Spacecraft attitude control
અવકાશયાન વલણ નિયંત્રણ એ સંદર્ભની જડતા માળખા અથવા અન્ય અસ્તિત્વ જેમ કે આકાશી ગોળા, ચોક્કસ ક્ષેત્રો અને નજીકના પદાર્થો, વગેરેના સંદર્ભમાં અવકાશયાન (વાહન અથવા ઉપગ્રહ) ની દિશાને નિયંત્રિત કરવાની પ્રક્રિયા છે. વાહનના વલણને નિયંત્રિત કરવા માટે વાહનની દિશા માપવા માટે સેન્સર, વાહનને ઇચ્છિત વલણ તરફ વાળવા માટે જરૂરી ટોર્ક લાગુ કરવા માટે એક્ટ્યુએટર્સ અને (1) વર્તમાન વલણના સેન્સર માપન અને (2) ઇચ્છિત વલણના સ્પષ્ટીકરણના આધારે એક્ટ્યુએટર્સને આદેશ આપવા માટે એલ્ગોરિધમ્સની જરૂર પડે છે. સેન્સર, એક્ચ્યુએટર્સ અને એલ્ગોરિધમ્સના સંયોજનનો અભ્યાસ કરતા સંકલિત ક્ષેત્રને માર્ગદર્શન, નેવિગેશન અને નિયંત્રણ (GNC) કહેવામાં આવે છે. વિહંગાવલોકન અવકાશયાનનું વલણ સામાન્ય રીતે વિવિધ કારણોસર સ્થિર અને નિયંત્રિત હોવું જોઈએ. તે ઘણીવાર જરૂરી હોય છે જેથી અવકાશયાન ઉચ્ચ-લાભ એન્ટેનાને સંદેશાવ્યવહાર માટે પૃથ્વી તરફ સચોટ રીતે નિર્દેશિત કરી શકાય, જેથી જહાજ પરના પ્રયોગો સચોટ સંગ્રહ અને ડેટાના અનુગામી અર્થઘટન માટે ચોક્કસ નિર્દેશ કરી શકે, જેથી સૂર્યપ્રકાશ અને છાયાની ગરમી અને ઠંડકની અસરોનો ઉપયોગ કરી શકાય. સ્થિરીકરણના પ્રકારો અવકાશયાનનું નિયંત્રણ બે મુખ્ય અભિગમોમાંથી એકનો ઉપયોગ કરીને જાળવવામાં આવે છેઃ સ્પિન સ્થિરીકરણ સ્થિર કરવાની પદ્ધતિ તરીકે ફરતા અવકાશયાન સમૂહની જાઇરોસ્કોપિક ક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને અવકાશયાનને ફરતું ગોઠવીને પૂર્ણ કરવામાં આવે છે. સ્પિન દરમાં અથવા સ્પિન-સ્થિર વલણમાં ઇચ્છિત ફેરફારો કરવા માટે પ્રોપલ્શન સિસ્ટમ થ્રસ્ટર્સને માત્ર પ્રસંગોપાત છોડવામાં આવે છે. જો ઇચ્છા હોય તો, થ્રસ્ટર્સના ઉપયોગ દ્વારા અથવા યો-યો ડી-સ્પિન દ્વારા કાંતણ અટકાવી શકાય છે. બાહ્ય સૌરમંડળમાં પાયોનિયર 10 અને પાયોનિયર 11 ચકાસણીઓ સ્પિન-સ્થિર અવકાશયાનના ઉદાહરણો છે. અવકાશયાન વલણ નિયંત્રણની એક વૈકલ્પિક પદ્ધતિ છે જેમાં અવકાશયાનને કોઈપણ પરિભ્રમણ વિના ઇચ્છિત દિશામાં સ્થિર રાખવામાં આવે છે. એક પદ્ધતિ એ છે કે માન્ય વલણ ભૂલના ડેડબેન્ડની અંદર અવકાશયાનને સતત આગળ અને પાછળ ધકેલવા માટે નાના થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ કરવો. થ્રસ્ટર્સને સામૂહિક-નિષ્કાસન નિયંત્રણ (એમ. ઇ. સી.) પ્રણાલીઓ અથવા પ્રતિક્રિયા નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ (આર. સી. એસ.) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. સ્પેસ પ્રોબ્સ વોયેજર 1 અને વોયેજર 2 આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે, અને જુલાઈ 2015 સુધીમાં તેમના 100 કિલોગ્રામ પ્રોપેલન્ટમાંથી લગભગ ત્રણ ચતુર્થાંશનો ઉપયોગ કર્યો છે. ત્રણ-અક્ષ સ્થિરીકરણ હાંસલ કરવાની બીજી પદ્ધતિ એ છે કે વિદ્યુત સંચાલિત પ્રતિક્રિયા ચક્રોનો ઉપયોગ કરવો, જેને વેગ ચક્ર પણ કહેવાય છે, જે અવકાશયાનમાં ત્રણ ઓર્થોગોનલ અક્ષો પર માઉન્ટ થયેલ હોય છે. તેઓ અવકાશયાન અને વ્હીલ્સ વચ્ચે આગળ અને પાછળ કોણીય વેગનો વેપાર કરવા માટે એક સાધન પૂરું પાડે છે. આપેલ અક્ષ પર વાહનને ફેરવવા માટે, તે અક્ષ પરના પ્રતિક્રિયા ચક્રને વિરુદ્ધ દિશામાં વેગ આપવામાં આવે છે. વાહનને પાછું ફેરવવા માટે, ચક્ર ધીમું કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સૌર ફોટોન દબાણ અથવા ગુરુત્વાકર્ષણ ઘટકોમાંથી બાહ્ય ટોર્કને કારણે સિસ્ટમમાં જે વધુ વેગ વધે છે, તેને પ્રસંગોપાત અવકાશયાનમાં નિયંત્રિત ટોર્ક લાગુ કરીને સિસ્ટમમાંથી દૂર કરવો જોઈએ જેથી વ્હીલ્સને કમ્પ્યુટર નિયંત્રણ હેઠળ ઇચ્છિત ઝડપે પાછા ફરવાની મંજૂરી મળે. આ મોમેન્ટમ ડિસેચ્યુરેશન અથવા મોમેન્ટમ અનલોડ કવાયત તરીકે ઓળખાતી કવાયત દરમિયાન કરવામાં આવે છે. મોટાભાગના અવકાશયાન ડિસેચ્યુરેશન કવાયત માટે ટોર્ક લાગુ કરવા માટે થ્રસ્ટર્સની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે. હબલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપ દ્વારા એક અલગ અભિગમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં સંવેદનશીલ ઓપ્ટિક્સ હતા જે થ્રસ્ટર એક્ઝોસ્ટ દ્વારા દૂષિત થઈ શકે છે, અને તેના બદલે ડિસેચ્યુરેશન કવાયત માટે ચુંબકીય ટોર્કર્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. સ્પિન સ્થિરીકરણ અને ત્રણ-અક્ષ સ્થિરીકરણ બંનેના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે. સ્પિન-સ્ટેબિલાઇઝ્ડ ક્રાફ્ટ સતત વ્યાપક ગતિ પ્રદાન કરે છે જે ક્ષેત્રો અને કણોના સાધનો તેમજ કેટલાક ઓપ્ટિકલ સ્કેનીંગ સાધનો માટે ઇચ્છનીય છે, પરંતુ તેમને ડી-સ્પિન એન્ટેના અથવા ઓપ્ટિકલ સાધનો માટે જટિલ સિસ્ટમોની જરૂર પડી શકે છે જે વિજ્ઞાનના અવલોકનો અથવા પૃથ્વી સાથેના સંદેશાવ્યવહાર માટેના લક્ષ્યો તરફ નિર્દેશિત હોવા જોઈએ. થ્રી-એક્સિસ કંટ્રોલ્ડ ક્રાફ્ટ ઓપ્ટિકલ સાધનો અને એન્ટેનાને ડી-સ્પિન કર્યા વિના નિર્દેશ કરી શકે છે, પરંતુ તેમને તેમના ક્ષેત્રો અને કણ સાધનોનો શ્રેષ્ઠ ઉપયોગ કરવા માટે વિશેષ ફરતી કવાયત કરવી પડી શકે છે. જો થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ નિયમિત સ્થિરીકરણ માટે કરવામાં આવે છે, તો ઇમેજિંગ જેવા ઓપ્ટિકલ અવલોકનો એ જાણીને તૈયાર કરવા જોઈએ કે અવકાશયાન હંમેશા ધીમે ધીમે આગળ અને પાછળ ઝૂલતું રહે છે, અને હંમેશા બરાબર અનુમાનિત રીતે નહીં. પ્રતિક્રિયા વ્હીલ્સ નિરીક્ષણો કરવા માટે વધુ સ્થિર અવકાશયાન પ્રદાન કરે છે, પરંતુ તેઓ અવકાશયાનમાં દળ ઉમેરે છે, તેમની પાસે મર્યાદિત યાંત્રિક જીવનકાળ હોય છે, અને તેમને વારંવાર મોમેન્ટમ ડિસેચ્યુરેશન કવાયતની જરૂર પડે છે, જે થ્રસ્ટર્સના ઉપયોગ દ્વારા આપવામાં આવતા પ્રવેગને કારણે નેવિગેશન ઉકેલોને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે. આર્ટિક્યુલેશન ઘણા અવકાશયાનમાં એવા ઘટકો હોય છે જેને આર્ટિક્યુલેશનની જરૂર હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વોયેજર અને ગેલિલિયોને અવકાશયાનની દિશાથી મોટે ભાગે સ્વતંત્ર રીતે તેમના લક્ષ્યો પર ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોને નિર્દેશ કરવા માટે સ્કેન પ્લેટફોર્મ સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા હતા. ઘણા અવકાશયાન, જેમ કે મંગળની ભ્રમણકક્ષામાં, સૌર પેનલ્સ હોય છે જે સૂર્યને ટ્રેક કરે છે જેથી તેઓ અવકાશયાનને વિદ્યુત શક્તિ પ્રદાન કરી શકે. કેસીનીના મુખ્ય એન્જિન નોઝલ ચલાવવા યોગ્ય હતા. સોલર પેનલ, અથવા સ્કેન પ્લેટફોર્મ, અથવા નોઝલ-એટલે કે, તેને કેવી રીતે સ્પષ્ટ કરવું-ક્યાં નિર્દેશ કરવો તે જાણવું એ અવકાશયાનના વલણનું જ્ઞાન જરૂરી છે. કારણ કે એક જ સબસિસ્ટમ અવકાશયાનના વલણ, સૂર્યનું સ્થાન અને પૃથ્વીના સ્થાન પર નજર રાખે છે, તે ઉપાંગોને નિર્દેશ કરવા માટે યોગ્ય દિશાની ગણતરી કરી શકે છે. તે તાર્કિક રીતે એક જ સબસિસ્ટમ-એટીટ્યુડ એન્ડ આર્ટિક્યુલેશન કંટ્રોલ સબસિસ્ટમ (એ. એ. સી. એસ.) પર આવે છે, પછી, વલણ અને ઉચ્ચારણ બંનેનું સંચાલન કરવા માટે. એ. એ. સી. એસ. નામને અવકાશયાનમાં પણ લઈ જવામાં આવી શકે છે, ભલે તેમાં સ્પષ્ટ કરવા માટે કોઈ ઉપાંગ ન હોય. ભૂમિતિ વલણ એ વર્ણનનો એક ભાગ છે કે વસ્તુને તે જે જગ્યા રોકે છે તેમાં કેવી રીતે મૂકવામાં આવે છે. વલણ અને સ્થિતિ સંપૂર્ણપણે વર્ણવે છે કે પદાર્થને અવકાશમાં કેવી રીતે મૂકવામાં આવે છે. (રોબોટિક્સ અને કોમ્પ્યુટર વિઝન જેવી કેટલીક એપ્લિકેશનો માટે, સ્થિતિ અને વલણને એકસાથે પોઝ તરીકે ઓળખાતા એક જ વર્ણનમાં જોડવાની પ્રથા છે.) વલણને વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને વર્ણવી શકાય છે; જો કે, સૌથી સામાન્ય પરિભ્રમણ મેટ્રિક્સ, ક્વાટર્નિયન અને યુલર ખૂણા છે. જ્યારે યુલર ખૂણાઓ ઘણીવાર કલ્પના કરવા માટે સૌથી સીધી રજૂઆત હોય છે, ત્યારે તેઓ ગિમ્બલ લોક તરીકે ઓળખાતી ઘટનાને કારણે અત્યંત કુશળ પ્રણાલીઓ માટે સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે છે. બીજી બાજુ, પરિભ્રમણ મેટ્રિક્સ, ત્રણને બદલે નવ મૂલ્યોની જરૂરિયાતના ભોગે વલણનું સંપૂર્ણ વર્ણન પ્રદાન કરે છે. પરિભ્રમણ મેટ્રિક્સના ઉપયોગથી ગણતરીના ખર્ચમાં વધારો થઈ શકે છે અને તેની સાથે કામ કરવું વધુ મુશ્કેલ બની શકે છે. ક્વાટર્નિયનો એક યોગ્ય સમાધાન આપે છે જેમાં તેઓ ગિમ્બલ લોકથી પીડાતા નથી અને વલણને સંપૂર્ણ રીતે વર્ણવવા માટે માત્ર ચાર મૂલ્યોની જરૂર પડે છે. વલણ નિયંત્રણ કરી શકાય તે પહેલાં, વર્તમાન વલણ નક્કી કરવું આવશ્યક છે. વલણને કોઈ એક માપ દ્વારા સીધા માપી શકાતું નથી, અને તેથી માપનના સમૂહમાંથી (ઘણીવાર વિવિધ સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને) ગણતરી (અથવા અંદાજ) કરવી આવશ્યક છે. આ ક્યાં તો સ્થિર રીતે કરી શકાય છે (ફક્ત હાલમાં ઉપલબ્ધ માપનો ઉપયોગ કરીને વલણની ગણતરી), અથવા આંકડાકીય ફિલ્ટર (સૌથી સામાન્ય રીતે, કાલમાન ફિલ્ટર) ના ઉપયોગ દ્વારા કરી શકાય છે જે આંકડાકીય રીતે વર્તમાન વલણનો શ્રેષ્ઠ અંદાજ મેળવવા માટે વર્તમાન સેન્સર માપ સાથે અગાઉના વલણના અંદાજોને જોડે છે. સ્થિતિ/સ્થાન કેટલાક સેન્સર અને કાર્યક્રમો માટે (જેમ કે મેગ્નેટોમીટરનો ઉપયોગ કરીને અવકાશયાન) ચોક્કસ સ્થાન પણ જાણવું આવશ્યક છે. જ્યારે મુદ્રાના અંદાજનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, ત્યારે અવકાશયાન માટે વલણના અંદાજથી અલગ સ્થિતિનો (ભ્રમણકક્ષાના નિર્ધારણ દ્વારા) અંદાજ લગાવવો સામાન્ય રીતે પૂરતો હોય છે. પૃથ્વીની નજીક કાર્યરત પાર્થિવ વાહનો અને અવકાશયાન માટે, ઉપગ્રહ નેવિગેશન પ્રણાલીઓના આગમનથી ચોક્કસ સ્થિતિનું જ્ઞાન સરળતાથી મેળવી શકાય છે. આ સમસ્યા ઊંડા અવકાશ વાહનો અથવા ગ્લોબલ નેવિગેશન સેટેલાઇટ સિસ્ટમ (જી. એન. એસ. એસ.) માં કાર્યરત પાર્થિવ વાહનો માટે વધુ જટિલ બની જાય છે (નેવિગેશન જુઓ). સ્થિર વલણ અંદાજ પદ્ધતિઓ સ્થિર વલણ અંદાજ પદ્ધતિઓ વાહબાની સમસ્યાનું સમાધાન છે. ઘણા ઉકેલો પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે, ખાસ કરીને ડેવનપોર્ટની ક્યૂ-પદ્ધતિ, ક્યૂઈએસટી, ટ્રાઇએડ અને એકવચન મૂલ્ય વિઘટન. ક્રેસિડિસ, જ્હોન એલ., અને જ્હોન એલ. જંકીન્સ. ચેપમેન અને હોલ/સી. આર. સી., 2004. ક્રમિક અંદાજ પદ્ધતિઓ કાલમન ગાળણનો ઉપયોગ વલણ તેમજ કોણીય દરનો ક્રમિક અંદાજ કાઢવા માટે થઈ શકે છે. કારણ કે વલણ ગતિશીલતા (કઠોર શરીર ગતિશીલતા અને વલણ ગતિશાસ્ત્રનું સંયોજન) બિન-રેખીય છે, એક રેખીય કાલમન ફિલ્ટર પૂરતું નથી. કારણ કે વલણની ગતિશીલતા ખૂબ બિન-રેખીય નથી, વિસ્તૃત કાલમાન ફિલ્ટર સામાન્ય રીતે પૂરતું હોય છે (જોકે ક્રેસિડીસ અને માર્કલીએ દર્શાવ્યું હતું કે સુગંધિત કાલમાન ફિલ્ટરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, અને પ્રારંભિક અંદાજ નબળો હોય તેવા કિસ્સાઓમાં લાભ પ્રદાન કરી શકે છે). બહુવિધ પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે, જો કે મલ્ટિપ્લિકેટિવ એક્સટેન્ડેડ કાલમન ફિલ્ટર (એમઇકેએફ) એ અત્યાર સુધીનો સૌથી સામાન્ય અભિગમ છે. આ અભિગમ ભૂલ ચતુર્થાંશની ગુણાકાર રચનાનો ઉપયોગ કરે છે, જે ચતુર્થાંશ પરની એકતાની મર્યાદાને વધુ સારી રીતે નિયંત્રિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. ડાયનેમિક મોડેલ રિપ્લેસમેન્ટ તરીકે ઓળખાતી તકનીકનો ઉપયોગ કરવો પણ સામાન્ય છે, જ્યાં કોણીય દરનો સીધો અંદાજ લગાવવામાં આવતો નથી, પરંતુ જાઇરોમાંથી માપવામાં આવેલા કોણીય દરનો ઉપયોગ સમયસર રોટેશનલ ડાયનેમિક્સનો પ્રચાર કરવા માટે સીધો થાય છે. આ મોટાભાગની એપ્લિકેશનો માટે માન્ય છે કારણ કે સિસ્ટમ પર કામ કરતા વિક્ષેપ ટોર્ક (જે કોણીય દરના ચોક્કસ અંદાજ માટે જરૂરી છે) ના જ્ઞાન કરતાં ગાયરો સામાન્ય રીતે વધુ ચોક્કસ હોય છે. વલણ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ એ કમ્પ્યુટર પ્રોગ્રામ્સ છે જે વાહન સેન્સરમાંથી ડેટા મેળવે છે અને વાહનને ઇચ્છિત વલણમાં ફેરવવા માટે એક્ટ્યુએટર્સને યોગ્ય આદેશો મેળવે છે. અલ્ગોરિધમ્સ ખૂબ જ સરળ છે, દા. ત. મિશનની જરૂરિયાતોને આધારે, પ્રમાણસર નિયંત્રણ, જટિલ બિનરેખીય અંદાજકર્તાઓ અથવા વચ્ચેના ઘણા પ્રકારો. લાક્ષણિક રીતે, વલણ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ કમ્પ્યુટર હાર્ડવેર પર ચાલતા સોફ્ટવેરનો એક ભાગ છે, જે જમીન પરથી આદેશો મેળવે છે અને ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન પર પ્રસારણ માટે વાહન ડેટા ટેલિમેટ્રીનું બંધારણ કરે છે. વલણ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ ચોક્કસ વલણ દાવપેચ માટેની જરૂરિયાતના આધારે લખવામાં અને અમલમાં મૂકવામાં આવે છે. ગુરુત્વાકર્ષણ-ઢાળ સ્થિરીકરણ જેવા નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણના અમલીકરણ ઉપરાંત, મોટાભાગના અવકાશયાન સક્રિય નિયંત્રણનો ઉપયોગ કરે છે જે લાક્ષણિક વલણ નિયંત્રણ લૂપ દર્શાવે છે. નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમની રચના ચોક્કસ વલણ દાવપેચ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રેરક પર આધાર રાખે છે, જો કે સરળ પ્રમાણસર-સંકલિત-વ્યુત્પન્ન નિયંત્રક (પી. આઈ. ડી. નિયંત્રક) નો ઉપયોગ મોટાભાગની નિયંત્રણ જરૂરિયાતોને સંતોષે છે. માપેલા અને ઇચ્છિત વલણ વચ્ચેના તફાવત તરીકે વર્ણવેલ ભૂલ સંકેતોના આધારે એક્ટ્યુએટર્સ માટે યોગ્ય આદેશો મેળવવામાં આવે છે. ભૂલ સંકેતોને સામાન્ય રીતે યુલર ખૂણા (φ, θ, χ) તરીકે માપવામાં આવે છે, જો કે આના વિકલ્પને દિશા કોસાઇન મેટ્રિક્સ અથવા ભૂલ ક્વાટર્નિયનોની દ્રષ્ટિએ વર્ણવી શકાય છે. પી. આઈ. ડી. નિયંત્રક જે સૌથી સામાન્ય છે તે વલણના આધારે ભૂલ સંકેત (વિચલન) પર પ્રતિક્રિયા આપે છે, જ્યાં નિયંત્રણ ટોર્ક છે, તે વલણ વિચલન સંકેત છે અને પી. આઈ. ડી. નિયંત્રક પરિમાણો છે. આનું સરળ અમલીકરણ નાદિર પોઇન્ટિંગ માટે પ્રમાણસર નિયંત્રણનો ઉપયોગ હોઈ શકે છે, જેમાં ગતિ અથવા પ્રતિક્રિયા વ્હીલ્સનો ઉપયોગ એક્ટ્યુએટર્સ તરીકે થાય છે. વ્હીલ્સની ગતિમાં ફેરફારના આધારે, નિયંત્રણ કાયદાને 3-અક્ષો x, y, z માં વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે કારણ કે આ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ ગતિ ડમ્પિંગને પણ અસર કરે છે. અન્ય મહત્વપૂર્ણ અને સામાન્ય નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમમાં ડિટમ્બલિંગની વિભાવનાનો સમાવેશ થાય છે, જે અવકાશયાનના કોણીય વેગને ઘટાડે છે. અવકાશયાનને વિખેરવાની જરૂરિયાત પ્રક્ષેપણ વાહનમાંથી મુક્ત થયા પછી અનિયંત્રિત સ્થિતિમાંથી ઉદ્ભવે છે. પૃથ્વીની નીચી ભ્રમણકક્ષા (LEO) માં મોટાભાગના અવકાશયાન ચુંબકીય વિઘટન ખ્યાલનો ઉપયોગ કરે છે જે પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રની અસરનો ઉપયોગ કરે છે. નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમને બી-ડોટ નિયંત્રક કહેવામાં આવે છે અને તે નિયંત્રણ એક્ટ્યુએટર્સ તરીકે ચુંબકીય કોઇલ અથવા ટોર્ક સળિયા પર આધાર રાખે છે. નિયંત્રણ કાયદો શરીર-નિશ્ચિત મેગ્નેટોમીટર સંકેતોના પરિવર્તનના દરના માપન પર આધારિત છે. જ્યાં ચુંબકીય ટોર્કની આદેશિત ચુંબકીય દ્વિધ્રુવ ક્ષણ છે અને તે પ્રમાણસર લાભ છે અને પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રના પરિવર્તનનો દર છે. સેન્સર્સ રિલેટિવ એટીટ્યુડ સેન્સર્સ ઘણા સેન્સર્સ આઉટપુટ પેદા કરે છે જે વલણમાં પરિવર્તનના દરને પ્રતિબિંબિત કરે છે. આને વલણ નક્કી કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરવા માટે જાણીતા પ્રારંભિક વલણ અથવા બાહ્ય માહિતીની જરૂર પડે છે. આ વર્ગના ઘણા સેન્સરમાં થોડો ઘોંઘાટ હોય છે, જે સંપૂર્ણ વલણ સેન્સર દ્વારા સુધારવામાં ન આવે તો અચોક્કસતા તરફ દોરી જાય છે. ગાયરોસ્કોપ એ એવા ઉપકરણો છે જે બાહ્ય પદાર્થોના નિરીક્ષણ પર આધાર રાખ્યા વિના ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશમાં પરિભ્રમણને સમજે છે. શાસ્ત્રીય રીતે, ગાયરોસ્કોપમાં કાંતતા દળનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ બંધ માર્ગની આસપાસ પ્રતિબિંબિત સુસંગત પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને "રિંગ લેસર ગાયરોઝ" પણ છે. "ગાયરો" નો બીજો પ્રકાર અર્ધગોલાકાર રેઝોનેટર ગાયરો છે જ્યાં વાઇન ગ્લાસ જેવા આકારના સ્ફટિક કપને ઓસિલેશનમાં ચલાવી શકાય છે, જેમ વાઇન ગ્લાસ તેના કિનારે આંગળી ઘસવામાં આવે છે તેમ "ગાય છે". ઓસિલેશનની દિશા જડતા અવકાશમાં નિશ્ચિત હોય છે, તેથી અવકાશયાનને સંબંધિત ઓસિલેશનની દિશાને માપવાનો ઉપયોગ જડતા અવકાશના સંદર્ભમાં અવકાશયાનની ગતિને સમજવા માટે થઈ શકે છે. ગતિ સંદર્ભ એકમો ગતિ સંદર્ભ એકમો એ એક અથવા બહુ-અક્ષ ગતિ સેન્સર સાથેનું એક પ્રકારનું જડતા માપન એકમ છે. તેઓ એમ. ઇ. એમ. એસ. જાઇરોસ્કોપનો ઉપયોગ કરે છે. કેટલાક બહુ-અક્ષ એમઆરયુ રોલ, પિચ, યૉ અને હેવને માપવામાં સક્ષમ છે. તેમની એરોનોટિકલ ક્ષેત્રની બહારની એપ્લિકેશનો છે, જેમ કેઃ એન્ટેના મોશન કોમ્પેન્સેશન અને સ્ટેબિલાઇઝેશન ડાયનેમિક પોઝિશનિંગ હેવ કોમ્પેન્સેશન ઓફશોર ક્રેન્સ હાઇ સ્પીડ ક્રાફ્ટ મોશન કંટ્રોલ અને ડેમ્પિંગ સિસ્ટમ્સ હાઇડ્રો એકોસ્ટિક પોઝિશનિંગ મોશન કોમ્પેન્સેશન સિંગલ અને મલ્ટીબીમ ઇકોસૌન્ડર્સ ઓશન વેવ માપન ઓફશોર સ્ટ્રક્ચર મોશન મોનિટરિંગ ઓરિએન્ટેશન અને સ્વાયત્ત પાણીની અંદરના વાહનો અને દૂરથી સંચાલિત પાણીની અંદરના વાહનો પર વલણ માપન શિપ મોશન મોનિટરિંગ એબ્સોલ્યુટ એટીટ્યુડ સેન્સર આ વર્ગના સેન્સર અવકાશયાનની બહારના ક્ષેત્રો, પદાર્થો અથવા અન્ય ઘટનાઓની સ્થિતિ અથવા દિશાને સમજે છે. ક્ષિતિજ સંવેદક એ એક ઓપ્ટિકલ સાધન છે જે પૃથ્વીના વાતાવરણના 'અંગ' એટલે કે ક્ષિતિજ પરથી પ્રકાશને શોધી કાઢે છે. થર્મલ ઇન્ફ્રારેડ સેન્સિંગનો ઉપયોગ ઘણીવાર થાય છે, જે વધુ ઠંડી કોસ્મિક પૃષ્ઠભૂમિની સરખામણીમાં વાતાવરણની તુલનાત્મક ગરમીને અનુભવે છે. આ સેન્સર બે ઓર્થોગોનલ અક્ષો વિશે પૃથ્વીના સંદર્ભમાં દિશા પ્રદાન કરે છે. તે તારાકીય નિરીક્ષણ પર આધારિત સેન્સર કરતાં ઓછું ચોક્કસ હોય છે. કેટલીકવાર તેને પૃથ્વી સેન્સર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઓર્બિટલ ગાયરોકોમ્પાસ જે રીતે પાર્થિવ ગાયરોકોમ્પાસ સ્થાનિક ગુરુત્વાકર્ષણને સમજવા માટે લોલકનો ઉપયોગ કરે છે અને તેના ગાયરોને પૃથ્વીના સ્પિન વેક્ટર સાથે સંરેખણમાં દબાણ કરે છે, અને તેથી ઉત્તર તરફ નિર્દેશ કરે છે, તે જ રીતે ઓર્બિટલ ગાયરોકોમ્પાસ પૃથ્વીના કેન્દ્રની દિશાને સમજવા માટે ક્ષિતિજ સેન્સરનો ઉપયોગ કરે છે, અને ભ્રમણકક્ષાના સમતલમાં સામાન્ય અક્ષ વિશે પરિભ્રમણને સમજવા માટે ગાયરોનો ઉપયોગ કરે છે. આમ, ક્ષિતિજ સેન્સર પિચ અને રોલ માપન પ્રદાન કરે છે, અને જાઇરો યૉ પ્રદાન કરે છે. ટેટ-બ્રાયન ખૂણા જુઓ. સૂર્ય સંવેદક એ એક એવું ઉપકરણ છે જે સૂર્યની દિશાને અનુભવે છે. આ કેટલાક સૌર કોષો અને શેડ્સ જેટલું સરળ હોઈ શકે છે, અથવા મિશનની જરૂરિયાતોને આધારે સ્ટીરેબલ ટેલિસ્કોપ જેટલું જટિલ હોઈ શકે છે. પૃથ્વી સંવેદક એ એક એવું ઉપકરણ છે જે પૃથ્વીની દિશાને અનુભવે છે. તે સામાન્ય રીતે ઇન્ફ્રારેડ કેમેરા હોય છે; આજકાલ વલણ શોધવાની મુખ્ય પદ્ધતિ સ્ટાર ટ્રેકર છે, પરંતુ પૃથ્વી સેન્સર હજુ પણ તેમની ઓછી કિંમત અને વિશ્વસનીયતા માટે ઉપગ્રહોમાં સંકલિત છે. સ્ટાર ટ્રેકર એ એક ઓપ્ટિકલ ઉપકરણ છે જે ફોટોસેલ (ઓ) અથવા કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને સ્ટાર (ઓ) ની સ્થિતિને માપે છે. તે તેની આસપાસના તારાઓની સાપેક્ષ સ્થિતિને ઓળખવા અને પછી તેની ગણતરી કરવા માટે તેજ અને વર્ણપટ પ્રકારનો ઉપયોગ કરે છે. મેગ્નેટોમીટર એ એક એવું ઉપકરણ છે જે ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિને અનુભવે છે અને જ્યારે તેનો ઉપયોગ ત્રણ-અક્ષ ત્રિપુટી, ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશામાં થાય છે. અવકાશયાન નેવિગેશનલ સહાય તરીકે, સંવેદનાત્મક ક્ષેત્રની શક્તિ અને દિશાની સરખામણી પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રના નકશા સાથે કરવામાં આવે છે જે ઓન-બોર્ડ અથવા ગ્રાઉન્ડ-આધારિત માર્ગદર્શન કમ્પ્યુટરની સ્મૃતિમાં સંગ્રહિત હોય છે. જો અવકાશયાનની સ્થિતિ જાણીતી હોય તો વલણનું અનુમાન લગાવી શકાય છે. એક્ટ્યુએટર્સ વલણ નિયંત્રણ ઘણી પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવી શકાય છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ થ્રસ્ટર્સ વર્નિયર થ્રસ્ટર્સ સૌથી સામાન્ય એક્ટ્યુએટર્સ છે, કારણ કે તેનો ઉપયોગ સ્ટેશન રાખવા માટે પણ થઈ શકે છે. થ્રસ્ટર્સને ત્રણેય અક્ષો વિશે સ્થિરીકરણ પ્રદાન કરવા માટે એક પ્રણાલી તરીકે ગોઠવવું આવશ્યક છે, અને વાહનને અનુવાદ આપતા અટકાવવા માટે દરેક અક્ષમાં ઓછામાં ઓછા બે થ્રસ્ટર્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે જોડી તરીકે ટોર્ક પ્રદાન કરવા માટે થાય છે. તેમની મર્યાદાઓમાં બળતણનો ઉપયોગ, એન્જિનનો ઉપયોગ અને નિયંત્રણ વાલ્વનું ચક્ર સામેલ છે. વલણ નિયંત્રણ પ્રણાલીની બળતણ કાર્યક્ષમતા તેના ચોક્કસ આવેગ (એક્ઝોસ્ટ વેગના પ્રમાણસર) અને તે પ્રદાન કરી શકે તેવી સૌથી નાની ટોર્ક આવેગ (જે ચોક્કસ નિયંત્રણ પ્રદાન કરવા માટે થ્રસ્ટરોએ કેટલી વાર ગોળીબાર કરવો જોઈએ તે નિર્ધારિત કરે છે) દ્વારા નક્કી થાય છે. પરિભ્રમણ શરૂ કરવા માટે થ્રસ્ટર્સને એક દિશામાં અને જો નવો અભિગમ રાખવો હોય તો ફરીથી વિરુદ્ધ દિશામાં છોડવા જોઈએ. વોસ્ટોક, મર્ક્યુરી, જેમિની, એપોલો, સોયુઝ અને સ્પેસ શટલ સહિત મોટાભાગના ક્રૂ સ્પેસ વાહનો પર થ્રસ્ટર સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. મિશનના સમયગાળા પર બળતણની મર્યાદાને ઘટાડવા માટે, સહાયક વલણ નિયંત્રણ પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ વાહનના પરિભ્રમણને નીચલા સ્તરે ઘટાડવા માટે થઈ શકે છે, જેમ કે નાના આયન થ્રસ્ટર્સ કે જે સૌર કોષોમાંથી શક્તિનો ઉપયોગ કરીને આયનીકૃત વાયુઓને વિદ્યુત રીતે અત્યંત વેગ આપે છે. પ્રતિક્રિયા/મોમેન્ટમ વ્હીલ્સ મોમેન્ટમ વ્હીલ્સ એ ઇલેક્ટ્રિક મોટર સંચાલિત રોટર્સ છે જે વાહનને ફરીથી દિશા આપવા માટે જરૂરી વિરુદ્ધ દિશામાં ફરવા માટે બનાવવામાં આવે છે. કારણ કે મોમેન્ટમ વ્હીલ્સ અવકાશયાનના જથ્થાનો એક નાનો ભાગ બનાવે છે અને કમ્પ્યુટર નિયંત્રિત હોય છે, તેઓ ચોક્કસ નિયંત્રણ આપે છે. ઘર્ષણ અને ભંગાણની સમસ્યાઓને ટાળવા માટે મોમેન્ટમ વ્હીલ્સને સામાન્ય રીતે ચુંબકીય બેરિંગ પર લટકાવવામાં આવે છે. સ્પેસક્રાફ્ટ રિએક્શન વ્હીલ્સ ઘણીવાર યાંત્રિક બોલ બેરિંગનો ઉપયોગ કરે છે. ત્રિ-પરિમાણીય જગ્યામાં દિશા જાળવવા માટે ઓછામાં ઓછા ત્રણ પ્રતિક્રિયા ચક્રોનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે, જેમાં વધારાના એકમો એકલ નિષ્ફળતા રક્ષણ પૂરું પાડે છે. યુલર ખૂણા જુઓ. નિયંત્રણ ક્ષણ ગાયરો આ સ્થિર ઝડપે કાંતેલા રોટર છે, જે વલણ નિયંત્રણ પ્રદાન કરવા માટે ગિમ્બલ પર માઉન્ટ થયેલ છે. જો કે સી. એમ. જી. ગાયરો સ્પિન અક્ષને બે ઓર્થોગોનલ અક્ષો વિશે નિયંત્રણ પૂરું પાડે છે, ત્રિ-અક્ષીય નિયંત્રણ માટે હજુ પણ બે એકમોની જરૂર પડે છે. ખર્ચ અને જથ્થાની દ્રષ્ટિએ CMG થોડી વધુ મોંઘી છે, કારણ કે ગિમ્બલ અને તેમની ડ્રાઇવ મોટર્સ પૂરી પાડવી આવશ્યક છે. સીએમજી દ્વારા લાગુ કરાયેલ મહત્તમ ટોર્ક (પરંતુ મહત્તમ કોણીય વેગમાં ફેરફાર નહીં) વેગ ચક્ર કરતાં વધારે હોય છે, જે તેને મોટા અવકાશયાન માટે વધુ યોગ્ય બનાવે છે. એક મોટી ખામી એ વધારાની જટિલતા છે, જે નિષ્ફળતા બિંદુઓની સંખ્યામાં વધારો કરે છે. આ કારણોસર, આંતરરાષ્ટ્રીય અવકાશ મથક બેવડી નિષ્ફળતા સહનશીલતા પ્રદાન કરવા માટે ચાર CMG ના સમૂહનો ઉપયોગ કરે છે. સૌર સેઇલ્સ નાના સૌર સેઇલ્સ (જે ઉપકરણ ઘટના પ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરીને પ્રેરિત પ્રતિક્રિયા બળ તરીકે દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે) નો ઉપયોગ નાના વલણ નિયંત્રણ અને વેગ ગોઠવણો કરવા માટે થઈ શકે છે. આ એપ્લિકેશન બળતણ ખર્ચ વિના નિયંત્રણ ક્ષણો ઉત્પન્ન કરીને લાંબા ગાળાના મિશન પર મોટી માત્રામાં બળતણ બચાવી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, મેરિનર 10 એ તેના સૌર કોષો અને એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરીને નાના સૌર સેઇલ્સ તરીકે તેના વલણને સમાયોજિત કર્યું. ગુરુત્વાકર્ષણ-ઢાળ સ્થિરીકરણ ભ્રમણકક્ષામાં, અન્ય બે કરતાં ઘણી લાંબી એક ધરી ધરાવતું અવકાશયાન સ્વયંભૂ દિશા નિર્દેશ કરશે જેથી તેની લાંબી ધરી ગ્રહના દળના કેન્દ્ર તરફ નિર્દેશ કરે. આ પ્રણાલીમાં કોઈ સક્રિય નિયંત્રણ પ્રણાલી અથવા બળતણના ખર્ચની જરૂર નથી. આ અસર ભરતી બળને કારણે થાય છે. વાહનના ઉપલા છેડે નીચલા છેડા કરતાં ઓછું ગુરુત્વાકર્ષણીય ખેંચાણ અનુભવે છે. જ્યારે પણ લાંબી ધરી ગુરુત્વાકર્ષણની દિશા સાથે સહ-રેખીય ન હોય ત્યારે આ પુનઃસ્થાપિત ટોર્ક પ્રદાન કરે છે. જ્યાં સુધી ભીનાશના કેટલાક સાધનો પૂરા પાડવામાં ન આવે ત્યાં સુધી, અવકાશયાન સ્થાનિક ઊભી આસપાસ દોલન કરશે. કેટલીકવાર ઉપગ્રહના બે ભાગોને જોડવા માટે ટેથરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેથી સ્થિરીકરણ ટોર્કમાં વધારો થાય. આવા ટેથરની સમસ્યા એ છે કે રેતીના દાણાં જેટલા નાના ઉલ્કાઓ તેમને વિભાજિત કરી શકે છે. ચુંબકીય ટોર્કર્સ કોઇલ અથવા (ખૂબ નાના ઉપગ્રહો પર) કાયમી ચુંબક સ્થાનિક ચુંબકીય ક્ષેત્રની સામે એક ક્ષણનો ઉપયોગ કરે છે. આ પદ્ધતિ માત્ર ત્યારે જ કામ કરે છે જ્યાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર હોય જેની સામે પ્રતિક્રિયા કરવી હોય. એક ક્લાસિક ક્ષેત્ર "કોઇલ" વાસ્તવમાં ગ્રહોના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વાહક ટિથરના સ્વરૂપમાં છે. આવા વાહક ટિથર ભ્રમણકક્ષાના ક્ષયના ભોગે વિદ્યુત શક્તિ પણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તેનાથી વિપરીત, સૌર કોષ શક્તિનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિ-પ્રવાહને પ્રેરિત કરીને, ભ્રમણકક્ષાને ઉપર કરી શકાય છે. આદર્શ રેડિયલ ક્ષેત્રમાંથી પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ભારે પરિવર્તનશીલતાને કારણે, આ ક્ષેત્ર સાથે જોડાયેલા ટોર્ક પર આધારિત નિયંત્રણ નિયમો અત્યંત બિન-રેખીય હશે. વધુમાં, કોઈપણ સમયે માત્ર બે-અક્ષ નિયંત્રણ ઉપલબ્ધ હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય છે કે તમામ દરોને રદ કરવા માટે વાહનનું પુનઃસ્થાપન જરૂરી હોઈ શકે છે. નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણ ઉપગ્રહો માટે ત્રણ મુખ્ય પ્રકારના નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણ અસ્તિત્વમાં છે. પ્રથમ ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળનો ઉપયોગ કરે છે, અને તે પૃથ્વી તરફ નિર્દેશ કરતી લાંબી ધરી (જડતાની સૌથી નાની ક્ષણ સાથેની ધરી) સાથે ચાર સ્થિર સ્થિતિ તરફ દોરી જાય છે. આ પ્રણાલીમાં ચાર સ્થિર સ્થિતિઓ હોવાથી, જો ઉપગ્રહની પસંદગીની દિશા હોય, દા. ત. ગ્રહ પર નિર્દેશિત કેમેરા, ઉપગ્રહને ફેરવવાની કોઈ રીત અને તેના ટીથર એન્ડ-ફોર-એન્ડની જરૂર છે. બીજી નિષ્ક્રિય પ્રણાલી ચુંબકને આભારી પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ઉપગ્રહને દિશા આપે છે. આ શુદ્ધ નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ મર્યાદિત પોઇન્ટિંગ ચોકસાઈ ધરાવે છે, કારણ કે અવકાશયાન ઊર્જા મિનિમાની આસપાસ દોલન કરશે. આ ખામીને ડેમ્પર ઉમેરીને દૂર કરવામાં આવે છે, જે હિસ્ટેરેટિક સામગ્રી અથવા ચીકણું ડેમ્પર હોઈ શકે છે. વિસ્કસ ડેમ્પર એ અવકાશયાનમાં માઉન્ટ થયેલ પ્રવાહીની એક નાની કેન અથવા ટાંકી છે, સંભવતઃ આંતરિક ઘર્ષણ વધારવા માટે આંતરિક ગૂંચવણો સાથે. ડેમ્પરની અંદર ઘર્ષણ ધીમે ધીમે ઓસિલેશન ઊર્જાને સ્નિગ્ધ ડેમ્પરની અંદર વિખેરાયેલી ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરશે. નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણનું ત્રીજું સ્વરૂપ એરોડાયનેમિક સ્થિરીકરણ છે. આ ડ્રેગ ગ્રેડિયન્ટનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે, જેમ કે ગેટ અવે સ્પેશિયલ પેસિવ એટીટ્યુડ કંટ્રોલ સેટેલાઇટ (જીએએસપીએસીએસ) ટેકનોલોજી પ્રદર્શન પર દર્શાવવામાં આવ્યું છે. પૃથ્વીની નીચી ભ્રમણકક્ષામાં, ખેંચાણને કારણે બળ ગુરુત્વાકર્ષણના ઢાળને કારણે આપવામાં આવતા બળ કરતાં વધુ પ્રબળ હોય છે જ્યારે ઉપગ્રહ એરોડાયનેમિક નિષ્ક્રિય વલણ નિયંત્રણનો ઉપયોગ કરે છે, ત્યારે પૃથ્વીના ઉપલા વાતાવરણમાંથી હવાના અણુઓ ઉપગ્રહ પર એવી રીતે પ્રહાર કરે છે કે દબાણનું કેન્દ્ર દળના કેન્દ્રની પાછળ રહે છે, જે રીતે તીર પરના પીંછા તીરને સ્થિર કરે છે. જી. એ. એસ. પી. એ. સી. એસ. એ 1 મીટર ફૂલાવી શકાય તેવા 'એરોબૂમ' નો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે ઉપગ્રહની પાછળ વિસ્તર્યો હતો અને ઉપગ્રહના વેગ વેક્ટર સાથે સ્થિર ટોર્ક બનાવ્યું હતું. સમાંતર સ્થિર સ્થિરતા દિશાત્મક સ્થિરતા પ્રતિક્રિયા નિયંત્રણ પ્રણાલી સંદર્ભો એરોસ્પેસ એન્જિનિયરિંગ ઓર્બિટ્સ સ્પેસફ્લાઇટ વિભાવનાઓ ગતિશીલતા (મિકેનિક્સ) પણ જુઓ.