ) ubicados alrededor de la circunferencia de su módulo adaptador en el extremo posterior. El control de traslación lateral lo proporcionaban cuatro propulsores de 440 N (100 libras de fuerza) alrededor de la circunferencia en el extremo delantero del módulo adaptador (cerca del centro de masa de la nave). Dos propulsores de 380 N (85 libras de fuerza) orientados hacia adelante en la misma ubicación proporcionaban traslación hacia atrás, y dos propulsores de 440 N (100 libras de fuerza ) ubicados en el extremo posterior del módulo adaptador proporcionaban empuje hacia adelante, que podía usarse para cambiar la órbita de la nave. El módulo de reentrada Gemini también contaba con un sistema de control de reentrada independiente, compuesto por dieciséis propulsores ubicados en la base de su morro, para proporcionar control de rotación durante la reentrada.    

El módulo de mando Apolo disponía de un conjunto de doce propulsores hipergólicos para el control de actitud y un control de reentrada direccional similar al del módulo Gemini.

El Módulo de Servicio Apolo y el Módulo Lunar contaban cada uno con un conjunto de dieciséis propulsores hipergólicos R-4D , agrupados en conjuntos externos de cuatro, para proporcionar control de traslación y de actitud. Estos conjuntos estaban ubicados cerca de los centros de masa promedio de las naves y se activaban en pares en direcciones opuestas para el control de actitud.

Un par de propulsores de traslación se ubican en la parte trasera de la nave Soyuz; los propulsores opuestos se encuentran dispuestos en pares en la parte central de la nave (cerca del centro de masa), apuntando hacia afuera y hacia adelante. Estos actúan en pares para evitar la rotación de la nave. Los propulsores para el movimiento lateral también están montados en pares cerca del centro de masa de la nave.

Ubicación de los propulsores en los aviones espaciales

El X-15 suborbital y su compañero, el NF-104 AST , ambos diseñados para alcanzar una altitud que inutilizara sus superficies de control aerodinámico, establecieron una convención para la ubicación de los propulsores en vehículos alados no destinados a acoplarse en el espacio; es decir, aquellos que solo cuentan con propulsores de control de actitud. Los de cabeceo y guiñada se ubican en la nariz, delante de la cabina, y reemplazan un sistema de radar estándar. Los de alabeo se ubican en las puntas de las alas. El X-20 , que habría entrado en órbita, continuó con este patrón.

A diferencia de estos, el transbordador espacial orbital contaba con muchos más propulsores, necesarios para controlar la actitud de la nave tanto en vuelo orbital como durante la fase inicial de la reentrada atmosférica, así como para realizar maniobras de encuentro y acoplamiento en órbita. Los propulsores del transbordador estaban agrupados en la proa de la nave y en cada una de las dos cápsulas del Sistema de Maniobras Orbitales (OMS) situadas en la parte trasera . Ninguna tobera interrumpía el escudo térmico en la parte inferior de la nave; en su lugar, las toberas RCS de la proa, que controlan el cabeceo positivo, estaban montadas en el lateral de la nave e inclinadas hacia abajo. Los propulsores de cabeceo negativo, orientados hacia abajo, se ubicaban en las cápsulas OMS montadas en la cola/parte posterior.

La Estación Espacial Internacional utiliza giroscopios de momento de control (CMG) alimentados eléctricamente para el control de actitud principal, con sistemas de propulsión RCS como sistemas de respaldo y aumento. ^{[ 5 ]}

• NASA.gov
• Sistema de control de reacción del transbordador espacial archivado el 24 de mayo de 2009 en Wayback Machine.