利用地球引力来控制姿态 地球对周围物体的引力,其方向指向地球中心,引力大小与物体质量成比例,与物体到地心的距离平方成反比。这样,对一种哑铃形卫星来说,会受到所谓重力梯度力矩的作用。对于火箭和飞机,重力梯度力矩比起推力干扰力矩或气动力矩来说实在太小,可以忽略不计。对于自由飞行的卫星则可能是最主要的力矩。 利用重力梯度力矩,可以使哑铃形卫星(加上适当的阻尼装置)自动寻找并跟踪地心方向。与重力梯度力矩类似,轨道运动的离心力也会产生离心力梯度力矩。重力梯度力矩和离心力梯度力矩联合作用,可以获得三轴稳定。如果卫星是一本较厚的书,那么在这两种力矩联合作用下稳定的姿态是:书面与轨道面平行,书的长边与铅垂线平行。这些被动姿态控制方式,统称为重力梯度稳定。 重力梯度稳定方式简单可靠、消耗能量少、寿命长,但缺点是控制力矩小(因而易受干扰力矩影响)指向精度低、需要专门的阻尼装置、存在双向稳定和正确初始姿态捕获的问题。因此它目前仅用于少数对姿态精度要求不高的卫星。目前还在试验阶段的绳索卫星也利用重力梯度力矩。绳索卫星通过一根柔性绳索与航天飞机连接,向上或向下释放100公里,用于研究地磁场、电动力学、大气特性以及进行地球观测,还可以利用绳索中的电缆切割地球磁力线来发电或者产生改变卫星轨道的作用力。 主动姿态控制系统 自旋稳定和重力梯度稳定是利用卫星动力学特性和环境力矩实现的被动姿态控制。被动控制虽然有其优点,但是难以满足对姿态控制功能和性能的越来越高的要求。例如为了满足天线定向、观测仪器定向和太阳电池帆板定向的要求,必须发展比较复杂的主动三轴稳定姿态控制系统。