В качестве примера спутника с аэрогироскопической системой ориентации можно привести спутник «Космос-149», получивший название «Космическая стрела», на котором такая система была применена впервые.
Этот спутник, предназначенный для исследования состава атмосферы и радиационных характеристик земной поверхности и облачного покрова, имел орбиту с высотой перигея 248 км и высотой апогея 297 км. Сравнительно небольшая высота полета спутника позволила применить на нем аэрогироскопическую систему ориентации, которая обеспечила трехосную ориентацию относительно вектора набегающего потока и направления на центр Земли с точностью около 5°.
Аэродинамический стабилизатор, выполненный в виде конусообразного кольца, выдвигается с помощью специальных механизмов на некоторое расстояние от спутника после отделения его от ракеты-носителя. Связанный с корпусом спутника с помощью длинных штанг аэродинамический стабилизатор играет роль оперения стрелы. Он создает восстанавливающие моменты по тангажу и рысканью*, совмещающие продольную ось спутника с вектором набегающего потока.
Ориентация по крену обеспечивается двумя двухстепенными гироскопами, установленными на борту спутника таким образом, чтобы их суммарный кинетический момент был бы направлен перпендикулярно плоскости орбиты. При появлении крена спутника возникает восстанавливающий гироскопический момент. Гироскопы обеспечивают, кроме того, и демпфирование собственных колебаний спутника. Для сокращения времени затухания колебаний спутника, которые обычно возникают при отделении его от ракеты-носителя, применяется активная система предварительного успокоения, работающая на сжатом газе. Расход газа в этой системе невелик, так как он необходим только для парирования начальных возмущений.
*Угол тангажа — угол между продольной осью летательного аппарата и плоскостью горизонта. Угол крена — угол поворота летательного аппарата вокруг его продольной оси.
Угол рысканья — угол между продольной осью летательного аппарата и плоскостью орбиты.
Рассмотрим систему управления мягкой посадкой автоматической станции типа «Луна-9» на поверхность Луны. Система управления мягкой посадкой должна обеспечить безопасный спуск космического аппарата.
При приближении станции к Луне включается аппаратура астроориентации, которая обеспечивает ориентацию станции относительно опорных направлений на Солнце, Луну и Землю. Ориентация осуществлялась на расстоянии примерно 8500 км от точки посадки на Луне.
Задача мягкой посадки автоматической станции на лунной поверхности может быть успешно решена путем ориентации двигателя при торможении вдоль направления относительной скорости. Анализ возможных траекторий сближения станции с Луной показал, что практически для любой траектории, обеспечивающей попадание на лунную поверхность, можно определить такое расстояние от центра Луны, при котором направление на центр Луны будет мало отличаться от направления вектора относительной скорости движения по этой траектории в момент прилунения. Это свойство позволило осуществить достаточно простую систему ориентации станции при торможении. При этом необходимо было иметь оптический датчик лунной вертикали и на заданном расчетном расстоянии обеспечить ориентацию станции по направлению этой вертикали, а также сохранить это направление до начала торможения и при торможении. При полете станции «Луна-9» это расстояние составило 8285 км. Такой способ ориентации обеспечивает минимальную боковую составляющую скорости в момент прилунения. После прохождения станцией заданной высоты датчик лунной вертикали отключался и ориентация станции сохранялась с помощью оптических датчиков, следящих за Землей и Солнцем.
Траекторные измерения позволили с высокой точностью определить скорость движения автоматической станции «Луна-9», составлявшей 2600 м/сек. Эти данные позволили вычислить величину тормозного импульса, который должен быть обеспечен включением двигательной установки мягкой посадки. На высоте 75 км за 48 сек до посадки по команде от радиовысотомера, установленного на борту станции, был включен двигатель. Ось лунного альтиметра должна быть параллельной оси двигателя. Через расчетное время двигатель автоматически выключался. Стабилизация автоматической станции относительно заданного направления в процессе работы двигателя осуществлялась специальными гироскопическими системами. В момент достижения поверхности Луны автоматическая станция была отделена от двигательной установки и прилунилась рядом.
При спуске космического аппарата в атмосферу планеты — Земли или Венеры — для торможения используется атмосфера. Применение двигательной установки для полного гашения скорости аппарата потребовало бы большого расхода топлива. Обычно начальный период торможения производится естественным баллистическим путем. При входе в плотные слои атмосферы происходит резкое торможение летательного аппарата, а затем используется парашютная система для дальнейшего торможения. Конечно, такой способ торможения, при котором происходит резкое нагревание космического аппарата, требует эффективной теплозащиты его поверхности. Однако дополнительный вес теплозащиты оказывается меньшим по величине, чем необходимый запас топлива в том случае, если бы обеспечивалось торможение при спуске за счет двигательной установки. Парашютная система может обеспечить такую величину посадочной скорости, при которой аппаратура автоматической станции может быть сохранена.
Для пилотируемых космических кораблей задача приземления космонавта может решаться двумя способами: либо путем катапультирования космонавта перед приземлением, либо путем посадки в корабле; при этом обычно для увеличения комфорта с помощью дополнительной двигательной установки мягкой посадки, которая включается перед приземлением, скорость космического корабля в момент приземления снижается до нескольких десятков сантиметров в секунду. Такая система была использована на космических кораблях «Восход».