Introducción
El diseño de un vehículo espacial es una tarea multidisciplinar muy compleja. Uno de los aspectos más importantes es la determinación de su actitud u orientación así como su control, ya que junto con el estudio de su órbita, comprenden el movimiento general del vehículo espacial.
Estabilidad del movimiento
La importancia de que el vehículo espacial mantenga una determinada actitud se ve, por ejemplo, en la necesidad de que mantenga un ángulo de ataque cero durante su impulso a través de la atmósfera o que adquiera el ángulo de ataque necesario (cero para entradas balísticas) con anterioridad a la entrada en la atmósfera o la importancia de la dirección apropiada del DV del impulso para la modificación de su trayectoria o su correcta orientación para enviar señales a La Tierra o apuntar a estrellas.
Comúnmente, el vehículo espacial es inherentemente inestable y está sometido a momentos generados por su interacción con el entorno y por el movimiento dentro del vehículo mismo. Aunque las fuerzas asociadas con estos momentos no son normalmente suficientemente grandes para afectar la trayectoria de un vehículo espacial, los momentos sí pueden afectar significativamente la actitud del vehículo espacial.
Los momentos o torques del entorno (externos) sobre un satélite planetocéntrico pueden provenir de la presión de radiación solar,
de campos planetarios gravitatorios y magnéticos, y de fuerzas por moléculas libres (si el satélite está suficientemente cerca de una atmósfera planetaria). Existe la posibilidad también de impactos producidos por micrometeoritos y particulas de polvo. Los momentos que provienen de movimientos internos pueden ser generados por desplazamientos de la carga y por los movimientos y acciones de los ocupantes así como también por la eyección de propulsantes y otros líquidos.
Si un vehículo espacial en órbita es inestable, degenerará si es perturbado; si es marginalmente estable (no amortiguado), oscilará sobre una posición de equilibrio; y si es estable (con el amortiguamiento externo o interno), volverá a la posición de equilibrio después de que la oscilación transitoria se extinga.
Aunque un vehículo espacial inestable sea inaceptable, un vehículo espacial marginalmente estable puede ser aceptable si la amplitud y la frecuencia de las oscilaciones son pequeñas; un vehículo espacial dinámicamente estable es la meta de diseño. Las técnicas de estabilización pueden clasificarse como pasivas o activas. Los dispositivos activos de estabilización, tales como toberas impulsoras, giróscopos y ruedas de reacción, requieren un gasto de energía y aumento del peso del vehículo espacial y pueden ser caros; además, si el abastecimiento de energía se agota, el control de actitud del sistema falla, el vehículo espacial degenera, y la misión quedará abortada.
Además del problema de estabilización, hay un problema independiente de orientación, generalmente un problema de control activo, en que el vehículo espacial o una parte del equipo del vehículo espacial debe apuntar en una dirección específica. Considerese, por ejemplo, un satélite de exploración de la Tierra con cámaras y sensores infrarrojos (IR) que deben siempre apuntar a la superficie de la Tierra. Puede haber también misiones para investigar el Sol u otros cuerpos celestes y misiones de navegación en que las antenas deben mantener o adquirir las orientaciones requeridas. Además está siempre la necesidad de una orientación apropiada antes del DV del empuje para su puesta en órbita.
Aunque, generalmente, las aplicaciones de los vehículos espaciales son satélites en órbitas geocéntricas, este estudio puede extenderse a órbitas sobre otros planetas u otros cuerpos, tales como lunas y asteroides, y a transferencias interplanetarias.
